شبيه سازي CFD عملكرد فرآيند اسمز مستقيم به صورت هيبريدي با وجود گرفتگي بيولوژيكي

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش سيستم هيبريدي FO-RO كه در آن فرآيندهاي تصفيه پساب و نمك¬زدايي به طور همزمان صورت مي¬گيرد، مورد بررسي قرار گرفته است. نقش استفاده از فاصله دهنده در هر دو فرآيند اسمز مستقيم و اسمز معكوس، در عملكرد اين سيستم مورد ارزيابي قرار گرفت. از مهم¬ترين مشكلات اين سيستم هيبريدي، گرفتگي بيولوژيكي است كه در كاهش عملكرد فرآيند نقش بسزايي دارد. خصوصا گرفتگي بيولوژيكي غشاي اسمز مستقيم كه به علت توانايي بالقوه¬¬ي محلول خوراك (پساب) و كشنده (محلول بسيار شور) مورد استفاده در اين فرآيند جهت تشكيل بيوفيلم در هر دو سمت غشا، بسيار اهميت مي¬يابد. بنابراين جهت افزايش بازده اين سيستم، تمركز اصلي بايد بر روي فرآيند اسمز مستقيم معطوف گردد. بيوفيلم تشكيل¬شده بر روي سطح غشا، در اثر تجمع ميكروارگانيسم¬ها، تكثير، توليد مواد پليمري خارج سلولي و در نهايت مرگ سلول¬ها به وجود مي¬آيد. اين لايه به عنوان مانعي براي عبور آب از غشا عمل مي¬كند. بنابراين درك فرآيندهايي كه در داخل بيوفيلم رخ مي¬دهد، جهت كنترل و حذف آن ضروري است. در اين پژوهش، يك مدل دو بعدي براساس روش المان محدود جهت شبيه¬سازي رشد سلول¬هاي زنده، توليد مواد پليمري خارج سلولي و مرگ سلول¬ها در بيوفيلم روي سطح غشا اسمز مستقيم توسعه يافت. اين مدل با در نظرگرفتن انتقال جرم نمك و ماده مغذي، به طور همزمان شار آب و نمك، حركت سلول¬هاي زنده در اثر انبساط حجمي و توليد زيست¬توده فعال را تخمين مي¬زند. با افزايش غلظت سوبستراي ورودي به كانال خوراك، از 026/0 به 6/2 mol/m3، متوسط نرخ كلي توليد جرم سلولي در دو ساعت 11/84 % افزايش، متوسط كسر حجمي سلول¬هاي مرده، مواد پليمري خارج سلولي و سلول¬هاي زنده نيز به¬ترتيب 0032/0 % افزايش و 029/0 % كاهش يافت. با بررسي عملكرد سيستم هيبريدي FO-RO با درنظر گرفتن بيوفيلم تشكيل شده در هر دو ماژول اين نتيجه حاصل شد كه بيوفيلم تشكيل¬شده روي هر دو سمت غشا اسمز مستقيم، عملكرد فرآيند را بشدت تحت تأثير قرار مي¬دهد. بنابراين استراتژي¬هاي مختلف جهت شستشوي هيدروليكي بيوفيلم غشاي اسمز مستقيم مورد ارزيابي قرار گرفت. افزايش 2 برابري سرعت جريان عرضي از مقدار ثابت 086/0 m/s، همراه با ايجاد جريان پالس با فركانس 5 و بزرگي 6/1 برابري مقدار ثابت 086/0 m/s، با كمترين كسر حجمي سلول¬هاي زنده و بيشترين سرعت فرسايش در سطح بيوفيلم به عنوان روش بهينه تميزكاري بيوفيلم روي سطح لايه فعال غشا اسمز مستقيم انتخاب گرديد. واژه‌هاي كليدي: اسمز مستقيم، سيستم هيبريدي، شبيه¬سازي، بيوفيلم، شستشوي هيدروليكي

193477

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر تورج محمدي

طراحي فرآيند

دكتر نوراله كثيري بيدهندي