مدل‌سازی رشدمیکروبی باکتری رالستونیا یوتروفا در تخریب زیستی فنول در ‏راکتور هواراند با لوله مشبک مرکزی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

بر اساس مشاهدات تجربی راکتور هواراند با لوله مشبک داخلی به دلیل مهیا کردن شرایط مناسب جهت رشد میکروبی، بازدهی فرآیند ‏زیستی را به میزان قابل‌توجهی افزایش داده و یکی از بیوراکتورهای پرکاربرد در تصفیه پساب به روش بیولوژیکی است. از این رو ‏مدل‌سازی و شبیه‌سازی فرآیند تخریب‌زیستی در این راکتور برای مقاصد طراحی و بهینه‌سازی عملکرد راکتور ضروری است. در این ‏پژوهش فرآیند تخریب زیستی فنل توسط باکتری رالستونیا یوتروفا و رشد توده‌زیستی در راکتور هواراند با لوله مشبک داخلی ‏آزمایشگاهی به روش دینامیک سیالات محاسباتی(‏CFD‏) شبیه‌سازی شد. برای روابط جریان حبابی از مدل آشفته є-‏k؛ متداو‌ترین ‏مدل به کار رفته برای تشریح جریان‌های آشفته استفاده شد. خطوط جریان در نواحی بالارونده و پایین‌رونده در داخل راکتور هواراند ‏با لوله مشبک داخلی شبیه‌سازی شده و تغییرات غلظت فنل و پراکندگی غلظت توده‌‌زیستی در شرایط ورودی مختلف با به تصویر ‏کشیدن پروفیل‌های غلظت بدست‌آمد. تطابق خوب نتایج حاصل با داده‌های تجربی نشان از اعتبار مدل و صحت شبیه‌سازی است. ‏. ‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] K. Mohanty, D. Das, and M. N. Biswas (2008) "Treatment of phenolic wastewater in a novel multi-stage external loop airlift reactor using activated carbon", Separation and Purification Technology, 58, 311-319.
##
[2] H. Jamshidian, S. Khatami, A. Mogharei, F. Vahabzadeh, and A. Nickzad (2013) "Cometabolic degradation of para-nitrophenol and phenol by Ralstonia eutropha in a Kissiris-immobilized cell bioreactor", Korean Journal of Chemical Engineering, 30, 2052–2058.
##
[3] A. Gunay, and M. Cetin, (2013) "Determination of aerobic biodegradation kinetics of olive oil mill wastewater" International Biodeterioration & Biodegradation, 85, 237-242.
##
[4] E. Jalilnejad, and F. vahabzadeh, (2013) "Models for the biodegradation kinetics of naphthalene by ralstonia eutropha", Polycyclic Aromatic Compound, 33, 451-466.
##
[5]   حامد حیدری و سیدمرتضی ضمیر) ۱۳۹۴( "تخریب زیستی بیسفنل توسط باکتری رالستونیا یوتروفا"، کنفرانس بین المللی محیط زیست و منابع طبیعی، شیراز، موسسه عالی علوم و فناوری خوارزمی.
##
[6]   نوید اعتباری علمداری، علیرضا حبیبی و فرزانه وهاب زاده (۱۳۹۳) "تخریب زیستی فنل توسط رالستونیا ایوتروفای تثبیت یافته بر سنگ آذرین درراکتور بستر چکنده"، پنجمین کنفرانس آب، پساب و پسماند، تهران، شرکت هم اندیشان انرژی کیمیا.
##
[7] B. Jajuee, A. Margaritis, D. Karamanev, and M. A. Bergougnou, (2007) "Kinetics of Biodegradation of p-Xylene and Naphthalene and Oxygen Transfer in a Novel Airlift Immobilized Bioreactor", Biotechnology and Bioengineering, 96, 232-243.
##
[8] A. Kermanshahipour, D. Karamanev, and A. Margaritis, (2005) "Biodegradation of petroleum hydrocarbons in an immobilized cell airlift bioreactor" Water Research, 39, 3704-3714.
##
[9] A. Amani, E. Jalilnejad, and S. M. Mousavi, (2018) "Simulation of phenol biodegradation by Ralstonia eutropha in packed-bed bioreactor with batch recycle mode using CFD", Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 59, 310–319.
##
[10] Y. G. Farouzatu, (2010) Mixing characteristics of draft tube airlift bioreactor using the electrical resistance tomography, Theses and dissertations, Ryerson University.
