第5章作业

【作业5-1】已知两个浓度值，计算速率常数。某场地的土壤被泄漏的汽油污染，污染源去除10天之后，采集土壤样品，测试污染物浓度为1200 mg/kg。20 天之后采集第二个样品，浓度下降到800 mg/kg。

假设一系列反应，包括挥发、生物降解和氧化都是一级反应。计算在不采取任何修复措施的前提下，需要多长时间污染物浓度可以降低到100 mg/kg。

提示：题目给出了两个时间节点的两个浓度值。需要采取两步计算方法来解决：首先需要确定初始浓度和k值(两个未知数，两个方程）

解：1)确定初始浓度(刚溢洒之后)和常数k。在第10天的时候，将浓度值代入一级速率方程。

1200/ci=e-k×10

在第20 天的时候，将浓度值代入一级速率方程。

800/ci= e-k×200

联立求解1200/ci=e-k/ci= e-k×200

得出：k=0.027d-1，ci=1572mg/kg

2) 计算浓度降低到100mgkg的时候，将需要。

100/1572=0.0636=e-0.027t

t=102d

作业5-2】在某些情况下，衰减率表示为t90，而不是t1/2 。 t90是90%的物质转化所需要的时间(或者浓度降低到初始浓度的10%所需要的时间。推导公式，将t90 和一级反应速率常数联系起来。

解：由一级反应速率方程，t90与k间的关系。

c/ci=10/100=e-kt90

那么，t90=-ln(0.1)/k=2.30/k

作业5-3】安装了一个序批式反应器来修复pcb 污染土壤，测试开始时pcb 浓度为250 mg/kg ，运行10 小时后，浓度降低到50 mg/kg。如果要求浓度必须降低到10 mg/kg。确定达到最终浓度为10 mg/kg 所需的停留时间。

解：作业5-4】二级动力学低温加热土壤反应器(cfstr)。用低温加热土壤反应器处理被tph 污染的土壤，浓度为2500 mg/kg ，最终需要处理到的浓度为100 mg/kg。

根据实验室研究的结果，速率方程可写为r= -0.12c2 (mg/kg)/hr。该反应器是旋转的，以达到充分混合。

假设该反应器是按照cfstr 的形式进行。确定当浓度降低到100 mg/kg 时所需要的停留时间。

提示：先根据反应速率方程确定反应级数）

该反应是二级反应，并且反应速率常数为0.12 (mg/kg)/hr，将已知条件带入二级动力学反应器设计方程，作业5-5】二级动力学土壤低温加热反应器( pfr )。土壤低温加热反应器用来处理tph 污染浓度为2500 mg/kg 的土壤，所要求的土壤tph 最终浓度为100 mg/kg。

根据实验室研究，速率方程为γ= 0.12c2 (mg/kg)/hr。土壤在传送带上通过反应器，假设反应器为活塞流反应器。

求将tph 浓度降。

低到100 mg/kg 来确定所需停留时间。

作业5-6】确定活塞流反应器(pfr) 尺寸。用土壤泥浆反应器处理浓度为1200 mg/kg 的tph 污染土壤，需要的泥浆处理速率为113.55l/min。

最终土壤tph 浓度修复目标为50 mg/kg ，根据实验室研究，速率方程为γ= 0.05c (mg/kg)/min

假设反应器按照活塞流运行。请计算确定该项目的反应器尺寸。

解：1）将己知值代入活塞流反应器一级方程得到τ值。

2）反应器容积。v=τ×q=64min×113.55l/min=7267.20l

作业5-7】连续流搅拌式反应器( cfstr) 串联。使用低温加热土壤反应器(假设为理想cfstr) 来处理tph 浓度为1050mg/kg的污染土壤，土壤中tph 修复目标为10mg/kg。一个停留时间为20min 的反应器只能将污染物浓度降低到50 mg/kg。

设定反应为一级反应。那么两个小的反应器序列(停留时间均为10 min) 能将tph 浓度降低到10 mg/kg 以下吗？

提示：首先要求出一级反应速率常数k。

作业5-8】活塞流反应器( pfr) 串联。选用紫外线/臭氧修复方法去除地下水流中的tce(tce 浓度为200 ppb ) 在设计流量50 l/min 下，某成品反应器能提供5 min 水力停留时间，并将tce 浓度从200 ppb 降低到16ppb。但是， tce 的排放限值为3.

2 ppb。假定是理想的活塞流反应器，且反应为一级反应，那么需要多少个反应器？最终出水中的tce 浓度是多少呢？。

作业5-9】活塞流反应器( pfr) 并联。活塞式反应器(pfr)场地表层土壤受柴油污染，浓度为1800mg/kg，建议采用泥浆生物反应器进行异位修复。处理系统需要控制泥浆流量为0.

04m-3/min，土壤中柴油的修复目标值为100 mg/kg，通过实验室研究确定此反应是速率为0.1 min-1的一级反应。考虑pfr 模式下四种不同泥浆生物反应器组合，确定每种组合的最终流出浓度，并判断是否满足处理要求。

1）1 个4m3反应器。

2）2 个2 m3 反应器并联(每个接收0.02 m3/min 流量)

3）1 个1 m3 反应器并联1 个3 m3 反应器(每个接收0.02 m3/min 流量)

4）1 个1 m3 反应器并联1 个3 m3 反应器（较小的反应器接收0.01 m3/min

流量，另一个接收0.03 m3/min 流量)。