بیوراکتورها در صنایع مختلف بیوشیمیایی جهت تولید بسیاری از محصولات مصرفی زندگی امروزه به کار برده می شوند که از تولیدات تجاری آن می توان به داروها، آنزیم ها، عطریجات، رنگ ها و آنتی بیوتیک ها اشاره نمود. انواع مختلفی از بیوراکتورها در صنایع استفاده می شوند که شامل بیوراکتورهای تانک- همزن دار، پرشده، بستر سیال، برج حبابی و هوابالابر می شوند. یک نوع مشهور و مهم از بیوراکتورها، بیوراکتورهای هوابالابر می باشند. بیوراکتورهای هوابالابر در زمینه های تخمیر هوازی، تصفیه پساب و سایر عملکردهایی که تنش برشی کمی مورد نیاز است، به کار برده می شوند. مزیت عمده این راکتورها ساخت آسان ، نیاز به سرمایه گذاری کم ، هزینه عملیاتی کم ، عدم حظور ناحیه های با تنش بالا، پخش مناسب گاز، اختلاط شدید و انتقال جرم مناسب و نیاز به توان ورودی کم می باشد. موجودی فاز گاز، سرعت چرخش مایع و زمان اختلاط مهمترین پارامترهای مشخص کننده هیدرودینامیک راکتور ایرلیفت می باشند. این پارامترها به منظور طراحی و افزایش مقیاس راکتورهای ایرلیفت حائز اهمیت می باشند. در این پروژه بعد از ساخت یک راکتور ایرلیفت، به بررسی پارامترهای هیدرودینامیکی آن در حالت دو فازی و سه فازی پرداخته شده است. به منظور به دست آوردن مقادیر موجودی فاز گاز، یک فشارسنج مانومتر معکوس ساخته شد و با قرائت اختلاف فشارهای خوانده شده و رابطه موجودی فاز گاز و اختلاف فشار، موجودی فاز گاز محاسبه شد . همچنین برای اندازه گیری مقادیر زمان چرخش، زمان اختلاط و سرعت خطی و چرخش مایع از روش ردیاب-پاسخ استفاده شد به اینگونه که در ابتدای ناودان(بالای راکتور) cc kcl 5 تزریق و نمودار هدایت بر حسب زمان توسط دستگاه هدایت سنج متصل به کامپیوتر به دست آمد، سپس با کمک مقادیر حاصله از نمودار، مقدار سرعت مایع محاسبه شد. همچنین برای به دست آوردن محدوده ی پارامتر عملیاتی(سرعت گاز)، حداکثر سرعت در هنگام شروع بیرون زدگی مایع از بالای راکتور اندازه گیری شد. در انتها روابطی تجربی بر اساس اعداد بی بعد برای موجودی فاز گاز و سرعت مایع ارائه شده است و با استفاده از نرم افزار spss روابط ارائه شده، بهینه شدند.

این پژوهش با هدف بررسی عوامل موثر بر پدیده نامطلوب رسوب یون آهن فریک در فرآیند بیولیچینگ یک نمونه سنگ معدن اورانیوم و تاثیر پارامترهای گوناگون بر عملکرد آن انجام شد. در این پژوهش تاثیر چهار پارامتر دما، ph، دانسیته پالپ و غلظت سولفات فرو هفت آبه در ابعاد آزمایشگاهی و در مقیاس فلاسک لرزان بر روی میزان رسوب یون آهن فریک بررسی گردید. برای رسیدن به این هدف، طراحی آزمایش ها با استفاده از نرم افزار minitab16 و روش سطح پاسخ و مرکب مرکزی صورت گرفت. هدف از طراحی آزمایش ها دستیابی به نقاط بهینه پارامترها به منظور دستیابی به حداقل مقدار رسوب یون آهن فریک می باشد. این طراحی آزمایش ها با استفاده از روش مرکب مرکزی که شامل 31 آزمایش می شد، انجام گرفت. سپس آزمایش های بیولیچینگ تحت شرایط طراحی شده انجام شد. نمونه گیری از محلول هر 12 ساعت انجام شد و غلظت اورانیوم، یون فرو، یون فریک و آهن کل تعیین گردید. هم چنین پس از اتمام آزمایشات پس از صاف نمودن محتویات هر ارلن و شستشوی رسوب و افزودن 20 سی سی اسید سولفوریک 10 نرمال مقدار 4 سی سی نمونه گرفته شد و میزان رسوب یون آهن فریک در آن آنالیز شد. با توجه به نتایج حاصل بر روی میزان رسوب یون آهن فریک، آنالیز واریانس انجام شد و مدل آماری با توجه به معنی دار بودن فاکتورها ارائه گردید. با توجه به نتایج به دست آمده شرایط بهینه برای رسیدن به کمترین مقدار رسوب آهن فریک پیشنهاد گردید. با حل معادله به دست آمده برای رسوب، مشخص گردید که اگر مقدار 5/35 درجه سانتیگراد برای دما، 5/1 برای ph، (g/l)20 برای غلظت سولفات فروی هفت آبه و (w/v)%15 برای دانسیته پالپ مورد استفاده قرار گیرد می توان به رسوب معادل با 0001/0 دست یافت. هم چنین معادله فوق نشان می دهد که ph و غلظت آهن مکمل بیشترین اثر را در معادله کد نشده و در بین پارامترهای اصلی در رسوب یون آهن فریک داشته است.

