quá trình sinh học phần 2

quá trình sinh học phần 2quá trình sinh học phần 2quá trình sinh học phần 2quá trình sinh học phần 2quá trình sinh học phần 2quá trình sinh học phần 2quá trình sinh học phần 2quá trình sinh học phần 2

Tện môn học:

CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG KỸ THUẬT

MÔI TRƯỜNG

GVC TS Tôn Thất Lãng

7 CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÍ

CHẤT THẢI RẮN VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.1.1 Phản ứng bậc zero

• Phản ứng được gọi là bậc 0 khi tốc độ phản ứng không phụ

thuộc vào nồng độ các chất tham gia phản ứng.

• Đối với phản ứng bậc 0, giả sử có chất A chuyển hóa thành

chất B: A→B, tốc độ chuyển hóa của nó sẽ là:

• Trong đó dấu (-) biểu diễn chất A bị hao hụt theo thời gian

Nếu C đại diện cho nồng độ chất A ở thời điểm t nào đó và k0

2.1.2 Phản ứng bậc 1

• Lấy tích phân (7) ta sẽ được:

 

 1/2

2.1.3 Phản ứng bậc 2

• Lấy tích phân ta sẽ được:

• Hằng số thời gian bão hòa trong trường hợp này sẽ là:

2 0

k C dt

2.1.4 Phản ứng bậc bất kỳ

• Lấy tích phân ta sẽ được:

• Hằng số thời gian bão hòa trong trường hợp này sẽ là:

0

(14)

n t

2.1.5 Phân tích hằng số tốc độ phản ứng

• Mối quan hệ giữa tốc độ phản ứng, nồng độ chất phảnứng và bậc phản ứng n (0, 1, 2, 3,…, n) được biểu

diễn bởi các phương trình sau:

r = Cn hay log r = n log C (1)

• Trong đó: r: tốc độ phản ứng

n: bậc phản ứngC: nồng độ chất tham gia phản ứng

• Hệ số tỉ lệ k được gọi là HSTĐPƯ: k có ý nghĩa là tốc

độ phản ứng khi nồng độ các chất bằng đơn vị; k

không phụ thuộc nồng độ mà chỉ phụ thuộc nhiệt độ

2.2.1 Phương trình Michaelis-Menten

• Khi hệ thống đạt trạng thái cân bằng ta có:

• k-1[ES]+k2[ES] = k1[E][S]

• (k-1+k2)[ES] = k+1[E][S] (2)

• Gọi E0 là nồng độ ban đầu:

• [E0]=[E]+[ES]=>[E]=[E0]-[ES] (3)

• Thay trị số [E] từ (3) vào (2) ta có:

• (k-1+k2)[ES] = k1([E0]-[ES]) [S]

• Thay vào phương trình (4) ta được:

• Phương trình (5) gọi là phương trình Michaelis

2.2.1 Phương trình Michaelis-Menten

• Km gọi là hằng số Michaelis Menten đặc trưng cho

mỗi enzyme Km đặc trưng cho ái lực của enzyme với

cơ chất, Km có trị số càng nhỏ thì ái lực của enzyme với cơ chất càng lớn, nghĩa là vận tốc của phản ứng

2.2.1 Phương trình Michaelis-Menten

• Km càng nhỏ thì ái lực này càng lớn, tốc độ phản ứngcàng cao vì tốc độ tối đa V đạt ở giá trị nồng độ cơ

chất càng thấp

• Trên cơ sở phương trình Michaelis-Menten, bằng

cách xây dựng đường biểu diễn sự phụ thuộc của v

vào [S] và bằng đồ thị đó xác định tốc độ tối đa V ta

có thể tìm thấy giá trị của [S], ở đó v = V/2, tức giá trịcủa Km (hình dưới)

2.2.2 Phương trình Monod

• Một trong số những phương trình sử dụng rộng rãi

nhất thể hiện nồng độ ảnh hưởng của cơ chất (chất

dinh dưỡng) lên TĐST là phương trình Monod:

2.2.3 Mô hình tính đến sự ức chế (kềm hãm) của cơ chất

• Hoạt độ của enzyme có thể bị thay đổi dưới tác dụng của một

số chất có bản chất hóa học khác nhau Các chất làm giảm hoạt

độ enzyme gọi là các chất kìm hãm hoặc các chất ức chế

(inhibitor), thường kí hiệu là I Các chất này có thể là những ion, các phân tử vô cơ, hữu cơ kể cả các protein Các chất ức chế tham gia trong điều hòa, kiểm tra các quá trình trao đổi

chất trong hệ thống sống.

• Các chất gây biến tính protein là những chất kìm hãm không đặc hiệu enzym Nhiều chất khác không làm biến tính protein enzym nhưng vẫn làm giảm hoạt độ xúc tác của nó theo cơ chế khác.

2.2.3 Mô hình tính đến sự ức chế (kiềm hãm) của cơ chất

• Các chất này có thể kìm hãm thuận nghịch hoặc không thuận nghịch enzym Nếu là kìm hãm thuận nghịch, phản ứng kết

hợp giữa enzym và chất kìm hàm(I) nhanh chúng đạt đến cân bằng;

• E + I → EI

• Trong trường hợp kim hãm không thuận nghịch, k-i rất bé, có thể xem như =0, I kết hợp E bằng liên kết đồng hóa trị hoặc kết hợp rất chặt đến mức khó lòng tách khỏi E, sự phân ly

phức EI là rất chậm.

k k

  

• Areniut (Arrehnius) dựa trên kết quả thực nghiệm đã

mô tả chính xác hơn ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc

2.4.1 Bể phản ứng mẽ xáo trộn hoàn toàn

• Bể SBR là bể xử lý nước thải bằng phương pháp sinhhọc theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục Quy

trình này tuần hoàn với chu kỳ thời gian sinh trưởnggián đoạn

• Mỗi bể SBR một chu kỳ tuần hoàn bao gồm "LÀM

ĐẦY", "SỤC KHÍ", "LẮNG", "CHẮT", và "NGHỈ" Bởi thao tác vận hành như trường hợp gián đoạn này, cũng có nhiều khả năng khử nitrit và phốtpho Phản

ứng bể SBR không phụ thuộc đơn vị xử lý khác và

2.4.1 Bể phản ứng mẽ xáo trộn hoàn toàn

• Chu trình SBR thông thường, không gây vướng cho các bọt khí

mịn ra khỏi màng đĩa phân phối được dùng cung cấp nhu cầu oxy từ máy thổi khí cho sự sinh trưởng của vi khuẩn Tốc độ quay chậm của quạt gió và của thiết bị trộn chìm được xem

như cách thay đổi luân phiên khác của thiết bị thổi khí cho quy trình SBR.

• Quy trình thay đổi luân phiên trong bể SBR không làm mất

khả năng khử BOD trong khoảng 90 – 92%

2.4.1 Bể phản ứng mẽ xáo trộn hoàn toàn

2.4.1 Bể phản ứng liên tục xáo trộn hoàn toàn

• Trong bể phản ứng liên tục xáo trộn hoàn toàn, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào:

• Tỷ số giữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M.

• Nhiệt độ.

• Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật.

• Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất.

• Lượng các chất cấu tạo tế bào.

• Hàm lượng oxy hòa tan.

2.4.1 Bể phản ứng liên tục xáo trộn hoàn toàn

Thank You!