مدل سازی حذف سولفید هیدروژن از آب ترش در راکتور ناپیوسته

حذف سولفیدهیدروژن از آب ترش قبل از استفاده یا رها سازی آن در محیط زیست ضروری است. با توجه به هزینه بالا روشهای متداول برای حذف آن، روش های زیستی به عنوان یک جایگزین مناسب برای حذف سولفید هیدروژن از آب ترش می تواند مورد استفاده قرار گیرد. حذف زیستی سولفیدهیدروژن از آب ترش در راکتور ناپیوسته و با استفاده از گونه تیوباسیلوس به­عنوان گونه غالب در جامعه میکروبی، مورد بررسی قرار گرفت. مدلی مفهومی به­منظور توصیف فرایند تجزیه زیستی سولفید توسعه داده شد. مدل، انتقال بین فازی اکسیژن و سولفیدهیدروژن، اکسایش زیستی سولفید به گوگرد عنصری و سولفات و همچنین اکسایش شیمیایی سولفید به تیوسولفات را در فاز مایع در نظر می­گیرد. معادلات مورد استفاده در مدل با استفاده از مفاهیم بقای جرم و واکنش­های زیستی استخراج شد. چندین آزمایش برای به­دست آوردن مقادیر تجربی تغییرات غلظت پیش­ماده (سوبسترا) و محصولات، نسبت به زمان انجام و کالیبره کردن مدل با استفاده از این داده­های تجربی صورت گرفت. برای کالیبره کردن مدل از کمینه­کردن اختلاف داده­های تجربی و پیش­بینی­های مدل به­وسیله روش بهینه­سازی، ازدحام ذرات و حل هم­زمان معادلات دیفرانسیل حاکم بر سامانه استفاده شد. آزمایش اضافه برای اعتبارسنجی مدل (استفاده نشده در کالیبره کردن مدل) انجام و نتایج آن با پیش­بینی­های مدل، مقایسه شد که نشان­دهنده دقت بالای مدل ارائه شده بود. یکی از نوآوری­های مدل در نظر گرفتن مسیرهای متفاوت برای اکسایش سولفیدهیدروژن است که در حقیقت مفهوم انتخاب­پذیری محصول را در خود گنجانده است. یکی از مهم­ترین مولفه­ها در تعیین میزان فعالیت باکتری­ها، نرخ ویژه مصرف اکسیژن است. مقدار تخمین زده شده برای این مولفه در تمامی آزمایش­های اکسایش سولفیدهیدروژن، تقریبا ثابت و برابر با ۱۶ (میلی­گرم اکسیژن بر گرم زیست­توده بر دقیقه) بود که نشان­دهنده مستقل بودن این مولفه از غلظت ماده اولیه و باکتری است. نتایج به­دست آمده نشان داد که باکتری­ها بیشتر تمایل به اکسایش ناقص سولفیدهیدروژن به گوگرد را دارند؛ اگرچه میزان تمایل برای انتخاب مسیر اکسایش به میزان در دسترس بودن پیش­ماده و اکسیژن محلول بستگی دارد.  علاوه براین مشخص شد که باکتری­ها قادر به اکسایش کل پیش­ماده به گوگرد حتی در غلظت­های بالای پیش­ماده نیستند و در هر شرایط، بخشی از پیش­ماده به سولفات تبدیل خواهد شد.

کلیدواژه ها:

Sour water ، Hydrogen sulfide ، Modeling ، Biological removal ، Particle Swarm Optimization ، آب ترش ، سولید هیدروژن ، مدل سازی ، حذف بیولوژیک ، بهینه سازی ازدحام ذرات