عنوان

مدلسازی و شبیه‌سازی گرفتگی غشاهای سرامیکی در پساب‌های صنعتی و ارائه راهکار برای رفع آن

۴۸۸۵پ

فارسی

مدلسازی و شبیه‌سازی گرفتگی غشاهای سرامیکی در پساب‌های صنعتی و ارائه راهکار برای رفع آن

[پایان نامه]

میلاد خدائی

صنعتی سهند

۱۴۰۱

۱۱۰ص.

مصور، جدول، نمودار

CD

کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی- جداسازی

۱۴۰۱/۱۰/۰۱

غشاهای سرامیکی با توجه به خواص منحصربه‌فرد‌ خود، از قبیل استحکام مکانیکی بالا، پایداری حرارتی و شیمیایی بالا، طول عمر زیاد، امکان تمیز کردن با استفاده از مواد شیمیایی در دماهای بالا، میزان گرفتگی پایین و کنترل مطلوب انداره حفرات در فرآیند ساخت، کاربرد استراتژیکی در تصفیه¬ی آب و پساب دارند. فرایندهای غشایی با چالش¬هایی مانند پلاریزاسیون غلظتی و گرفتگی غشا مواجه است. شرایط عملیاتی مختلف و رژیم جریان در ماژول‌های غشایی تاثیر زیادی بر روی عملکرد نهایی غشا دارد. لذا، جهت بررسی این پدیده‌ها در داخل ماژول غشایی، می¬توان با استفاده از روش¬های مدلسازی (مانند دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)) به مدلی مناسب با شرایط عملیاتی بهینه دست یافت. در این پروژه انواع روش های حل گرفتگی اعم از روش‌های فیزیکی و شیمیایی برای بهبود فرایند و دستیابی به روش بهینه برای رفع گرفتگی این نوع غشاها در پساب‌های صنعتی به عنوان نمونه، پساب کارخانه کارتن سازی، در شرایط عملیاتی مختلف مانند فشار و دمای خوراک، ارائه شد. همچنین از روش‌های پیش‌تصفیه غشا، مانند انعقاد سازی اولیه و ته‌نشینی، ازن زنی جهت کم کردن COD و TSS استفاده شد. نتایج حاصل از آزمایشات نشان می‌دهد در مرحله انعقاد سازی و ته‌نشینی اولیه به میزان 22% از COD و 40% از TSS پساب ورودی کاسته شد. در مرحله ازن زنی، مقدار COD به 18% و TSS به 15% ورودی کاهش یافت. در نهایت با استفاده از فیلتراسیون غشایی به عنوان مرحله اصلی فرایند تصفیه، مقدار COD به میزان 93% و TSS به میزان 90% ورودی کاهش یافت. سپس با مشخص شدن مکانیزم اصلی گرفتگی در این فرایند(تشکیل لایه کیک) روش‌های مناسب شست و شو اتخاذ شد. در فرایند‌های صنعتی، درصد احیای غشا از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد. با توجه با این موضوع، شست و شو با استفاده از دستگاه کارواش صنعتی جهت رفع گرفتگی غشا مورد استفاده قرار گرفت. همچنین از اسید کلریک ۹۶% حجمی حجمی برای شست و شوی شیمیایی غشا استفاده شد. در نهایت مدل ارائه شده برای فرایند توسط نرم افزار کامسول حل شد. با توجه به نتایج حاصل از شبیه سازی، بهترین عملکرد سیستم در شرایط فشار 2/1 بار و دمای 40℃ گزارش گردید.

Ceramic membranes, due to their unique properties, such as high mechanical strength, high thermal and chemical stability, long life, the possibility of cleaning using chemicals at high temperatures, low clogging rate and optimal control of the pore size in the manufacturing process, used strategically in water and wastewater treatment. Membrane processes face challenges such as concentration polarization and membrane fouling. Different operating conditions and flow regime in membrane modules have a high impact on the final performance of the membrane. Therefore, in order to investigate these phenomena inside the membrane module, it is possible to obtain a suitable model with optimal operating conditions by using modeling methods (such as fluid dynamics calculations (CFD)). In this project, various methods for fouling elimination, including physical and chemical methods, are used to improve the process and achieve the optimal method to elimination the fouling of these types of membranes in industrial wastewaters, for example, wastewaters of carton factory, in different operating conditions such as pressure and feed temperature was provided. Also, membrane pretreatment methods, such as primary coagulation and sedimentation and ozonation, were used to reduce COD and TSS. The results of the tests show that 22% of COD and 40% of TSS of the input wastewater were reduced in the initial coagulation and sedimentation stage. In the ozonation stage, the amount of COD decreased to 18% and TSS to 15% of the input. Finally, by using membrane filtration as the main step of the purification process, the amount of COD was reduced by 93% and TSS by 90% of the input. Then, after determining the main mechanism of fouling in this process (the formation of cake layer), appropriate washing methods were adopted. In industrial processes, membrane regeneration percentage is very important. Due to this issue, washing using an industrial car wash was used to elimination membrane fouling. Also, 96% vol/vol chloric acid was used for chemical washing of the membrane. Finally, the presented model for the process was solved by Comsol software. According to the simulation results, the best performance of the system was reported at 1.2 bar pressure and 40℃ temperature.

Modeling and simulation of fouling in ceramic membranes in industrial wasted water and provide a solution to it’s reduction.

غشای سرامیکی

دینامیک سیالات محاسباتی(CFD)

پلاریزاسیون غلظتی

غشای سرامیکی، دینامیک سیالات محاسباتی(CFD)، پلاریزاسیون غلظتی، نرم افزار کامسول(COMSOL)

Ceramic membrane, Computational Fluid Dynamics(CFD), Comsol Concentration polarization

خدائی، میلاد

بابالو

، علی اکبر

استاد راهنما

صنعتی سهند

ایران

دانشگاه صنعتی سهند

شیمی، ۲۱۱۰۱، ۱۴۰۱

p

TF

92029

a

Y