Na podstawie wyników kinetyki zmian wartości ChZT i toksyczności (punkt 6.3 .2 ) dokonano analizy matematycznej w celu ustalenia modelu kinetycznego zmian ChZT i toksyczności dla poszczególnych rodzajów ścieków. W ten sposób można precyzyjniej porównać podatność zmian tych parametrów na działanie odczynnika Fentona. Zasady modelowania matem atycznego zostały przedstawione w punkcie 6.1.3.
6. O m ów ienie wyników - 6 .3 . Zm ian y toksyczności ścieków. 79
Ścieki z produkcji 2-etyloheksanolu
Rysunek 6.21 przedstawia wykresy kinetyki reakcji pierwszego rzędu dla zmian wartości ChZT odpowiednio jako funkcji stężenia początkowego [H20 2]o (rys. 6.21 A) oraz [F e S 0 4jo (rys. 6.21 B). Wszystkie zależności liniowe dla danych pomiarowych z dobrym przybliżeniem spełniają równanie założonej kinetyki reakcji pierwszego rzędu. Z wykresów 6.21 A i 6.21 B określono stałe szybkości reakcji k . Uzyskane wartości stałych k przedstawiono ponownie jako funkcję odpowiadających im początkowych stężeń [H2O2]0 (rys. 6.22 A) oraz [F e S 0 4jo (rys. 6.22 B). Szukane współczynniki n i p (równe współczynnikom kierunkowym znalezionych funkcji liniowych) wynoszą odpowiednio: 0,783 i 0,681.
Czas reakcji [min]
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
[HzOJo (g/dm3) 0 5 « 4
♦ 3 A 2
▲ 1 0 0 , 5
Czas reakcji [min]
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
[FeSCMo (g/dm ) 0 1 2 . 5 « 1 0
♦ 7 .5 A 6 .2 5
A 5 0 2 , 5
Rys. 6.21 A. Kinetyka zmian wartości ChZT w funkcji
[H202]o; ścieki z produkcji 2-etyloheksanolu Fig. 6.21 A. Kinetics of COD changes as a function of [H20 2]o! wastewater from production of 2-ethylhexyl alcohol
Rys. 6.21 B. Kinetyka zmian wartości ChZT w funkcji [FeSOłjo; ścieki z produkcji 2-etyloheksanolu Fig. 6.21 B. Kinetics of COD changes as a function
of [FeSOłjo; wastewater from production of 2-ethylhexyl alcohol
In № 0:1, In [FeS 04]o
1.5 2
Rys. 6.22 A. Współczynniki szybkości reakcji w funkcji [H202]o; ścieki z produkcji 2-etyloheksanolu
Fig. 6.22 A. The reaction rate coefficients as a function of [H20 2]o; wastewater from production of 2-ethylhexyl alcohol
Rys 6.22 B. Współczynniki szybkości reakcji w funkcji [FeSOłjo; ścieki z produkcji 2-etyloheksanolu
Fig. 6.22 B. The reaction rate coefficients as a function of [F eS 04]o; wastewater from production of 2-ethylhexyl alcohol
80 Intensyfikacja procesu oczyszczania ścieków i stabilizacji osadów nadmiernych.
W celu określenia wptywu temperatury na szybkość zmian ChZT wyznaczono następnie stałe szybkości reakcji k w różnych temperaturach T przy wyznaczonych wcześniej (tab. 6.1) wartościach stężeń początkowych [H20 2]o i [FeS O4]0 (rys. 6.23). Do ilościowego określenia wpływu temperatury wykorzystano równanie Arrheniusa (6.9). Korzystając z posiadanych danych pomiarowych utworzono zależność funkcyjną ln/c=f(1/T) (rys. 6.24). Współczynnik kierunkowy znalezionej funkcji liniowej pozwala wyliczyć wartość parametru A E a (zgodnie z równaniem (6.18) - rozdz. 6.1.3): A E a = -s, ■ R = 996 K • 8,314 J/(mol • K) = 82 80,74 J/mol
Fig. 6.23. Kinetics of COD changes at different temperatures; wastewater from production of 2-ethylhexyl alcohol
Rys. 6.24. Współczynniki szybkości reakcji w funkcji temperatury; ścieki z produkcji 2-etyloheksanolu
Fig. 6.24. The reaction rate coefficients as a function of temperature; wastewater from production of 2-ethylhexyl alcohol
Model matematyczny zmian wartości ChZT dla ścieków z produkcji 2-etyloheksanolu ma postać:
C = C0 exp - 0,034 exp _ g i l | [ H 20 2K783 x [ F e S 0 4 £ 681f
R T (6.22)
W podobny sposób wyznaczono model matematyczny dla zmian toksyczności ścieków (rys. 6.2 5-6.28 ). Rysunek 6.2 5 przedstawia wykresy kinetyki reakcji pierwszego rzędu dla zmian toksyczności odpowiednio jako funkcji [H2O2]0 (rys. 6.2 5 A) oraz [FeSO4]0 (rys. 6.2 5 B). Także i w tym przypadku wszystkie zależności liniowe dla danych pomiarowych z dobrym przybliżeniem spełniają założone równanie kinetyki reakcji pierwszego rzędu.
