Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Độ oxy hóa (Chỉ số pecmanganat)

Độ oxy hóa (Chỉ số pecmanganat)

Tải bản đầy đủ - 0trang

hóa bằng H2SO4. Cho chính xác lượng H2C2O4 0,1N (đúng bằng lượng KMnO4 đã

dùng) vào dung dịch. Chuẩn độ H2C2O4 dư bằng KMnO4 0,01N. Phép đo quang

được thực hiện trên máy DR 2800. Phương pháp thử theo tiêu chuẩn TCVN

6186:1996 hoặc ISO 8467:1993 (E).

Độ kiềm

Mẫu nước được chuẩn độ bằng dung dịch axit tiêu chuẩn đến pH 8,3 và 4,5,

Những điểm cuối này, được xác định bằng mắt hoặc đo thế, là các điểm tương

đương của sự xác định ba thành phần chính: hydro cacbonat, cacbonat và hydroxit.

điểm cuối pH 8,3 là gần kề với nồng độ cacbonat và cacbon dioxit và thể hiện sự

chuẩn độ toàn bộ hydroxit và một nửa cacbonat. Điểm cuối pH 4,5 là gần kề với

điểm tương đương của ion hydro và hydro cacbonat và cho phép xác định độ kiểm

tổng số của mẫu. Phương pháp thử theo tiêu chuẩn TCVN 6636-1: 2000, ISO 99631: 1994.

Tổng phốt pho

Phốt pho trong nước được axit hóa mẫu về pH < 2, dưới tác dụng của chất

oxi hóa mạnh K2S2O8 và nhiệt độ cao 150oC, Phốt pho chuyển về dạng PO43-, ion

PO43- và dung dịch hỗn hợp axit molipdat và antimony sẽ tạo thành phức chất

antimony photphomolipdat có màu vàng, khử phức chất bằng axit arcobic tạo thành

phức chất molipden màu xanh đạm, đo độ hấp thụ ở bước sóng 880 nm. Phép đo

quang được thực hiện trên máy DR 2800. Phương pháp thử theo tiêu chuẩn TCVN

6202:2008 (ISO 6878:2004).

Oxy hòa tan

Nồng độ oxy hòa tan trong nước được xác định bằng phương pháp đo điện

thế trên thiết bị SENSION 156 (HACH, Mỹ). Phương pháp thử theo tiêu chuẩn

TCVN 7325:2004 (ISO 5814:1990).

2.3. Phương pháp phân tích các số liệu động học

Kết quả thu được từ mơ hình trong phòng thí nghiệm sau khi được tổng hợp

và xử lý để có giá trị mang tính đại diện cao. Tiến hành xác định các thông số động

học, theo các phương pháp như sau:

2.3.1. Phương pháp theo mẻ

Trong một bình phản ứng có thể tích V, nồng độ ban đầu của một cấu tử là S,

của sản phẩm là a. Khi đó tốc độ (vi) của phản ứng chuyển hóa từ nguyên liệu

thành sản phẩm được viết:



vi



Trong đó:







S



dS







da



 k.f

(2-1)



dt



dt



k: hằng số tốc độ phản ứng

f(S) là hàm số nồng độ: khi f(S) = 1 là phản ứng bậc không, f(S) = S là phản

ứng bậc 1, f(S) =Sn là phản ứng bậc n.

Tích phân phương trình (2.1) với điều kiện t=0, S=So hoặc t=0 thì a=0 ta

được:



f(S) =1: S= S0 – kt



(2-2)



f(S) = S: S= So e-kt



(2-3)



Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất theo thời gian phụ thuộc vào bậc của phản

ứng, các phương trình (2-2), (2-3) chỉ mơ tả q trình giảm nồng độ hoặc tăng sản

phẩm về mặt hình thức khi quy cho nó một bậc phản ứng nào đó mà khơng chú ý

tới cơ chế của một phản ứng.

