تقريباً تمامي علوم كاربردي شامل انجام آزمايشها و تجزيه و تحليل و تعبير نتايج آنها مي باشد. اين آزمايشها بر اساس اندازه گيري متغيرهايي است كه به نحوي برروي عملكرد سيستم ها بيوفيلتر در دستگاه تصفیه هوا مؤثر مي باشند.
يكي از روشهاي متداول جهت بررسي و مطالعه تأثير متغييرهاي سيستم و همچنين اثر متقابل آنها بر هم استفاده از مدل رياضي (Mathenatical Model) سيستمها است.
منظور از مدل رياضي، يافتن معادله يا معادلاتي است كه ميزان اثر پارامترها و متغييرهاي مختلف را روي پاسخ و رفتار يك سيستم نشان مي دهد. مدلسازي رياضي سيستمها و فرايندهاي مختلف كه بر اساس قوانين بقاء (Conservation Laws) و معادلات سرقت (Orate Equation) نوشته مي شوند. با در نظر گرفتن كليه جنبه ها و متغييرها و خصوصيات فيزيكي و شيميايي سيستم بوده و داراي مراحل مختلفي است كه بايد دقيقاً رعايت شوند.
مراحل فرمولاسيون مسايل را به طور كلي مي توان به صورت زير خلاصه نمود:
1-شناخت دقيق فيزيك مسئله و كليه شرايط فيزيكي حاكم بر آن
2-تعيين متغييرهاي مستقل و غيرمستقل (تابع) سيستم
3-تعيين خصوصيات فيزيكي و شيميايي سيستم و نحوه تغييرات آنها
4-انتخاب سيستم يا حجم كنترل (Control volum)
5-انتخاب قوانين كلي حاكم حاكم بر مسئله (قوانين بقا)
6-قراردادن روابط قوانين خاص در قوانين بقا
7-فرضيات ساده كننده منطبق با فيزيك مسئله
8-تعيين شرايط اوليه و شرايط مرزي مناسب
9-انتخاب تكنيك مناسب و حل معادلات سيستم
10-تعبير و تجزيه و تحليل جوابها
4-2-مروري اغجمالي بر مدلسازي بيوفيلتر
بيوفيلتراسيون براي تجزيه آلاينده ها درجه‌يابي آلوده گاز از ذرات ريز ساكن در بيوفيلم كه ددر محيط كمكي جامد رشد يافته اند، استفاده مي كند. آلاينده ها از فاز گاز به درون بيوفيلم منتشر مي شوند، جايي كه بوسيله ميكروارگانيسمها به طور متابوليسمي مصرف و به CO2 و H2O تجزيه يم شوند.
بيوفيلتراسيون فرايند پيچيده اي است كه شامل فعل و انفعال فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي مي شود. براي اينكه مدلي بتواند عملكرد فرايند را تحت شرايط مختلف بررسي كند درنظر گرفتن همه پديده ها در دستگاه تصفیه هوا لازم است.
مدل هاي متعددي كه براي فرايند بيوفيلتراسيون ارائه شده اند داراي اختلافاتي جزئي بوده كه عمدتاً به توصيف شماتيك بيوفيلم سنتيك تخريب ماده آلاينده و توصيف جريان فاز گاز مربوط مي شود.
اتنگراف و وندن اوور در آزمايشات خود نتايج و بررسي تئوري فرايند بيولوژيكي جهت از بين بردن VOCها در يك بيوفيلتر كودي را ارائه دادند. در اين تحقيق محققان مدلي پايدار را ارائه نمودند و محيطي از بستر ذرات فيلتر جامد پوشيده شد بوسيله لايه اي از مايع فعال بيولونژيكي به نام بيوفيلم را به كار بردند كه به طور بيولوژيكي فعال شده بود. براي عبور جربان گاز آلوده از بستر فيلتر يك مدل جريان پلاگ فرض شد. زدودن آلودگي از فاز گاز بوسيله جذب و انتشار همزمام و واكنش درجه صفر در بيوفيلم انجام شد. معادلات اين مدل به طور تحليلي حل شده و با نتايج آزمايشگاهي مستقل براي از بين بردن تولوئن، استات اتيلن، استات بوتيل و بوتانل از جريان هوا بررسي شد.
شريف دين و همكارانش مدل پايدار مشابهي را پيشنهاد داردند كه در آن با توجه به اكسيژن و آلوده كننده آلي، تجزيه بيولوژيكي درجه اول فرض شد. بديهي است كه انتشار اكسيژن در بيوفيلم نيز مورد توجه قرار گرفت. اين مدل كه ابتدا براي رفع بخار متانل به كار برده شد براي تشريح بيوفيلتراسيون مواد ديگر مانند بنزن و تولوئن نيز استفاده شد.
بعدها همان مدل براي تشريح ناپايداري براي رفع بخار تولوئن گسترش داده شد.