0 om ówienie wyników - 6.3. Zmiany toksyczności ścieków. 81
Z wykresów 6.2 5 A i 6.2 5 B określono stałe szybkości reakcji k . Uzyskane w ten sposób wartości stałych k przedstawiono ponownie jako funkcję odpowiadających im początkowych stężeń [H2O2]0 (rys. 6.2 6 A) oraz [FeS O4]0 (rys. 6.2 6 B). Szukane współczynniki n i p (równe współczynnikom kierunkowym znalezionych funkcji liniowych) wynoszą odpowiednio: 0,710 i 0,558.
Rys. 6.25 A. Kinetyka zmian toksyczności w funkcji [H20 2]o; ścieki z produkcji
2-etyloheksanolu
Fig. 6.25 A. Kinetics of toxicity changes as a function of [H20 2]o; wastewater from production of 2-ethylhexyl alcohol
Rys. 6.25 B Kinetyka zmian toksyczności w funkcji [F eS 04]o; ścieki z produkcji
2-etyloheksanolu
Fig. 6.25 B, Kinetics of toxicity changes as a function of [FeSOJo; wastewater from
Fig. 6.26 A. The reaction rate coefficients as a function of [H20 2]o; wastewater
Fig. 6.26 B. The reaction rate coefficients as a function of [FeSOJo; wastewater from production of 2-ethylhexyl alcohol
Intensyfikacja procesu oczyszczania ścieków i stabilizacji osadów nadmiernych.
W celu określenia wpływu temperatury na szybkość zmian toksyczności wyznaczono następnie stałe szybkości reakcji
k
w różnych temperaturachT
przy wyznaczonych wcześniej (tab. 6.1) wartościach stężeń początkowych [H20 2]o i [FeS O4]0 (rys. 6.27).Do ilościowego określenia wpływu temperatury wykorzystano równanie Arrheniusa (6.9).
Korzystając z posiadanych danych pomiarowych utworzono zależność funkcyjną ln/c=f(1/7) (rys. 6.2 8) i z wartości współczynnika kierunkowego znalezionej funkcji liniowej wyliczono wartość parametru A E a (zgodnie z równaniem (6.18) - rozdz. 6.1.3): A E a = -Sj ■ R = 3084 K • 8,314 J/(mol K) = 25 64 0,38 J/mol -> przyjęto 25640 J/mol. Następnie, zgodnie z opisem przedstawionym w punkcie 6.1.3, wyznaczono wartość stałej
A
równą 28,520.Rys. 6.27. Kinetyka zmian toksyczności w różnych temperaturach reakcji; ścieki z produkcji 2-etyloheksanolu
Fig. 6.27. Kinetics of toxicity changes at different temperatures; wastewater from production of 2-ethylhexyl alcohol
Rys. 6.28. Współczynniki szybkości reakcji w funkcji temperatury; ścieki z produkcji 2-etyloheksanolu
Fig. 6.28. The reaction rate coefficients as a function of temperature; wastewater from production of 2-ethylhexyl alcohol
Model matematyczny zmian toksyczności dla ścieków z produkcji 2-etyloheksanolu ma postać:
INHIB
= /A/H/ą e x p | - 28,520exp| - 2J| 40 |[H20 2]°'71% [F e S 0 4]°'558fR T 1 ( 6 .2 3 )
6. Omówienie wyników - 6.3. Zmiany toksyczności ścieków. 83
Ścieki z produkcji klejów mocznikowych
W identyczny sposób jak dla ścieków z produkcji 2-etyloheksanolu wyznaczono także model matematyczny zmian wartości ChZT (rys. 6.29-6.31) i toksyczności (rys. 6.32-6.34) dla ścieków z produkcji klejów mocznikowych. Dla uproszczenia nie przedstawiono wykresów pokazujących zmiany współczynników szybkości reakcji
k
w funkcji [H20 2]o i [FeSO4]0 ale w każdym przypadku uzyskiwano ścisłe zależności liniowe podobnie jak na rysunkach 6.2 2 A i 6.2 2 B oraz 6 .2 6 A i 6.2 6 B.Wartości szukanych współczynników n i p dla zmian ChZT (równe współczynnikom kierunkowym znalezionych funkcji liniowych) wynosiły odpowiednio: 0,560 i 0,699.
