بررسی تصفیه فاضلاب در بیوراکتور غشایی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

بیوراکتور غشایی یکی از فناوری‌های پیشرفته مورد توجه برای تصفیه فاضلاب و بازیافت آب است که با ترکیب فرایند تصفیه بیولوژیکی لجن فعال و فیلتراسیون غشایی صورت می‌گیرد. بیوراکتور غشایی در مقایسه با فرایندهای متداول تصفیه فاضلاب دارای مزایایی از ‌جمله بازدهی بالای تصفیه است و به فضای کمتری نیاز دارد. از مهم‌ترین مشکلاتی که فرایندهای غشایی با آن مواجه‌اند، گرفتگی غشاست که کارایی فرایند را کاهش و هزینه‌های آن را افزایش می‌دهد. بنابراین، شناسایی ویژگی‌های موثر در این پدیده و از جمله هیدرودینامیک سامانه از موضوعات مهم پژوهش است. دینامیک سیالات محاسباتی ابزاری قدرتمند برای درک ارتباط بین مکانیک سیالات و گرفتگی در بیوراکتورهای غشایی است. در این تحقیق اثر هیدرودینامیکی جریان چندفازی در گرفتگی غشا در یک بیوراکتور غشایی هواگرد با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی در شرایط عملیاتی مختلف شامل چهار نرخ هوادهی و قطر حباب مربوطه و دو غلظت توده زیستی مطالعه شد. شبیه‌سازی سه‌بعدی بیوراکتور غشایی به صورت دو و سه‌فازی با استفاده از مدل چندفازی اولرین و مدل اغتشاش k-? انجام شده است. نتایج نشان داد با افزایش دبی هوادهی و غلظت توده زیستی، تنش برشی گاز و مایع بر سطح غشا افزایش و در نتیجه گرفتگی غشا کاهش می‌یابد. همچنین، اثر توزیع و رفتار حباب بر نتایج بررسی شد. علاوه بر این، نتایج نشان داد که استفاده از معادلات گرانولی اویلر در شبیه‌سازی سه‌فازی سامانه با در نظر گرفتن اندازه لخته‌ها، سبب نزدیک‌شدن نتایج شبیه‌سازی به حالت واقعی می‌شود. نتایج شبیه‌سازی به خوبی با داده‌های آزمایشگاهی هم‌خوانی دارد که تاییدی بر صحت شبیه‌سازی و مدل موازنه جمعیتی مورد استفاده است.