نتايج نشان داد كه انتشار اكسيژن ممكن است در مورد تركيبات قطبي محدود كننده نرخ نفوذ باشد.
هوگ و دوديني در بررسي شبيه سازي ناپايدارشان از يك مدل جريان پلاگ پخش شده براي فاز گاز و يك مدل نيروي محركه خطي، LDF، براي تخمين انتقال جرم بين فازها استفاده كردند. در اين نظريه، بيوفيلم و محيط كمكي به شكل يكپارچه كه با غلظت ميانگين و منفرد ارائه شده، يدده مي شود.
دشايس و همكارانش يك مدل ناپايدار براي بيوفيلتراسيون مخلوط متيل اتيل كتون و متيل ايزوبوتيل كتون (MEK/MIBK) پيشنهاد دادند كه در آن فعل و انفعالات ذرات ميان آلاينده ها در مدل تجزيه واكنش مورد توجه قرار گرفت. انتشار آلوده كننده ها در بيوفيلم به عنوان چهار واكنش دهند، مخلوط به صورت سري مدل سازي شد در حاليكه اكسيژن به مقدار ز ياد فرض شود و از جذب آلاينده ها در محيط كمكي صرف نظر شود.
بالتزيس و همكارانش مدل شريف دين را گسترش دادند و با درنظر گرفتن وجود ناهمگني در لايه فيلم تشكيل گرفته در سطح جامد از جذب سطحي توسط قسمت جامد صرف نظر كردند و مطالعاتشان را به حالت پايدار محدود كردند.
ابومايزر و همكارانش اثر بنزن، تولوئن، اتيل بنزن و زيلن (BTEx) را مورد مطالعه قرار دادند و اثر افزودن gac به بيوفيلتر كمپوستي را بررسي نمودند. در مدل پايدار آنها از انتشار بهره گرفتند كه بوسيله سنتيك مونود (درجه صفر با غلظت بالا و درجه اول با غلظت پايين) براي تجزيه بيولوژيكي در يك بيوفيلم مورد توجه قرار گرفت كه قادر به سازگاري با نتايج آزمايشگاهي منتج از ستونهاي حاوي مقادير مختلف GAC بوده با فرض اينكه تجزيه بيولوژيكي نيز در حالت جذب شده اتفاق افتاده باشد.
در اين تئوري فرض شد كه تجزيه بيولوژيكي در فاز جذب شده فوري ؤ اني باشد كه در دستگاه تصفیه آب GAC باعث انتضار آلوده كننده شده و با مقداري جذب درجه صفر همراه باشد. [1]
مدل هاي بيوفيلتر فوق كه نشان دهنده پيشرلفت هاي عمده اي در اين زمينه است اساساً در جنبه هاي زير متفاوت مي باشند.
1.مدل براي جريان سيال
2.مدل براي واكنش تجزيه بيولوژيكي در بيوفيلم
3.جزئيات نقل و انتقالات درون فازي
4.نقش محيط كمكي
آزمايشات در يك مقياس كوچك در يك ستون بيوفيلتراسيون كه داراي ذرات جامد از جنس پيت / پرليت مي باشد سبب شده است كه بخارات متانول به طور مؤثر از هوا جدا شود. مدل بكاربرده شده براي توضيف فرايند و همچنين براي طراحي آزمايشات پيشرفته تر مي باشد. مبدل نيازمند به بررسي دو آلاينده مي باشد كه متانول به عنوان يك محدودكننده واكنش در غلظتهاي بالا بكار برده شده است.
علاوه بر اين نشان داده شد كه در لوللهاي زير PPM40 به يكماده محدودكننده شار تبديل مي شود كه مي توان نتيجه گيري كرد كه در غلظتهاي پايين، فرايند مي تواند به صورت يك مدل ساده تر كه شامل فقط متانول مي باشد توصيف شود.
سازمان ايمني و سلامتي (OSHA) ميزان 200همچنين بايد بيان شود كه انجام فرايند در غلظتهاي متانول غيرواقعي است.
ماده آلاينده اي كهب ه منظور حذف بيوفيلتر وارد مي شود متانول و تولوئن مي باشند كه از اكسيداسيون ميكروبي آن ها، دي اكسيد كربن و آب توليد مي شودئ و موادي كه به عنوان بستر بيوفيلتر انتخاب شده اند پيت / پرليت مي باشند.
بعد از اجراي برنامه اطلاعاتي بدست آمد كه منجر به رسم تعدادي نمودار شد.
كه اين نمودارها تغييرات غلظت آلاينده (متانول و تولوئن) و مصرفي در طول ستون و در جهت شعاعي در بيوفيلم و فاز گاز را بيان مي كند.
در نمودارها ديده مي شود كه غلظت آلاينده در طول برج به صورت خطي كم مي شود. همچنين غلظت اكسيژن نيز در حال كاهش است چون اكسيژن در حال مصرف شدن مي باشد.
داده هاي استخراجي و تواست تجربي براي دو آلاينده متانول و تولوئن
