Наведено математичний опис зміни концентрації біологічного окислення метану газоподібних викидів з каналізаційних мереж в біореакторі з омиваним шаром.

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Бахарєва А. Ю.


MATHEMATICAL MAKE AN INVENTORY OF CHANDGE BIOLOGICAL OXIDATION CONCENTRATION OF METHANE

Mathematical make an inventory of chandge biological oxidation concentration of gasiform throw outs methane from sewerage networks in bioreactor with washing layer has been studied.


Область наук:
  • екологічні біотехнології
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Східно-Європейський журнал передових технологій

    Наукова стаття на тему 'Математичний опис зміни концентрації біологічного окислення метану'

    Текст наукової роботи на тему «Математичне опис зміни концентрації біологічного окислення метану»

    ?Н ТЕХНОЛОГІЇ ОРГАНІЧНИХ І НЕОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН |-

    -----------------------? ?---------------------------

    Наведено математичний опис Зміни концентрації біологічного окиснення метану газоподібніх вікідів з каналізаційних мереж в біореакторі з кулею, что омівається.

    Ключові слова: окиснення, метан, газоподібні Викиди, концентрація.

    ?-----------------------------------------------?

    Наведено математичний опис зміни концентрації біологічного окислення метану газоподібних викидів з каналізаційних мереж в біореакторі з омиваним шаром.

    Ключові слова: окислення, метан, газоподібні викиди, концентрація.

    ?-----------------------------------------------?

    Mathematical make an inventory of chandge biological oxidation concentration of gasiform throw outs methane from sewerage networks in bioreactor with washing layer has been studied.

    Keywords: oxidation, methane, gasiform throw outs, concentration.

    -----------------------? ?---------------------------

    УДК 504.06 + 577.1

    математичне

    ОПИС зміни концентрації біологічного окислення метану

    А. Ю. Бахарєва

    Кандидат технічних наук Кафедра охорони праці та навколишнього середовища Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Фрунзе, 21, г. Харьков, Україна, 61002

    Стаття присвячена наприклад застосування математичної моделі, розробленої і використаної для опису процесів, що відбуваються при мікробіологічному окисленні метану вугільних шахт [1], до опису зміни концентрації метану в процесі його окислення метилотрофні мікробіоценозом, іммобілізованим на лавсанових ершах в біореакторі з омиваним шаром.

    В основі математичного опису лежать експериментальні дані по біологічному окисленню метану газоподібних викидів каналізаційних мереж в біореакторі з омиваним шаром [2].

    Процес окислення метану метилотрофні мікроорганізмами можна представити у вигляді наступних стадій:

    СН4 ^ СН3ОН ^ СНОН ^ НСООН ^

    ^ СО2 + Н2О. (1)

    Результати використання метану метилотрофних бактерій в конструктивному і енергетичному обміні для синтезу біомаси (С6Н ^ 02) і добування енергії при повному окисленні до СО2 і Н2О можна описати за допомогою наступного рівняння:

    CH4 + 0,1NH + +1,502 ^

    ^ 0,1С5H7N02 + 0,5C02 + 0,1H + + 1,8H20 + АТФ.

    S * (t) = X0

    Зум - У ^ (е ^ -1)

    Sу м - питома концентрація метану, оптимальна для росту мікроорганізмів, визначається за формулою (4): Soм (t)

    S ^ = X0M (t) '

    (4)

    де S0 м (ї) - концентрація метану в початковий момент часу, г / дм3; Розум - економічний коефіцієнт споживання метану, const, мг / мг, розум = 0,63 г беззольного речовини / г субстрату [1]. При зольності мулу = 17%, Розум = 0,76 г сухої речовини мулу / г СН4.

    Sy м розраховуємо так як рекомендує [1]: по вихідній (максимальної) концентрації метану S0 м на початку обробки і за відповідною їй вихідної концентрації біомаси X0 (t1):

    S = S0 м (^ = 0,11 = 0183 (г / г)

    м х0 м (t) 0,6 0,183 (г / г).

