Ултразвуков Фосфорор възстановяване от утайки от отпадъчни води
- Световното търсене на фосфора се увеличава, докато снабдяването с естествени фосфорни ресурси става оскъдно.
- Утайките от отпадъчни води и пепелта от отпадъчни води са богати на фосфор и следователно могат да се използват като източник за възстановяване на фосфор.
- Ултразвуковата мокро химическа обработка и утаяване подобрява възстановяването на фосфати от утайките от отпадъчни води, както и от пепелта на изгорени утайки и прави възстановяването значително по-икономичен.
Фосфор
Фосфорът (фосфора, P) е неподновяем ресурс, който се използва силно в земеделието като тор, както и в много отрасли, където фосфора е ценна добавка (например бои, почистващи препарати, забавители на горенето, фураж за животни). Утайките от отпадъчни води, изгаряни от отпадни утайки от отпадъчни води (ISSA), оборски тор и млечни отпадъчни води са богати на фосфор, което ги прави източник за възстановяване на фосфора по отношение на ограничените ресурси на фосфор, както и на екологичните проблеми.
Нивата на възстановяване на фосфор от потоците течни отпадъчни води могат да достигнат 40 до 50%, докато процентите на оползотворяване от утайките от отпадъчни води и пепелта от отпадъчни води могат да достигнат до 90%. Фосфорът може да се утаи в много форми, единият от които е струен (оценен като висококачествен тор с бавно освобождаване). За да се направи възстановяването на фосфор икономичен, процесът на възстановяване трябва да бъде подобрен. Ултразвук е процес засилва метод, който ускорява процеса и увеличава добива на възстановени минерали.
Ултразвуково фосфор възстановяване
При ултразвук, ценни материали, като например струди (магнезиев амониев фосфат (MAP)), калциев фосфат, хидроксиапатит (нар)/калциев хидроксиапатит, октаккалциев фосфат, трикалциев фосфат, и дикалциев фосфат дихидрат могат да бъдат възстановени от потоците от отпадъци. Ултразвуковата обработка подобрява мокрото-химическа екстракция, както и утаяване и кристализация (Соно-кристализация) на ценни материали от утайки от отпадъчни води и от пепелта на изгорени утайки.
Докато съдържанието на фосфор (8-10%), желязо (10-15%), и алуминий (5-10%) в пепел от изпепелена утайка от отпадъчни води е доста висока, тя също така съдържа токсични тежки метали като олово, кадмий, мед, и цинк.
Възстановяване на фобус – Процес в две стъпки
-
- екстракция киселина
Първата стъпка на фосфора е екстракцията или извличането на фосфор от утайки от отпадъчни води или изгорени отпадъци от утайки от отпадъчни води (ISSA), като се използва киселина като сярна киселина или солна киселина. Ултразвукова смесване насърчава мокро химично извличане чрез увеличаване на масовия трансфер между киселината и ISSA, така че пълно извличане на фосфор се постига бързо. За подобряване на процедурата на екстракция може да се използва стъпка преди лечението с помощта на Етилендиамин тетраацетична киселина (ЕДТА).
-
- Утаяване на фосфор
Ултразвукова кристализация подобрява утаяване на фосфати значително чрез увеличаване на точките на засяване и ускоряване на адсорбцията и агрегиране на молекули, за да се образува кристал. Ултразвуково утаяване на фосфор от отпадъчни води и ISSA може да се постигне например, чрез използване на магнезиев хидроксид и амониев хидроксид. Получената утайка е струйната, съединение, съставена от магнезий, амониев фосфор и кислород.
Sonocrystallization на струни
Ултразвукова диспергиращи насърчава масово прехвърляне между фазите и инициира растежа на зародийте и кристали за фосфати (например, струг/MAP).
Ултразвуков вградени валежи и кристализация на стругната дава възможност за лечение на голям обем strams в индустриален мащаб. Проблемът с обработката на голям поток от утайки от отпадъчни води може да бъде решен чрез непрекъснат ултразвуков процес, който ускорява кристализацията на струните и подобрява кристалния размер, който произвежда по-малки, по-еднородни фосфатни частици. Разпределение на размера на утаените частици се определя степента на нуклеация и последващата скорост на растеж кристал. Ускорено нуклеиране и инхибира растежа са основните фактори за утаяване на кристално фосфати частици, т. е. струващи, във воден разтвор. Ултразвук е процес засилва метод, който подобрява смесването, за да се получи еднородно разпределение на реактивни йони.
Ултразвукова утаяване е известно да се даде по-тясна разпределение на размера на частиците, по-малки кристал размер, контролируема морфология и както и бързо нуклеация скорост.
Кристалите на Струвит, утаявани от отпадни води от свине (източник: Ким и т.н. 2017)
Добри резултати валежи могат да бъдат постигнати например с PO3-4 : Хотел с No+4 : Mg2 + в съотношение 1:3: 4. Диапазонът на рН от 8 до 10 води до максимално освобождаване на фосфат P
Ултразвук е високо ефективен процес засилва техника за насърчаване на утаяване на ценни материали като калциев фосфат, магнезиев амониев фосфат (MAP) и хидроксиапатит (нар), калциев хидроксиапатит, октамокалциев фосфат, калциев фосфат и дикалциев фосфат дихидрат от отпадъчните води. Утайките, торовете и млечните отпадъчни води са известни като богати на хранителни вещества отпадъчни води, които са подходящи за производството на ценни материали чрез ултразвуково подпомагане на валежите.
