Trao đổi khí sục khí và khử khí.pdf

Tài liệu về trao đổi khỉ, sục khí và khử khí.

TRAO ĐỔI KHÍ:

SỤC KHÍ VÀ KHỬ KHÍ

Mục tiêu

Giúp sinh viên nắm vững các nội dung:

• Khái niệm về tổng áp lực và áp lực thành phần khí trong không khí và trong nước

• Khái niệm hệ số chuyển tải (KLa), các yếu tố

ảnh hưởng đến sự chuyển tải khí qua bề mặt tiếp xúc khí-chất lỏng

• Tính hệ số KLa của máy sục khí

• Ảnh hưởng của CO2 đếi pH và độ kiềm

• Cách điều khiển CO2 trong hệ thống tuần hoàn

CO2 Sinh trưởng chậm

Gây chết cá Giảm hấp thụ oxy Gây pH thấp

NH3 Sinh trưởng chậm

Gây chết cá

Áp lực khí

Định luật Dalton:

2 2

(0,20946)

* ) 760

, 92 5

(0,78)

* ) 760

Độ bão hòa oxy

Độ hòa tan của

Hiệu chỉnh hàm lượng oxy bão hòa

Khi biết áp lực khí:

760

* A

t c

P DO

DO =

DOc: Hàm lượng oxy bão hòa hiệu chỉnh

DOt: Hàm lượng oxy bão hòa ở PA= 760 mmHg (Po2 =

159,2 mmHg)

PA: Áp lực không khí đo được

Giả định: PA tại Lâm Đồng là 730 mmHg, nhiệt độ

là 25oC DOc tại đó là bao nhiêu?

DOc = 8,24 * (730/760) = 7,91 mg/L

Hiệu chỉnh hàm lượng oxy bão hòa

Khi không biết áp lực khí, ước lượng PA theo

cách sau:

Từ 0-600m, PA giảm 4%/300m

Từ 600-1500m, PA giảm 3%/300m

Từ 1500-3000m, PA giảm 2,5%/300mGiả định: PA tại Bảo Lộc có độ cao 250m, nhiệt

độ là 25oC DOc tại đó là bao nhiêu?

PA = 760-{760*[(250*0,04)/300]} = 734,7 mmHg

DOc = 8,24*(734,7/760) = 7,97 mg/L

Trao đổi khí giữa nước và không khí

PP = Áp lực khí thành phần

PPkhông khí > PPnước PPkhông khí < PPnước

Nước Không khí

Trao đổi khí giữa nước và không khí

PP(O2)không khí >

PP(O2)nước PP(COPP(CO2)không khí <

2 )nước

Nước Không khí

Barr Atm

P P

P P

Patm O N Ar CO 1 1

2 2

2

=

= +

+ +

=

Trao đổi khí giữa nước và không khí

Câu hỏi: Trong không khí chứa 300 mgO2/L, trong nước

chứa 11 mgO2/L ⇒ Hướng khuếch tán của O2?

300 mg/L = 100% bão hòa ⇒ PP(O2)Không khí = 159,2 mmHg

11 mg/L = 121,15% bão hòa ⇒ PP(O2)nước = 192,9 mmHg

Chuyển tải oxy qua mặt nước

Đánh giá hiệu quả của máy sục khí

) C

-(C V

A K

dt

dC

m S

CS: Hàm lượng oxy bão hòa

Cm: Hàm lượng oxy đo được

KLa: Hệ số chuyển tải khối lượng (/ngày)

V

A K

a

KL = L

Làm tăng trao đổi khí

Làm tăng sự trao đổi khí bằng cách:

• Tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa khí và

a

Ướ c tính hệ số chuyển tải khí

2 1

L

t - t

lnD -

lnD a

m s

t C - C

D =

Độ thiếu hụt oxy ở thời điểm t (Dt)

