Прийняті допущення і класифікація компонентів, що становлять органічне середовище біореактору
Розглянемо судину або контейнер, заповнений органічною масою, де відбувається процес життєдіяльності мікроорганізмів одного вигляду (монокультури мікроорганізмів). Об’єм вважається постійним. Зміст органічної маси розділимо на п’ять основних складових компонентів:
1. Мікроорганізми, життєдіяльність яких є основною причиною всіх змін, що відбуваються в органічному середовищі. їх масу в контейнері позначимо через ті.
2. Газ, який виділяється в результаті життєдіяльності даного виду мікроорганізмів, масу якого позначимо пц.
3. Інші продукти життєдіяльності данного виду мікроорганізмів. їх масу позначимо m3.
4. Частина органічної маси, яка служить продуктом живлення для даного вигляду мікроорганізмів. Масу її позначимо пц.
5. Деякі нейтральні або мало корисні і мало шкідливі речовини для даного виду мікроорганізмів. Позначимо їх масу через 1115.
Часто вони не беруть участь в даних процесах, тільки займають деякий об’єм. Від них можна було б позбавитися шляхом попереднього очищення органічного середовища, але це вимагає певних витрат, і від них повністю позбавитися не вдається. А в деяких випадках ця складова, наприклад, вода, є невід’ємною частиною органічного середовища і процесів що протікають в ній. Тут виділено найбільш істотних п’ять компонентів даного середовища. Слід зазначити, що концентрація молекулярного кисню і кислотність середовища, разом з температурою середовища, мають істотний вплив на життєдіяльність мікроорганізмів, вони або створюють умови для розвитку тих, або інших видів мікроорганізмів або пригнічують їх розвиток. Перш за все, відмітимо, що за наявності молекулярного кисню не всі види мікроорганізмів розвиваються. Тут такий вид процесів, в яких присутній молекулярний кисень, не розглядатимемо. Розглядатимемо мікроорганізми, які розвиваються за відсутності молекулярного кисню. Передбачається, що аерація відсутня. Мікроорганізми і середовища їх життєдіяльності такі різноманітні, що всі їх не можливо врахувати в межах однієї роботи. Параметри, які не враховуються тут, вважатимемо незмінними або такими, що не впливають в межах процесів, які вивчаються [67].
Приймемо, що всі компоненти, які становлять, параметри органічної маси за об’ємом контейнера розподілені рівномірно. Біологічні процеси розглядаються в динаміці, як функції часу. Будуються загальні математичні моделі, засновані на законах збереження, і наближені залежності коефіцієнтів побудованих динамічних систем від параметрів, що впливають на процеси. Процеси, які протікають в органічному середовищі достатньо складні, багатошарові і істотно залежать від умов, що забезпечують життєдіяльність мікроорганізмів. В основному розглядається випадок, коли об’єм (контейнер) замкнутий, але газ, що утворився в контейнері, безперервно відводиться по спеціальній трубці, але при цьому зовні в контейнер нічого не потрапляє. Процес управляється шляхом відведення і підведення тепла з зовні до стінок контейнера.