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

بیوراکتور غشایی یکی از فناوری های پیشرفتۀ مورد توجه برای تصفیۀ فاضلاب و بازیافت آب است که با ترکیب فرایند تصفیۀ بیولوژیکی لجن فعال و فیلتراسیون غشایی صورت می گیرد. بیوراکتور غشایی در مقایسه با فرایندهای متداول تصفیۀ فاضلاب دارای مزایایی از جمله بازدهی بالای تصفیه است و به فضای کمتری نیاز دارد. از مهم ترین مشکلاتی که فرایندهای غشایی با آن مواجه اند، گرفتگی غشاست که کارایی فرایند را کاهش و هزینه های آن را افزایش می دهد. بنابراین، شناسایی ویژگی های مؤثر 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 تودۀ زیستی مطالعه شد. شبیه سازی سه بعدی بیوراکتور غشایی به صورت دو و سه فازی با استفاده از مدل چندفازی اولرین و مدل اغتشاش k-ε انجام شده است. نتایج نشان داد با افزایش دبی هوادهی و غلظت تودۀ زیستی، تنش برشی گاز و مایع بر سطح غشا افزایش و در نتیجه گرفتگی غشا کاهش می یابد. همچنین، اثر توزیع و رفتار حباب بر نتایج بررسی شد. علاوه بر این، نتایج نشان داد که استفاده از معادلات گرانولی اویلر در شبیه سازی سه فازی سامانه با در نظر گرفتن اندازۀ لخته ها، سبب نزدیک شدن نتایج شبیه سازی به حالت واقعی می شود. نتایج شبیه سازی به خوبی با داده های آزمایشگاهی هم خوانی دارد که تأییدی بر صحت شبیه سازی و مدل موازنۀ جمعیتی مورد استفاده است.