Kanalizasiya çamurundan ultrasəs fosforun bərpası
- Dünyada fosfora tələbat artır, təbii fosfor ehtiyatları isə azalır.
- Kanalizasiya şlamı və kanalizasiya lil külü fosforla zəngindir və buna görə də fosforun bərpası üçün mənbə kimi istifadə edilə bilər.
- Ultrasəs yaş-kimyəvi emal və yağıntı kanalizasiya çamurundan, eləcə də yandırılmış çamurun külündən fosfatın bərpasını yaxşılaşdırır və bərpanı əhəmiyyətli dərəcədə qənaətcil edir.
fosfor
Fosfor (fosfor, P) bərpa olunmayan bir mənbədir, o, kənd təsərrüfatında gübrə kimi, eləcə də fosforun qiymətli əlavə olduğu bir çox sənaye sahələrində (məsələn, boyalar, çamaşır yuyucu vasitələr, alov gecikdiricilər, heyvan yemi) geniş şəkildə istifadə olunur. Kanalizasiya lilləri, yandırılmış kanalizasiya lil külü (ISSA), peyin və süd tullantıları fosforla zəngindir ki, bu da onları fosforun məhdud ehtiyatı, eləcə də ekoloji problemlər baxımından fosforun bərpası üçün mənbəyə çevirir.
Maye tullantı su axınlarından fosforun bərpası 40-50%-ə, kanalizasiya lillərindən və kanalizasiya lil külündən isə 90%-ə çata bilər. Fosfor bir çox formada çökə bilər, onlardan biri struvitdir (yüksək keyfiyyətli, yavaş salınan gübrə kimi qiymətləndirilir). Fosforun meliorativ vəziyyətini qənaətli etmək üçün bərpa prosesi yaxşılaşdırılmalıdır. Ultrasonication prosesi sürətləndirən və bərpa olunan mineralların məhsuldarlığını artıran prosesi gücləndirən bir üsuldur.
Ultrasonik Fosforun Bərpası
Sonikasiya altında struvit (maqnezium ammonium fosfat (MAP)), kalsium fosfat, hidroksiapatit (HAP) / kalsium hidroksiapatit, oktakalsium fosfat, trikalsium fosfat və dikalsium fosfat axınları kimi qiymətli materiallar dihidratdan çıxarıla bilər. Ultrasəs müalicəsi kanalizasiya çamurundan və yandırılmış çamurun külündən qiymətli materialların yaş-kimyəvi çıxarılmasını, həmçinin çökmə və kristallaşmanı (sono-kristallaşma) yaxşılaşdırır.
Monoyandırılmış kanalizasiya lillərinin külünün tərkibində fosfor (8-10%), dəmir (10-15%) və alüminiumun (5-10%) miqdarı kifayət qədər yüksək olsa da, onun tərkibində qurğuşun kimi zəhərli ağır metallar da var. kadmium, mis və sink.
Fosforun bərpası – İki Mərhələli Proses
-
- turşunun çıxarılması
Fosforun bərpasının ilk addımı kükürd turşusu və ya xlorid turşusu kimi bir turşudan istifadə edərək kanalizasiya lilindən və ya yandırılmış kanalizasiya lil külündən (ISSA) fosforun çıxarılması və ya yuyulmasıdır. Ultrasəs qarışdırma, turşu və BSSA arasında kütləvi köçürməni artıraraq yaş-kimyəvi yuyulmanı təşviq edir ki, fosforun tam yuyulmasına sürətlə nail olunsun. Ekstraksiya prosedurunu yaxşılaşdırmaq üçün etilendiamintetraasetatik turşudan (EDTA) istifadə edərək ilkin müalicə mərhələsi istifadə edilə bilər.
