مدل سازي رياضي حذف گاز هيدروژن سولفايد در يك بيوفيلتر

Mathematical Modeling of H2S Removal in a Bio-Filter

در اين مطالعه، يك مدل رياضي به منظور توصيف فرآيند حذف H2S درحالت هاي عملكردي شبه پايدار و ناپايدار در يك بيوفيلتر ارايه شده است. مدل مربوط شامل معادلات موازنه جرم براي جز آلاينده و اكسيژن در ناحيه گاز و توده فيلم ميكروبي مي باشد كه بر اساس قوانين بقا استخراج گرديده است. حل همزمان و عددي اين معادلات، تغييرات غلظت آلاينده را در طول ارتفاع بيوفيلتر و ضخامت توده زيستي به دست مي دهد. محاسبات براي يافتن مقادير بازده و ظرفيت حذف در سه شدت جريان مختلف گاز 03/0، 07/0 و m³/hr 14/0 با غلظت هاي ورودي متفاوت صورت گرفته و نتايج آن توسط نمودارهايي با داده هاي تجربي ارايه شده توسط Oyarzun و همكاران مورد مقايسه قرار گرفته است. در شرايط ناپايدار نيز مقايسه نتايج حاصل از مدل با نتايج تجربي در غلظت ورودي ppm1100 از آلاينده H2S ارايه شده است. يافته هاي حاصل از اين بررسي ها نشان مي دهد كه اين مدل با دقت قابل قبولي قادر به برازش نتايج تجربي بوده و بنابراين از آن مي توان به عنوان يك ابزار مناسب، براي طراحي بيوفيلتر استفاده نمود. همچنين، اثر پارامترهاي مختلف عملياتي شامل: سطح مخصوص بستر، ارتفاع بستر پر شده، تخلخل بستر و شدت جريان حجمي گاز بر عملكرد بيوفيلتر مورد بررسي قرار گرفته است.

In this study, A mathematical model has been developed for H2S removal in a bio-filter. The model is used for analyzing the bio-filter performance in steady and unsteady state operation conditions. The governing equations including the concentration distribution equations for pollutant component and oxygen in the gas and biofilm phases were derived based on the conservation laws and solved numerically. The change of pollutant concentration through the bio-filter length and bio-film thickness was obtained. The model predictions for removal efficiency and elimination capacity in three different gas flow rates (0.03, 0.07 and 0.14 m3/hr) and different inlet concentrations, compared with the experimental data reported by Oyarzun et al., and the accuracy of the model results was obtained. Also the results of the model for unsteady state operation condition were obtained for 1100 ppm of inlet concentration of H2S. These values compared with the existing experimental data too. Finally the effect of some operation parameters such as: specific surface area of the bed, height of the bed, porosity of the bed and gas flow rate, on the removal efficiency of bio-filter was investigated.