مدل‌سازی فرایند حذف هگزان در فیلتر زیستی قارچی با دمای متغیر و بارگذاری پیوسته و ناپیوسته

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی شیمی، ‌صندوق پستی 4413 ـ 15875

2 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه بیوتکنولوژی، صندوق پستی 143 ـ 14115

چکیده

در سال‌های اخیر مطالعه فیلترهای زیستی در تصفیه هوای صنعتی به عنوان یک جایگزین برای روش‌های معمول فیزیکی ـ شیمیایی مورد توجه قرار گرفته است. با وجود اینکه دما از پارامترهای تأثیر گذار در این فرایند به حساب می ‌آید ولی مدل سازی آن به دلیل پیچیدگی، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش یک مدل ریاضی برای بررسی اثر تغییر دما و نوع هوادهی بر فرایند حذف یک آلاینده فرار با در نظر گرفتن پدیده پخش در فاز گاز، نفوذ در فیلم زیستی و محدودیت اکسیژن در سینتیک واکنش ارایه شده است. نتیجه ‌های به دست آمده از مدل‌ سازی با نتیجه ‌های یک پژوهش تجربی که حذف بخار هگزان را از جریان هوا در فیلتر زیستی در دمای بین °C  45-30 در دو حالت بار گذاری پیوسته و ناپیوسته ارایه داده بود، اعتبار سنجی شد. نتیجه‌ ها نشان می‌ دهد که در بارگذاری ناپیوسته در بازه دمای°C 35-30  و در بارگذاری پیوسته در بازه °C 40-30 تطابق خوبی بین مدل و نتیجه‌ های آزمایشگاهی برقرار می‌ باشد. آزمون حساسیت نشان می‌ دهد که در بارهای ورودی بالا کاهش دمای بستر باعث می‌ شود هنجار عملیاتی فیلم زیستی از حالت محدودیت سرعت زیستی به محدودیت نفوذ تغییر یابد که در آن بخشی از فیلم زیستی غیر فعال شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Spigno G, De Faveri D.M. Modeling of a Vapor-Phase Fungi Bioreactor for the Abatement of Hexane: Fluid Dynamics and Kinetic Aspects, Biotechnol. Bioeng, 89, p. 319 (2005).

[2] Dorado A.D., Baquerizo G., Maestre J.P., Gamisans X., Gabriel D., Lafuente J., Modeling of a Bacterial and Fungal Biofilter Applied to Toluene Abatement: Kinetic Parameters Estimation and Model Validation, Chem. Eng. J., 140, p. 52 (2008).

[3] Vergara-Fernandez A., Hernandez S., Revah S., Phenomenological Model of Fungal Biofilters for the Abatement of Hydrophobic VOCs, Biotechnol. Bioeng., 101, p. 1182 (2008).

[4] Vergara-Fernandez A., Van Haaren B., Revah S., Phase Partitioning of Gaseous Surface Hydrophobicity of Fusarium Solani When Grown in Liquid and Solid Media with Hexanol and Hexane, Biotechnol. Lett., 28, p.

[1] Spigno G, De Faveri D.M. Modeling of a Vapor-Phase Fungi Bioreactor for the Abatement of Hexane: Fluid Dynamics and Kinetic Aspects, Biotechnol. Bioeng, 89, p. 319 (2005).

[2] Dorado A.D., Baquerizo G., Maestre J.P., Gamisans X., Gabriel D., Lafuente J., Modeling of a Bacterial and Fungal Biofilter Applied to Toluene Abatement: Kinetic Parameters Estimation and Model Validation, Chem. Eng. J., 140, p. 52 (2008).

[3] Vergara-Fernandez A., Hernandez S., Revah S., Phenomenological Model of Fungal Biofilters for the Abatement of Hydrophobic VOCs, Biotechnol. Bioeng., 101, p. 1182 (2008).

[4] Vergara-Fernandez A., Van Haaren B., Revah S., Phase Partitioning of Gaseous Surface Hydrophobicity of Fusarium Solani When Grown in Liquid and Solid Media with Hexanol and Hexane, Biotechnol. Lett., 28, p. 2011 (2006).

[5] Devinny J.S., Deshusses M.A., Webster T.S., “Biofiltration for Air Pollution Control” Boca Raton, FL: Lewis Publishers, (1999).

[6] Van Groenestijn J.W., Kraakman N.J., Recent Developments in Biological Waste Gas Purification in Europe., Chem. Eng. J., 113, p. 85 (2005).

[7] Shareefdeen Z., Singh A., “Biotechnology for Odor and Air Pollution Control”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, (2005).

[8] Cox H, Moerman R.E., van Baalen S., van Heiningen W.N.M., Doddema H.J., Harder W., Performance of a Styrene-Degrading Biofilter Containing the Yeast Exophiala Ueanselmei, Biotechnol. Bioeng., 53, p. 259 (1997).

[9] Van Groenestijn J.W., Liu J.X., Removal of Alpha-Pinene from Gases Using Biofilters Containing Fungi, Atmos Environ., 36, p. 5501 (2002).

[10] Braun-Lüllemann A., Aajcherczyk A., Hüttermann A., Degradation of Styrene by White-Rot Fungi, Appl. Microbiol. Biotechnol., 47, p. 150 (1997).

[11] Garcıa-Pena E.I., Hernandez S., Favela-Torres E., Auria R., Revah S., Toluene Biofiltration by the Fungus, Scedosporium apiospermum TB1. Biotechnol Bioeng.,76, p. 61 (2001).

[12] Woertz J.R., Kinney K.A., Szaniszlo P.J., A Fungal Vapor-Phase Bioreactor for the Removal of Nitric Oxide from Waste Gas Streams, J. Air Waste Manage. Assoc., 51, p. 895 (2001).