-
- Fosforun yağıntısı
Ultrasonik kristallaşma toxum nöqtələrini artıraraq və kristal yaratmaq üçün molekulların adsorbsiyasını və birləşməsini sürətləndirərək fosfatların çökməsini əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Kanalizasiya şlamından və ISSA-dan fosforun ultrasəs çökdürülməsinə, məsələn, maqnezium hidroksid və ammonium hidroksiddən istifadə etməklə nail olmaq olar. Nəticədə çöküntü maqnezium, ammonium, fosfor və oksigendən ibarət olan bir birləşmə olan struvitdir.
Struvitin sonokristallaşması
Ultrasonik dispersiya fazalar arasında kütlə köçürməsini təşviq edir və fosfatlar (məsələn, struvit / MAP) üçün nüvələşmə və kristal böyüməsini başlatır.
Struvitin ultrasəs daxili yağıntısı və kristallaşması sənaye miqyasında böyük həcmli stramların müalicəsinə imkan verir. Böyük kanalizasiya lil axınının emalı məsələsi davamlı ultrasəs prosesi ilə həll edilə bilər ki, bu da struvitin kristallaşmasını sürətləndirir və daha kiçik, daha vahid fosfat hissəcikləri istehsal edərək kristal ölçüsünü yaxşılaşdırır. Çökmüş hissəciklərin ölçü bölgüsü nüvələşmə sürəti və sonrakı kristal böyümə sürəti ilə müəyyən edilir. Sürətlənmiş nüvələşmə və böyümənin qarşısını almaq kristal fosfat hissəciklərinin, yəni struvitin sulu məhlulda çökməsi üçün əsas amillərdir. Ultrasonikasiya reaktiv ionların homojen paylanmasını əldə etmək üçün qarışdırmağı yaxşılaşdıran prosesi gücləndirən bir üsuldur.
Ultrasəs yağıntılarının daha dar hissəcik ölçüsü paylanması, daha kiçik kristal ölçüsü, idarə olunan morfologiya və həmçinin sürətli nüvələşmə dərəcəsini verdiyi bilinir.
Donuz tullantılarından çökən struvit kristalları (mənbə: Kim et al. 2017)
Yaxşı yağış nəticələri, məsələn, PO ilə əldə edilə bilər3-4 : NH+4 : Mg2+ 1 : 3 : 4 nisbətində. 8-dən 10-a qədər olan pH diapazonu maksimum fosfat P buraxılmasına səbəb olur.
Ultrasonikasiya kalsium fosfat, maqnezium ammonium fosfat (MAP) və hidroksiapatit (HAP), kalsium hidroksiapatit, oktakalsium fosfat, trikalsium fosfat su və difosfat kimi qiymətli materialların çökdürülməsini təşviq etmək üçün yüksək səmərəli proses intensivləşdirici texnikadır. Kanalizasiya lilləri, peyin və süd tullantıları ultrasəs köməyi ilə yağıntılar vasitəsilə qiymətli materialların istehsalı üçün əlverişli olan qida ilə zəngin tullantı suları kimi tanınır.
Struvit kristallarının əmələ gəlməsi:
Mg2+ + NH+4 + HPO2-4 + H2O –> MgNH4PO4 ∙ 6H2O + H+
Laboratoriyadan pilot və sənaye miqyasına qədər yüksək güclü ultrasəs prosessorları.
Yuyulma və Yağıntılar üçün Sənaye Ultrasəs Avadanlıqları
Yandırılmış kanalizasiya lil külü (ISSA) və kanalizasiya lillərinin sənaye miqyasında təmizlənməsi üçün yüksək performanslı ultrasəs sistemləri və reaktorları tələb olunur. Hielscher Ultrasonics yüksək güclü ultrasəs avadanlıqlarının dizaynı və istehsalında ixtisaslaşmışdır – laboratoriya və dəzgahdan tutmuş tam sənaye bölmələrinə qədər. Hielscher ultrasəs cihazları möhkəmdir və tələbkar mühitlərdə tam yük altında 24/7 əməliyyat üçün qurulur. Müxtəlif həndəsələri olan axın hüceyrə reaktorları, sonotrodlar (ultrasəs zondları) və gücləndirici buynuzlar kimi aksesuarlar ultrasəs sisteminin proses tələblərinə optimal uyğunlaşmasına imkan verir. Böyük həcmli axınları emal etmək üçün Hielscher, ultrasəs klasterlərinə paralel olaraq asanlıqla birləşdirilə bilən 4kW, 10kW və 16kW ultrasəs qurğuları təklif edir.