بیولیچینگ سولفید های فلزی، اکسیداسیون چنین سولفید هایی توسط باکتری های هوازی و اسید دوست است. تحت شرایط مناسب، باکتری های تیوباسیلوس فرواکسیدانس، کانی سولفیدی را برای تولید سولفات فریک اسیدی محلول که قادر به استخراج کانی های اورانیوم احیا شده است تجزیه می کنند. در فرایند بیولیچینگ اورانیوم توسط این باکتری فعالیت باکتری باعث می شود تا یون فرو به یون فریک تبدیل شود. یون فریک عامل اکسید کننده قوی برای حل کردن بسیاری از کانی های اورانیوم می باشد. با توجه به ماهیت فرایند هوازی فوق الذکر، اتواکسیداسیون یون فرو در این فرایند قابل اعتنا می باشد. پژوهش حاضر نیز با هدف بررسی تجربی نقش اتو اکسیداسیون در فرایند بیولیچینگ و امکان سنجی تقویت اتو اکسیداسیون در جهت بهبود فرایند بیولیچینگ انجام شده است. بدین منظور، آزمایش های فروشویی در راکتور با استفاده از همزن با پره از نوع پروانه دریایی انجام شد. سرعت همزدن rpm 500 بود. عمل هوادهی توسط کمپرسور انجام شد و برای تزریق اکسیژن و نیتروژن به سیستم از کپسول استفاده شد. سنگ معدن مورد استفاده در آزمایش ها، سنگ معدن اورانیوم آنومالی یک معدن ساغند با d80=100 µm و باکتری، تیوباسیلوس فرواکسیدانس 23270attc ، لجن سد باطله ی معدن گچین بندر عباس بود. نمودارهای تغییرات غلظت و بازیابی در بازه های زمانی 12 ساعتی رسم شدند. مشخص شد، هوادهی سبب می شود تا سرعت اکسیداسیون افزایش پیدا کند و میزان بیشتری از یون فرو اکسید شود. انجام آزمایش بدون میکرو ارگانیسم نشان داد اکسیداسیون یون فرو توسط اکسید کننده های شیمیایی و یا به صورت خود به خودی نیز انجام می شود هرچند روند این اکسیداسیون کند می باشد اما در آزمایش همراه با هوادهی بخشی از اکسیداسیون یون فرو به فریک مربوط به اکسیداسیون خود به خودی یون فرو می باشد. و ph=1/5 برای جلوگیری از تشکیل رسوب ژاروسیت، مناسب تر می باشد.

در این بررسی از بیوراکتور مخزنی با همزن مکانیکی در شرایط پیوسته استفاده شد. بیولیچینگ اورانیوم از سنگ معدن اورانیوم آنومالی i ساغند یزد توسط باکتری اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدانس، در این بیو راکتور انجام شد. بررسی به منظور تأثیر نرخ رقیق سازی و تعیین محدوده مناسب از آن برای عملیات بیولیچینگ اورانیوم در بیوراکتور مخزنی با همزن مکانیکی در شرایط پیوسته صورت گرفت. آزمایشات در 15 نرخ خوراک دهی مختلف برای دست یابی به بالاترین دبی ممکن در عین عملکرد مناسب باکتری ها انجام گرفته است وتأثیرات متعاقب آن بر پارامتر های فرآیندی مانند بازیابی اورانیوم، غلظت سلولی، پتانسیل محلول و... مورد بررسی قرار گرفت. پایین ترین نرخ خوراک دهی 10cc/hو بالاترین نرخ آن150cc/h بود. تمامی آزمایشات این پژوهش در دمای 2±25درجه سانتی گراد، 2=ph، چگالی پالپ v/w) 15%) ، ذرات سنگ به اندازه100µm و1%تلقیح8^10 (تعدادباکتری در میلی لیتر) با دور همزن 550 دور بر دقیقه و نرخ هوادهی 150 لیتر بر ساعت در حجم کاری 4/5 لیتر انجام گرفته است.آزمایشات نشان می دهد به طور کلی با افزایش نرخ خوراک دهی جمعیت باکتری ها کاهش می یابد اما تا حدود نرخ خوراک دهی 100cc/h تعداد باکتری ها تغییر کمی داشته است و حول مقدار 7^10× 2/5 نوسان دارد. ولی پس از آن غلظت باکتری ها با شیب تندی نزول می کند که این نشان دهنده شویش باکتری وعدم توانایی آن در بازگشت به جمعیت اولیه می باشد. با افزایش نرخ خوراک دهی از 10cc/h تا 100cc/h میزان بازیابی اورانیوم به 80% کاهش می یابد، ولی در نرخ های بالاتر از آن میزان بازیابی اورانیوم به شدت کاسته شده است به طوری که مشاهده می شود حدود70% اورانیوم موجود در سنگ معدن در نرخ خوراک دهی 150cc/h بدون تبدیل در محلول باقی مانده است. بنابراین بالاترین نرخ خوراک دهی در عین عملکرد مناسب باکتری ها 100cc/h می باشد. در نتیجه نرخ رقیق سازی مناسب در بیوراکتور همزن دار در شرایط پیوسته حدود 0/022بر ساعت می باشد که میزان بازیابی اورانیوم در آن حدود %80 است.