[13] Kennes C., Veiga M.C., “Bioreactors for waste gas treatment” Dordrecht, Boston: Kluwer Academic Publishers, (2001).

[14] Spigno G., Pagella C., Fumi M.D., Molteni R., De Faveri DM., VOCs Removal from Waste Gases: Gas-Phase Bioreactor for the Abatement of Hexane by Aspergillus nıger., Chem. Eng. Sci., 58, p. 739 (2003).

[15] Kennes C., Veiga M.C., Fungal Biocatalysts in the Biofiltration of VOC Polluted Air, J. Biotechnol., 113, p. 305 (2004).

[16] Shareefdeen Z., Shaikh A.A., Ahmed A., Steady-State Biofilter Performance under Non-Isothermal Conditions, Chem. Eng. Process., 48, p. 1040 (2009).

[17] Corsi R.L., Seed L., Biofiltration of BTEX: Media, Substrate and Loading Effects, J. Environ. Prog., 14, p. 151 (1995).

[18] Leson G., Winer A.M., Biofiltration: An Innovative Air Pollution Control Technology for VOC Emissions, J. Air Waste Manage. Assoc., 41, p. 1045 (1991).

[19] Xiao-Qiang C., Xue-Min H., Guang-Da M., Influence Factors of Treating Waste Gas Containing Benzene and Toluene with Fungi-Biofilter, Chinese J. Environ. Sci., 28, p. 1873 (2007).

[20] Lu C.S., Lin M.R., Chu C.H., Temperature Effects of Trickle-Bed Biofilter for Treating BTEX Vapors, J. Environ. Eng., 125, p. 775 (1999).

[21] Jin Y., Guo L., Veiga M.C., Kennes C., Fungal Biofiltration of α-Pinene: Effects of Temperature, Relative Humidity, and Transient Loads., Biotechnol. Bioeng., 96, p. 433 (2007).

[22] Zarook S.M., Baltzis B.C., Biofiltration of Toluene Vapor under Steady State and Transient Conditions: Theory and Experimental Results, Chem. Eng. Sci., 49, p. 4347 (1994).

[23] Hodge D.S., Devinny J.S., Modeling Removal of Air Contaminants by Biofiltration, J. Environ. Eng., 121, p. 21 (1995).

[24] Deshusses M.A., Hamer G., 1. J. Dunn. Behavior Ofbiofilters for Waste Air Biotreatment. 2. Experimental Evaluation of a Dynamic Model, Environ. Sci. Technol., 29, p. 1059 (1995).

[25] Zarook S.M., Shaikh A.A., Ansar Z., Baltzis B.C., Biofiltration of Volatile Organic Compound (VOC) Mixtures under Transient Conditions, Chem. Eng. Sci., 52, p. 4135 (1997).

[26] میلاد فردوسی، بررسی اثر دما و سیستم­های هوادهی پیوسته و ناپیوسته در حذف آلاینده­های آلی در فرایند بیوفیلتراسیون، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، اردیبهشت 1389

[27] Zarook S.M., Baltzis B.C., Oh Y-S, Bartha R., Biofiltration of Methanol Vapor, Biotechnol. Bioeng., 41, p. 512 (1993).

[28] Zarook S.M., Shaikh A.A., Ansar Z., Baltzis B.C., Axial Dispersion in Biofilters, Biochem. Eng. J., 1, p. 77 (1998).

[29] Levenspiel O., “Chemical Reaction Engineering” (3rd edition). New York: John Wiley & Sons, Inc., (1999).

[30] Ruthven D.D.M., “Principles of Adsorption and Adsorption Processes”. New York: John Wiley & Sons, Inc., pp. 134-213 (1984).

[31] Perry R.H., Green D.W., “Perry's Chemical Engineers' Handbook” (7th ed.). New York: McGraw-Hill, Inc., (1997).

[32] Spigno G., Zilli M., Nicolella C., Mathematiacal Modeling and Simulation of Phenol Degradation in Biofilters, Biochem. Eng. J., 19, p. 267 (2004).

[33] Mackay D., “Multimedia Environmental Models: the Fugacity Approach”, Lewis Publishers. Michigan, (1991).

[34] Staudinger J., Roberts P.V., A Critical Compilation of Henry’s Law Constant Temperature Dependence Relations for Organic Compounds in Dilute Aqueous Solutions, Chemosphere, 44, p. 561 (2001).

[35] Zhang T.C., Bishop P.L., Evaluation of Tortuosity Factors and Effective Diffusivities in Biofilm, Water Res., 28, p. 2279 (1994).

[36] Fan L.S., Leyva-Ramos R., Wisecarver K.D., Zehner B.J., Diffusion of Phenol Through a Biofilm Grown on Activated Carbon Particles in a Draft-Tube Three-Phase Fluidizedbed Bioreactor, Biotechnol. Bioeng., 35, p. 279 (1990).

[37] Mohseni M., Grant Allen D., Biofiltration of Mixtures of Hydrophilic and Hydrophobic Volatile Organic Compounds, Chem Eng Sci., 55, p. 1545 (2000).

[38] Dirk-Faitakis C., Allen D.G., Biofiltration of Cyclic Air Emissions of α-Pinene at Low and High Frequencies, J. Air and Waste Manag. Assoc., 53, p. 1373 (2003).

[39] Metris A., Gerrard A.M., Cumming R.H., Weigner P., Paca J., Modelling Shock Loadings and Starvation in the Biofiltration of Toluene and Xylene, Chem. Technol. Biotechnol., 76, p. 565 (2001