دانلود پایان نامه
شکل قرار گیری الکترود، بیوفیلم و لایه مرزی به طور ساده مانند شکل 3-2 بوده و سامانه با غلظت سوبسترای ثابت mmol.cm-3 03/0 در حجم کاتولیت و پتانسیل ثابت سطح کاتد طبق مقادیر جدول 4-1 کار میکند. نتایج حاصل از این مدل برای این شرایط در شکلهای 4-1 تا 4-4 آورده شده است. شکل 4-1 پتانسیل الکتریکی بر حسب فاصله از کاتد، شکل 4-2 پروفیل غلظت سوبسترا بر حسب فاصله از کاتد ، شکل 4-3 تغییرات جزء حجمی زیست توده فعال با زمان و شکل 4-4 نیز روند تغییر چگالی جریان را با زمان نشان میدهد.
جدول4-1: مقادیر عددی پارامترها برای حالت مرجع
نماد مقدار واحد مرجع نماد مقدار واحد مرجع
Ksa 2*10-5 Mmol.cm-3 [40] bina 0.05 Day-1 [52]
qmax o.2 mmol.mg-1.day-1 [40] EKA 0.448 V [41]
DED,l 1.1559 Cm2.day-1 [65] Xf,a,Xf,i 50 mg X.cm-3 [40]
DED,f 0.9247 Cm2.day-1 [64] Y 6.8509 mgX.mmol sub-1 [40]
L 0.01 cm [64] fe0 0.8 بی بعد [52]
γ1 8 mmole-.mmol [52] kbio 0.5 mS.cm-1 [41]
γ2 1.74 mmole-.mmolX [52] Vcath -0.28 V [14]
bres 0.05 Day-1 [52]
همانگونه که در شکل 4-1 مشخص میباشد، تغییرات پتانسیل در طول بیوفیلم کاهش یافته است. مقدار پتانسیل الکتریکی از پتانسیل کاتد در سطح کاتد شروع شده و با کاهش تا سطح بیوفیلم ادامه یافته است. این اختلاف پتانسیل ایجاد شده، سبب انتقال الکترونها از طریق بیوفیلم هادی الکتریسیته، از سطح الکترود کاتد به سطح میکروبها گردیده است. اختلاف پتانسیل ناچیز در بیوفیلم، به دلیل بالا بودن ضریب هدایت الکتریکی آن بوده و بنابراین فرآیند در این شرایط تحت کنترل غلظت سوبسترا است. بدیهی است با کاهش ضریب هدایت الکتریکی بیوفیلم، تغییرات پتانسیل در طول آن شدیدتر شده و باعث میشود پتانسیل کاتد محدود کننده فرآیند گردد.
با توجه به شکل 4-2، غلظت سوبسترا در طول بیوفیلم افزایش یافته است. این امر تأثیر خود را در نمودار4-3 نشان میدهد. همانگونه که در منحنی جزء حجمی زیست توده فعال بر حسب طول بیوفیلم مشاهده میشود، تجمع میکروبهای فعال بیشتر در نزدیکی سطح بیوفیلم، در تماس با سوبسترا، اتفاق افتاد. این امر به دلیل عدم وجود سوبسترای کافی برای میکروبها در نزدیکی سطح کاتد میباشد، لذا میکروارگانیسمها جهت دسترسی راحتتر و بیشتر به مواد مغذی در نزدیکی سطح بیوفیلم تجمع نمودهاند و همانگونه که انتظار میرود با افزایش غلظت سوبسترا، تجمع میکروارگانیسمهای فعال نیز افزایش مییابد. از طرفی میکروارگانیسمهای غیرفعال که بیشتر نقش هدایت الکترونها را بر عهده دارند، در نزدیکی سطح کاتد قرار گرفتند.

مطلب مرتبط :   پایان نامه بخش های مختلف اقتصادی، شبکه های عصبی مصنوعی

شکل 4-1: تغییرات پتانسیل الکتریکی در طول بیوفیلم در روزهای سوم، ششم، نهم، دوازدهم، پانزدهم و هجدهم.

شکل 4-2: تغییرات غلظت سوبسترا در طول بیوفیلم در روزهای سوم، ششم، نهم، دوازدهم، پانزدهم و هجدهم
در شرایط مرجع، مقاومت انتقال جرم خارجی توسط تئوری فیلمی مدل شد. فیلم غلظتی در مجاورت بیوفیلم باعث ایجاد مقاومت در برابر انتقال سوبسترا از حجم مایع به سطح بیوفیلم و گرادیان غلظت بین این دو محل میشود. علاوه بر این مقاومت انتقال جرم داخلی نیز توسط مقاومت بیوفیلم متخلخل در برابر نفوذ سوبسترا و وجود واکنش بیوالکتروشیمیایی مشخص گردید. مقاومت بیوفیلم در برابر نفوذ سوبسترا با کاهش 20% ضریب نفوذپذیری سوبسترا در آب بیان شد [64]. با توجه به پروفایل غلظت سوبسترا در شکل 4-2، میتوان گفت که مقاومت انتقال جرم خارجی در اینجا کنترل کننده میباشد. زیرا غلظت سوبسترا در فیلم غلظتی به ضخامت 100 میکرون (جدول 4-1) از مقدار 025/0 میلی مول بر سانتی متر مکعب به 5-10* 065/1 میلی مول بر سانتی متر مکعب و در درون بیوفیلم در ضخامت حدوداً 25 میکرون (شکل 4-4) از مقدار 5-10* 065/1 به 5-10* 1 میلی مول بر سانتی متر مکعب (شکل 4-2) کاهش یافت. به عبارت دیگر با فرض ثابت تعادل 1 در سطح تماس بیوفیلم و فیلم غلظتی، مقاومت فیلم غلظتی به میزان 97% و مقاومت انتقال جرم داخلی به میزان 3% در فرآیند نقش داشتهاند.

شکل 4-3: تغییرات جزء حجمی میکروبهای فعال در طول بیوفیلم.

بیوفیلم در اثر رشد خالص میکروبها و وجود سازوکار جدایش، رشد نمود. با توجه به شکل4-4، این ضخامت از مقدار اولیه صفر، طی 100 روز به مقدار نهایی 25/0 میکرون میل کرد. همچنین فرض شد در زمان صفر هیچ میکروب فعالی در طول بیوفیلم توزیع نشده است. البته به دلیل اینکه از پدیده جدایش صرف نظر شده است، تغییرات ضخامت بیوفیلم با زمان به صورت خطی در آمده است. با رشد بیوفیلم، میزان میکروبهای فعال درون بیوفیلم افزایش یافته و به دنبال آن با ضخیمتر شدن بیوفیلم، مقاومت انتقال جرم داخلی نیز بالا رفت. برآیند این دو اثر مخالف، در نهایت باعث کاهش چگالی جریان از مقدار اولیه خود به مقدار نهایی گردید. چرا که با افزایش فاصله از کاتد، همانطور که غلظت سوبسترا افزایش مییابد، میزان میکروارگانیسمهای فعال نیز افزایش یافته و در نتیجه میزان مصرف چگالی جریان نیز افزایش یافته و مقدار آن با مصرف شدن توسط میکروارگانیسمها، کاهش مییابد.

مطلب مرتبط :   پایان نامه درمورد ادبیات فارسی، تأثیرپذیری

شکل 4-4: تغییرات ضخامت بیوفیلم با زمان

شکل 4-5: تغییرات دانسیته جریان با زمان