مدل سازی عملکرد بیوفیلتر در حذف سولفید هیدروژن از جریان هوا

بیوفیلتراسیون یکی از روش های موثر در حذف آلاینده های گازی نظیر سولفید هیدروژن از یک جریان هوا می باشد. وجود یک مدل ریاضی جهت پیش بینی بازده جداسازی می تواند در طراحی و بهینه سازی این دستگاه و همچنین مطالعه فرایند بیوفیلتراسیون مفید واقع گردد. هدف از انجام این تحقیق، مدل سازی ریاضی عملکرد بیوفیلتر در فرایند حذف بیولوژیکی سولفید هیدروژن از جریان هوا می باشد. همچنین تاثیر پارامترهای مهمی نظیر ضریب نفوذپذیری در بیوفیلم و ضخامت بیوفیلم بر پیش بینی نتایج مورد بررسی قرار می گیرد.
برای رسیدن به اهداف فوق، معادلات حاکم که در نتیجه به کارگیری قوانین بقای جرم بر روی یک المان در فضای گاز و بیوفیلم می باشند، حل گردید. با حل این معادلات توزیع غلظت سولفید هیدروژن در تمامی نقاط گاز و بیوفیلم مشخص شد و با کمک این توزیع، بازده جداسازی محاسبه گردید.
این مدل قادر به پیش بینی تغییرات ضخامت بیوفیلم با زمان، که در اثر رشد باکتری ها و همچنین کنده شدن بیومس از سطح بیوفیلم رخ می دهد، می باشد. نتایج به دست آمده از مدل ریاضی توسعه یافته با داده های تجربی توافق خوبی را نشان می دهند.
نتایج حاصل از مدل ریاضی نشان می دهند که بازده حذف سولفید هیدروژن با افزایش ضریب نفوذ، افزایش سطح ویژه پرکن ها و کاهش سرعت گاز ورودی زیاد می گردد. همچنین بازده حذف سولفید هیدروژن با افزایش ضخامت بیوفیلم، برای مقادیر ضخامت پایین بیوفیلم (20-5 میکرومتر)، بیشتر می گردد. این امر نمایانگر این نکته می باشد که در ضخامت های کم بیوفیلم، سرعت واکنش کنترل کننده می باشد و مقاومت بیوفیلم تاثیر چندانی بر نرخ جداسازی ندارد. افزایش بیشتر در ضخامت بیوفیلم (100-20 میکرومتر) باعث کاهش بازده حذف سولفید هیدروزن می شود. به نظر می رسد دلیل این امر افزایش اثر تاثیر نفوذ بر نرخ انتقال جرم می باشد.