عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی با راکتور غشایی در تصفیه پساب های صنعتی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 911.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44275
- تاریخ دفاع
- ۰۵ اسفند ۱۳۸۸
- دانشجو
- امیرحسین خلیلی گرکانی
- استاد راهنما
- محمدرضا مهرنیا, محمدحسین صراف زاده
- چکیده
- بیورآکتور غشایی یکی از فنآوری‌های زیستی مورد توجه برای تصفیه آب و فاضلاب که توسط محققان و سازمانهای محیط زیست دنیا می‌باشد. گرفتگی یکی از مهمترین مشکلاتی است که فرآیندهای غشایی با آن مواجه هستند. گرفتگی غشا عبارتست از تجمع مواد بر روی سطح یا در درون غشا به طوری که نحوه عمل غشا تغییر یابد. در اثر این پدیده قطر حفره‌های غشا (مجرای عبور سیال) کاهش می‌یابد و ممکن است به مسدود شدن تعدادی از آنها بیانجامد. بنابراین تجمع مواد روی سطح غشا و به هم چسبیدن آنها منجر به تشکیل لایه هایی بر روی سطح غشا می‌گردد. هوادهی رایج ترین و موثرترین روش مورد استفاده در کاهش گرفتگی است، و انتخاب شرایط مناسب هوادهی برای سیستم حیاتی است. هدف از این پروژه نشان دادن چگونگی تعیین خصوصیات هیدرودینامیکی و توسعه دینامیک سیالات محاسباتی به منظور درک بهتر اثرات هیدرودینامیکی جریان دوفازی بر کارایی تصفیه می باشد. سیستم مورد بررسی یک بیورآکتورغشایی هواگرد داخلی به ابعاد 0.7×0.24×0.18 می باشد که دارای دو بافل است که زاویه آن ها در 90، 5/87 و 85 درجه قابل تنظیم است. برای شبیه سازی از معادله چندفازی Eulerian و همچنین معادله آشفتگی k-? استاندارد استفاده شد. تحقیق انجام شده شامل سه زیر مجموعه: شبیه سازی دو فازی آب-هوا، شبیه سازی دوفازی لجن فعال-هوا و شبیه سازی سه فازی آب-لجن فعال-هوا می باشد. در قسمت اول به بررسی اثر تغییرات ارتفاع مایع، نرخ هوای ورودی، حضور بافل ها وتغییر زاویه آن ها، تعداد غشاها و فاصله بین آن ها پرداخته شد. در قسمت دوم ویسکوزیته لجن فعال و چگونگی تغییرمقاومت غشا با غلظت توده زیستی مورد بررسی قرار گرفت. در قسمت آخر با در نظر گرفتن قطر متوسط لخته ها سیستم به صورت سه فازی شبیه سازی شد. نتایج مرحله سوم نشان داد که استفاده از معادلات گرانولی Euler در شبیه سازی سه فازی سیستم با در نظر گرفتن اندازه لخته ها، سبب نزدیک شدن شرایط رآکتور در شبیه سازی سیستم به حالت واقعی می شود. شبیه سازی با استفاده از این معادلات در غلظت های بالای توده زیستی (g/lit30) حاکی از تطابق داده ها با نتایج تجربی دارد.
- Abstract
- Membrane Bioreactors (MBRs) are becoming an appealing alternative for conventional wastewater treatment. However, Performance of pressure-driven membrane bioreactor and other membrane processes are limited by fouling with particles deposit on membrane surface or inside membrane pores. A popular way of controlling this fouling is through flow hydrodynamics that create shear near the surface of the membrane. In airlift membrane bioreactor two baffle plates divided the bioreactor into one riser and two downcomer. Membrane fouling in the MBR was minimal, though the reasons for the high membrane permeability in the airlift MBR are not known at present. Consequently, the effect of the flow regime in the MBR process unit has been an insufficiently understood aspect of MBR design. Current methods of design for a desired flow regime within the MBR are largely based on empirical techniques. It is difficult to predict how vessel design in large scale installations (e.g. size and position of inlets, baffles or membrane orientation) affects hydrodynamics, hence overall performance. In this study, a CFD simulation was developed which accounts for aeration and membrane configuration in a MBR pilot model with 0.7 m height, 0.24 m width and 0.18 m depth. The 3D Eulerian-Eulerian model was used and more so, the standard k-? model of turbulence seems to perform satisfactorily. The influence of baffle specification on flow behavior was investigated in two phase (Air-Water and also Air-Activated sludge) and three phase (Air-Water-Activated sludge) simulations. Firstly, the effect of inlet air flow rate and the baffle’s angle on resistances profiles is presented. The permeate flux could be related to the wall shear stresses at the membrane surface, meaning that it could be possible to control particle fouling by applying appropriate wall shear stresses at the membrane surface. The average area of high shear stress increases with the air flow rate. Also the change in baffle angle from 90 to 87.5 and 85 degree increases the shear stress of air on membrane surface. With less meandering of air, as in low air flow rates, the area of the membrane which does not experience high shear also increases. The results show that resistance can be related to the wall shear stresses at the membrane surface and that it is possible to control particle fouling by applying appropriate wall shear stresses at the membrane surface. More so, the results of the last part show that Eulerian granular models could help us in simulating the details of particles motion and transport in bioreactor. The simulations with these models have good compatibility in high concentration of particles (30 g/lit) with experimental observations.
