QgcO20二氧化碳
后测量废气中二氧化碳。溶解氧浓度的变化与呼吸率相比很低因为亨利系数高H,由亨利定律,看到Eq。(5.6):
c O2浓度的气体和c ^ 2是边界的O2浓度气体/液体平衡。
rO2_z相比,rCO2, z是更难以衡量,有两个原因:
•二氧化碳在水中的溶解度是远远高于O2。
•的溶质CO2L迅速与水反应,形成碳酸。
CO2L + H2O H2CO3 (4.47)
4.3测量氧消耗率rO2 x和CO2产率rCO2, x | 77然而,平衡常数后:
k1 SCO2, L -sh2c = k2 SH2CO3 (4.48)
k1 sco2 l sh2o年代
克= SH2O■K = H2CO3 = 1.58■三分(4.50)
sco2, l是非常低,这表明只有~ 0.16%的溶质二氧化碳的形式出现
H2CO3。Nazaroff的概念和Alvarez-Cohen(2001),我们总结CO2L, H2CO3通过编写:
rH2CO3, X = rCO2 L + rH2CO3 (4.51)
”或者说“碳酸浓度,考虑Eq。(4.50):
SH2CO3 X = SCO2 L + SH2CO3 = SCO2, L (1 + Ke) (4.52)
根据不同的pH值,“碳酸离解反应显示下面的平衡:
H2CO3 x H + + HCO - (4.53)
HCO - H + +二氧化碳(4.54)由SH +强烈影响或pH = -日志SH +:
K1 = sh + shco - = 4.47。10 - 7摩尔结果l - 1 (4.55)
K2 = H +的二氧化碳= 4.68■年级摩尔l - 1 (4.56)
Oi一小部分的每个物种S o x ^ ^, shco和sco2相关总浓度:
SCX = SH2CO3 X + SHCOj + SCo3 -(4.57)可以使用方程式计算。(4.55)和(4.56)。(注意:SH2CO3 x«SCO2):
H2CO3 X = " = 2
袜Sh + + K1K2 + K1Sh + Sco2 K - K,
aH2co3, z = aHCo5 = 0.5 aHCo5 = aCO | - = 0.5, pH值称为pK pK2,显示特征值(pK = 6.33;pK2 = 10.33)。
方程(4.58)(4.60)是绘制在图4.2中,提出一些重要的结果:
•在pH值< 4.5,所有的形式溶解碳H2CO3Z«二氧化碳。
•4.3 < pH值< 8.3、H2CO3 z«二氧化碳和HCO -占主导地位。
•在8.3 < pH值< 12.3,HCO -和咖啡占主导地位。
•在pH > 12.3,溶解碳以二氧化碳的形式。
这个平衡可以受到温度和其他阴离子的浓度。
图4.2浓度正常化的离解产品“碳酸”H2CO3X HCO -和咖啡作为pH值的函数(Nazaroff和Alvarez-Cohen 2001);T = 20°C。
问题4.1
工业废水污染主要是由多糖(分别为CnH2nOn或n = 1 ch2o)。细菌的组成由C5H7O2N给出。流量10000立方米d 1,的浓度影响S0 = 2000毫克l - 1医生;和删除应达到90%。
计算氮的数量必须补充道。
污泥必须治疗多少钱?
