یک بیوراکتور بستر مایع چیست؟

الفبیوراکتور بستر سیال (FBBR)یک ظرف تصفیه بیولوژیکی پیشرفته و پیوسته است که از جریان سیال رو به بالا برای تعلیق و بی حرکت کردن میکروارگانیسم ها بر روی محیط های حامل ذرات کوچک استفاده می کند. FBBR که اسماً به عنوان یک سیستم سه فاز (گاز-مایع-جامد) طبقه بندی می شود، با پمپاژ بستر مایع به سمت بالا از طریق بستری از ذرات جامد کوچک -مانند ماسه سیلیسی، کربن فعال یا ماتریس های متخلخل مهندسی شده- با سرعت کافی برای بلند کردن و گسترش بستر به حالت سیال مانند عمل می کند.

هنگامی که نیروی کشش به سمت بالا سیال با وزن گرانشی ذرات مطابقت دارد، بستر به آن می رسد.حداقل سرعت سیال شدن. در این حالت پویا و منبسط شده، ذرات آزادانه و متلاطم درون ستون مایع حرکت می کنند. میکروارگانیسم ها به این ذرات متصل می شوند و یک سطح متراکم و با سطح بالا را تشکیل می دهند.بیوفیلم. این آرایش تخصصی به طور چشمگیری نرخ انتقال جرم بین مواد مغذی مایع و فیلم بیولوژیکی را افزایش می دهد و در عین حال از شستشوی زیست توده از سیستم جلوگیری می کند.

مزیت اصلی مهندسی FBBR در مشخصات هیدرودینامیکی منحصر به فرد آن نهفته است. راکتورهای سنتی با بستر بسته بندی شده با انباشته شدن زیست توده از افت فشار بالا، کانال کشی و در نهایت مسدود شدن رنج می برند. بستر سیال از طریق مکانیک سیالات کنترل شده این حالت های شکست را دور می زند:

• مرحله تخت ثابت:در سرعت های پایین سیال به سمت بالا، مایع از فضاهای بینابینی بین ذرات حامل بدون حرکت آنها عبور می کند.
• نقطه سیال شدن اولیه:با افزایش سرعت جریان، افت فشار در سراسر بستر افزایش می یابد تا زمانی که وزن در واحد سطح ذرات جامد برابر شود. با این سرعت دقیق ($u_{mf}$)، ذرات شروع به معلق شدن می‌کنند.
• مرحله تخت منبسط:با عملکرد بالای $u_{mf}$، تخت 20٪ تا 100٪ از ارتفاع ثابت خود منبسط می شود. اصطکاک فعال بین ذرات در حال چرخش و برخورد به طور طبیعی زیست توده اضافی را از بین می برد و یک لایه بیوفیلم بهینه، نازک و بسیار فعال را بدون خراش دادن مکانیکی حفظ می کند.

عملکرد یک بیوراکتور بستر سیال به شدت به خواص فیزیکی ذرات حامل جامد بستگی دارد. رسانه ایده آل باید تراکم، سطح و سازگاری بیولوژیکی را متعادل کند:

• شن و ماسه سیلیس:بسیار مقرون به صرفه، بادوام و از نظر ساختاری پایدار است. از آنجایی که شن و ماسه چگالی نسبتاً بالایی دارد، به سرعت سیال شدن بالاتری نیاز دارد که آن را برای نیروگاه های فاضلاب با کارایی بالا ایده آل می کند.
• کربن فعال گرانولی (GAC):به دلیل ساختار متخلخل، سطح ویژه بسیار بالایی را ارائه می دهد. GAC به طور همزمان ترکیبات آلی سمی را جذب می کند در حالی که به عنوان یک بستر قوی برای رشد بیوفیلم عمل می کند.
• پلاستیک و سرامیک مهندسی شده:دارای اشکال هندسی دقیق و بارهای سطحی بهینه شده برای تسریع کلونیزاسیون اولیه میکروبی و در عین حال به حداقل رساندن تغییرات چگالی با ضخیم شدن بیوفیلم.

