عنوان پایان‌نامه
بررسی گرفتگی غشائ در بیو راکتور غشایی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1515.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65710
- تاریخ دفاع
- ۰۲ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- میترا بیات
- استاد راهنما
- محمدرضا مهرنیا
- چکیده
- بیوراکتور غشایی (MBR) یکی از فناوری‌های زیستی مورد توجه برای تصفیه آب و فاضلاب است و حاصل ترکیب فرایند تصفیه بیولوژیکی لجن فعال و فیلتراسیون غشایی می‌باشد. یکی از مهمترین مشکلاتی که فرآیندهای غشایی با آن مواجه هستند، گرفتگی غشا است که کارایی عملیات تصفیه را کاهش می‌دهد. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ابزاری قدرتمند برای درک ارتباط بین مکانیک سیالات و گرفتگی در بیوراکتورهای غشایی می‌باشد. هدف از این تحقیق بررسی اثرات هیدرودینامیکی جریان چندفازی بر گرفتگی غشا با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی است. سامانه مورد بررسی یک بیوراکتور غشایی هواگرد داخلی با حجم کل 25 لیتر می‌باشد که دو بافل در طرفین غشا مسطح تعبیه شده‌اند. برای شبیه‌سازی از معادله چندفازی اولرین و معادله آشفتگی k-? استاندارد استفاده شده است. مدلسازی‌های انجام شده به دو مجموعه کلی تقسیم می‌گردند: در مجموعه اول غشا به صورت صلب در نظر گرفته شده و فرایند فیلتراسیون در مدل وارد نشده است، و در مجموعه دوم با متخلخل فرض کردن غشا، دبی جریان خروجی در شبیه‌سازی لحاظ گردیده است. مجموعه دوم شبیه‌سازی از چهار حالت: شبیه‌سازی دوفازی آب – هوا، شبیه سازی دوفازی لجن – هوا، شبیه‌سازی دوفازی لجن – هوا با استفاده از مدل موازنه جمعیتی و شبیه سازی سه فازی مایع - هوا- ذرات جامد لجن تشکیل شده است. در هر دو مجموعه از شبیه‌سازی‌ها، اثر تغییرات نرخ هوای ورودی و غلظت توده زیستی مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج شبیه‌سازی جهت بررسی تاثیر متغیرهای عملیاتی بر هیدرودینامیک بیوراکتور غشایی به کار رفته است. نتایج شبیه‌سازی تطابق خوبی با داده‌های تجربی نشان می‌دهند که نشانگر توانایی دینامیک سیالات محاسباتی در بررسی و پیش‌بینی هیدرودینامیک بیوراکتور غشایی می‌باشد.لازم به ذکر است که در نظرگیری فلاکس مایع خروجی از غشا در سامانه بیوراکتور غشایی با استفاده از تابع UDF در مقالات و تحقیقات پیشین یافت نشده است.
- Abstract
- Membrane bioreactor (MBR) is a modern technology for wastewater treatment and water reuse which is the combination of activated sludge process and membrane filtration. The main obstacle to development of MBRs is membrane fouling which decreases system efficiency. Computational fluid dynamics (CFD) is a helpful tool to investigate the relationship between fluid mechanics and fouling in MBRs. Experiments were carried out in a submerged membrane bioreactor with operating volume of 25 L for activated sludge. Two baffles were located at both sides of membrane. Different aeration intensity and transmembrane pressure (TMP) were studied. Three-dimensional two and three-phase simulation was implemented using Eulerian approach and k-? turbulent model. Two different approaches were used in the CFD modeling of MBR. Simulation of MBR with and without considering permeate flux was modeled in two different water-air and sludge-air systems. In this study, effect of hydrodynamic characteristics on fouling in an airlift MBR was investigated using CFD simulation. Results indicated that by increasing air flow rate and MLSS concentration, shear stress on membrane surface increase and membrane fouling decreases. Besides, results indicated that taking the permeate flux into account does not make a tangible difference on gas and liquid shear stresses on membrane surface. Also effect of considering population balance model in simulation was studied. In addition results indicated that using granular model in three-phase simulation would lead to a more realistic simulation. Simulation results were in good agreement with experimental data which demonstrate the ability of this CFD approach and population balance model as an efficient tool.
