ارائه‌کننده: نیکو جعفرپیشه استاد راهنما: دکتر امیر راستی استاد مشاور: دکتر محمدرضا کرفیاستاد ناظر داخلی : دکتر حسن مسلمی نائینی استاد ناظر خارجی : دکتر بهاره حیدریتاریخ: ۱۴۰۴/۰۳/۱۰ ساعت: ۱۴:۳۰ مکان: ساختمان فنی و مهندسی، بلوک شماره سه، طبقه منفی یک، سالن سمینار

چکیده: در این پژوهش، طراحی، ساخت و ارزیابی عملکرد یک رآکتور الکترودیالیز به‌عنوان پیش‌تصفیه برای فرآیند اسمز معکوس (RO) انجام شد. هدف از ساخت رآکتور الکترودیالیز، کاهش میزان نمک محلول (TDS) در جریان ورودی به RO، کاهش فشار عملیاتی، پیشگیری از رسوب‌گذاری بر روی سطح غشا و در نهایت افزایش عمر مفید ممبران‌های RO بوده است. رآکتور طراحی‌شده شامل غشاهای تبادل یونی کاتیونی و آنیونی و الکترودهایی از جنس تیتانیوم می‌باشد. در ساخت بدنه رآکتور از پلکسی‌گلس استفاده شد. در این ساختار، جریان مستقیم پالسی (Pulsed DC) به کار گرفته‌شده است تا مصرف انرژی کاهش و پلاریزاسیون غلظتی کاهش یابد و پایداری عملکرد سامانه الکترودیالیز افزایش پیدا کند. این روش با ایجاد نوسانات کنترل‌شده در جریان الکتریکی و کاهش میانگین توان مصرفی، موجب بهبود شاخص انرژی ویژه بدون کاهش محسوس در راندمان حذف نمک می‌شود. همچنین، استفاده از فاصله‌ دهنده‌های صنعتی RO به‌عنوان فاصله دهنده جریان، به‌منظور بهبود توزیع سیال، کاهش نواحی راکد و ارتقاء راندمان انتقال جرم در طراحی رآکتور لحاظ شده است. به‌منظور درک کیفی توزیع یون‌ها، میدان پتانسیل الکتریکی و رفتار جریان درون کانال‌ها، شبیه‌سازی دوبعدی مدل فیزیکی با استفاده از نرم‌افزار کامسول بر پایه معادلات نرنستپلانک انجام شد. بررسی داده‌های تجربی نشان می‌دهد که بیشترین راندمان حذف TDS به‌صورت مطلق به بازه‌های خاصی از ولتاژ یا دبی محدود نمی‌شود، بلکه وابسته به ترکیب‌های مشخصی از پارامترها است. به‌طور خاص، در برخی ترکیب‌های عملیاتی که شامل ولتاژهای بالاتر از ۲۷ ولت و دبی‌های متوسط (یک الی 5/1 لیتر بر دقیقه) بودند، عملکرد سامانه در حذف TDS قابل‌توجه و در مواردی برتر از سایر شرایط ارزیابی شد. اگرچه در بازه ولتاژ ۲۲ تا ۲۶ ولت نیز مقادیر رضایت‌بخشی از راندمان حذف TDS مشاهده گردید، اما این بازه لزوماً به‌عنوان شرایط بهینه مطلق قابل‌شناسایی نبوده است و برتری آن در مقایسه با ترکیب‌های دیگر به‌صورت قطعی قابل‌اثبات نیست. اثربخشی فرآیند، نه صرفاً تابع یک متغیر منفرد، بلکه حاصل تعامل پیچیده و ترکیبی میان پارامترهای عملیاتی است. این یافته‌ها تأکید می‌کنند که بهینه‌سازی عملکرد سیستم، نیاز به تحلیل چندعاملی دقیق‌تر و توجه به برهم‌کنش متغیرهای عملیاتی دارد. برای مدل‌سازی هوشمند و پیش‌بینی مقدار نهایی TDS خروجی سامانه، از شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (MLP) استفاده گردید. مدل شبکه MLP با استفاده از داده‌های حاصل از ۳۰ آزمایش تجربی تحت ولتاژها، دبی‌ها و غلظت‌های مختلف آموزش داده شد و سپس بر اساس شاخص‌هایی نظیر ضریب تعیین ()، میانگین مربع خطا و میانگین خطای نسبی ارزیابی گردید. مدل شبکه MLP بهینه با ساختار یک لایه پنهان و 5 نورون موفق شد مقدار TDS خروجی را با میانگین خطای نسبی حدود 6/1 درصد و  بالاتر از 998/0 پیش‌بینی کند. علاوه بر این، مدل شبکه MLP بهینه، توانست مقادیر خروجی را برای ورودی‌های جدید، که در مرحله آموزش حضور نداشتند، با خطای کمتر از 5/1 درصد تخمین بزند. این پژوهش با ارائه رویکردی ترکیبی از طراحی فیزیکی نوآورانه، شبیه‌سازی عددی و مدل‌سازی هوشمند، الگویی مؤثر برای بهینه‌سازی فرآیند الکترودیالیز و ارتقای عملکرد سامانه‌های پیش‌تصفیه آب‌شور فراهم می‌سازد.