استعادة الفوسفور بالموجات فوق الصوتية من حمأة الصرف الصحي

حقائق تستحق المعرفة

كيف يعمل هطول الأمطار بالموجات فوق الصوتية؟

الموجات فوق الصوتية يؤثر على النواة ونمو البلورات ، وهي عملية تعرف باسم التبلور الصوتي.
أولا ، يسمح تطبيق الموجات فوق الصوتية بالتأثير على معدل النواة ، حيث تتشكل بلورات صلبة من محلول سائل. الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة يخلق التجويف ، وهو نمو وانفجار فقاعات فراغ في وسط سائل. يدخل انفجار فقاعات الفراغ الطاقة إلى النظام ويقلل من الطاقة الحرة الزائدة الحرجة. وبالتالي ، تبدأ نقاط البذر والتنوي بمعدل مرتفع وفي أقرب وقت. عند السطح البيني بين فقاعة التجويف والمحلول ، يذوب المذيب نصف جزيء المذاب ، بينما يتم تغطية النصف الآخر من سطح الجزيء بواسطة فقاعة التجويف ، بحيث ينخفض معدل الذوبان. يتم منع إعادة ذوبان جزيء المذاب ، بينما يزداد تخثر الجزيئات في المحلول.
ثانيا ، صوتنة يعزز نمو البلورة. يعزز الخلط بالموجات فوق الصوتية نمو البلورات عن طريق زيادة نقل الكتلة وتجميع الجزيئات.
يمكن التحكم في النتائج التي حققتها صوتنة عن طريق وضع صوتنة:
صوتنة مستمرة:
تنتج المعالجة المستمرة بالموجات فوق الصوتية للمحلول العديد من مواقع التنوي ، بحيث يتم إنشاء عدد كبير من البلورات الصغيرة
صوتنة نابضة:
يسمح تطبيق صوتنة نابضة / مدورة بالتحكم الدقيق في حجم الكريستال
Sonication لبدء النواة:
عندما يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية فقط خلال بداية عملية التبلور ، يتم تشكيل عدد محدود من النوى ، والتي تنمو بعد ذلك إلى حجم أكبر.

باستخدام الموجات فوق الصوتية أثناء التبلور ، يمكن أن يتأثر معدل نمو وحجم وشكل الهياكل البلورية والتحكم فيها. الخيارات المختلفة للصوتنة تجعل عمليات التبلور الصوتي قابلة للتحكم بدقة وقابلة للتكرار.

التجويف بالموجات فوق الصوتية

عندما تعبر الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة وسطا سائلا ، تتناوب موجات الضغط العالي (الضغط) والضغط المنخفض (التخلخل) عبر السائل. عندما يكون الضغط السلبي الناجم عن موجة فوق صوتية تعبر سائلا كبيرا بدرجة كافية ، فإن المسافة بين جزيئات السائل تتجاوز الحد الأدنى للمسافة الجزيئية المطلوبة للحفاظ على السائل سليما ، ثم ينهار السائل بحيث يتم إنشاء فقاعات فراغ أو فراغات. تعرف فقاعات الفراغ هذه أيضا باسم التجويف الفقاقيع.
فقاعات التجويف المستخدمة لتطبيقات الطاقة بالموجات فوق الصوتية مثل الخلط ، تفريق, طحن, إستخلاص إلخ تحدث تحت شدة الموجات فوق الصوتية أعلى من 10 Wcm². تنمو فقاعات التجويف على مدى عدة دورات صوتية منخفضة الضغط / الضغط العالي حتى تصل إلى بعد لا يمكنها فيه امتصاص المزيد من الطاقة. عندما تصل فقاعة التجويف إلى الحد الأقصى لحجمها ، فإنها تنفجر بعنف أثناء دورة الضغط. تخلق الانهيارات العنيفة لفقاعة التجويف العابرة ظروفا قاسية مثل درجات الحرارة والضغوط المرتفعة جدا ، وفروق الضغط ودرجات الحرارة العالية جدا والنفاثات السائلة. هذه القوى هي مصدر التأثيرات الكيميائية والميكانيكية المستخدمة في تطبيقات الموجات فوق الصوتية. يمكن اعتبار كل فقاعة منهارة مفاعلا دقيقا يتم فيه إنشاء درجات حرارة تبلغ عدة آلاف من الدرجات وضغوط أعلى من ألف غلاف جوي على الفور [Suslick et al 1986].

