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
L/O/G/O BỘ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG TPHCM Tện môn học: CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG GVC TS Tôn Thất Lãng Tổng quát môn học KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH (QUÁ TRÌNH SINH HỌC SINH TRƯỞNG LƠ LỬNG) QUÁ TRÌNH SINH HỌC BÁM DÍNH CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÝ TỰ NHIÊN QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÍ CHẤT THẢI RẮN VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.1 Động học phản ứng – Tốc độ phản ứng 2.2 Phản ứng enzyme 2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ lên bể phản ứng 2.4 Phân tích bể phản ứng www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.1 Động học phản ứng – Tốc độ phản ứng 2.1.1 Phản ứng bậc zero • Phản ứng gọi bậc tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ 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 là: dA ko (2) dt • Trong dấu (-) biểu diễn chất A bị hao hụt theo thời gian Nếu C đại diện cho nồng độ chất A thời điểm t k0 số tốc độ phản ứng, ta có: www.themegallery.com dC k0 dt CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.1 Động học phản ứng – Tốc độ phản ứng 2.1.1 Phản ứng bậc zero • Lấy tích phân được: C = -k0t + số (4) • Nếu C = C0 thời điểm t = ta có: C – C0 = -k0t (5) • Thời gian mà phản ứng chuyển hóa 50% nồng độ ban đầu chất tham gia phản ứng gọi số thời gian bán bão hòa t1/2: t1/2 = C0/2k0 (6) www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.1 Động học phản ứng – Tốc độ phản ứng 2.1.2 Phản ứng bậc • Phản ứng gọi bậc tốc độ phản ứng tỉ lệ với nồng độ chất tham gia phản ứng • Đối với phản ứng bậc 1, giả sử có chất A chuyển hóa thành chất P: A→P, tốc độ chuyển hóa là: dC k1C (7) dt • Trong đó: k1: số tốc độ phản ứng bậc www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.1 Động học phản ứng – Tốc độ phản ứng 2.1.2 Phản ứng bậc • Lấy tích phân (7) ta được: t1/2 www.themegallery.com ln 0,69 9 k1 k1 CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.1 Động học phản ứng – Tốc độ phản ứng 2.1.3 Phản ứng bậc • Phản ứng gọi bậc tốc độ phản ứng tỉ lệ với bình phương nồng độ chất tham gia phản ứng • Đối với phản ứng bậc 2, phương trình là: dC k2C (10) dt • Trong đó: k2: số tốc độ phản ứng bậc www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.1 Động học phản ứng – Tốc độ phản ứng 2.1.3 Phản ứng bậc • Lấy tích phân ta được: 1 k2t (11) Ct C0 • Hằng số thời gian bão hòa trường hợp là: t1/2 www.themegallery.com 12 k2C0 CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.1 Động học phản ứng – Tốc độ phản ứng 2.1.4 Phản ứng bậc • Phản ứng gọi bậc n tốc độ phản ứng tỉ lệ với số mũ n nồng độ chất tham gia phản ứng • Đối với phản ứng bậc n, phương trình là: dC n knC (13) dt • Trong đó: kn: số tốc độ phản ứng bậc n www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.2 Phản ứng enzyme 2.2.1 Phương trình Michaelis-Menten • Qua ta thấy nồng độ enzyme cao vận tốc phản ứng enzyme lớn Vận tốc đạt cực đại toàn enzyme liên kết với chất, nghĩa là: Vmax= k2[E0] • Thay vào phương trình (4) ta được: S v Vmax 5 Km S • Phương trình (5) gọi phương trình Michaelis Menten www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.2 Phản ứng enzyme 2.2.1 Phương trình Michaelis-Menten • Km gọi số Michaelis Menten đặc trưng cho enzyme Km đặc trưng cho lực enzyme với chất, Km có trị số nhỏ lực enzyme với chất lớn, nghĩa vận tốc phản ứng lớn • Ý nghĩa thực tiển số Michaelis chỗ giá trị nồng độ chất tốc độ phản ứng ½ tốc độ tối đa Như vậy, Km đo đơn vị nồng độ, tức mol/l www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.2 Phản ứng enzyme 2.2.1 Phương trình Michaelis-Menten • Km nhỏ lực lớn, tốc độ phản ứng cao tốc độ tối đa V đạt giá trị nồng độ chất thấp • Trên sở phương trình Michaelis-Menten, cách xây dựng đường biểu diễn phụ thuộc v vào [S] đồ thị xác định tốc độ tối đa V ta tìm thấy giá trị [S], v = V/2, tức giá trị Km (hình dưới) www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.2 Phản ứng enzyme 2.2.1 Phương trình Michaelis-Menten Khi tăng [S] v phản ứng tăng, tăng [S] đến giá trị v đạt đến giá trị vmax không tăng ta tiếp tục tăng [S] Khi Km = [S] v0 =1/2 Vmax www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.2 Phản ứng enzyme 2.2.2 Phương trình Monod • Một số phương trình sử dụng rộng rãi thể nồng độ ảnh hưởng chất (chất dinh dưỡng) lên TĐST