برای انتخاب پیکربندی کشتی مناسب، مهندسان فرآیند نحوه قرارگیری FBBR در برابر طرح‌های بیوراکتور پیوسته جایگزین را ارزیابی می‌کنند:

با توجه به سرعت واکنش حجمی بالا و حداقل ردپا، کشتی های FBBR به طور گسترده در چندین بخش مهم مشخص می شوند:

FBBR ها در نیتریفیکاسیون صنعتی و نیترات زدایی برتری دارند. سطح وسیع به جمعیت‌های عظیمی از باکتری‌های نیتریفیک‌کننده با رشد آهسته اجازه رشد می‌دهد و نیاز شیمیایی اکسیژن (COD) و ترکیبات نیتروژن را در کسری از فضای مورد نیاز حوضه‌های لجن فعال معمولی تجزیه می‌کنند.

هنگامی که این واحدها به عنوان یک راکتور بستر سیال بی هوازی (AFBR) پیکربندی می شوند، ضایعات آلی صنعتی با استحکام بالا (از کارخانه های تقطیر، کارخانه های خمیر کاغذ یا کارخانه های فرآوری مواد غذایی) را تحت شرایط کنترل شده با دما و شرایط بی هوازی سخت به بیوگاز غنی از متان تبدیل می کنند.

در بیوتکنولوژی، بسترهای سیال به طور فزاینده‌ای برای تخمیر مداوم و کشت‌های سلولی بی‌حرکت به کار گرفته می‌شوند، جایی که سلول‌های شکننده از پروانه‌های مکانیکی با برش بالا محافظت می‌شوند و در عین حال از حمل و نقل سریع مواد مغذی و اکسیژن بهره می‌برند.

هنگام تعیین یک کشتی FBBR درجه تجاری، تیم های تدارکاتی باید معیارهای ساخت سختگیرانه را اعمال کنند:

پایین ستون باید دارای صفحه توزیع کننده با دقت بالا یا سیستم نازل منیفولد باشد. اگر مایع به طور ناهموار وارد شود، "مناطق مرده" را ایجاد می کند که در آن ذرات ته نشین می شوند و فشرده می شوند، یا "مناطق خروجی" که در آن رسانه ها از بالای ستون دمیده می شوند.

• فولاد ضد زنگ (SS316L/SS304):برای عملیات دارویی بهداشتی، تخمیر مواد غذایی، و عملیات شیمیایی خوب که نیاز به پرداخت های داخلی بسیار صیقلی و برقی شده دارند، مشخص شده است.
• پوشش شیشه ای ذوب شده به فولاد (GFS) / پوشش کامپوزیت:استاندارد صنعتی برای تاسیسات FBBR فاضلاب شهری و صنعتی در مقیاس بزرگ. GFS استحکام کششی ساختاری بی‌نظیری از پانل‌های فولادی مورد نیاز برای ستون‌های عمودی عظیم را ارائه می‌دهد، همراه با یک پوشش شیشه‌ای بی‌اثر که در طول دهه‌ها خدمت در برابر سایش شن ساینده و خوردگی شیمیایی تهاجمی مقاومت می‌کند.

از آنجایی که این ستون‌های عمودی تحت فشارهای سر هیدرولیک مداوم و تجمع فاز گاز عمل می‌کنند، باید مطابق با استاندارد طراحی، ساخته و مهر زنی شوند.ASME بخش هشتم، بخش 1یا استانداردهای مخازن تحت فشار منطقه ای معادل (مانندPEDیاGB/T 150).

آیا در حال حاضر یک خط تصفیه فاضلاب با نرخ بالا را اندازه‌گیری می‌کنید، یا برای محاسبه حداقل سرعت سیال شدن و نیازهای پمپاژ برای یک آرایه رسانه بی‌حرکت به کمک نیاز دارید؟