2.3.2. Phương pháp liên tục khuấy trộn đều

Khi thực hiện thí nghiệm với kỹ thuật dòng liên tục khuấy trộn đều thì tốc độ

dòng vào Q (m3/h) bằng tốc độ dòng ra. Nồng độ các chất đầu vào S 0, nồng độ các

chất trong khối phản ứng chính là nồng độ tại dòng ra. Nồng độ cơ chất tại dòng ra

phụ thuộc vào thời gian lưu thủy lực (h) hay lưu lượng dòng vào Q (m 3/h). Thay

đổi lưu lượng dòng vào Q (hay thời gian lưu thủy lực) đối với những thí nghiệm có

nồng độ amoni đầu vào S0 như nhau thì nồng độ đầu ra cũng thay đổi, như vậy

chúng ta có thể tính tốn được các thơng số động học từ số liệu thực nghiệm. Tốc

độ oxy hóa được đánh giá theo hai cách: phương trình động học tổng quát bậc n

(phương trình 2-6) và phương trình động học Monod (phương trình 2-7).

Hằng số tốc độ và bậc phản ứng của hệ phản ứng dòng liên tục có khuấy

trộn được xác định theo phương pháp Levenspiel [57] :

So  S

H S

o

r



So  S











(2-4)

So.H.Q

V







S  Sr



(2-5)



V



Phương trình động học mô tả một hệ phản ứng trong môi trường đồng thể

(giả đồng thể) có dạng tổng quát:

ra

Tr

on



g đó:



r  k.Sn



(2-6)

S0, Sr: Nồng độ amoni đầu vào và nồng độ amoni đầu ra (mgN/L)

n: Bậc phản ứng.

r: Tốc độ phản ứng theo thể tích (mgN/L.h)

k: Hằng số tốc độ phản ứng

Q: Lưu lượng (l/h)

 : Thời gian lưu thủy lực (V/Q), giờ

V: Thể tích (lít)

H: Hiệu suất chuyển hóa (%)

Phương trình Monod thể hiện xu hướng: tốc độ tăng tuyến tính theo nồng độ



trong vùng nồng độ thấp (khi k >> S, tương ứng với phản ứng bậc 1) và tốc độ giá

trị tối đa ở vùng nồng độ nào đó (k << S, ứng với phản ứng bậc 0). Vậy, phương

trình Monod chỉ có khả năng thể hiện bậc phản ứng nằm trong khoảng từ 0 đến 1.

Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ amoni đầu vào lên tốc độ nitrat hóa còn có thể

được biểu diễn theo phương trình động học Monod, khi đó phương trình Monod

được viết lại dưới dạng như sau [55]:

r



(2-7)



S 

NH

4

 rmax .

NH

K S

4

S

NH4



1



Từ phương trình 2-7 chuyển thành dạng phụ thuộc tuyến tính giữa

1

S



rmax







theo phương trình 2-8:





NH4



S1 

NH



rNH





4



r

max



.



(2-8)



KS 

4



r

max



.S







NH4



1

 

r

max



KS



.



r

max



1

S







NH4



Từ số liệu thực nghiệm thơng qua phương trình 2-8 xác định được Chỉ số

bán bão hòa (Ks) và tốc độ sinh trưởng cực đại rmax.

2.3.3. Phương pháp hệ nối tiếp liên tục khuấy trộn đều

Muốn tăng cường hiệu suất xử lý hay phản ứng, có thể sử dụng kỹ thuật

phản ứng nối tiếp nhiều bình phản ứng với nhau. Khi đó đầu ra của bình phản ứng

trước trở thành đầu vào của bình phản ứng sau, nồng độ cơ chất giảm và của sản



phẩm tăng ở các bình nối tiếp nhau.