يعتمد الاستخراج بالموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتي وقوى القص الهيدروديناميكية

فسفور

الفوسفور مورد أساسي غير قابل للتجديد ويتوقع الخبراء بالفعل أن العالم سيضرب “ذروة الفوسفور”، أي الوقت الذي لم يعد العرض قادرا على تلبية الطلب المتزايد ، في حوالي 20 عاما. صنفت المفوضية الأوروبية بالفعل الفوسفور كمادة خام حرجة.
غالبا ما تستخدم حمأة الصرف الصحي كسماد منتشر في الحقول. ومع ذلك ، نظرا لأن حمأة الصرف الصحي لا تحتوي فقط على فوسفات ثمين ولكن أيضا على معادن ثقيلة ضارة وملوثات عضوية ، فإن العديد من البلدان مثل ألمانيا تقيد بموجب التشريعات كمية حمأة الصرف الصحي التي يمكن استخدامها كسماد. العديد من البلدان مثل ألمانيا لديها لوائح صارمة للأسمدة ، والتي تحد من التلوث بالمعادن الثقيلة بشكل صارم. نظرا لأن الفوسفور مورد محدود ، فإن لائحة حمأة الصرف الصحي الألمانية لعام 2017 تتطلب من مشغلي محطات الصرف الصحي إعادة تدوير الفوسفات.
يمكن استرداد الفوسفور من مياه الصرف الصحي ، وحمأة الصرف الصحي ، وكذلك من رماد حمأة الصرف الصحي المحترقة.

الفوسفات

الفوسفات ، وهو مادة كيميائية غير عضوية ، هو ملح حمض الفوسفوريك. يتم استخراج الفوسفات غير العضوي للحصول على الفوسفور لاستخدامه في الزراعة والصناعة. في الكيمياء العضوية، الفوسفات، أو الفوسفات العضوي، هو إستر حمض الفوسفوريك.
لا تخلط بين اسم الفوسفور وعنصر الفوسفور (الرمز الكيميائي P). إنهما شيئان مختلفان. يوجد الفوسفور، وهو لافلز متعدد التكافؤ في مجموعة النيتروجين، عادة في صخور الفوسفات غير العضوية.
الفوسفات العضوي مهم في الكيمياء الحيوية والكيمياء الحيوية.
الفوسفات هو اسم أيون PO₄^3-. حمض الفوسفور ، من ناحية أخرى ، هو اسم حمض ثلاثي البروتون H3PO3. هذا هو مزيج من 3 ساعات⁺ أيونات وفوسفيت واحد (PO₃^3-) أيون.
الفوسفور هو العنصر الكيميائي الذي له الرمز P والرقم الذري 15. كما تستخدم مركبات الفوسفور على نطاق واسع في المتفجرات وعوامل الأعصاب وأعواد الثقاب الاحتكاكية والألعاب النارية والمبيدات الحشرية ومعجون الأسنان والمنظفات.

ستروفيت

ستروفيت ، يشار إليه أيضا باسم فوسفات الأمونيوم المغنيسيوم (MAP) ، هو معدن فوسفات له الصيغة الكيميائية NH₄مغبو₄·6H₂يتبلور O. Struvite في نظام تقويم العظام على شكل بلورات هرمية بيضاء إلى صفراء أو بنية بيضاء أو في أشكال تشبه الصفائح الدموية. كونه معدنا ناعما ، فإن ستروفيت له صلابة موس من 1.5 إلى 2 وثقل نوعي منخفض يبلغ 1.7. في ظل الظروف المحايدة والقلوية ، لا يكاد يكون ستروفيت قابلا للذوبان ، ولكن يمكن إذابته بسهولة في الحمض. تتشكل بلورات ستروفيت عندما يكون هناك نسبة مول إلى مول إلى مول (1: 1: 1) من المغنيسيوم والأمونيا والفوسفات في مياه الصرف الصحي. جميع العناصر الثلاثة – المغنيسيوم والأمونيا والفوسفات – توجد عادة في مياه الصرف الصحي: المغنيسيوم يأتي أساسا من التربة ومياه البحر ومياه الشرب ، يتم تقسيم الأمونيا من اليوريا في مياه الصرف الصحي ، والفوسفات القادم من الطعام والصابون والمنظفات إلى مياه الصرف الصحي. مع وجود هذه العناصر الثلاثة ، من المرجح أن يتشكل ستروفيت عند قيم أس هيدروجيني أعلى ، وموصلية أعلى ، ودرجات حرارة منخفضة ، وتركيزات أعلى من المغنيسيوم والأمونيا والفوسفات. إن استعادة الفوسفور من مجاري مياه الصرف الصحي على شكل ستروفيت وإعادة تدوير تلك العناصر الغذائية كسماد للزراعة أمر واعد.
ستروفيت هو سماد معدني قيم بطيء الإطلاق يستخدم في الزراعة ، والذي يتميز بكونه حبيبيا وسهل الاستخدام وخالي من الرائحة.