phương trình Monod: max X S KS S Trong đó: • μX: tốc độ sinh trưởng • [S]: nồng độ chất môi trường nuôi cấy • KS: số bão hòa www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.2 Phản ứng enzyme 2.2.3 Mô hình tính đến ức chế (kềm hãm) chất • Hoạt độ enzyme bị thay đổi tác dụng số chất có chất hóa học khác Các chất làm giảm hoạt độ enzyme gọi chất kìm hãm chất ức chế (inhibitor), thường kí hiệu I Các chất ion, phân tử vô cơ, hữu kể protein Các chất ức chế tham gia điều hòa, kiểm tra trình trao đổi chất hệ thống sống • Các chất gây biến tính protein chất kìm hãm không đặc hiệu enzym Nhiều chất khác không làm biến tính protein enzym làm giảm hoạt độ xúc tác theo chế khác www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.2 Phản ứng enzyme 2.2.3 Mô hình tính đến ức chế (kiềm hãm) chất • Các chất kìm hãm thuận nghịch không thuận nghịch enzym Nếu kìm hãm thuận nghịch, phản ứng kết hợp enzym chất kìm hàm(I) nhanh chúng đạt đến cân bằng; • E + I → EI • Trong trường hợp kim hãm không thuận nghịch, k-i bé, xem =0, I kết hợp E liên kết đồng hóa trị kết hợp chặt đến mức khó lòng tách khỏi E, phân ly phức EI chậm www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ lên tốc độ phản ứng • Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh đến tốc độ phản ứng Sự tăng nhiệt độ nhỏ làm tăng tốc độ phản ứng lớn • Số lần biến đổi tốc độ phản ứng (hay số tốc độ) nhiệt độ thay đổi 100C gọi hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng, kí hiệu γ k t 10 kt • Kt, kt+10 số tốc độ nhiệt độ t t+10 www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ lên tốc độ phản ứng • Areniut (Arrehnius) dựa kết thực nghiệm mô tả xác ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng phương trình: * k Ae E / RT • Trong đó: A: số, có trị số riêng cho loại phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ • E*: lượng hoạt hóa • T, R: nhiệt độ số khí lý tưởng www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.4 Phân tích bể phản ứng 2.4.1 Bể phản ứng mẽ xáo trộn hoàn toàn • Bể SBR bể xử lý nước thải phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng mẻ liên tục Quy trình tuần hoàn với chu kỳ thời gian sinh trưởng gián đoạn • Mỗi bể SBR chu kỳ tuần hoàn bao gồm "LÀM ĐẦY", "SỤC KHÍ", "LẮNG", "CHẮT", "NGHỈ" Bởi thao tác vận hành trường hợp gián đoạn này, có nhiều khả khử nitrit phốtpho Phản ứng bể SBR không phụ thuộc đơn vị xử lý khác chúng đem lại nhiều lợi ích kinh tế www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.4 Phân tích bể phản ứng 2.4.1 Bể phản ứng mẽ xáo trộn hoàn toàn • Chu trình SBR thông thường, không gây vướng cho bọt khí mịn khỏi màng đĩa phân phối dùng cung cấp nhu cầu oxy từ máy thổi khí cho sinh trưởng vi khuẩn Tốc độ quay chậm quạt gió thiết bị trộn chìm xem cách thay đổi luân phiên khác thiết bị thổi khí cho quy trình SBR • Quy trình thay đổi luân phiên bể SBR không làm khả khử BOD khoảng 90 – 92% www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.4 Phân tích bể phản ứng 2.4.1 Bể phản ứng mẽ xáo trộn hoàn toàn www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.4 Phân tích bể phản ứng 2.4.1 Bể phản ứng liên tục xáo trộn hoàn toàn • Trong bể phản ứng liên tục xáo trộn hoàn toàn, trình phân hủy xảy nước thải tiếp xúc với bùn điều kiện sục khí liên tục Tốc độ sử dụng oxy hòa tan bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào: • Tỷ số lượng thức ăn (chất hữu có nước thải) lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M • Nhiệt độ • Tốc độ sinh trưởng hoạt độ sinh lý vi sinh vật • Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trình trao đổi chất • Lượng chất cấu tạo tế bào • Hàm lượng oxy hòa tan www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.4 Phân tích bể phản ứng 2.4.1 Bể phản ứng liên tục xáo trộn hoàn toàn www.themegallery.com L/O/G/O Thank You! www.etcvietnam.com ...Tổng quát môn học KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH (QUÁ TRÌNH SINH HỌC SINH TRƯỞNG LƠ LỬNG) QUÁ TRÌNH SINH HỌC BÁM DÍNH CÁC QUÁ TRÌNH... TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÝ TỰ NHIÊN QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÍ CHẤT THẢI RẮN VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2. 1... – 92% www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2. 4 Phân tích bể phản ứng 2. 4.1 Bể phản ứng mẽ xáo trộn hoàn toàn www.themegallery.com CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2. 4