عنوان پایان‌نامه
بررسی عملکرد غشاهای دینامیکی خود ساخته در بیوراکتورهای غشایی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1101.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 51957
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۳۹۰
- دانشجو
- فریبا رضوانی
- استاد راهنما
- محمدرضا مهرنیا
- چکیده
- از آنجاییکه در بیوراکتور غشایی مشکلاتی چون گرفتگی غشا و شستشوی شیمیایی آن، تعویض غشا و هزینه های مربوط به آن، عاملی بر عدم فراگیر شدن این فرایند است، در این تحقیق سعی شده است که به بهبود شرایط مذکور پرداخته و از غشا دینامیکی خود ساخته برای عملکرد بیوراکتور غشایی استفاده شود. بدین منظور از دو فیلتر پارچه ای بافته شده (مش فیلتر) و بافته نشده (نمدی) از جنس پلی استر، به دلیل قیمت مناسب، شستشوی راحتتر و مقاومت کمتر در برابر عبور جریان، به عنوان بستری جهت تشکیل این غشا استفاده شد. قطر متوسط منافذ فیلتر مش، 30 میکرون و آستانه اندازه ذرات عبور نیافته از فیلتر نمدی 20 میکرون بود. قبل از شروع عملیات تصفیه، شار بحرانی دو فیلتر تمیز برای عملکرد بهتر آنها در فرایند بیوراکتور غشایی دینامیکی، تعیین شد. شار بحرانی در مش به دلیل فضای بازتر بین منافذ موجود درآن، نسبت به نمدی بیشتر بود. این مقادیر برای مش و نمدی به ترتیب، LMH 56 و LMH 40 به دست آمد. در نتیجه برای کار با بیوراکتور غشایی دینامیکی از شار LMH 35 به عنوان شار جریان تصفیه شده، استفاده شد. زمان اقامت هیدرولیکی مورد استفاده در این تحقیق، 5/12 ساعت بود. برای تشکیل این غشا بر روی دو فیلتر از دو روش اختلاط با هوادهی و اختلاط با همزن استفاده شد. دور بهینه همزن، 300 تا rpm 350 بود. روش همزدن به دلیل الگوی جریان مناسبتر نسبت به هوادهی، برای تشکیل غشا دینامیکی در اولویت قرار گرفت. با توجه به نتایج حاصل از عملکرد این دو غشا تشکیل شده، مش به عنوان یک بستر بهینه جهت تشکیل غشا دینامیکی تعیین شد، چراکه غشا مربوط به آن، از مکانیسم غشا دینامیکی مرسوم پیروی کرده و دچار گرفتگی برگشت ناپذیر نشد. به طوریکه بیش از 90% مقاومت کل مربوط به لایه کیک بود و مقاومت مربوط به انسداد منافذ، کمتر از 10 % مقاومت کل بود. که می توان این گرفتگی را با یک شستشوی فیزیکی برطرف کرد. اما در فیلتر نمدی، روند تشکیل غشا با مکانیسم مرسوم غشا دینامیکی مطابق نبود و ذرات به داخل منافذ آن نفوذ کرده و سبب گرفتگی برگشت ناپذیر در آن شد؛ به طوریکه بیش از 70% مقاومت کل مربوط به گرفتگی منافذ بود و کمتر از 30% مقاومت کل به کیک اختصاص داشت. لازم به ذکر است که مقاومت دو فیلتر تمیز نیز محاسبه شد که برای مش و نمدی به ترتیب، m-1 107×36/8 و m-1 108×23/2 بود که این مقادیر در برابر مقاومت کیک و گرفتگی منافذ بسیار بوده و قابل صرف نظر کردن است. همچنین در بررسی کیفیت جریان تصفیه شده توسط این دو غشا، فیلتر نمدی عملکرد بهتری نشان داد. که نشان دهنده بهبود عملکرد فیلتر و با حضور کیک است که به عنوان یک بیوفیلتر بر فیلتر نمدی عمل کرده است. در مش نیز حضور کیک مؤثر بوده و عملکر آن را تا حد غشا میکروفیلتراسیون کاهش داد. که از آن به عنوان یک غشا دینامیکی، می توان یاد کرد. به طوریکه مش در حضور غشا دینامیکی توانست به حذف بیش از 98% از COD ورودی دست یابد. در ادامه به بهینه کردن شار جریان برگشتی برای