Rychlost reakce a její závislost na vnějších podmínkách

1. Rychlost reakce a její závislost na vnějších podmínkách Rychlost reakce pro děj lze vyjádřit následovně: ci jsou koncentrace reagujících látek, a, b, r, s… jsou stechiometrické koeficienty a tčas. Kinetická rovnicevyjadřuje vztah mezi koncentracemi látek a časem (a teplotou). Obvyklý tvar je kde exponent α, resp. β se nazývá řádem reakce vzhledem ke složceA, B.

2. Kinetická rovnice 1. řádu Diferenciální tvar, integrovaná rovnice, odvozený vztah pro poločas reakce: Závislost koncentrace na čase pro reakci 1. řádu

3. Simultánní reakce - vratné Reakce: Kinetická rovnice: Závislost koncentrace na čase pro vratné reakce

4. Simultánní reakce - následné Reakce: Kinetické rovnice: Závislost koncentrace na čase pro následné reakce

5. Simultánní reakce – paralelní (bočné) Reakce: Kinetická rovnice: Závislost koncentrace na čase pro paralelní reakce

6. Závislost rychlostní konstanty na teplotě Arrheniova rovnice: EA je aktivační energie, A je frekvenční faktor Energetické poměry pro reakci dvou molekul

7. Katalýza Katalyzátor je látka, která svojí přítomností mění mechanizmus reakce a tím její rychlost, sama se však přitom nespotřebovává Energetické poměry při nekatalyzované a katalyzované reakci:

8. Enzymaticky katalyzované reakce Látka A tvoří s katalyzátorem (enzymem) E labilní meziprodukt AE, který se dále rozpadá za vzniku produktu B a regenerace enzymu E. Celková koncentrace enzymu E0 je součtem volného enzymu E a vázaného AE ([E0]=[E]+[AE]): Pomalejší reakce určuje výslednou rychlost celého děje, takže platí: (rovnice Michaelise a Mentenové)

9. Enzymová katalýza

10. Biologické čištění aktivovaným kalem [S0] – hmotnostní koncentrace nečistot v přitékající vodě [S] – hmotnostní koncentrace nečistot v odtékající vodě [B] – hmotnostní koncentrace biomasy v aktivační nádrži Q – průtok aktivační nádrží  – podíl suspenze biomasy, který se vrací do nádrže

11. Bilanční model čištění aktivovaným kalem Substrát S (tj. organické látky v odpadní vodě) se rozkládá katalyticky enzymy v biomase B, kinetika rozkladného procesu se řídí rovnicí Michaelise a Mentenové: k1 a k2 jsou rychlostní konstanty rozkladu substrátu a vzniku biomasy

12. Ustálený režim Ve stacionárním stavu se koncentrace substrátu ani biomasy v čase nemění Z bilančních rovnic a z těchto podmínek lze např. vyjádřit stupeň přeměny substrátu a koncentraci biomasy

13. Stupeň přeměny biomasy Kombinací těchto rovnic získáme vztah pro stupeň přeměny substrátu, ve kterém vystupují pouze známé veličiny Stupeň přeměny je tedy řízen zejména průtokem a podílem biomasy, která se vrací do nádrže s aktivovaným kalem. Koncentrace biomasy dosáhne nulové hodnoty při průtoku, který nuluje závorku v rovnici pro koncentraci biomasy (na předchozí straně)

14. Regulace čistíren odpadních vod Průtok je třeba řídit tak, aby se nádrž nedostala do nestabilního stavu (kdy odteče všechna biomasa). Obtížné zejména při silných deštích nebo při náhlé změně v charakteru nečistot

15. Nerovnovážný proces – kinetika bioakumulace metabolismus kD kM růst (growth) digesce kG “pseudo- eliminace” k1 kE Pasivní příjem žábrami (gills) exkrementy

16. Kinetický model bioakumulace v rybách Všechny rychlostní konstanty jsou vyjádřeny v závislosti na Cfish ustálený stav

17. Kinetický model bioakumulace v rybách Pokud převažuje např. akumulace žábrami, model se redukuje na jednoduchou rovnováhu:

18. Kinetický model bioakumulace v rybách Pokud převažuje akumulace žábrami a dochází k metabolickému odbourání: BAF je pak nižší než Kfish-w (jiné označení pro Kbio, viz přednáška 5)