مدل سازی حذف سولفید هیدروژن از آب ترش در راکتور ناپیوسته

حذف سولفیدهیدروژن از آب ترش قبل از استفاده یا رها سازی آن در محیط زیست ضروری است. با توجه به هزینه بالا روشهای متداول برای حذف آن، روش های زیستی به عنوان یک جایگزین مناسب برای حذف سولفید هیدروژن از آب ترش می تواند مورد استفاده قرار گیرد.حذف زیستی سولفیدهیدروژن از آب ترش در راکتور ناپیوسته و با استفاده از گونه تیوباسیلوس به عنوان گونه غالب در جامعه میکروبی، مورد بررسی قرار گرفت. مدلی مفهومی به منظور توصیف فرایند تجزیه زیستی سولفید توسعه داده شد. مدل، انتقال بین فازی اکسیژن و سولفیدهیدروژن، اکسایش زیستی سولفید به گوگرد عنصری و سولفات و همچنین اکسایش شیمیایی سولفید به تیوسولفات را در فاز مایع در نظر می گیرد. معادلات مورد استفاده در مدل با استفاده از مفاهیم بقای جرم و واکنش های زیستی استخراج شد. چندین آزمایش برای به دست آوردن مقادیر تجربی تغییرات غلظت پیش ماده (سوبسترا) و محصولات، نسبت به زمان انجام و کالیبره کردن مدل با استفاده از این داده های تجربی صورت گرفت. برای کالیبره کردن مدل از کمینه کردن اختلاف داده های تجربی و پیش بینی های مدل به وسیله روش بهینه سازی، ازدحام ذرات و حل هم زمان معادلات دیفرانسیل حاکم بر سامانه استفاده شد. آزمایش اضافه برای اعتبارسنجی مدل (استفاده نشده در کالیبره کردن مدل) انجام و نتایج آن با پیش بینی های مدل، مقایسه شد که نشان دهنده دقت بالای مدل ارائه شده بود. یکی از نوآوری های مدل در نظر گرفتن مسیرهای متفاوت برای اکسایش سولفیدهیدروژن است که در حقیقت مفهوم انتخاب پذیری محصول را در خود گنجانده است.یکی از مهم ترین مولفه ها در تعیین میزان فعالیت باکتری ها، نرخ ویژه مصرف اکسیژن است. مقدار تخمین زده شده برای این مولفه در تمامی آزمایش های اکسایش سولفیدهیدروژن، تقریباً ثابت و برابر با 16 (میلی گرم اکسیژن بر گرم زیست توده بر دقیقه) بود که نشان دهنده مستقل بودن این مولفه از غلظت ماده اولیه و باکتری است. نتایج به دست آمده نشان داد که باکتری ها بیشتر تمایل به اکسایش ناقص سولفیدهیدروژن به گوگرد را دارند؛ اگرچه میزان تمایل برای انتخاب مسیر اکسایش به میزان در دسترس بودن پیش ماده و اکسیژن محلول بستگی دارد. علاوه براین مشخص شد که باکتری ها قادر به اکسایش کل پیش ماده به گوگرد حتی در غلظت های بالای پیش ماده نیستند و در هر شرایط، بخشی از پیش ماده به سولفات تبدیل خواهد شد.

Removal of Hydrogen Sulfide

AbstractResearch Subject: Sulfide removal from sour water is essential, before reuse or release of sour water into the environment. Regarding the high costs of traditional methods, biological removal can be used as a reliable alternative.Research Approach: Biological sulfide removal from sour water was investigated in a batch reactor using Thiobacillus sp. as a dominant species of a mixed culture. A conceptual model was developed to describe the process of H2S removal from sour water in the batch reactor. The model considers H2S and O2 transfer between liquid and gas phases, biological oxidation of H2S to sulfate and elemental sulfur, and chemical oxidation of H2S to thiosulfate in the liquid phase. The governing equations were derived using the principles of mass conservation and biochemical reactions. Several batch runs were performed to obtain experimental data on the variation of sulfide, sulfate, thiosulfate, and oxygen concentrations in the system as a function of time, and an algorithm was devised to use the method of Particle Swarm Optimization together with the numerical solution of the model equations to estimate biokinetic parameters. Additional batch runs under different conditions were performed to verify the accuracy of the model. These results indicated reasonable accuracy of the model to predict the performance of a batch reactor for the removal of H2S from sour water. The novelty of this model is considering different pathways for sulfide oxidation which includes product selectivity.Main Results: The maxim specific oxygen uptake rate (SOUR=OUR/X) is one of the most important parameters in the evaluation of the biological activity of the microorganisms. The calculated value for this parameter was almost constant (16 mg DO g1 VSS min1) during all sulfide oxidation tests indicating that the maximum specific oxidation capacity of the biomass is independent of substrate and biomass concentration. Results exhibited bacteria prefer to partially oxidized sulfide to elemental sulfur, however this preference is a function of dissolved oxygen and substrate availability.