Вывоз мусора при строительстве в Подмосковье: www.musorshik.ru
Архитектура ->  Канализация. Охрана окружающей среды 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 [ 124 ] 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209

Скорость суммарной ферментативной реакции, измеряемая по образованию продукта Р, в соответствии с (4.245) может быть выражена:

f = -- =/C+2[ES].

С учетом выражения (4.249) получим:

(4.250)

(4.251)

Уравнение (4.251) является основным уравнением стационарной кинетики простейших ферментативных реакций и носит название уравнения Михаэлиса-Ментен-авторов, которые экспериментально показали справедливость этого уравнения по отношению ко многим ферментативным процессам. Следует, однако, сказать, что Михаэлмс и Ментен придавали иной смысл величине Km. Они считали, что концентрация комплекса [ES] определяется лишь соотношением констант K-i/K+]. Влияние К+2 на величину [ES] было учтено Бриггсом и Холденом, однако уравнение (4.251) сохранило название первых авторов.

Согласно уравнению (4.251), стационарная скорость простой ферментативной реакции линейно зависит от начальной концентрации фермента. Опыт показывает, что эта закономерность выполняется для самых разнообразных ферментативных реакций в широком ряду концентраций фермента. Такая зависимость сохраняется при основном условии, что [E]o<C[S]. Повышение концентрации фермента за пределы этого неравенства (или понижение концентрации субстрата) нарушает линейную зависимость.

Зависимость стационарной скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата выражается гиперболической функцией. При малых концентрациях субстрата, когда [S]<g:/Cm, можно принять, что Km+[S]Km, и, следовательно,


Л Кониентрацм

" субстрата IS

Рис. 4.108. Скорость ферментативных реакций по уравнению Михаэлиса - Ментен

К+.ЛЩ [S]

(4.252)

Таким образом, при малых концентрациях субстрата скорость ферментативной реакции приблизительно линейно изменяется с изменением концентрации субстрата. При значительном повышении концентрации субстрата, когда [S]/Cm, можно считать, что Km+[S]»[S]. В этом случае уравнение (4.251) будет иметь вид:

(4.253)

Следовательно, при некоторой концентрации субстрата стационарная скорость реакции достигает постоянного значения, не зависящего от дальнейшего увеличения [S]. Постоянная скорость ферментативной реакции, достигаемая при полном насыш,ении фермента субстратом, носит название максимальной скорости V, т. е.

(4.254)

При экспериментальном изучении зависимости скорости реакции от концентрации субстрата при постоянной концентрации фермента можно получить данные для вычисления- константы Km и V.

Если в уравнении (4.251) произведение /С+2[Е]о заменить на V, получим уравнение Михаэлиса в следующей форме:

VIS]

(4.255)

Нетрудно видеть, что при у/К=0,5/Ст= [S]. Это означает, что константа Km численно равна концентрации субстрата, при которой стационарная скорость ферментативной реакции равна половине максимальной скорости (рис. 4.108).

При графическом выражении i=f[S] в виде уравнения (4.255) нахождение V и Km представляет известные технические трудности, поскольку зависимость имеет гиперболический характер. В связи с этим было предложено несколько способов транс-



формации уравнения Михаэлиса в линейную функцию. Наиболее широкое применение получили уравнения, предложенные Лайнуивером и Бэрком:

L A2lJ + L. (4.256)

=-L [S]+ 4г-. (4.257)

v V

При обработке экспериментальных данных по уравнению (4.256) по оси ординат откладываются величины, обратные стационарной скорости реакции, а по оси абсцисс- величины, обратные соответствующим концентрациям субстрата. При этом, если реакция подчиняется уравнению Михаэлиса, получается прямая, отсекающая на оси ординат отрезок, соответствующий l/V. Продолжение прямой до пересечения с осью абсцисс отсекает на последней отрезок, соответствующий l/ZCm.

С момента создания теории Михаэлиса и Ментен (1913 г.) теория кинетики ферментативных реакций была усовершенствована работами Афанасьева (1949 г.), Лейдле-ра и Хоара (1950 г.), Пасынского (1955 г.).

Уравнение Михаэлиса-Ментен нашло очень широкое распространение в изучении биохимических реакций. Строго говоря, оно применимо лишь в тех случаях, когда изучается какая-либо одна определенная ферментативная реакция.

Однако основные положения расчетного уравнения Михаэлиса-Ментен, а также позднее предложенных уточненных уравнений (Герберта и др.) применяют и к описанию сложного комплексного механизма биохимического окисления загрязнений сточных вод, когда одновременно протекают самые разнообразные реакции с участием множества различных ферментных систем. Разумеется, такое применение указанных уравнений вызывает целый ряд возражений, но оно может быть оправдано, если точность получаемых результатов оказывается достаточной для решения технических задач.

В технике очистки сточных вод под субстратом подразумевают концентрацию загрязнений по БПК, а под концентрацией фермента - концентрацию ила.

