Características de La Oxidación Bacteriana

 

Una de las características de la oxidación bacteriana, es que las bacterias no solo catalizan la oxidación de materiales carbonosos sino que además los compuestos de carbono proporcionan “combustible para el crecimiento de las bacterias” considere como ilustración un reactor de tanque con agitación que opera continuamente en estado estable y temperatura constante. La alimentación consiste en una alimentación acuosa de glucosa (material carbono) que no contienen bacterias. La concentración de glucosa en la alimentación es C so y su velocidad volumétrica de flujo de entrada al reactor es Q. La mezcla en el tanque contiene bacterias a una concentración CB y la corriente del producto tiene una velocidad de flujo igual a Q. Esta corriente del producto contiene bacterias bacte rias y glucosa en concentraciones CB, CA (ambas en mg/ml) las dos principales reacciones son: 1.- C6H12O6 + B 2.-C6H12O5 + O2 

nB + productos inertes H2O+CO2 + productos inertes

Se ha determinado que las ecuaciones de velocidad de Monod concuerdan con algunos tipos de oxidaciones bacterianas. En condiciones de un suministro adecuado de oxígeno, estas ecuaciones pueden reescribirse como sigue:

  , = 1      = +  + Donde Rx es la velocidad de formación de bacterias en mg/l hr. Rs es la velocidad total de desaparición de glucosa en mg/l hr. Rx representa el crecimiento de bacterias de acuerdo a la reacción 1 mientras que Rs es velocidad total de desaparición de glucosa para ambas reacciones. Nótese que la reacción 2 es catalizada por las bacterias. El símbolo Y representa el rendimiento, esto es la relación de velocidad de producción de bacterias a la velocidad total de consumo de glucosa. En el inciso d) se definen los demás símbolos.

a) Para una operación en estado estable, d derive erive una relación de Q/V (llamada velocidad de inducción) y la concentración Cs de glucosa en la corriente del producto.

 

b) ¿Cómo se simplifica la relación del inciso a) cuando corresponde a un gran exceso de glucosa en la corriente de alimentación?

90 80 70 60 50

Y1

40

Y2

30 20 10 0 0

2

4

6

8

10

12

 Al aumentar la concentración inicial del sustrato la velocidad del crecimiento de la biomasa no avanzará acorde a la concentración ya que cuando alguno de los sustratos presenta una baja solubilidad , se encuentra poco biodisponible para los microorganismos y la reacción bioquímica se verá “demorada” por un problema de transferencia de masa. La concentración de los compuestos es muy importante, altas concentraciones de un compuesto pueden ser tóxicas e inhibir el crecimiento de las bacterias.

c) El resultado obtenido obtenido en el inciso b) proporciona una relación específica entre la velocidad de disolución D y la constante de velocidad en las ecuaciones Monod. ¿Qué pasaría con las bacterias del reactor si la velocidad real de dilución se aumentara por encima del valor dado por esa relación específica, por ejemplo mediante un aumento de la velocidad de flujo?

 

90 80 70 60 50

Y1

40

Y2

30 20 10 0 0

2

4

6

8

10

12

 

 Al aumentar aumentar la velocidad velocidad de flujo inicial inicial dejando dejando la concentración concentración de sustrato inicial como en el inciso anterior podemos notar que el sistema va a tener el mismo comportamiento que en las condiciones del inciso a.

d) En un caso particular se cuenta con los siguientes datos: Q = 1.0 lt/hr V = 4 lt µm = 0.5 hr-1 ks = 15 mg/lt Cso = 80 mg/lt Y = 0.5 Calcule: 1. La concentración de glucosa glucosa en la corriente del producto que sale del reactor. 2. La concentración de bacterias en la corriente del producto que sale del reactor. 3. Para las condiciones del inciso d) ¿cuál sería la dilución máxima que podría usarse y aun evitar el problema referido en el inciso c)?

 

Sustrato

 =     =    1     = (    +  )   =      =  −  − (1    +  )        =  −  − (  +  )