Giả sử, thí nghiệm được tiến hành trên n bình phản ứng với tổng thể tích là

V, thể tích của từng bình là V/n. Nồng độ của cơ chất đầu vào bình 1 là S 0 đầu ra là

S1. Phương trình cân bằng chất cho bình số 2 với nồng độ đầu vào là S1 có dạng:

V dS2 

.

Q.S

n dt



1



 Q.

S



(2-9)

2



(2-10)



dS2 n.Q

n.Q

.S 



dt



V



2



V



1



S1 được tính từ phản ứng ở bình thứ nhất, giả sử phản ứng là bậc 1 từ (2-6)

ta có:

n.Q.t

.e V



S1  S0





S0.e





n.t





 S0.e nH S0.e-nH



(2-11)



là thời gian lưu thủy lực cho cả hệ (V/Q)

H=t/ là tỉ lệ giữa thời gian phản ứng và thời gian lưu thủy lực của cả hệ,

tương ứng với tỉ lệ thời gian lưu thủy lực tại một bình phản ứng so với thời gian lưu

thủy lực của cả hệ.

Phương trình (2-11) có dạng chuẩn như phương trình (2-10):

n.Q

dS2 n.Q

S .enH

S 





(2-12)



dt

V 2

V 0

Giải phương trình (2-12) được hàm phân bố nồng độ tại bình phản ứng

thứ

2:



S2 = S0.n.e-nH



(2-13)



Tương tự có thể tính nồng độ Si tại đầu ra của bình phản ứng thứ i trong cả

dãy n bình phản

ứng:



S0

Si  i 1! (n.H)i1.enH



(2-14)



Phương trình (2-14) là dạng đơn giản nhất cho một phản ứng, đối với các

trường hợp phức tạp hơn sự phân bố nồng độ tại các bình phản ứng chỉ có thể tính

theo phương pháp gần đúng.



Nồng độ các chất tham gia phản ứng trong các bình có thể tính được hằng số

tốc độ phản ứng (k) trong trường hợp phản ứng là bậc 1 thì biểu thức (2-14) có

dạng:

1

Si

n

S0  (1 kt)



(2-15)



Trong đó:

V: Tổng thể tích các bình phản ứng

n: số bình phản ứng

S0, S1, S2…Si : Nồng độ các cấu tử đầu vào và đầu ra ở các bình phản ứng

: Thời gian lưu thủy lực cho cả hệ (h)

Q: Lưu lượng dòng (l/h)

k1, k2,..ki : Hằng số tốc độ phản ứng trong các bình 1, 2, ..i

H = t/ : Tỉ lệ giữa thời gian 1 bình phản ứng và thời gian lưu thủy lực của

cả

hệ.

2.3.4. Xác định các thông số động

học Q trình nitrat hóa

Để thiết kế một hệ thống xử lý nước theo mơ hình động học thì phải biết các

giá trị của các thông số động học.

Các giá trị đặc trưng cho quá trình động học gồm hệ số tiêu thụ cơ chất riêng

k (µm/Y), Chỉ số bán bão hòa Ks, hệ số phân hủy nội sinh kp chỉ có thể được xác

định được từ thực nghiệm đối với một hệ thí nghiệm cụ thể.

Hệ thí nghiệm là một bình phản ứng chứa nồng độ vi sinh X, được khuấy

trộn đều hoạt động liên tục (trong đó tốc độ dòng vào bằng dòng ra), sinh khối

được hồi lưu trở lại bình phản ứng. Nồng độ cơ chất ở dòng vào là S0, tại đầu ra là

S. Nồng độ vi sinh tại đầu vào là X0 (g/l) , đầu ra là Xe (g/l).

Cơ chất được vi sinh vật sử dụng để tổng hợp tế bào, còn một phần tham gia

phản ứng sinh hóa để tạo ra năng lượng, khi đó số lượng tế bào vi sinh tạo thành

tương ứng với sự hao hụt của cơ chất trong hệ. Khi đó tốc độ sinh trưởng tế bào

vg(g/l.d) được định nghĩa và có dạng:

dX

V

 .X

(2-16)

g

dt

Trong đó µ (1/d) là hệ số tương quan đặc trưng cho từng chủng loại vi sinh

vật hay là hằng số phát triển riêng. Gọi vsu là tốc độ suy giảm cơ chất khi đó:



vg = -Y.vsu



(2-17)



Trong đó Y là hiệu suất sinh khối mang ý nghĩa là khi tiêu hao một lượng cơ

chất sẽ sinh ra được một lượng sinh khối nào đó (g/g), dấu (-) chỉ hai quá trình



ngược nhau.

