هیدرودینامیک و انتقال اکسیژن در راکتورهای ستونی حبابی با تأثیر آلاینده‌های نفتی و ماده فعال سطحی

نوع مقاله: کوتاه پژوهشی

نویسندگان

1 رشت، پژوهشکده محیط زیست جهاد دانشگاهی، گروه مهندسی محیط زیست

2 تهران، دانشگاه تهران، پردیس دانشکده‌های فنی، دانکشده مهندسی شیمی، صندوق پستی 4563 ـ 11365

چکیده

هدف از این پژوهش بررسی اثر آلاینده‌های نفتی و مواد فعال سطحی بر پارامترهای هیدرودینامیک و انتقال اکسیژن به عنوان پارامترهای کلیدی در فرآیندهای تصفیه زیستی هوازی آب‌های آلوده با روغن و نفت خام می‌باشد. نگهداشت کلی گاز g)، توزیع اندازه حباب و ضریب حجمی انتقال اکسیژن (kLa) برای آلاینده‌های نفتی شامل برش‌های نفتی 13C و 16C در آب با درصدهای حجمی 1/0 و 5 /0 در بازه‌ی سرعت هوادهی m/s) 3-10 × 52 /23-18/1(ug =  در یک راکتور ستونی حبابی ارزیابی شد. یک نوع ماده فعال سطحی آنیونی SDSدر آزمایش‌ها برای بررسی تأثیر مواد فعال سطحی برروی پارامترهای تصفیه مورد استفاده قرار گرفت. با افزایش سرعت هوادهی توزیع اندازه حباب به ‌صورت دو قله‌ای بوده و مقدارهای نگهداشت گاز، قطر متوسط حباب و ضریب انتقال اکسیژن افزایش می‌یابند. آلاینده‌های نفتی و مواد فعال سطحی با کاهش کشش سطحی و جلوگیری از پدیده به ‌هم پیوستن حباب‌ها باعث تأخیر در انتقال الگو از همگن به ناهمگن شده و همچنین قطر متوسط حباب باحضور آلاینده‌های نفتی کاهش می‌یابد. البته این تغییرات با حضور مواد فعال سطحی بیشتر است. همچنین آلاینده‌های نفتی باعث افزایش در نگهداشت گاز و ضریب انتقال اکسیژن به ویژه در سرعت‌های هوادهی بالاتر می‌شوند. در غلظت‌های بالاتر آلاینده‌ها، این افزایش بیشتر می‌شود. همچنین حضور مواد فعال سطحی برروی سطح حباب، با افزایش مقاومت انتقال جرم، باعث کاهش در انتقال اکسیژن می‌شوند. بر اساس نتیجه‌ های این پژوهش رابطه ‌های تجربی برای پیشنهاد نگهداشت گاز و ضریب حجمی انتقال اکسیژن به عنوان تابعی از سرعت ظاهری هوادهی و کشش سطحی ارایه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Jajuee B., Margaritis A., Karamanev D., Bergougnou M.A., Influence of Dissolved Hydrocarbons on Volumetric Oxygen Mass Transfer Coefficient in a Novel Airlift Contactor, Chemical Engineering Science, 61, p. 4111 (2006).
[2] Mehrnia M.R., Towfighi J., Bonakdarpour B., Akbarnegad M.M., Influence of Top Section Design and Draft-Tube Height on the Performance of Airlift Bioreactors Containing Water-in-Oil Microemulsion, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 79, p. 260 (2004).
[3] Bouaifi M., Hebrard G., Bastoul D., Roustan M., A Comparative Study of Gas Holdup, Bubble Size, Interfacial Area and Mass Transfer Coefficients in Stirred Gas-Liquid Reactors and Bubble Columns, Chemical Engineering Processing, 40, p. 97 (2001).
[4] Schafer R., Marten C., Eigenberger G., Bubble Size Distributions in a Bubble Column Reactor Under Industrial Conditions, Experimental Thermal and Fluid Science, 26, p. 595 (2002).
[5] Asgharpour M., Mehrnia M.R., Mostoufi N., Effect of Surface Contaminants on Oxygen Transfer in Bubble Column Reactors, Biochemical Engineering Journal, 49, p. 351 (2010). 
[6] Yoshida F., Yamane T., Miyamoto Y., Oxygen Absorption Into Oil-in-Water Emulsions: a Study on Hydrocarbon Fermentors, Industrial Engineering Chemistry Process Design & Development, 9, p. 570 (1970).
[7] Hassan I.T.M., Robinson C.W., Oxygen Transfer in Mechanically Agitated Aqueous Systems Containing Dispersed Hydrocarbon, Biotechnology and Bioengineering, 19, p. 661 (1977).
[8] Kundu A., Dumont E., Duquenne A.M., Delmas H., Mass Transfer Characteristics in Gas-Liquid-Liquid System, Canadian Journal of Chemical Engineering, 81, p. 640 (2003).
[9] Rols J.L., Condoret J.S., Fonade C., Goma G., Mechanism of Enhanced Ooxygen Transfer in ermentation Using Emulsified Oxygen-Vectors, Biotechnology and Bioengineering, 35, p. 427 (1990).
[10] MacMillan J.D., Wang D.I. C., Mechanisms of Oxygen Transfer Enhancement During Submerged Cultivation in Perfluorochemicalin-Water Dispersions, Anals New York Academy of Sciences, 589, p. 283 (1990).
[11] Painmanakul P., Loubière K., Hébrard G., Mietton-Peuchot M., Roustan M., Effect of Surfactants on Liquid-Side Mass Transfer Coefficients, Chemical Engineering Science, 60, p. 6480 (2005).
[12] Prakash A., Margaritis A., Li H., Hydrodynamics and Local Heat Transfer Measurements in a Bubble Column with Suspension of Yeast, Biochemical Engineering Journal, 9, p. 155 (2001).
[13] Ju L.K., Ho C.S., Oxygen Diffusion Coefficient and Solubility in N-Hexadecane, Biotechnology and Bioengineering, 34, p. 1221 (1989).
[14] Clarke K.G., Correia L.D.C., Oxygen Transfer in Hydrocarbon-Aqueous Dispersions and Its Applicability to Alkane Bioprocesses: A Review, Biochemical Engineering Journal, 39, p. 405 (2008).