Формация "стрътче кристал":
Mg2 + + NH+4 + HPO2-4 + Н2Най- –> 100 000 004Po4 • 6H2O + H+
Висока мощност ултразвукови процесори от лаборатория за пилот и промишлен мащаб.
Промишлено Ултразвуково оборудване за извличане и утаяване
Високопроизводителните ултразвукови системи и реактори са необходими за лечение на изгорени утайки от отпадъчни води (ISSA) и утайки от отпадъчни води в промишлен мащаб. Hielscher ултразвук е специализирана в проектирането и производството на висока мощност Ултразвуково оборудване – от лаборатория и пейка-отгоре до напълно индустриални единици. Hielscher ultrasonicators са здрави и построени за 24/7 операция при пълно натоварване в взискателни среди. Аксесоари като клетъчни поток реактори с различни геометрии, синсиндади (ултразвукови сонди) и бустер рога позволяват оптимално приспособяване на ултразвукова система към изискванията на процеса. За да се обработи голям обем потоци, Hielscher предлага 4kW, 10kW и 16kW ултразвукови единици, които могат лесно да бъдат комбинирани паралелно с ултразвукови клъстери.
Сложните ultrasonicators на Hielscher разполагат с цифров сензорен дисплей за лесна работа и прецизен контрол на параметрите на процеса.
Удобство за потребителя и лесна, безопасна операция са ключови характеристики на Hielscher ultrasonicators. Дистанционното управление на браузъра позволява работата и контрола на ултразвукова система чрез PC, смарт телефон или таблет.
Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators:
| Партида том | Дебит | Препоръчителни Devices |
|---|---|---|
| 10 до 2000mL | 20 до 400 ml / мин | Uf200 ः т, UP400St |
| 00,1 до 20L | 00,2 до 4 л / мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л / мин | UIP4000hdT |
| п.а. | 10 до 100 L / мин | UIP16000 |
| п.а. | по-голям | струпване на UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитай ни!
Позоваването литература /
- Додс, Джон а. Италиански, Бифаен; Лауиснард, Оливие; Гробар, Romain; Дейвид, Рене; Хаоун, Мириам; Беййон, Фапиен; Гатумел, Центинин; Lyczko, Натали (2007): ефектът на ултразвук върху кристализация-валежи процеси: някои примери и нов модел на сегрегация. Характеристика на частиците и частиците, Уайли-VCH Verlag, 2007, 24 (1), PP. 18-28
- Круганда, а.; Прасана, к. (2016): екстракция на хранителни вещества от млечни отпадъчни води под формата на карта (магнезиев амониев фосфат) и нар (хидроксиапатит). Раалаян дневник на химия Vol. 9, No 2; 2016.215-221.
- Ким, г.; Джин мин, к.; Лий, к.; Yu, M. S:; Парк, К.И. (2017): Ефекти на рН, моларни съотношения и предварителна обработка на фосфора чрез струванена кристализация от отпадъчни води от аноби-разградена чума по свинете. Инженерни изследвания в областта на околната среда 22 (1), 2017. 12-18.
- Рахман, м., Саллех, м., Ахсан, а., Хосуин, м., ра, с. (2014): производство на кристални торове с леко освобождаванеот отпадъчни води чрез струхната кристализация. Арабски. J. Chem. 7, 139 – 155.
Факти заслужава да се знае
Как се ултразвукова утаяване работа?
Ултразвук въздействия нуклеиране и растеж на кристали, процес, известен като sonocrystallization,
На първо място, прилагането на ултразвук позволява да повлияе на скоростта на зародиг, където има твърди кристали образуват от течен разтвор. Висока мощност ултрасонд създава кавитация, което е растежът и имплозията на вакуумни мехурчета в течна среда. Имплозията на вакуумните мехурчета въвежда енергия в системата и намалява критичната излишна свободна енергия. По този начин, точки на засяване и нуклеация се инициират с висока скорост и в най-ранния момент. В интерфейса между кавитация балон и разтвор, половината от разтворената молекула се разтвори от разтворителя, докато другата половина на повърхността на молекулата е покрита от балона на кавитация, така че скоростта на разтваряне се понижава. Повторното разтваряне на разтвореният молекула се предотвратява, докато кръвосъсирването на молекулите в разтвора се увеличава.
На второ място, ултразвук насърчава растежа на кристал. Ултразвукова смесване насърчава растежа на кристали чрез врезване на масовия трансфер и агрегиране на молекули.
