На рис. 5.1 представлена идеальная модель биопленки, рассматриваемой здесь как гомогенная. Обозначим буквой Б концентрацию вещества вне пленки. Транспорт веществ внутрь биопленки под действием молекулярной диффузии описывается коэффициентом диффузии Б.[ ...]
Количественно это уравнение можно интерпретировать следующим образом: вторая производная распределения концентрации описывает кривую распределения. Если реакции не происходит, то распределение концентрации имеет вид прямой, как, например, при диффузии в водной фазе (см. разд. 5.3). Если в результате реакции вещество образуется, кривая распределения стремится вверх. Если вещество удаляется, то кривая распределения стремится вниз, как это станет ясно из последующих пояснений.[ ...]
Рассмотрим два решения этого дифференциального уравнения второго порядка, соответствующие нулевому и первому порядку реакции.[ ...]
Распределение концентрации для различных значений безразмерного выражения для геометрии биопленки и диффузии в ней показаны на рис. 5.2.[ ...]
Из уравнения (5.14) следует, что безразмерный параметр /3 выражает относительную глубину, на которую субстрат может проникнуть в пленку. Этот параметр называют степенью проникания.[ ...]
Более детальное исследование кинетики нулевого порядка в ¡иопленках можно найти в работах [1-4].[ ...]
Определите, как глубоко в пленку проникает кислород.[ ...]
На практике толщина пленки в биофильтре значительно больше 117 мкм (порядка 1 мм). Следовательно, происходит лишь частичное проникание, и порядок реакции в основном равен 1/2.[ ...]
В арифметическом виде это продемонстрировано на рис. 5.5.Для а <2 реакция с порядком 1/2 не наблюдается. При а > 2 реакция первого порядка плавно переходит в реакцию нулевого порядка через реакцию порядка 1/2. Этот плавный переход можно часто спутать с кинетикой Моно. Однако порядок реакции 1/2 отражает диффузионные ограничения в биомассе и зависит от пути диффузии, в то время как кинетика Моно теоретически применима к отдельной бактерии.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Идеальная биопленка, в которой транспорт вещества осуществляется в результате диффузии. Скорость суммарного процесса может определяться скоростью диффузии. |
 |
| Распределение концентрации и фактор эффективности е для биопленки для реакции первого порядка. Эффективность снижается из-за диффузионных ограничений. |
 |
| Распределение концентрации в пленке для реакции нулевого порядка. Справа |
 |
| Переход от реакции с порядком 1/2 к реакции нулевого порядка в воде в координатах, удобных для определения параметров биопленки. |
 |
| Безразмерное представление скорости реакции как функции концентрации вне биопленки. При а > 2 реализуются три порядка реакции |
 |