عنوان پایان‌نامه
بررسی پارامترهای موثر در پدیده گرفتگی غشاء در بیوراکتور غشایی حاوی ریز جلبک
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K45;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75266;کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K45;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75266
- تاریخ دفاع
- ۰۴ خرداد ۱۳۹۴
- دانشجو
- عاطفه علی پورزاده
- استاد راهنما
- احمد حلاجی ثانی, محمدرضا مهرنیا
- چکیده
- چکیده ریزجلبک‌ها منبع تجدیدپذیر برای تولید محصولات سوخت زیستی می‌باشند. هم‌چنین ریزجلبک‌ها در کاهش گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های بیولوژیکی نقش به‌سزایی دارند. یکی از روش‌‌های تغلیظ ریزجلبک‌ها، تکنولوژی جداسازی با غشا می‌باشد. گرفتگی یکی از مهم‌ترین مشکلاتی است که کارایی این روش را به مقدار زیادی پایین می‌آورد. از جمله پارامترهای تاثیرگذار در گرفتگی غشا، غلظت ریزجلبک، شدت هوادهی و غلظت نیتروژن می‌باشند. در این پژوهش، 20 آزمایش با نرم افزار Design Expert طراحی گردید که در هریک، شدت هوادهی (L/min 5-0)، غلظت ریزجلبک (g/L 1-3/0) و غلظت نیتروژن ( mg/L 40-20) در سه سطح، تغییر داده شد و پارامترهای فلاکس خروجی از غشا، درصد حذف نیتروژن، درصد حذف فسفر، انواع مقاومت‌های هیدرولیکی، بازیابی غشا و میزان غلظت مواد خارج سلولی به عنوان پاسخ در نظر گرفته شدند. آزمایش‌های طراحی شده در مدت زمان 24 ساعت درون بیوراکتورغشایی غوطه‌ور با حجم فعال 2 لیتر صورت گرفت. نتایج نشان داد که برای حذف نیتروژن نقطه بهینه‌ای برای شدت هوادهی (L/min 5) و غلظت ریزجلبک (g/L 1) و غلظت نیتروژن (mg/L 10) وجود دارد. در بررسی فلاکس گذرنده از غشا، غلظت نیتروژن پارامتر بی‌تاثیری است، در حالی که افزایش هوادهی و کاهش غلظت ریزجلبک، فلاکس عبوری را افزایش میدهد. بیشترین درصد بازیابی غشا برای شدت هوادهی (L/min 5) و غلظت ریزجلبک (g/L 3/0) و غلظت نیتروژن (mg/L 10) به‌دست آمد. به منظور دستیابی به بیشترین فلاکس عبوری و درصد حذف نیتروژن، بهینه‌سازی صورت گرفت. نتایج نشان میدهد که در شدت هوادهی (L/min 5) و غلظت ریزجلبک (g/L 31/0) و غلظت نیتروژن (mg/L 56/17) بیشترین درصد حذف نیتروژن و کمترین کاهش در فلاکس ثابت عبوری از غشا به صورت همزمان بدست خواهد آمد. نتایج حاصل از آزمایش انجام شده در شرایط عملیاتی بهینه در بیوراکنورغشایی، 86% حذف نیتروژن و 48% کاهش فلاکس را نشان داد. در این حالت، غلظت ریزجلبک نسبت به مقدار اولیه، بیش از 3 برابر (g/L 1) شد که این مقدار 2 برابر حالت کشت ریزجلبک در بیوراکتور بدون غشا، در شرایط مشابه می باشد. واژه‌های کلیدی: ریزجلبک؛ بیوراکتورغشایی؛ گرفتگی؛ فلاکس عبوری از غشا
- Abstract
- Abstract: Microalgae have gained increasing attention due to their potential for a vast array of applications. They can be used to produce a variety of consumer products such as in pharmaceutical industries as antioxidants and antibiotics, cosmetics and food supplements, biodiesel, bio removal of heavy metals, CO2 fixation and they are widely used in wastewater treatment. Nutrient removal is becoming an important priority for wastewater treatment plants. Algal can automatically convert CO2 and supplementary nutrients into biomass, and potentially at higher rates than conventional oil-producing production. The production of microalgae involves cultivation, recovery of the biomass, and its purification. Proper selection of the harvesting technique is required to gain high biomass recovery at modest cost. Membrane filtration is a lower-energy alternative to conventional dewatering methods, such as centrifugation and thermal drying, but faces issues with membrane fouling. Fouling could include adsorption or gelling of cell-derived macromolecules, and/or pore blockage or cake layer formation by particulates so it decreases membrane performance. Therefore, the objective of this study was applying microfiltration for harvesting of Chlorella vulgaris and evaluating the effects of tree Fouling factors (microalgae concentration, aeration flux and nitrogen concentration) on the permeate flux, EPS exertion, nitrogen and phosphor removal rate, kinds of resistances such as initial, total, fouled and cake resistance and calculating permeance recovery. To do this, RSM tool was used for the experimental design, modeling, and optimization of the process. 20 experiments were designed, that all 3 parameters changed in each runs in 3 levels. Experiments were done on membrane bioreactor with 2 Liter effective volume for 24 hours. Results show that nitrogen is an affectless parameter on permeate flux while permeate flux increasing by increasing aeration rate and decreasing microalgae concentration. It also show that there is an optimum point on nitrogen removal rate in microalgae concentration of 1g/L, aeration rate of 5 L/min and nitrogen concentration of 10 mg/L. then In order to find the optimal conditions of the process, numerical optimization technique was applied. The goal was set to maximize permeate flux and nitrogen recovery rate. As it was expected, a high value of permeability and percent recovery can be achieved at low feed concentration (0.31 g/L), high aeration rate (5 L/min) and nitrogen concentration of 17/56 mg/L. The results of experiments on optimum conditions showed the 86% nitrogen removal and only 46% increasing on permeate flux. And also microalgae concentration became 2 times more after 16 days that is 3 times more than cultivate in bioreactor without membrane. Keywords: Microalgae; Membrane bioreactor; Fouling; Permeate flux