Tuy nhiên nhu cầu vật chất để vi sinh vật phát triển phù hợp với biểu thức

(2-17) rất ít khi được thỏa mãn. Khi nhu cầu chính khơng đáp ứng được thì tốc độ

sinh trưởng sẽ giảm. Mức độ suy giảm được quy về cho sự biên đổi giá trị hằng số

phát triển riêng, vì vậy theo động học Monod, µ được tính tốn như sau:

   max S

. KS  S



(2-18)



Kết hợp 2 phương trình (2-16), (2-17) và (2-18) ta có:

m

.X.S



V 



(2-19)



Y KS  S



su



Hay tốc độ suy giảm cơ chất còn được định nghĩa:

Q

So 











V

S

S





S



su



(2-20)



o





Sử dụng một hệ thí nghiệm liên tục khuấy trộn, khi đó thời gian lưu tế bào

V



được định nghĩa:

V.X

c

  Q .X  Q .X

w



r



e



(2-21)

e



Trong đó:

Qw: Lưu lượng dòng hỗn hợp nước-bùn về bể bùn

Qe: Lượng thốt ra khỏi bể phản ứng

V: Thể tích bể phản ứng

X, Xe, Xr: Mật độ vi sinh lần lượt trong bể phản ứng, tại dòng ra, và dòng

thải.

Khi đó phương trình thăng bằng chất mô tả biến động của mật độ sinh khối

và của nồng độ cơ chất được viết như sau:

dX

 Q.X

 Q .X  Q .X   V.v'

dt



o



w



r



Trong đó:

Q: Lưu lượng đầu vào bằng Qe

X0: Nồng độ vi sinh ở dòng vào



e



e



(2-22)

g



v,g: Tốc độ tăng trưởng sinh khối thực



v,g = vg + vp = -Yvsu – kp.X

V: Thể tích khối phản ứng



(2-23)



Trong trạng thái vận hành ổn định với mật độ vi sinh X, mật độ vi sinh

không thay đổi theo thời gian dX/dt =0. Nồng độ X 0 tại dòng vào thường rất nhỏ

nên X0=0.

Từ phương trình (2-22) và (2-23) ta có:

Qw .Xr  Qe.Xe  Yv

V

su  kp.X





Chia 2 vế cho X ta có:



Yvsu



(2-24)



k

(2-25)



Qw .Xr  Qe.Xe

V.X



p



X



Vế trái của phương trình là đại lượng nghịch đảo của tuổi bùn khi đó (2-24)

được viết lại:

1

c







Yvsu



k



X



(2-26)



p



Kết hợp phương trình (2-18) và (2-19) ta có:

V   m

.X.S





S



So 



Y  KS  S



su



(2-27)







Trong đó hệ số tiêu thụ cơ chất riêng k mang ý nghĩa là khả năng tiêu thụ cơ

(2-28)



chất trên một đơn vị sinh khối hình thành k  m

Y

Kết hợp 2-27 và 2-28 ta được:

V 



k.X.S



S





S0 



(2-29)



su



KS  S



Chia cả 2 vế cho X ta có





k.S







KS  S



SO  S



(2-30)



.X



Tuyến tính hóa (2-30) bằng cách nghịch đảo:

.X



K 1

 S



So  S



k.S



k



(2-31)



Nếu coi vế trái (2-31) là hàm số, 1/S là biến số thì thu được phương trình

đường thẳng có độ dốc ( là Ks/S và đoạn cắt trục tung là 1/k) từ đó tính ra k, Ks.

