عنوان پایان‌نامه
بررسی عملکرد بیوراکتورغشایی حاوی سلول های معلق و تثبیت شده
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- فرآیندهای کاغذسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1012.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48217
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۸۹
- دانشجو
- مهشاد منافی
- استاد راهنما
- محمدرضا مهرنیا, محمدحسین صراف زاده
- چکیده
- هدف از این تحقیق بررسی اثر تثبیت سلول بر عملکرد آن و کاربرد این روش در بیوراکتور غشایی است. برای بررسی اثر تثبیت سلول¬ها بر کاهش بازدارندگی، فنل به عنوان منبع کربن انتخاب شد. پساب سنتزی به کار رفته در این طرح حاوی فنل و نمک¬های معدنی است. در این تحقیق ابتدا تجزیه¬ی زیستی فنل در فرایند ناپیوسته توسط ترکیبی از لجن¬فعال و باکتری Alcaligenes f. بررسی شده است. افزایش درصد تلقیح، کاهش درصد لجن فعال (افزایش درصد باکتری Alcaligenes f.) ، کاهش غلظت فنل در پساب و تلقیح گونه¬ی خاص به صورت تثبیت شده سبب بهبود بازده حذف می¬شوند. افزودن گلوکز به خوراک در ابتدا باعث افزایش بازده می¬شود اما افزایش غلظت آن بیش از حد معین منجر به کاهش بازده حذف خواهد شد. فرایند ناپیوسته در مقیاس بزرگ¬تر، برای غلظت¬های اولیه¬ی متفاوت فنل انجام شده و روند تغییر غلظت فنل، رشد باکتری، اکسیژن محلول و pH در سیستم حاوی سلول آزاد و تثبیت شده مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان دادند که افزایش غلظت فنل اولیه سبب طولانی¬تر شدن فاز تاخیر رشد می¬شود و با 5/2 برابر شدن غلظت فنل اولیه (mg/L 400 به mg/L 1000) مدت زمان حذف کامل تا 5 برابر (20 تا 94 ساعت) افزایش می¬یابد. بیشترین نرخ حذف فنل در فاز اکسپونانسیلی رشد سلولی اتفاق می¬افتد. pH ابتدا افزایش می یابد اما با افزایش نرخ حذف فنل به شدت کاهش خواهد یافت. اکسیژن محلول در سیستم نشان دهنده¬ی میزان فعالیت باکتری و نرخ تنفس آن است. با توجه به نرخ جذب معین پایه¬های تثبیت، سلول¬های تثبیت شده همواره با غلظت یکنواخت فنل مواجه می¬شوند و بنابراین تغییر پارامترها نرخ تقریبا ثابت و خطی دارد. سینتیک رشد باکتری آزاد منطبق بر مدل هالدن خطی با (h-1) 13/0µmax= و (mg/L) 3/197 Ki= می¬باشد. در سیستم بیوراکتورغشایی طی فرایند پیوسته قدرت تحمل شوک، عوامل موثر بر عملکرد بیوراکتورغشایی و گرفتگی غشا مورد بررسی قرار گرفته¬اند. نتایج نشان می¬دهند که با شروع فرایند پیوسته و خروج مقدار قابل توجهی از مواد خارج سلولی از سیستم، محیط رشد سلول¬های آزاد تغییر کرده و این سلول¬ها باید با شرایط محیطی جدید سازگار شوند. در سیستم حاوی سلول¬های تثبیت شده، با توجه به قدرت پایه¬ها در جذب محلول¬¬های آبی، می¬توان احتمال داد که همیشه درصدی از مواد خارج سلولی و آنزیم¬ها در پایه¬ی تثبیت باقی می¬مانند لذا شرایط محیطی سلول¬ها تغییر چندانی نمی¬کند و باکتری¬ها از ابتدای فرایند به حذف فنل می¬پردازند. در مرحله اعمال شوک نیز سیستم حاوی سلول تثبیت شده، مقاومت بالایی از خود نشان می¬دهد در حالی¬که سیستم حاوی باکتری آزاد وارد فاز مرگ می¬شود. بنابراین عملکرد سلول¬های تثبیت شده به مراتب بهتر از سلول-های آزاد بوده و مقاومت و قدرت حذف بالاتری دارند. نتایج مقاوت سنجی غشا نشان می دهد که مقاومت اصلی از گرفتگی منافذ غشا ناشی می¬شود.علت اصلی گرفتگی می¬تواند افزایش تدریجی بیوپلیمرهی خارج سلولی باشد. آزمایش فرایند پیوسته نشان دهنده¬ی عملکرد مناسب سیستم بیوراکتورغشایی حاوی سلول¬های تثبیت شده در حذف فنل است به¬طوری¬که می¬تواند مدت حذف mg/L1000 فنل را از حدود h80 در سیستم ناپیوسته به کمتر از h20 برساند و غلظت فنل را در پساب با mg/L 800 فنل و HRT برابر h 12، تا حد استاندارد (کمتر از mg/L 1) کاهش ¬دهد. در این سیستم گرفتگی بازگشت ناپذیر غالب است. در انتخاب چنین سیستمی باید محدودیت و مزیت ذکر شده در کنار هم مورد توجه قرار گیرند.
- Abstract