Hielscher-in mürəkkəb ultrasəs aparatları asan əməliyyat və proses parametrlərinə dəqiq nəzarət üçün rəqəmsal sensor displeyə malikdir.
İstifadəçi dostu və asan, təhlükəsiz əməliyyat Hielscher ultrasəs cihazının əsas xüsusiyyətləridir. Brauzerin uzaqdan idarə edilməsi ultrasəs sistemini PC, smartfon və ya planşet vasitəsilə idarə etməyə və idarə etməyə imkan verir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:
| Partiya Həcmi | Axın | Tövsiyə olunan Cihazlar |
|---|---|---|
| 10 ilə 2000 ml | 20 - 400 ml/dəq | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 ilə 4L/dəq | UIP2000hdT |
| 10-100 l | 2 ilə 10 L / dəq | UIP4000hdT |
| na | 10-100 l/dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | klaster UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizdən soruşun!
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Dodds, John A.; Espitalier, Fabienne; Louisnard, Olivier; Grossier, Romain; David, Rene; Hassoun, Myriam; Baillon, Fabien; Qatumel, Cendrine; Lyczko, Nathalie (2007): Ultrasəsin kristallaşma-çökmə proseslərinə təsiri: Bəzi nümunələr və yeni seqreqasiya modeli. Hissəcik və hissəcik sistemlərinin xarakteristikası, Wiley-VCH Verlag, 2007, 24 (1), səh.18-28
- Kharbanda, A.; Prasanna, K. (2016): Süd tullantı sularından MAP (Maqnezium Ammonium Fosfat) və HAP (Hidroksiapatit) şəklində qida maddələrinin çıxarılması. Rasayan Journal of Chemistry Vol. 9, № 2; 2016. 215-221.
- Kim, D.; Jin Min, K.; Li, K.; Yu, MS:; Park, KY (2017): Anaerob yolla həzm olunmuş donuz tullantı sularının tullantı sularından struvit kristallaşması yolu ilə pH, molar nisbətlər və ilkin müalicənin fosforun bərpasına təsiri.. Environmental Engineering Research 22(1), 2017. 12-18.
- Rahman, M., Salleh, M., Ahsan, A., Hossain, M., Ra, C. (2014): Struvit kristallaşması yolu ilə çirkab sulardan yavaş salınan kristal gübrələrin istehsalı. ərəb. J. Chem. 7, 139–155.
Bilməyə Dəyər Faktlar
Ultrasonik Yağış necə işləyir?
Ultrasonication, nüvələşməyə və kristal böyüməsinə təsir göstərir, bu proses kimi tanınır sonokristallaşma.
Birincisi, ultrasəsin tətbiqi maye məhluldan bərk kristalların əmələ gəldiyi nüvələşmə sürətinə təsir göstərməyə imkan verir. Yüksək güclü ultrasəs maye mühitdə vakuum baloncuklarının böyüməsi və partlaması olan kavitasiya yaradır. Vakuum qabarcıqlarının partlaması sistemə enerji gətirir və kritik artıq sərbəst enerjini azaldır. Beləliklə, səpmə nöqtələri və nüvələşmə yüksək sürətlə və ən erkən zamanda başlanır. Kavitasiya qabarcığı ilə məhlul arasındakı interfeysdə həll olunan molekulun yarısı həlledici tərəfindən həll olunur, molekulun səthinin digər yarısı isə kavitasiya qabarcığı ilə örtülür, beləliklə, solvasiya sürəti azalır. Məhlulun molekulunun yenidən əriməsinin qarşısı alınır, məhlulda molekulların laxtalanması artır.