比生长速率p很大衰减系数相比kd。4.2.1,准备节YN / SC = 0.067摩尔N(摩尔医生)1和YXC / SC = 1/3摩尔C(摩尔医生)1计算有氧降解的碳氢化合物。
解决方案rNV molN 14 g N
YN / sc = - = 0.067 = 0.067■g N C (g) 1 = 0.078
rSCV molDOC 12 g C
rSCV = QW (s) = 104 1800 g d 1 = 18 t d 1 DOC
rNV = 18■rSCV-YN / SC = 0.078 = 1.4 t N d 1氮必须添加。molC
摩尔医生
rxc vo _我。YXC / SC - - - - - - -;
rXC - rSCYXXC / SC;rXCV - rSCVYXXC / SC
rxcV - rscVYXc / sc - 18000■0.33 - 5940公斤每质量MLVSS C C d 1 50%
rMLVSSV - 2 rXC V;12 t MLVSS d 1污泥必须治疗。
问题4.2
在一个完全混合搅拌罐反应堆(装运箱),一个废水含有大量的有机物和无机碳耗氧治疗。在这个过程中,在稳定状态下进行,给出以下数据:
废水流量Qw = 1000 m3 d 1
空气流量QA = 7500 m3 d 1
亨利定律是由
(Nazareff和Alvrez-Cohen 2001)。
二氧化碳和25°C Hg = 29 atm (mol / L) 1。为了得到亨利co-efficiet H的无量纲形式p = RTc必须给予介绍
R = 8.314 J mol-1 K - 1 = 82.05■10 - 6立方米atm(摩尔K) - t = 273 + 25 = 298 K
二氧化碳/ HCO -平衡常数K1 - 4.47■10 - 7摩尔l - 1结果
二氧化碳产量rCO2 m3 - 9000 g d 1
计算碳的部分:
产生的二氧化碳在空气中离开反应堆和产生二氧化碳,HCO -和二氧化碳在水中离开反应堆。
解决方案
C平衡水:Qw
0 - - (Sco2 + Shco + Sco3 -) ^ -v-q溶解在污水水
与空气产生剥离
从方程式(4.61)得到。(4.62)和(4.63)年代__ ^ _
K1 - 4.47■10 - 7 l - 1摩尔结果MHCO 61 - 4.47 - 61 g mol-1 K1 -■■10 - 7——272.67■10 - 7 g l - 1 SH +结果——结果可达摩尔l - 1——换句g l - 1 H - 1.19
9000年
9000年2744.6
Eq。(4.61)可以计算不同部分
9000 g h - m3;3.29 + 8970.8产生二氧化碳
29.36
二氧化碳反式- HCO3反式二氧化碳与水与空气和水被移植移植
在现实中两个进一步的反应的重要性,减少HC03浓度:
Ca2 + +二氧化碳- <»碳酸钙
引用
1994年j·贝伦特,Biologisch-chemische Behandlung冯Prozesswassern der Altlastensanierung和冯kontaminierten Grundwassern, VDI-Forschungs-berichte Umwelttechnik Reihe 15日119。
海因策,l . 1997, Mikrobiologischer Abbau冯·4-Nitrophenol 2, 4-Dinitrophenol和2,在synthetischen 4-Dinitrotoluol Abwassern, VDI-Forschungsberichte Umwelttechnik Reihe 15日167。
赫伯特,d . 1958,连续文化的一些原则:在微生物学最新进展,艾德。Tunevall, G。Almqvist,斯德哥尔摩,p . 381 - 396。
宽松,e . 1967 Taschenbuch皮毛Chemiker和物理学,斯普林格出版社,柏林。
Nazaroff W.W.;Alvarez-Cohen l . 2001年,环境工程科学,约翰威利& Sons,纽约,96年,114年。
气体/液体氧气传输和剥离
扩散运输
所有有氧生物过程所需的氧气。通常,它消耗速率取决于氧质量transfer1”。如果我们希望增加这些过程的速度,我们必须增加气体/液体界面区域和特定的质量传递,由扩散和对流。具体质量输运扩散速率对流是由菲克定律:
JD = - d摩尔的h - m - 2 (5.1)
D是扩散系数。如果c是在水中溶解氧浓度,那么D =洗/ H2O是氧气在水中的扩散系数。它可以计算通过使用爱因斯坦方程式(丹尼尔斯和Alberty 1955)或Nernst-Ein-stein方程(鸟等。1962)
K = 1.380 10-23 J K - 1(玻耳兹曼常数),T是温度(K), wO2是氧气分子的扩散速度(摩尔的h - m)和FO2就是氧气分子的抵抗的力量(J摩尔m - 1)。
FO2从斯托克斯获得法律运动受到高摩擦部队(ReP1):
FO2 = 6 n r | wO2RO2J摩尔m - 1 (5.3)
r是水的动态粘度(g h - m - 1) RO2 O2 (m)的分子半径。
引入Eq。在Eq(5.3),(5.2),在此之前:KT次方
1只对反应速率很低不是依赖氧气传质。
Wilke和Chang(里德et al . 1987年)计算T = 20°C:
D20开头= 6.48 h -■10 - 6平方米
温度的影响,并建议应该考虑使用:
气体/液体边界,氧气在水中的特定传输速率计算通过使用Eq。(5.1)低要是扩散。这不仅从扩散系数较低,但也从氧气在水中的溶解度低:
方程(5.6)称为亨利吸收平衡(亨利定律,看情商。4.46)和有效氧的压力几乎p = 10条(c = p / RT)。H与增加温度和氯化物的浓度降低(表5.1)。
20°C和去离子水H = 32.6,这意味着,在空气中氧气浓度的298.7毫克l - 1,只有9.17毫克O2 l - 1是溶解在水中。因此,氧转移成水的扩散是一个缓慢的过程,由于较低的扩散系数和溶解度较低(图5.1)。
如果我们想利用氧气在水中化学或生物的过程,我们必须:(a)使用对流除了扩散和(b)增加气体/液体界面区域。
此外,可能需要使用纯氧代替空气在某些情况下,导致较高的溶解氧浓度在边界c * 4.8倍。但在我们进一步讨论,我们只会考虑使用的空气。
空气 |
水 |
|
二氧化碳 |
||
c * = c0 ' |
- - - - - - |
c ' |
直流的dx lx = o |
||
图5.1运输氧气从空气进入水只有扩散。
图5.1运输氧气从空气进入水只有扩散。
温度 |
氯浓度(毫克L |
1) |
|||
(°C) |
|||||
0 |
5000年 |
10000年 |
000年15 |
20000年 |
|
0 |
14.62 |
13.79 |
12.97 |
12.14 |
11.32 |
1 |
14.23 |
13.41 |
12.61 |
11.82 |
11.03 |
2 |
13.84 |
13.05 |
12.28 |
11.52 |
10.76 |
3 |
13.48 |
12.72 |
11.98 |
11.24 |
10.50 |
4 |
13.13 |
12.41 |
11.69 |
10.97 |
10.25 |
5 |
12.80 |
12.09 |
11.39 |
10.70 |
10.01 |
6 |
12.48 |
11.79 |
11.12 |
10.45 |
9.78 |
7 |
12.17 |
11.51 |
10.85 |
10.21 |
9.57 |
8 |
11.87 |
11.24 |
10.61 |
9.98 |
9.36 |
9 |
11.59 |
10.97 |
10.36 |
9.76 |
9.17 |
10 |
11.33 |
10.73 |
10.13 |
9.55 |
8.98 |
11 |
11.08 |
10.49 |
9.92 |
9.35 |
8.80 |
12 |
10.83 |
10.28 |
9.72 |
9.17 |
8.62 |
13 |
10.60 |
10.05 |
9.52 |
8.98 |
8.46 |
14 |
10.37 |
9.85 |
9.32 |
8.80 |
8.30 |
15 |
10.15 |
9.65 |
9.14 |
8.63 |
8.14 |
16 |
9.95 |
9.46 |
8.96 |
8.47 |
7.99 |
17 |
9.74 |
9.26 |
8.78 |
8.30 |
7.84 |
18 |
9.54 |
9.07 |
8.62 |
8.15 |
7.70 |
19 |
9.35 |
8.89 |
8.45 |
8.00 |
7.56 |
20. |
9.17 |
8.73 |
8.30 |
7.86 |
7.42 |
21 |
8.99 |
8.57 |
8.14 |
7.71 |
7.28 |
22 |
8.83 |
8.42 |
7.99 |
7.57 |
7.14 |
23 |
8.68 |
8.27 |
7.85 |
7.43 |
7.00 |
24 |
8.53 |
8.12 |
7.71 |
7.30 |
6.87 |
25 |
8.38 |
7.96 |