Hàm lượng khí N2 trong nước

N2 là khí trơ ⇒ rất khó đo

Tổng áp lực đo bằng áp lực kế

Áp lực khí N2 trong nước:

PN 2 = PT - PO2 – Pco2 – Phơi nước – Pkhí khác

Nhiều cách đo/tính toán
Sai tổng của tất cả

các khí

2 2

O

Ả nh hưởng của oxy hòa tan

Tiêu thụ oxy của cá phụ thuộc vào các nhân tố:

• Loài cá, khối lượng/tuổi, tình trạng hoạt động

• Thức ăn

• Nhiệt độ và hàm lượng oxy

Số liệu về ảnh hưởng của nhiệt độ lên sinh

trưởng, FCR rất hiếm

Ảnh hưởng của nhiệt độ thường khó xác định

DO dưới 80% bão hòa sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng

pH và vận chuyển oxy của máu

CO2 và vận chuyển oxy của máu

Xác định tỉ lệ chuyển tải oxy - SOTR

Bước 1: Khử oxy bằng Na2SO3 (8-10mg/L) và xúc tác CoCl2 (0,05-0,1 mg/L)

2 1

L

t-t

lnD-

lnDa

Xác định tỉ lệ chuyển tải oxy - SOTR

Bước 2: Xác định KLaT

/60 )

t - (t

lnD -

lnD a

K

70 10

70 10

T

L =

KLaT: Hệ số chuyển tải ở nhiệt độ T (h)

D10: Độ thiếu hụt oxy khi đạt 10% bão hòa (mg/L)

D70: Độ thiếu hụt oxy khi đạt 70% bão hòa (mg/L)

t10: Thời điểm oxy đạt 10% bão hòa (min)

t70: Thời điểm oxy đạt 70% bão hòa (min)

Xác định tỉ lệ chuyển tải oxy - SOTR

20 - T

T L 20

L

1.024

a

K a

Bước 4: Tính tỉ lệ chuyển tải oxy chuẩn (SOTR)

) /

( 10

V) )(

C ( a

K

Bước 5: Hiệu quả sục khí chuẩn (SAE)

) / /

( SOTR/kW

Xác định tỉ lệ chuyển tải oxy - SOTR

Tính tỉ lệ chuyển tải oxy của nước ao (AOTR)

) / (

024

1 C

C

C SOTR

S20

m ST

h O

kg

T− α

−

=Hiệu quả sục khí của nước ao(AAE)

) /kW/ (

024 ,

1 C

C

C SAE

S20

m ST

h O

Xác định tỉ lệ chuyển tải oxy - SOTR

Đơn vị tính của SAE và AAE

Hàm lượng CO2 trong nước

Khi [HCO3- ] = [CO2] thì [H + ] = K1= 10 -6,35

⇒ pH = 6,35 (pH = -lg[H + ])

Trong nước sạch, 25 o C và khí áp là 760mmHg hàm lượng CO2

là 0,46mg/L (~ 10 -5 eq) ⇒ pH = 5,68 Hàm lượng CO2 là 30 mg/L (~ 10 -3,166 eq) ⇒ pH=4,8

CO2 không gây giảm pH dưới 4,5 Khi pH<4,5 là do acid khoáng

Hằng số cân bằng của phương trình trên được trình

bày như sau:

35 , 6 1

2

3

-10

k]

CO[

]HCO][

Hàm lượng CO2 trong nước

Hàm lượng CO2 trong nước

Hàm lượng CO2 trong nước

• CO2 hàm lượng: CO2,, H2CO3, HCO3-, CO32-
khó tính toán

• pH, độ kiềm và nhiệt độ phụ thuộc nhau

• CO2 trong không khí thấp, CO2 trong nước cao

⇒ Chuyển CO2 từ nước sang không khí

• Sử dụng cột khử khí (tripping column)

• Kết hợp với lọc khô (trickling filter)

Hàm lượng CO2 trong nước

Cột khử khí với tỉ lệ G:L

từ 5-10