Giá trị kp và Y được xác định như sau: Sử dụng mối quan hệ của biểu thức

1

là hàm

vsu

(2-26) và đặt

là biến số, từ đó xác định được Y và kp.

c số,

X



Q trình khử nitrat

Tốc độ khử nitrat được tính tốn thông qua sự thay đổi của nồng độ chất

tham gia phản ứng và nồng độ chất tham gia phản ứng phụ thuộc vào nồng độ ban

đầu và thời gian lưu thủy lực. Với các dòng liên tục nồng độ các chất trong khối

phản ứng chính là nồng độ tại dòng ra. Nồng độ trong khối phản ứng phụ thuộc vào

thời gian lưu thủy lực (t) hay lưu lượng dòng vào (Q). Đánh giá q trình khử nitrat

thơng qua tổng nitơ suy giảm trong hệ chỉ được về mặt hình thức, khi khảo sát các

quá trình động học diễn ra trong quá trình phản ứng lại phức tạp hơn rất nhiều. Quá

trình khử nitrat diễn ra thường được nhận dạng là khử nitrat thiếu khí, tuy nhiên

q trình sinh hóa lại khơng phải là q trình lên men mà nó giống q trình hơ hấp

hiếu khí, nhưng thay vì sử dụng oxy vi sinh vật sử dụng nitrat khi môi trường

không có oxy cho chúng. Để xử lý nitrat vi sinh vật cần chất khử như chất hữu cơ,

H2S…Để khử 14 g nitơ trong hợp chất nitrat từ hóa trị +5 về 0 cần 5 mol điện tử vì

vậy mỗi mol điện tử sẽ khử được 2,8 g NO 3--N, lượng chất hữu cơ để khử nitơ

trong nitrat là 40/4 = 2,86 g.

Nếu tính COD thì tỉ lệ giữa COD trong metanol và nitơ trong nitrat sẽ có giá

trị là 3,71 g/g, giá trị đo từ thực nghiệm nằm trong khoảng 3,45 - 4 g/g. Tỷ lệ này

còn phục thuộc vào hiệu suất sinh khối và thời gian lưu tế bào của hệ xử lý do một

phần chất hữu cơ được sử dụng để tổng hợp tế bào.

Do quá trình khử nitrat là q trình thiếu khí dị dưỡng, vì thế khi thực

nghiệm để tính tốn các thơng số động học là sử dụng cho quá trình tiêu hao chất

hữu cơ, vì nó là yếu tố khống chế q trình khử nitrat. Mơ hình động học xây dựng

để để mơ tả khử nitrat bao gồm mơ hình Monod và các mơ hình kinh nghiệm.

Tốc độ khử nitrat phụ thuộc vào dạng và nồng độ của chất hữu cơ, chất hữu

cơ có tính sinh hủy cao thúc đẩy tốc độ phản ứng khử nitrat. Tốc độ khử nitrat bị

chi phối rất mạnh bởi nồng độ oxy hòa tan, nhiệt độ và dạng kỹ thuật phản ứng.

Hai mơ hình động học có thể sử dụng để mơ tả q trình khử nitrat: tốc độ phát

triển vi sinh hay tốc độ tiêu thụ của cơ chất tương tự như trường hợp xử lý hiếu khí.

Sự khác biệt giữa q trình xử lý chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí so với q

trình khử nitrat là thành phần thu nhận điện tử: oxy trong trường hợp đầu và nitrat

trong trường hợp sau. Tốc độ phát triển của vi sinh Denitrifier phụ thuộc vào chất

hữu cơ được mơ tả bởi phương trình động học dạng Monod. Bậc của phản ứng

đối với



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Độ oxy hóa (Chỉ số pecmanganat)

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×