    В експериментальних дослідженнях концентрацію метану в газоповітряної середовищі висловлювали в об'ємних відсотках. Наведені вище формули оперують концентраціями метану, виразимими в г / дм3. Для переведення об'ємних відсотків використовували закон Авогадро, згідно з яким маса 1 дм3 mCH4 дорівнює:

    (2)

    m = мв | Усн4 (г) тсн4 22 4 (г),

    (5)

    Для розрахунку концентрації метану в процесі мікробіологічного окислення (при ЦМ = const) [1] пропонує наступну формулу:

    де Мв - молекулярна вага СН4, 16; Усн4 - обсяг газу - 1 дм3; 22,4 - об'єм, який займає 1 г-молем СН4, дм3.

    Концентрація метану в газоповітряної суміші (г / дм3) дорівнює:

    (3)

    S =

    м

    Зм% | mCH4 100;

    (6)

    де S м (t) - концентрація метану в певний момент часу, г / дм3; Х0 м - концентрація метанокісляющіх біомаси до початку аналізованого проміжку часу; Х0 м = 0,6 г / дм3 (експериментальні дані); ЦМ - питома швидкість росту метанокісляющіх біомаси, ч-1;

    де Зм% - зміст СН4 в суміші, об. %. Підсумкова формула:

    Зм% |Мв | V

    S = -м 100 | 22,4

    = Зм% ^ 0,714 (г / дм3) 100 (г / дм),

    3

    а S% = ^ lT (of |.% o).

    (7)

    Концентрація метану в динаміці обробки Значення концентрації метану

    про. % Г / дм3

    So 15,5 0,11

    S1 6,25 0,044

    S2 2,9 0,02

    S3 1,4 0,009

    S4 0 0

    Мал. 1. Вплив тривалості біологічної обробки на концентрацію метану в газоповітряної середовищі (модель за рівнянням 3): точки - експериментальні значення, крива - модель

    Як видно, використана модель досить адекватно описує отримані експериментальні дані: середнє відхилення математичної моделі від експериментальних даних становить 13%.

    Концентрацію метану можна також визначити з рівняння [1] при | 1 = А38 ^):

    Концентрація метану, виражена в г / дм3 і об. %, В газоповітряної суміші, яка піддається біологічному очищенню, за даними експериментальних досліджень, представлена ​​в табл. 1.

    Таблиця 1

    Експериментальні значення концентрацій метану в газоповітряної суміші, що обробляється біологічним методом

    Зм (0 = So м I Зу м - У-

    1

    1 а3Х0 Is- + iJ + Sy

    розум

    (8)

    де Sy м - питома концентрація метану, оптимальна для росту бактерій; а3 - коефіцієнт пропорційності, const, дм3 / г • год; X ^ t) - концентрація біомаси в певний момент часу, г / дм3.

    Значення Sy м і а3 розраховані наступним чином:

    S = So м = 0,11 = 018 (г / г) Зу м = Xo м = 0,6 = 0,18 (г / г);

    а3 =

    S0 м

    0,12 '0,11

    = 1,09 (дм3 / г | ч).

    Динаміка концентрації метану в процесі біотехнологічної обробки, описувана за допомогою моделі рівняння 3, представлена ​​графічно на рис. 1.

    Динаміка концентрації метану в газоповітряної середовищі при біотехнологічної обробці, описувана за моделлю рівняння 8, представлена ​​графічно на рис. 2.

    20

    «? CL>

    2

    0,5 1

    Тривалість обробки, ч

    1,5

    Мал. 2. Вплив тривалості біотехнологічної обробки на концентрацію метану в газоповітряної середовищі (модель за рівнянням 4.35) (точки - експериментальні значення, крива - модель)

    Як видно, дана модель не адекватно описує отримані експериментальні дані в порівнянні з моделлю за рівнянням 3: середнє відхилення математичної моделі від експериментальних даних в цьому випадку становить 52,4%.

    література

    1. Мякенький В. І. Мікробіологічне окислення метану вугільних шахт [Текст] / В. І. Мякенький, І. К. Курдіш. - К.: Наук. думка, 1991. - 148 с.

    2. Бахарєва А. Ю. Екологічно безпечні методи очищення газоподібних промислових викидів від формальдегіду і метану [Текст]: дис ... канд. техн. наук: 21.06.01 / Бахарєва Анна Юріївна. - Х., 2009. - 210 с.

    І

    max м

    Г


    Ключові слова: ОКИСЛЕННЯ / МЕТАН / газоподібних викидів під / КОНЦЕНТРАЦІЯ / OXIDATION / METHANE / GASIFORM THROW OUTS / CONCENTRATION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити