一假單胞菌利用基質(zhì)S時(shí)的生長(zhǎng)速率符合Monod方程。已知其最大比生長(zhǎng)速率為0.4h-1,Ks值為0.74kg/m3,Yx/s為0.5?,F(xiàn)利用連續(xù)培養(yǎng)器對(duì)該細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng),培養(yǎng)基中基質(zhì)S的濃度為10kg/m3,稀釋率D為0.2h-1。在進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行之前,利用間歇培養(yǎng)操作,將細(xì)胞濃度培養(yǎng)至6.0kg/m3。
(1)計(jì)算穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)基質(zhì)S的利用率。
(2)計(jì)算穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)培養(yǎng)器中的細(xì)胞濃度,并定性分析連續(xù)培養(yǎng)操作開(kāi)始后培養(yǎng)器內(nèi)細(xì)胞濃度的變化及其原因。
(3)由于操作不慎,培養(yǎng)器內(nèi)混入A和B兩種雜菌。已知該兩種菌利用S時(shí)的最大比生長(zhǎng)速率分別為0.1h-1和0.3h-1,Ks值均為0.21kg/m3。試分析長(zhǎng)期培養(yǎng)時(shí)培養(yǎng)器內(nèi)的細(xì)菌組成情況。
(4)根據(jù)微生物反應(yīng)器的理論,在不停止運(yùn)行的情況下,你有什么方法排除該兩種雜菌的影響,使培養(yǎng)器內(nèi)恢復(fù)到非污染的狀態(tài),并說(shuō)明理由。
(5)計(jì)算基質(zhì)S的利用率達(dá)到99%時(shí)的稀釋率。
(6)根據(jù)(1)和(5)的計(jì)算結(jié)果,討論在環(huán)境工程上利用降低稀釋率提高污水生物處理系統(tǒng)(細(xì)胞分散體系)中污染物去除率的局限性。可采取其它什么措施提高污水生物處理系統(tǒng)(細(xì)胞分散體系)的污染物去除率?試?yán)梦⑸锓磻?yīng)器的知識(shí),分析該措施的理論依據(jù)。
污染物A的分解反應(yīng)A→P可視為一級(jí)反應(yīng)(恒容),反應(yīng)的活化能為84kJ/mol。在150℃條件,利用平推流反應(yīng)器進(jìn)行分解反應(yīng),A的去除率達(dá)到一定要求時(shí)需要的反應(yīng)器體積為Vp。
(1)在相同的反應(yīng)溫度下,設(shè)改用全混流反應(yīng)器時(shí)達(dá)到同樣的去除率需要的反應(yīng)器體積為Vm,則Vm與Vp的比值Vm/Vp存在何種定量關(guān)系。
(2)根據(jù)Vm/Vp值的大小,比較平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的反應(yīng)效率并說(shuō)明造成這種現(xiàn)象的主要原因是什么?
(3)設(shè)A的去除率目標(biāo)為60%,若將平推流反應(yīng)器改為全混流操作,要達(dá)到同樣的去除率反應(yīng)溫度應(yīng)如何變化?
(4)在上一問(wèn)中,若將反應(yīng)器改為兩個(gè)體積相等的全混流反應(yīng)器(總有效體積不變),進(jìn)行串聯(lián)操作,若要達(dá)到60%的去除率,反應(yīng)溫度應(yīng)如何變化?
某地下水凈化工程計(jì)劃利用硝酸根離子的氫氣催化還原反應(yīng)去除地下水中的硝酸根(將氫氣送入污染地下水中,并選擇金屬銅為固體催化劑(內(nèi)部無(wú)微孔)。假設(shè)該反應(yīng)主要發(fā)生在催化劑的外表面,為非慢速反應(yīng)且硝酸根的主要還原產(chǎn)物為氮?dú)猓▽?shí)事上,根據(jù)反應(yīng)條件的不同,氨有時(shí)會(huì)成為主要還原產(chǎn)物),反應(yīng)式為:NO3-+H2→ N2+H2O
(1)試分析該反應(yīng)系統(tǒng)的微觀過(guò)程。
(2)假如讓你設(shè)計(jì)該反應(yīng)系統(tǒng),你會(huì)選用哪種形式的固相催化反應(yīng)器?為什么?該類(lèi)反應(yīng)器有什么缺點(diǎn)?