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

بیوراکتور غشایی یکی از فناوری‌های پیشرفتۀ مورد توجه برای تصفیۀ فاضلاب و بازیافت آب است که با ترکیب فرایند تصفیۀ بیولوژیکی لجن فعال و فیلتراسیون غشایی صورت می‌گیرد. بیوراکتور غشایی در مقایسه با فرایندهای متداول تصفیۀ 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 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. شبیه‌سازی سه‌بعدی بیوراکتور غشایی به صورت دو و سه‌فازی 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 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 اندازۀ لخته‌ها، سبب نزدیک‌شدن نتایج شبیه‌سازی به حالت واقعی می‌شود. نتایج شبیه‌سازی به خوبی با داده‌های آزمایشگاهی هم‌خوانی دارد که تأییدی بر صحت شبیه‌سازی و مدل موازنۀ جمعیتی مورد استفاده است.