İkincisi, sonikasiya kristal böyüməsini təşviq edir. Ultrasonik qarışdırma molekulların kütlə ötürülməsini və birləşməsini artıraraq kristalların böyüməsini təşviq edir.
Sonikasiya ilə əldə edilən nəticələr sonication rejimi ilə idarə oluna bilər:
Davamlı Sonikasiya:
Məhlulun davamlı ultrasəs müalicəsi çoxlu nüvələşmə sahələrini yaradır, beləliklə çox sayda kiçik kristallar yaranır.
Pulsed Sonikasiya:
Pulsed/cycled sonication tətbiqi kristal ölçüsünə dəqiq nəzarət etməyə imkan verir
Nüvələşməni başlatmaq üçün sonikasiya:
Ultrasəs yalnız kristallaşma prosesinin başlanğıcında tətbiq edildikdə, məhdud sayda nüvələr əmələ gəlir, sonra daha böyük ölçülərə qədər böyüyür.
Kristallaşma zamanı ultrasəsdən istifadə edərək, kristal strukturların böyümə sürəti, ölçüsü və forması təsir və nəzarət edilə bilər. Sonikasiyanın müxtəlif variantları sono-kristallaşma proseslərini dəqiq idarə olunan və təkrarlana bilən hala gətirir.
ultrasəs kavitasiyası
Yüksək intensivlikli ultrasəs maye mühitdən keçdikdə yüksək təzyiqli (sıxılma) və aşağı təzyiqli (nadir) dalğalar maye vasitəsilə növbələşir. Ultrasəs dalğasının mayedən keçməsi üçün yaranan mənfi təzyiq kifayət qədər böyük olduqda, mayenin molekulları arasındakı məsafə mayeni toxunulmaz saxlamaq üçün tələb olunan minimum molekulyar məsafəni aşar və sonra maye parçalanır ki, vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar yaranır. . Bu vakuum baloncukları da adlanır kavitasiya baloncuklar.
Qarışdırmaq kimi güc ultrasəs tətbiqləri üçün istifadə olunan kavitasiya baloncukları, Dağılmaq, frezeleme, Çıxarma s. 10 Wcm-dən yüksək ultrasəs intensivliyi altında baş verir2. Kavitasiya qabarcıqları daha çox enerji qəbul edə bilməyəcək ölçüyə çatana qədər bir neçə akustik aşağı təzyiq/yüksək təzyiq dövrü ərzində böyüyür. Kavitasiya qabarcığı maksimum ölçüsünə çatdıqda, sıxılma dövrü zamanı şiddətlə partlayır. Keçici kavitasiya qabarcığının şiddətlə çökməsi çox yüksək temperatur və təzyiqlər, çox yüksək təzyiq və temperatur fərqləri və maye jetləri kimi ekstremal şərait yaradır. Bu qüvvələr ultrasəs tətbiqlərində istifadə olunan kimyəvi və mexaniki təsirlərin mənbəyidir. Hər çökən qabarcıq bir anda bir neçə min dərəcə temperaturun və min atmosferdən yüksək təzyiqin yarandığı bir mikroreaktor hesab edilə bilər [Suslick et al 1986].
Ultrasonik ekstraksiya akustik kavitasiya və onun hidrodinamik kəsmə qüvvələrinə əsaslanır
fosfor
Fosfor əvəzolunmaz, bərpa olunmayan bir mənbədir və mütəxəssislər artıq dünyanın vuracağını proqnozlaşdırırlar “fosfor zirvəsi”, yəni təklifin artıq artan tələbi ödəyə bilməyəcəyi vaxt, təqribən. 20 il. Avropa Komissiyası artıq fosforu kritik xammal kimi təsnif edib.
