مدل‌سازي فرآيند بيوفيلتراسيون براي حذف وينيل كلرايد از جريان هوا با استفاده از مدل اوتنگراف اصلاح شده

Modeling of Biofiltration Process for Removal of Vinyl Chloride from an Air Stream by Modified Ottengraf Model

در اين مقاله به‌منظور مدل‌سازي فرآيند بيوفيلتراسيون از مدل رياضي اوتنگراف اصلاح شده استفاده شده است كه امكان در نظر گرفتن همزمان محدوديت در واكنش بيولوژيكي و محدوديت در نفوذ آلاينده به فاز بيوفيلم را فراهم مي‌كند. مزيت اصلي اين مدل در مقايسه با ساير مدل‌ها سادگي و داشتن حل تحليلي است. نتايج مدل‌سازي نشان مي‌دهد كه مدل اوتنگراف اصلاح شده، داده‌هاي آزمايشگاهي حذف وينيل كلرايد از جريان هوا را با ضريب تبيين (R2) بالاتر از 95/0 پيش‌بيني مي‌نمايد به‎طوري‌كه خطاي نسبي مدل و داده‌هاي تجربي به‏ترتيب 41/0، 59/0 و 54/0 درصد براي ستون‌هاي اول، دوم و سوم محاسبه شده است. پارامترهاي سينتيكي مانند ثابت سرعت واكنش بيولوژيكي كه به‌صورت تجربي به سختي قابل اندازه‌گيري است، توسط برازش مدل به ترتيب برابر 1، 042/1 و g/m3.h 9957 /0 براي سه ستون محاسبه شده است. با استفاده از پارامترهاي به‌دست آمده، امكان پيش‌بيني عملكرد بيوفيلتر فراهم مي‌گردد. براي رسيدن به غلظت مجاز براي يك شيفت كاري 8 ساعته، مطابق استاندارد مديريت سلامت و ايمني حرفه‌اي آمريكا OSHA، لازم است دبي خروجي و زمان ماند بستر خالي به ترتيب به m3/h 129/0 و s 196 برسد كه متناظر با بازده حذف 90 % مي‌باشد.

In this paper, the modified Ottengraf model (MOM), as a mathematical model, is applied to modeling the biofiltration process. The model facilitates considering both biological reaction and diffusion limitations simultaneously. The main advantages of this model are simplicity and an analytical solution compared with other mathematical models for biofiltration process. The modeling results show that the modified Ottengraf model can predict the experimental results for vinyl chloride removal from an air stream with an R-squared value higher than 0.95 and the relative errors between the model and the experimental results for first, second, and third column were 0.41, 0.59, and 0.54 respectively. Kinetic parameters such as reaction rate constant were estimated by fitting the measurements to the model for three columns as 1, 1.042, and 0.9957 g/m3.hr respectively. Using fitted parameters, it is possible to predict biofilter performance in other experimental conditions. According to the OSHA standard, for achieving an allowable VC concentration, during 8-hour work shifts in the outlet stream of the biofilter under consideration, the flow rate and empty bed residence time should be 0.129 m3/hr and 196 sec respectively. The removal efficiency of 90% was achieved using the mentioned empty bed residence time and flow rate.