7.56 |
7.15 |
6.74 |
26 |
8.22 |
7.81 |
7.42 |
7.02 |
6.61 |
27 |
8.07 |
7.67 |
7.28 |
6.88 |
6.49 |
28 |
7.92 |
7.53 |
7.14 |
6.75 |
6.37 |
29日 |
7.77 |
7.39 |
7.00 |
6.62 |
6.25 |
30. |
7.63 |
7.25 |
6.86 |
6.49 |
6.13 |
有两种可能实现的条件(a)和(b):
•我们可以产生小气泡,上升到表面的水,导致氧转移到水和悬浮微生物。
•我们可以生产滴电影,从地表向下流动的固体生物膜所覆盖。
在这一章里,我们将集中只在氧气从泡沫到水的转移扩散和对流。
定义特定的传质系数
在图5.1相比,质量是只转让分子运动(扩散),我们现在想增加它对流运动(图5.2)。
由于空气中的氧气扩散系数高,空气中的氧气浓度仍局部常数。但在水中,情况完全改变了:除了分子运动,液体总质量是现在感动水动力的力量,即压力、惯性和摩擦部队直接附近的气泡上升。这种对流运输增加当地斜坡浓度的边界直流/ dx | x_0和具体传质速率:
但梯度不是衡量,只能计算液体流率低。相比之下,不同浓度c * - c”可以很容易地测量(图5.2):
k,
和8是边界的厚度(见图5.3)。
情商的比例因子kL。(5.8)取决于扩散系数D以及泡沫w,速度v运动粘度和表面张力,
空气 |
水 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
二氧化碳 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
c * = c0 ' |
* JD + C |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
电缆测试 |
k” |
c ' |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
图5.2运输氧气从空气进入水的扩散和对流。 图5.2运输氧气从空气进入水的扩散和对流。 为例。我们不能假设我们能够测量边界面总面积的气体/液体泡沫: Jd + cA =解放军(c * - c”)的h -摩尔(5.9) 应用情商。(5.9)系统的体积V,特定的氧化能力如下: OC = JD + C - =解放军(C * - C”)的h -摩尔m3 (5.10) 以心理契约为特定的传质系数。 心理契约和c是依赖于温度。的温度20°C和C = 0,我们获得最大的特定标准氧化能力: (解放军)20 c * 20依赖溶解的浓度无机和有机物质。应用的比例值有效的废水和干净的水,我们写: 反映了传质系数T = 20°C给: (解放军)20 w为洁净水和废水(解放军)200浓度溶解氧的接口: c20w废水c ' 20日0的干净的水 尤其是在工业废水,不同的组件可能会溶解过程中可能使解除吸附氧的吸收。因为他们的亨利系数低H,传输阻力发生在这两个阶段,水和空气。这种情况下将在下一节中讨论。 两个电影理论 三个模型已经开发改善气体/液体质量传递的理解:Higbie的表面更新模型(1935)和丹克韦尔兹(1951、1970);王仍表面模型(1964)和惠特曼的“两个电影”模型的空气水空气c  图5.3吸收和解吸的化合物溶解在水中亨利系数低,H = c / c * = c0 / c ' 0;(一)吸收、解吸(b)。 图5.3吸收和解吸的化合物溶解在水中亨利系数低,H = c / c * = c0 / c ' 0;(一)吸收、解吸(b)。 (1923)。我们将限制讨论的两个电影理论。回顾所有的理论是由丹克韦尔兹(1970)。 让我们看看边界水/空气的传质为解吸过程和两部电影形成的情况。氧气为氧气体的解吸电影,如氮,是一个简单的案例几乎直接从图5.2。但这种平衡,它的特点是亨利系数低,导致水和空气浓度资料吸收(图5.3)和解吸(图5.3 b)。 解吸率现在必须使用两个电影理论计算。表5.2编译一些较低的化合物H。 注意,在图5.3 b c在气泡浓度远低于c *,理论上的平衡浓度。 一个使用解放军给出总体传质速率。如果我们定义具体的总传质系数解放军的编写: 比总传质速率,我们可以得出结论,这个速度在液膜是一样的: 解放军(c - c *) =解放军(c的c0) 也同意在气膜率:解放军(c ' c0) = kGa (co-cG) : 表5.2不同化合物的溶解度和亨利系数(1992年奈,补充),亨利定律:
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