تشکیل غشا دینامیکی بر روی مش پرداخته شد که شار LMH 150، به عنوان شار بهینه در نظر گرفته شد. پس از بهینه کردن شرایط عملیاتی، در بررسی تشکیل غشا دینامیکی با غلظت های مختلف لجن g/L 6، 8، 10 و 14، غلظت g/L 5/9 – 5/8 به عنوان غلظت بهینه به دست آمد. چراکه در زمان کمتری این غشا تشکیل شد و هم کدورت و افت فشار خروجی از آن نسبت به بقیه، ناچیز بود. علاوه بر آن کیفت جریان خروجی از آن در مدت زمان عملکرد آن، نسبت به بقیه بهتر بود. در ادامه عملکرد غشا دینامیکی بهینه در یک دوره 32 روزه عملیات تصفیه، بررسی شد. در این مرحله نمودار تغییر افت فشار نسبت به زمان ترسیم شد که در نمودار حاصل، 3 شیب صعودی مشاهده شد. این 3 مرحله بیان داشت که با گذشت زمان، به دلیل نشست ذرات بر روی فیلتر، ضخامت غشا در ابتدا افزایش یافته؛ اما با گذشت زمان نرخ افزایش ضخامت بر روی غشا، کاهش یافته و غلظت ذرات جامد موجود در غشا فزونی یافتند. این پدید سبب افزایش شاخص تراکم پذیری غشا دینامیکی شده که خود دلیلی بر افزایش افت فشار با گذشت زمان است. علاوه بر این، با فشردگی غشا دینامکی از روز دوم به بعد، افت فشار شدیدتر شده که به انسداد منافذ غشا و کاهش تخلخل در آن مربوط بود. این روند افت فشار ادامه داشت، تا اینکه در روز پانزدهم از عملیات، زمانیکه افت فشار به kPa 25 رسید، با یک شستشوی فیزیکی، کیک از سطح فیلتر برداشته شده و مورد استفاده مجدد در بیوراکتور قرار گرفت. به طوریکه فیلتر پس از شستشو، توانست به بیش از 98% بازیابی عملکرد اولیه خود دست یابد و روندی مشابه با 15 روز قبل را دنبال کند. در آخر، اجزای سازنده غشا دینامیکی با طیف FTIR مشخص شد. این تحلیل نشان داد که پروتئین و کربوهیدرات، اجزای اصلی غشا دینامیکی می باشند.
- Abstract
- In order to improve operating conditions in the MBRs, the dynamic membrane bioreactor was used. The present study explains the process of self-forming dynamic membrane (SFDM) formation on mesh (pore size= 30 µm) and felt filter (cut off= 20 µm) made of polyester by using two methods of stirring and aeration and evaluates the performance of dynamic membrane bioreactor for municipal wastewater treatment. Sludge concentration used in this study ranged 8-14 g/L. The optimum recycles flow was obtained 150 LMH for formation of SFDM. Scanning electronic microscopy (SEM) is utilized to observe the development of SFDM. Based on Fourier transform infrared analysis, proteins and carbohydrates are the dominant substances comprising the dynamic membrane. Three sharp steeps are seen in trans-membrane pressure profile which can be attributed to the dynamic membrane compressibility index. The results reveal that compressibility index increased during the experiment. The treatment performance of dynamic membrane is evaluated in terms of COD removal. Turbidity reduction by SFDM seems microfiltration membrane. Total dissolved solid (TDS) does not change significantly. Cake layer resistance increases during the operation while gel layer resistance decreases. Mesh filter can be reused for SFDM reformation after physical cleaning.
