Analiza kinetyki zmian zawartości utleniacza w wodzie na przykładzie chloru

Przyjmowane obecnie proste modele kinetyki reakcji redoks, oparte na reakcji jednocząsteczkowej pierwszego lub n-tego rzędu, mogą prowadzić do znacznych błędów. Bardziej zaawansowane modele kinetyczne polegają na rozwiązywaniu układów równań różniczkowych wymagających odpowiedniego oprogramowania umożliwiającego wyznaczenie wielu parametrów. W pracy przeanalizowano możliwość zastosowania modelu dwucząsteczkowego m-tego rzędu względem reduktora i n-tego rzędu względem utleniacza, który wykorzystano do interpretacji wyników badań przebiegu chlorowania wody w warunkach laboratoryjnych. Uzyskano model dobrze opisujący przebieg utleniania zanieczyszczeń wody chlorem. W modelu tym wyznaczono stałą określającą zawartość reduktorów znajdujących się w wodzie w przeliczeniu na równoważną ilość utleniacza. Szybkość rozkładu chloru towarzyszącego procesowi utleniania była porównywalna z szybkością zaniku chloru w wodzie. W związku z tym szybkość rozkładu utleniacza powinna być uwzględniona w równaniu kinetycznym opisującym jego zanik w wodzie. Zaproponowano model kinetyczny w postaci układu dwóch równań opisujących proces utleniania przebiegający według dwucząsteczkowego mechanizmu m-tego i n-tego rzędu, z jednoczesnym uwzględnieniem rozkładu utleniacza przebiegającego zgodnie z mechanizmem jedno-cząsteczkowym pierwszego rzędu. Model tego typu można wykorzystać w projektowaniu układu oczyszczania wody oraz podczas eksploatacji sieci wodociągowej.

Simple models based on unimolecular reactions of the first or n-th order currently used to describe redox kinetics may lead to serious errors. More sophisticated kinetic models require solving differential equation systems, which is only possible with an appropriate software to determine multiple parameters. Here, the authors examined the applicability of a bimolecular model of m-th order to a reducer and n-th order to an oxidant to analyze the laboratory results of water chlorination. The obtained model described well the process of water contaminant oxidation with chlorine. It allowed for determination of a constant defining the reducer content in water, calculated as equivalent of an oxidant. Chlorine decomposition rate, accompanying the oxidation process, was comparable to the rate of chlorine decay from water. Therefore, oxidant decomposition rate should be included in kinetic equation describing oxidant decay rate. Finally, another kinetic model was proposed, represented by a two-equation system describing oxidation based on a bimolecular mechanism of m-th and n-th order, taking into consideration oxidant decomposition according to the first order unimolecular mechanism. A model of this kind could be applied to designing water treatment system and during water supply system operation.