##
[11] S. Sanjari, F. Vahabzadeh, A. Naderifar, and M. Pesaran, (2014) "Hydrodynamics and mass transfer coefficients of airlift reactors with net draft tubes of different sizes: Production of cyclodextrin glucanotransferase using Bacillus sp. DSM 2523", Starch-Starke, 66, 935-46.
##
[12] J. Y. Wu, and W. T. Wu (1991) "Fed-Batch Culture of Saccharomyces cerevisiae in an Airlift Reactor with net draft tube", Biotechnology progress, 7, 230-233.
##
[13] A. G. D. Jesu´s, F. J. R. Baez, L. L. Amezcua, C. J. rez-Ramı´rez, N. Ruiz-Ordaz, and J. G. Mayer (2008) "Biodegradation of 2,4,6-trichlorophenol in a packed-bed biofilm reactor equipped with an internal net draft tube riser for aeration and liquid circulation", Journal of Hazardous Materials, 161, 1140–1149.
##
[14] E. Jalilnejad, and F. Vahabzadeh (2014) "Use of a packed-bed airlift reactor with net draft tube to study kinetics of naphthalene degradation by Ralstonia eutropha", Environmental Science and Pollution Research, 21, 4592-4604.
##
[15] E. Amini, M. R. Mehrnia, S. M. Mousavi, and N. Mostoufi (2013) "Experimental study and computational fluid dynamics simulation of a full-scale membrane bioreactor for municipal wastewater treatment application", Industrial & Engineering Chemistry Research, 52, 9930-9939.
##
[16] S. M. Mousavi, S. A. Shojaosadati, J. Golestani, and F. Yazdian, (2010) "CFD simulation and optimization of effective parameters for biomass production in a horizontal tubular loop bioreactor", Chemical Engineering and processing, 49, 1249-1258.
##
[17] W. A. Al-Masry (2006) Analysis of Bubble Column Hydrodynamics Using Computational Fluid Dynamics, King Saud University.
##
[18] R. Davarnejad, E. Bagheripoor, and A. Sahraei (2012) "CFD Simulation of Scale Influence on the Hydrodynamics of an Internal Loop Airlift Reactor", Scientific Research, 4, 668-674.
##
[19] H. P. Luo, and M. H. Al-Dahhan (2011) "Verification and validation of CFD simulations for local flow dynamics in a draft tube airlift bioreactor", Chemical Engineering Science, 66, 907–923.
##
[20] S. Ranjbar, H. K. Aghtaei, E. Jalilnejad, and F. Vahabzadeh (2016) "Application of an airlift reactor with a net draft tube in phenol bio-oxidation using Ralstonia eutropha", Desalination and Water Treatment, 57, 1-13.
##
[21] M. Ebrahimifakhar, E. Mohsenzadeh, S. Moradi, M. Moraveji, and M. Salimi (2011) "CFD simulation of the hydrodynamics in an internal air lift reactor with two different configurations", Frontiers of Chemical Science and Engineering, 5, 455–462.
##
[22] M. K. H. AL-Mashhadani, S. J. Wilkinson, and W. B. Zimmerman (2015) "Airlift bioreactor for biological applications with micro-bubble mediated transport processes", Chemical Engineering Science, 137: 243–253.
##
[23] D. Kuzmin, S. Turek, and H. Haario (2005) Finite Element Simulation of Turbulent Bubbly Flows in Gas-liquid Reactors, Ergebnisberichte Angew, University of Dortmund.
##
[24] R. Davarnejad, and M. K. Moraveji (2011) "CFD Modeling of Geometrical Parameters Effects on the Hydrodynamics and Mass Transfer in an Airlift Reactor", World Applied Sciences Journal, 15, 890-898.
##
[25] A. Sokolichin, G. Eigenberger and A. Lapin (2004) "Simulations of buoyancy driven bubbly flow: Established simplifications and open questions", AIChE Journal, 50, 24–49.
##
[26] P. Lestinsky, P. Vayrynen, M. Vecer, and K. Wichterle (2012) "Hydrodynamics of airlift reactor with internal circulation loop: Experiment vs. CFD simulation", Procedia Engineering, 42, 892 – 907.
##
[27] M. K. Moraveji, B. Sajjadi, M. Jafarkhani, and R. Davarnejad (2011) "Experimental investigation and CFD simulation of turbulence effect on hydrodynamic and mass transfer in a packed bed airlift internal loop reactor", International Communications in Heat and Mass Transfer, 38, 518–524.
##
[28] S. M. Mousavi, A. Jafari, S. Yaghmaei, M. Vossoughi, and I. Turunen (2008) "Experiments and CFD simulation of ferrous bio-oxidation in a bubble column bioreactor", Computers and Chemical Engineering, 32, 1681–1688.
##