W celu określenia wpływu temperatury na szybkość zmian wartości ChZT wyznaczono następnie stałe szybkości reakcji
k
w różnych temperaturachT
przy wyznaczonych wcześniej (tab. 6.1) wartościach stężeń początkowych [H2O2]0 i [FeS O4]0 (rys. 6.30).Do ilościowego określenia wpływu temperatury wykorzystano równanie Arrheniusa (6.9).
Korzystając z posiadanych danych pomiarowych utworzono zależność funkcyjną ln/c=f(1/7) (rys. 6.31) i z wartości współczynnika kierunkowego znalezionej funkcji liniowej wyliczono wartość parametru A E a (zgodnie z równaniem (6.18) - rozdz. 6.1.3): A E a = - s 1 ■ R = 1308 K • 8,314 J/(mol • K) = 10874,71 J/mol -» przyjęto 10875 J/mol. Następnie, zgodnie z opisem przedstawionym w punkcie 6.1.3, wyznaczono wartość stałej
A
równą 0,242.Rys. 6.29 A. Kinetyka zmian ChZT w funkcji [H20 2]o; ścieki z produkcji klejów mocznikowych
Fig. 6.29 A. Kinetics of COD changes as a function of [H2O2I0; wastewater from production of urea- formaldehyde resin adhesive
Rys. 6.29 B. Kinetyka zmian ChZT w funkcji [FeSOłjo; ścieki z produkcji klejów mocznikowych
Fig. 6.29 B. Kinetics of COD changes as a function of [FeSO«]0; wastewater from production of urea-formalde- hyde resin adhesive
84 Intensyfikacja procesu oczyszczania ścieków I stabilizacji osadów nadmiernych.
Rys. 6.30. Kinetyka zmian ChZT w różnych temperaturach reakcji; ścieki z produkcji klejów mocznikowych
Fig. 6.30. Kinetics of COD changes at different temperatures; wastewater from production of urea-formaldehyde resin adhesive
Rys. 6.31. Współczynniki szybkości reakcji w funkcji temperatury; ścieki z produkcji klejów mocznikowych
Fig. 6.31. The reaction rate coefficients as a function of temperature; wastewater from production of urea-formaldehyde resin adhesive
W yznaczony model matematyczny zmian wartości ChZT dla ścieków z produkcji klejów mocznikowych ma postać:
C = C 0 e x p f - 0 , 2 4 2 e x p f - ^ ^ l [ H 20 2^ 560 x [ F e S 04g699 ' (6.24)
Wartości szukanych współczynników n i p dla zmian toksyczności ścieków z produkcji klejów mocznikowych wynosiły odpowiednio: 0,805 i 1,147.
W celu określenia wpływu temperatury na szybkość zmian toksyczności wyznaczono następnie stałe szybkości reakcji k w różnych temperaturach T przy wyznaczonych wcześniej (tab. 6.1) wartościach stężeń początkowych [H2O2]0 i [FeS O4]0 (rys. 6.33).
Do ilościowego określenia wpływu temperatury wykorzystano równanie Arrheniusa (6.9).
Korzystając z posiadanych danych pomiarowych utworzono zależność funkcyjną ln/<=f(1/T) (rys. 6.34) i z wartości współczynnika kierunkowego znalezionej funkcji liniowej wyliczono wartość parametru AEa (zgodnie z równaniem (6.18) - rozdz. 6.1.3): AEa = - s1 ■ R = 5940 K ■ 8,314 J/(mol • K) = 4 9 38 5,16 J/mol —> przyjęto 4938 5 J/mol. Następnie, zgodnie z opisem przedstawionym w punkcie 6.1.3, wyznaczono wartość stałej A równą 145582,370.
6. Omówienie wyników - 6.3. Zmiany toksyczności ścieków. 85
[FeSOJ, (g/dm1) 0 6 # 5
♦ 4 A 3 A 2 Czas reakcji [min]
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Czas reakcji [min]
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Rys. 6.32 A. Kinetyka zmian toksyczności w funkcji [H20 2]o; ścieki z produkcji klejów mocznikowych
Fig. 6.32 A. Kinetics of toxicity changes as a function of [H20 2]o; wastewater from production of urea-formaldehyde resin adhesive
Rys. 6.32 B. Kinetyka zmian toksyczności w funkcji [FeSO<]o; ścieki z produkcji klejów mocznikowych
Fig. 6.32 B. Kinetics of toxicity changes as a function of [FeSOłjo; wastewater from production of urea-formaldehyde resin adhesive
Rys. 6.33. Kinetyka zmian toksyczności w różnych Rys. 6.34. Współczynniki szybkości reakcji w temperaturach; ścieki z produkcji klejów funkcji temperatury; ścieki z produkcji
mocznikowych klejów mocznikowych
Fig. 6.33. Kinetics of toxicity changes at different Fig. 6.34. The reaction rate coefficients as a temperatures; wastewater from function of temperature, wastewater production of urea-formaldehyde resin from production of urea-formaldehyde
adhesive resin adhesive
W yznaczony model matematyczny zmian toksyczności dla ścieków z produkcji klejów mocznikowych ma postać:
I N H I B = I N H I B 0 exp
-145582,370 exp [ ^ ^ ] [ H 20 2 ft8“
x[FeS04]J147f
(6.25)86 Intensyfikacja procesu oczyszczania ścieków i stabilizacji osadów nadmiernych.