Перенося интерпретацию уравнения Михаэлиса-Ментен на случай биологической очистки сточных вод, принимают, что в условиях высоких нагрузок на активный ил, когда концентрация органических загрязнений выше накопительной способности ила, скорость очистки V максимальна и процесс не зависит от БПК смеси. Когда углерод-содержащих загрязнений становится мало, реакция переходит в область реакции первого порядка и зависит вначале от концентрации активного ила, а затем от концентрации остающихся загрязнений, т. е. ог БПК*. В стадии эндогенного дыхания скорость реакции самоокисления описывается также уравнением первого порядка относительно концентрации активного ила.

Если очистка сточных вод происходит в аэротенке-смесителе, то, как уже указывалось выше, при постоянной нагрузке загрязнений на ил скорость процесса также постоянна и находится в какой-то одной кинетической области; если же очистку воды проводят в аэротенке-вытеснителе, то скорость реакции несколько раз изменяется и может быть описана системой уравнений или же одним обобщающим уравнением, но с большим числом входящих в него экспериментально определяемых констант. Учитывая сложность кинетических представлений, различных в зависимости от выбранного типа аэротенка, т. е. от гидродинамических условий перемешивания в объеме сооружения, в настоящее время расчет аэротенков проводят по обобщенному показателю - скорости окисления, принимаемой средней за весь период очистки. Численные значения скорости процесса были определены в результате анализа большого количества данных эксплуатации советских и зарубежных очистных станций, а также анализа результатов научно-исследовательских работ.

Системы аэрации и конструкции аэротенков

Выше отмечалось, что применительно к аэротенкам следует различать системы аэрации: 1) пневматическую; 2) механическую; 3) смешанную, или комбинированную.

Пневматическая аэрация. В зависимости от типа применяемых аэраторов различают мелко-, средне- и крупнопузырчатую аэрацию. При мелкопузырчатой аэрации крупность пузырьков воздуха составляет 1-4 мм, при среднепузырчатой - 5-10 мм, при крупнопузырчатой - более 10 мм.

К мелкопузырчатым аэраторам относятся керамические, тканевые и пластиковые аэраторы, а также аэраторы форсуночного и ударного типов, к среднепузырчатым - перфорированные трубы, щелевые аэраторы и др.; к крупнопузырчатым - открытые снизу вертикальные трубы, а также сопла.



в СССР наиболее распространенным типом мелкопузырчатого аэратора является фильтросная пластина размером 300X300 мм и толщиной 35 мм, изготовляемая из щамота, который связан смесью жидкого стекла с мелкой щамотной пылью, или из кварцевого песка и кокса, которые связаны бакелитовой смолой.

Фильтросные пластины обычно заделывают на цементном растворе в железобетонные каналы, устраиваемые на дне коридора аэротенка у стенки, вдоль длинной его стороны. Пластины укладывают обычно в два или три ряда для обеспечения подачи в аэротенк необходимого объема воздуха. Воздух подается по магистральным воздуховодам и стоякам в канал, перекрытый пластинами. Стояки располагаются через каждые 20-30 м.

В зарубежной практике применяют также чугунные, стальные, алюминиевые или железобетонные ящики небольшой длины, в которые заделываются фильтросные пластины. Такая конструкция позволяет быстро заменить, вышедшую из строя пластину (вынуть ящик на поверхность), не опорожняя аэротенка. Так как ящики имеют малую длину, то расстояние меж- Рис. 4.109. Аэратор системы ду стояками не превышает 5 м. «Шумахер»

Фильтросные пластины могут засоряться с внутренней стороны пылью, окалиной и ржавчиной, находящимися в подаваемом воздухе, а с наружной стороны могут зарастать бактериальной пленкой. Поэтому пластины периодически очищают скребками или щетками, обрабатывают соляной или серной кислотой либо обжигают. Эти методы очистки пластины несколько восстанавливают их проницаемость, но на короткий срок. Поэтому в среднем через каждые семь лет фильтросные пластины полностью заменяют новыми.

Рис. 4.110. Аэратор в виде пористой трубы

/ - натяжные гайки; 2 - заглушка; .3-• резиновые кольцевые прокладки; 4-секция; 5 - тройник; (у-фланцы; 7-натяжной стержень; S -шайбы; 9-проволочные хомуты

Применение пористых труб вместо фильтросных пластин позволяет избежать затруднений, связанных с монтажом фильтросных пластин.

Разработанный фирмой «Шумахер» (ФРГ) аэрационный агрегат (рис. 4.109) имеет длину 3,9 м, К коллектору присоединены пористые трубки диаметром 70 или 100 мм и длиной 500 мм. На 1 м коллектора устанавливают 6-20 трубок. Агрегат подвешивают на двух стояках, шарнирно связанных с разводящим воздуховодом. Для ремонта агрегат может быть легко поднят с помощью ручной лебедки.

Во ВНИИ ВОДГЕО испытаны керамические трубы диаметром 300 мм (рис. 4.110). Пористая труба состоит из секций длиной 500 мм




0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 [ 124 ] 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209