- The goal of this research is to study the effect of cell immobilization on cell performance and its usage in membrane bioreactor. Phenol had been chosen as carbon source to study the effect of cell immobilization on reduction of inhibition. The synthetic wastewater containing phenol and mineral salts had been used in this project. In this research at first phenol biodegradation by mixture of activated sludge and Alcaligenes f. bacterium in batch system was studied. Increase in inoculums percentage, decrease in sludge percentage (Alcaligenes f. percentage increase), influent phenol concentration decline and special immobilized bacterium inoculation, improves removal efficiency. Glucose addition to feed increases efficiency at first but increase of its concentration more than a special limit will decrease the efficiency. Batch process with different initial phenol concentration was performed in larger scale and phenol concentration changes, bacterium growth, dissolved oxygen and pH of system containing free and immobilized cell was studied and analyzed. Results show that increase in initial phenol concentration lengthened the lag phase and with 2.5 times increase in initial phenol concentration (400 mg/L to 1000 mg/L), complete removal will be lengthened to 5 times (20 to 94 h).the maximum removal rate will be at the exponentially growth phase. pH increases at first but with increase in phenol removal rate pH will extremely decrease. System dissolved oxygen indicates the bacterium activity and its oxygen uptake rate. With regards to the specific absorption rate of carriers, immobilized cells always face with steady phenol concentration, therefore parameters changes have almost constant with linear rate. Growth kinetics of the bacterium is based on haldane’s linear kinetic model with µmax= 0.13 (h-1) and Ki= 197.3 (mg/L). Shock toleration, effective parameters on the membrane bioreactor performance and membrane fouling are studied in membrane bioreactor system through a continuous process. Results showed that at the beginning of continuous process, growth medium of free cells has changed due to loosing noticeable amount of extracellular materials from the system and these cells should get adapted to the new environment. In the immobilized cell system, with regards to the carrier ability of aqueous solutions absorption, we can assume that always some of the extracellular materials and enzymes will be stored in the carrier so cells medium won't change noticeably and cells can remove phenol from the beginning of the process. In the shock applying stage immobilized cell system introduces more resistance whereas the free cells system will enter the death phase. So immobilized cells performance is extremely better than free cells and they have much more resistance and removal ability. Results of membrane resistance test indicated that the main resistance is the pore resistance. Fouling could happen due to the extracellular polymers gradual increase. The continuous process test indicates the good performance of membrane bioreactor system containing immobilized pure cells in phenol removal which can reduce removal time of 1000 mg/L phenol from 80 h in batch system to less than 20 h and decline influent phenol concentration of 800 mg/L and HRT of 12h to the standard level (less than 1mg/L) in permeate. In this system irreversible fouling is dominant. While choosing such a system, mentioned advantage and limitation should be seen together.