Ścieki z produkcji bezwodnika kwasu maleinowego (BKM)
Model kinetyczny zmian wartości C h Z T dla ścieków z produkcji bezwodnika kwasu maleinowego (BKM) został wyznaczony już wcześniej (rozdział 6.1.3):
C = C 0 exp - 0 , 1 4 7 e x p ^ - 1^ ° 2 ° j[ H 20 2f f 875 x [ F e S 0 4 f t6 5 2 1 (6.26)
W celu znalezienia modelu kinetycznego dla zmian toksyczności, analogicznie jak dla ścieków z produkcji 2-etyloheksanolu i klejów mocznikowych, wyznaczono współczynniki równania kinetycznego dla zmian toksyczności (rys. 6.35 - 6.37). Podobnie jak dla ścieków z produkcji klejów mocznikowych, dla uproszczenia nie przedstawiono wykresów pokazujących zmiany współczynników szybkości reakcji k w funkcji stężeń początkowych [H2O 2]0 i [F e S 0 4]o, ale w każdym przypadku także uzyskiwano ścisłe zależności liniowe, tak jak to przedstawiono na rysunkach 6.22 A i 6.22 B oraz 6.2 6 A i 6.2 6 B. Wartości szukanych współczynników n i p dla zmian toksyczności ścieków z produkcji bezwodnika kwasu maleinowego, równe współczynnikom kierunkowym znalezionych funkcji liniowych, wynosiły odpowiednio 0,7 77 i 0,729.
W celu określenia wpływu temperatury na szybkość zmian toksyczności wyznaczono następnie stałe szybkości reakcji k w różnych temperaturach T przy wyznaczonych wcześniej (tab. 6.1) wartościach stężeń początkowych [H20 2]o i [FeS O 4]0 (rys. 6.36).
Do ilościowego określenia wpływu temperatury wykorzystano równanie Arrheniusa (6.9).
Korzystając z posiadanych danych pomiarowych utworzono zależność funkcyjną ln/c=f(1/7) (rys. 6.37) i z wartości współczynnika kierunkowego znalezionej funkcji liniowej wyliczono wartość parametru A E a (zgodnie z równaniem (6.18) - rozdz. 6.1.3): A E a = -s, • R = 4606 ,5 K
8,314 J/(mol • K) = 38 29 8,44 J/mol -> przyjęto 38298 J/mol. Następnie, zgodnie z opisem przedstawionym w punkcie 6.1.3, wyznaczono wartość stałej A równą 3214,910.
W yznaczony model matematyczny dla zmian toksyczności ścieków z produkcji bezwodnika kwasu maleinowego (BKM) ma postać:
I N H I B = I N H I B 0 exp - 3 2 1 4 ,9 1 0 e x p [ - ^ p j [ H 20 2E 777 x [ F e S 0 4 f t 729f (6.27)
6. Omówienie wyników - 6.3. Zmiany toksyczności ścieków. 87
Rys. 6.35 A Kinetyka zmian toksyczności w funkcji [H202]o; ścieki z produkcji BKM Fig. 6.35 A. Kinetics of toxicity changes as a
function of [H202]o; wastewater from production of BKM
Rys. 6.35 B. Kinetyka zmian toksyczności w funkcji [FeSO<]o; ścieki z produkcji BKM Fig. 6.35 B. Kinetics of toxicity changes as a function
of [F eS 04]o; wastewater from production of BKM
Rys. 6.36. Kinetyka zmian toksyczności w różnych temperaturach; ścieki z produkcji BKM Fig. 6.36. Kinetics of toxicity changes at different
temperatures; wastewater from production of BKM
Rys. 6.37. Współczynniki szybkości reakcji w funkcji temperatury; ścieki z produkcji BKM Fig. 6.37. The reaction rate coefficients as a
function of temperature; wastewater from production of BKM
Czas reakcji [mini
15 30 45 60 75 90 105
88 Intensyfikacja procesu oczyszczania ścieków i stabilizacji osadów nadmiernych.