Иммобилизованные микроорганизмы и их применение

5.4 Аппарат с внутренним контейнером биокатализатора

В аппарате имеется контейнер, заполненный гранулами катализатора. Контейнер имеет перфорированные или сетчатые стенки и днище и вращается с помощью привода относительно вертикальной оси (рис. 5.4). Подаваемый снизу воздух насыщает жидкость кислородом и частично циркулирует через контейнер благодаря отверстиям в днище и стенках.

Такой аппарат лучше, чем традиционный аппарат с мешалкой, однако гранулы внутри контейнера, отбрасываемые центробежной силой к цилиндрической стенке, частично застревают в отверстиях или в сетках контейнера и разрушаются или истираются под действием соударений.

Рис. 5.4. Схема реактора с внутренним вращающимся контейнером гранул биокатализатора: 1 - корпус аппарата; 2 - перфорированный вращающийся контейнер; 3 - псевдоожиженный слой гранул биокатализатора; 4 - барботер; 5 - уровень жидкости в аппарате; 6 - вращающийся вал; I - субстрат; II - воздух; III - продукт

5.5 Реакторы с трубками, заполненными биокатализатором

Жидкость протекает через эти трубки, при этом субстрат с участием биокатализатора постепенно преобразовывается в продукт (рис. 5.5).

Рис. 5.5 Схема биореактора с трубками, заполненными гранулами биокатализатора: 1 - корпус аппарата; 2 - трубки, заполненные биокатализатором; 3,4 - трубная решетка; I - раствор субстрата; II - раствор продукта

В отношении аэрации -- те же проблемы, что и для насадочного биореактора. Для анаэробных процессов некоторое преимущество заключается в более организованном потоке жидкости через трубки, отсутствии застойных зон (т. е. более полном использовании биокатализатора).

5.6 Реакторы с трубками, имеющими диффузионно-проницаемые стенки

Трубки заполнены биокатализатором, а межтрубное пространство -- обрабатываемым раствором, который может аэрироваться (рис. 5.6).. Надо отметить, что массопередача кислорода за счет диффузии через стенку трубки недостаточна по сравнению с прямой массопередачей жидкость--газ с интенсивным перемешиванием.

Рис. 5.6. Схема Реактора с трубками, имеющими диффузионно-проницаемые стенки: 1 - корпус аппарата; 2 - трубная решетка;3 - иммобилизованный катализатор; 4 - полые каналы для обрабатываемого раствора; 5 - уровень жидкости в аппарате; I - раствор субстрата; II - раствор продукта III - вход воздуха; IV - выход воздуха

Интересной модификацией является реактор, в котором имеются полые трубки, а межтрубное пространство заполнено биокатализатором (рис.6.6). Трубки не имеют стенок, они как бы вырезаны в теле иммобилизованного биокатализатора.

Получается это следующим образом: биокатализатор вместе с гелеобразователем (каррагинаном) в жидком виде заливают в сосуд, заполненный стержнями; затем биокатализатор застывает (полимеризуется), а стержни вынимаются, образуя полые каналы для протекающего раствора.

В отношении аэрации система несколько лучше -- воздух барботирует через жидкость, без гранул биокатализатора; поверхность биокатализатора контактирует с аэрированной жидкостью напрямую, без мембраны.

5.7 Реакторы, в которых фермент или клетки иммобилизованы на мембранах, проницаемых для субстрата, продуктов и кислорода

Возможно выполнение реактора в виде свернутых в рулон мембран, в промежутках между которыми проходит поток (рис. 5.8). При этом жидкость поступает в полости между мембранами, заполненными ферментом, и проходит через их поры, выходя из полостей, не заполненных ферментом [1].

Рис. 5.8. Схема рулонного мембранного биореактора: 1 - корпус аппарата; 2 - рулонный элемент; 3 - пространство, заполненное иммобилизованным ферментом; 4 - пространство, куда через полупроницаемые мембраны рулонного элемента проникает пермеат с продуктом;I - субстрат; II - продукт

6. Преимущества и недостатки метода иммобилизации

Преимущества

· высокая концентрация реагентов.