Çirkab suları çox vaxt tarlalara gübrə səpmək üçün istifadə olunur. Bununla belə, çirkab su şlamında təkcə qiymətli fosfat deyil, həm də zərərli ağır metallar və üzvi çirkləndiricilər olduğundan, Almaniya kimi bir çox ölkə, nə qədər çirkab sularının gübrə kimi istifadə oluna biləcəyini qanunvericiliklə məhdudlaşdırır. Almaniya kimi bir çox ölkədə ağır metallarla çirklənməni ciddi şəkildə məhdudlaşdıran sərt gübrə qaydaları var. Fosfor məhdud bir mənbə olduğundan, 2017-ci ildən etibarən Almaniyanın Kanalizasiya Şlamı Qaydası kanalizasiya qurğularının operatorlarından fosfatları təkrar emal etməyi tələb edir.
Fosfor tullantı sularından, kanalizasiya lillərindən, həmçinin yandırılmış kanalizasiya lillərinin külündən əldə edilə bilər.
fosfat
Fosfat, qeyri-üzvi kimyəvi, fosfor turşusunun bir duzudur. Qeyri-üzvi fosfatlar kənd təsərrüfatında və sənayedə istifadə üçün fosfor əldə etmək üçün çıxarılır. Üzvi kimyada bir fosfat və ya orqanofosfat, fosfor turşusunun esteridir.
Fosfor adını fosfor elementi ilə qarışdırmayın (kimyəvi simvol P). Onlar iki fərqli şeydir. Azot qrupunun çoxvalentli qeyri-metalı olan fosfor adətən qeyri-üzvi fosfat süxurlarında olur.
Üzvi fosfatlar biokimya və biogeokimyada vacibdir.
Fosfat PO ionunun adıdır43-. Fosfor turşusu isə H3PO3 triprotik turşusunun adıdır. Bu 3 H birləşməsidir+ ionları və bir fosfit (PO33-) ion.
Fosfor P simvolu və atom nömrəsi 15 olan kimyəvi elementdir. Fosfor birləşmələri həmçinin partlayıcı maddələr, sinir agentləri, sürtünmə kibritləri, atəşfəşanlıq, pestisidlər, diş pastası və yuyucu vasitələrdə geniş istifadə olunur.
struvit
Maqnezium ammonium fosfat (MAP) olaraq da adlandırılan Struvit, NH kimyəvi formulu olan bir fosfat mineralıdır.4MgPO4·6H2O. Struvit ortoromb sistemdə ağdan sarımtıl və ya qəhvəyi-ağ piramidal kristallar şəklində və ya trombositlərə bənzər formalarda kristallaşır. Yumşaq bir mineral olan struvit 1,5-2 Mohs sərtliyinə və 1,7 aşağı xüsusi çəkiyə malikdir. Neytral və qələvi şəraitdə struvit çətin həll olunur, lakin turşuda asanlıqla həll oluna bilər. Struvit kristalları tullantı sularında maqnezium, ammonyak və fosfatın mol-mol nisbəti (1:1:1) olduqda əmələ gəlir. Hər üç element – maqnezium, ammonyak və fosfat – adətən tullantı sularında olur: əsasən torpaqdan, dəniz suyundan və içməli sudan gələn maqnezium, tullantı sularındakı karbamiddən ammonyak parçalanır, qida, sabun və yuyucu vasitələrdən gələn fosfat isə çirkab sulara çevrilir. Bu üç elementin mövcud olması ilə struvitin daha yüksək pH dəyərlərində, yüksək keçiricilikdə, aşağı temperaturda və maqnezium, ammonyak və fosfatın yüksək konsentrasiyalarında əmələ gəlmə ehtimalı daha yüksəkdir. Tullantı sularından struvit kimi fosforun bərpası və həmin qida maddələrinin kənd təsərrüfatı üçün gübrə kimi təkrar emalı perspektivlidir.
Struvit kənd təsərrüfatında istifadə edilən qiymətli yavaş salınan mineral gübrədir, onun üstünlükləri dənəvər, istifadəsi asan və qoxusuzdur.