مدل سازی ریاضی حذف گاز هیدروژن سولفاید در یک بیوفیلتر

الموضوعات :

امیر رحیمی ¹ , سمانه سامی ²

1 - استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان *(مسئول مکاتبات).
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان.

تاريخ الإرسال : 06 الإثنين , شوال, 1429 تاريخ التأكيد : 23 الإثنين , جمادى الأولى, 1430 تاريخ الإصدار : 17 الإثنين , ذو القعدة, 1434

الکلمات المفتاحية: بیوفیلتر, مدل‌سازی ریاضی, هیدروژن سولفاید,

ملخص المقالة :

در این مطالعه، یک مدل ریاضی به منظور توصیف فرآیند حذف H2S درحالت های عملکردی شبه پایدار و ناپایدار در یک بیوفیلتر ارایه شده است. مدل مربوط شامل معادلات موازنه جرم برای جزء آلاینده و اکسیژن در ناحیه گاز و توده فیلم میکروبی می باشد که بر اساس قوانین بقا استخراج گردیده است. حل همزمان و عددی این معادلات، تغییرات غلظت آلاینده را در طول ارتفاع بیوفیلتر و ضخامت توده زیستی به دست می دهد. محاسبات برای یافتن مقادیر بازده و ظرفیت حذف در سه شدت جریان مختلف گاز 03/0، 07/0 و m³/hr 14/0 با غلظت های ورودی متفاوت صورت گرفته و نتایج آن توسط نمودارهایی با داده های تجربی ارایه شده توسط Oyarzun و همکاران مورد مقایسه قرار گرفته است. در شرایط ناپایدار نیز مقایسه نتایج حاصل از مدل با نتایج تجربی در غلظت ورودی ppm1100 از آلاینده H2S ارایه شده است. یافته های حاصل از این بررسی ها نشان می دهد که این مدل با دقت قابل قبولی قادر به برازش نتایج تجربی بوده و بنابراین از آن می توان به عنوان یک ابزار مناسب، برای طراحی بیوفیلتر استفاده نمود. همچنین، اثر پارامترهای مختلف عملیاتی شامل: سطح مخصوص بستر، ارتفاع بستر پر شده، تخلخل بستر و شدت جریان حجمی گاز بر عملکرد بیوفیلتر مورد بررسی قرار گرفته است.

المصادر:

1. Devinny, J. S., Ramesh, J.,2007.A phenomenological review of biofilter models. Chemical Engineering Journal, Vol. 113, pp. 187-196.


2. Arjmand, M., Safekordi, A., Farjadfard, S.,2007.Simulation of biofilter used for removal of air contaminants (ethanol). International Journal of Environmental Science.  Techechnology, Vol. 2 (1), pp. 69-82.


3. Ottengraf, S. P. P., Van Den Oever, A. H. C.,1983.Kinetics of organic compound removal from waste gases with a biological filter. Biotechnology and Bioengineering, Vol. 25(12), pp. 3089-102.


4. Hodge, D. S.; Devinny, J. S.,1995. Modeling removal of air contaminants by biofiltration. Journal of Environmental Engineering Div, Vol. 121 (1), pp. 21-32.


5. Shareefdeen, Z., Baltzis, B. C., Oh, Y.-S., Bartha, R., 1993.Biofiltration of Methanol Vapour. Biotechnolology Bioengineering, Vol. 41, pp. 512.


6. Amannullah, Md., Farooq, S., Viswanathan, Sh., 1999.Modeling and Simulation of a Biofilter. Industrial Engineering Chemchemical Res, Vol. 38 (7), pp. 2765–2774.

1. Deshusses, M. A., Harmer, G., Dunn, I. J., 1995.Behavior of biofilters for wasted air biotreatment. 2. Experimental evaluation of a dynamic model. Environmental Science Technolology, Vol. 29(4), pp. 1059-1068.

8. Shareefdeen, Z., Baltzis, B. C.,1994. Biofiltration of toluene vapor under steady state and transient conditions: theory and experimental results. Chemical Engineering Science, Vol. 49, pp. 4347-4360.


9. Ottengraf, S. P. P.,1986. Exhaust gas purification. Rehm, Reed, editors. Biotechnology Verlag Chemistrary, Vol. 8.


10. Tang H. M., Hwang, S. J., Hwang, S. Z.,1996.Waste gas treatment in biofilters. Journal of Air Waste Management Associate, Vol. 46, pp. 349-354.


11. Alonso, C., Zhu, X., Suidan, M.T., Kim B.R., Kim, B.J.,2001. Mathematical model of biofiltration of VOCs: effect of nitrate concentration and backwashing. Journal ofEnvironmental Engineering, Vol. 127(7), pp. 655-664.


12. Agarwal, G. K., Ghoshal, A. S.,2008. Packed bed dynamics during microbial treatment of wastewater: Modelling and simulation, Vol. 99(9), pp. 3765-73.


13. Picioreanu, C., van Loosdrecht, M. C. M., Heijnen, J. J.,1998.Mathematical modeling of biofilm structure with a hybrid differential-discretecellular automaton approach. Biotechnology and Bioengineering, vol. 58, pp. 101-116.

 

1. Zarook, S. M., Shaikh, A. A.,1997. Analysis   and comparison of biofilter modes. Chemical Engineering Journal, Vol. 65, pp. 55–61.

15. Kyeoung-suk, C., Mitsuyo, H., Makoto, SH.,1991. Degradation Characteristics of Hydrogen Sulfide, Methanethiol, Dimethyl Sulfide and Dimethyl Disulfide by Thiobacillus thioparus DW44 Isolated from Peat Biofilter. Journal of Fermentation and Bioengineering, Vol. 71, pp. 6.


16. Oyarzun, P., Arancibia, F., Canales, Ch., Aroca, G., 2003.Biofiltration of high concentration of hydrogen sulfide using Thiobacillus thioparus, Vol. 39, pp. 165-170.