· сложный по составу поток сточных вод.

· простота в отделении очищенных сточных вод от микробиологических клеток.

· применение автоматики.

Недостатки

· Высокая стоимость сырья для иммобилизации клеток и ферментов.

· Высокая стоимость оборудования для иммобилизации.

Выводы

· Ознакомилась с использованной литературой.

· Иммобилизация - это прикрепление клеток микроорганизмов или ферментов к нерастворимым носителям.

· Для иммобилизации ферментов используются: Е. Coli, Kluyvervmyces fragilis, К lactis, Aspergillus niger, A oryzae, B. Subtilis, B.licheniformis, B. Thermoproteolyticus, Mucor pusillus. Для иммобилизации клеток и субклеточных структур используются: Mucobacterium globiformis, Arthrobacter, Aureobacidium pullulan, Bacillus thermoproteoluticus, Erwinia herbicola, Е. Intermedia, Е. Coli.

· Для метода иммобилизации используются различные носители: белковые, полисахаридные и липидные, полиметиленовые, полиамидные и полиэфирные, материалы из стекла, глины, керамики, графитовой сажи, силикагеля, силохромы, оксиды металлов.

· Способы иммобилизации: прикрепление (диаметр частиц менее 1 мм, клетки располагаются в 1 слой или в несколько мм), внедрение (диметр частиц 0,5-5 мм, клетки могут занимать до 30% объема частиц), включение, агрегация (происходит естественным образом в активных илах).

· Иммобилизованные клетки и ферменты используются в очистке сточных вод (эффективность очистки по ХПК=76,9%.), в ряде промышленных производств (получение сиропов, аминокислот), для получения биосенсоров, производства ферментов для медицины.

· Выделяют 7 типов реакторов с использованием иммобилизованных культур: проточный аппарат с мешалкой, заполненный гранулами биокатализатора; с упакованной насадкой биокатализатора; с псевдоожиженной насадкой; с внутренним контейнером биокатализатора; с трубками, заполненными биокатализатором; с трубками, имеющими диффузионно-проницаемые стенки; реакторы, в которых фермент или клетки иммобилизованы на мембранах, проницаемых для субстрата, продуктов и кислорода.

· Преимуществами метода иммобилизации являются: высокая концентрация реагентов; сложный по составу поток сточных вод; простота в отделении очищенных сточных вод от микробиологических клеток; применение автоматики.

· Недостатками метода иммобилизации являются: высокая стоимость сырья для иммобилизации клеток и ферментов; высокая стоимость оборудования для иммобилизации.

Список используемой литературы

1. Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии. - М.: КолосС, 2004. - 269 с.: ил. - (Учебники и учебные пособия для студентов высш. учеб. заведений).

2. Биотехнология. Принципы и применение: Пер. с англ./ Под ред. И.Хиггинса, Д.Беста и Дж. Джонса. - М.: Мир, 1988. - 480 с., ил.

3. Егорова Т.А. Основы биотехнологии: Учеб. пособие для высш. пед. учеб. заведений / Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Живухинв. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 208 с.

4. Иллялетдинов А.Н., Алимова Р.М. Микробиология и биотехнология очистки промышленных сточных вод - Алма-Ата: Галым, 1990. - 224 с.

5. Пирог Т. П., Шевчук Т. А., Волошина И. Н., Грегирчак Н. Н.Использование иммобилизованных на керамзите клеток нефтеокисляющих микроорганизмов для очистки воды от нефти // Прикладная биохимия и микробиология, том 41, №1, 2005, С. 58 - 63.

6. Самсонова А.С., Алещенкова З.М. и др. Очистка сточных вод от дизельного топлива с помощью иммобилизованных микроорганизмов-деструкторов // Биотехнология, №4, 2003, С. 83 - 87.

7. Экологическая биотехнология: Пер. с англ. / Под ред. К.Ф. Форстера, Д.А.Дж. Вейзера: - Л.: Химия, 1990. - 384 с. - Пер. изд: Великобритания, 1987.

Размещено на Allbest.ru