Резултатите, постигнати чрез ултразвук могат да бъдат контролирани от режима на ултразвук:
Непрекъснато Соникацията:
Непрекъснатото ултразвуково лечение на разтвора произвежда много нуклеиране сайтове, така че голям брой малки кристали са създадени
Импулсна ултразвук:
Прилагането на импулсна/изгаря мазнини ултразвук позволява прецизен контрол върху размера на кристал
Соникация да инициира нуклеация:
Когато Ултразвукът се прилага само в началото на процеса на кристализация, се образуват ограничен брой ядра, които след това се отглеждат в по-голям размер.
Използване на ултразвук по време на кристализация, скоростта на растеж, размера, и формата на кристални структури могат да бъдат повлияни и контролирани. Различните възможности за ултразвук правят Соно-кристализация процеси точно управляеми и повторими.
Ултразвукова кавитация
Когато ултразвук с висока интензивност кръст течна среда, високо налягане (компресия) и ниско налягане (разреждане) вълни се редуват през течността. Когато отрицателното налягане, причинено за една ултразвукова вълна пресичане на течност е достатъчно голям, разстоянието между молекулите на течността надвишава минималното молекулно разстояние, необходимо за задържане на течността непокътнати, и след това течността се разпада, така че вакуум са създадени мехурчета или кухини. Тези вакуумни мехурчета са известни също като кавитация Мехурчета.
Кавитация мехурчета, използвани за мощност ултразвукови приложения като смесване, Диспергиращи, фрезоване, екстракция и т. н. се появяват при ултразвукова интензивност по-висока от 10 WCM2. Кавитация мехурчета растат над няколко акустични цикли ниско налягане/високо налягане, докато те достигнат измерение, където те не могат да абсорбират повече енергия. Когато кавитация балон е достигнал максималния си размер, тя имребоди бурно по време на цикъл на компресия. Насилствените колапс на преходна кавитация балон създава екстремни условия като много високи температури и натиск, много високо налягане и температурни диференциали и течни струи. Тези сили са източник на химични и механични ефекти, използвани в ултразвукови приложения. Всеки колапс балон може да се счита за микрореактор, при който температури от няколко хиляди градуса и натиск по-високи от 1000 атмосфери са създадени мигновено [Suslick et al 1986].
Ултразвукова екстракция се основава на акустична кавитация и неговите хидродинамични срязващи сили
Фосфор
Фосфорът е съществен, непрегенерен ресурс и експертите вече предвиждат, че светът ще удари “фосфорен пик”, т. е. времето, от което доставката вече не може да отговаря на увеличеното търсене, след около 20 години. Европейската комисия вече класифицира фосфора като съществена суровина.
Утайките от отпадъчни води често се използват като торове, разпръснати по полетата. Въпреки това, тъй като утайките от отпадъчни води не само съдържат ценен фосфат, но и вредни тежки метали и органични замърсители, много страни като Германия ограничават със законодателството колко утайки от отпадъчни води могат да се използват като торове. Много страни като Германия имат строги разпоредби за торовете, които ограничават замърсяването с тежки метали стриктно. Тъй като Фосфорът е краен ресурс, германският Регламент за утайките от 2017 изисква от операторите на канализационни заводи да рециклират фосфатите.
Фосфор може да се възстанови от отпадъчни води, утайки от отпадъчни води, както и от пепелта на изгорени утайки от отпадъчни води.
Фосфат
Фосфатът, неорганичната химическа, е сол на фосфорна киселина. Неорганични фосфати са добити за получаване на фосфор за използване в селското стопанство и промишлеността. В органичната химия, фосфат или органфосфат е естер на фосфорна киселина.
Не обърквайте името фосфор с елемента фосфор (химичен символ P). Те са две различни неща. Мултивалентен Неметал от азотната група, Фосфорът се среща често в неорганични фосфорни скали.
Органичните фосфати са важни в биохимията и биосгехимията.
Фосфатът е името на йонна PO43-. Фосфорната киселина, от друга страна, е името на трипротичната киселина H3PO3. Това е комбинация от 3 H+ йони и един фосфит (PO33-йонна.
Фосфор е химичен елемент, който има символа P и атомен номер 15. Фосфорните съединения също се използват широко в взривни вещества, нервни агенти, триене мачове, фойерверки, пестициди, паста за зъби и детергенти.
Struvite
Страг, наричан още магнезиев амониев фосфат (MAP), е фосфат минерал с химическата формула NH4На4· 6H2O. Струвитите кристализира в ортоомбалната система като бели до жълтеникави или кафеникаво-бели пирамидални кристали или в плалетни форми. Тъй като е мек минерал, струвитимата има твърдост на Моос от 1,5 до 2 и ниска относителна плътност от 1.7. При неутрални и алкални условия струвит е трудно разтворим, но може лесно да се разтвори в киселина. Струвитните кристали се образуват, когато има съотношение мол до мол (1:1:1) на магнезий, амоняк и фосфат в отпадъчните води. И трите елемента – магнезий, амоняк и фосфат – обикновено се намират в отпадъчни води: магнезий, идващ главно от почвата, морската вода и питейната вода, амонякът се разгражда от уреята в отпадъчните води и фосфатите, идващи от храна, сапуни и детергенти в отпадъчните води. С тези три елемента има по-голяма вероятност да се образува при по-високи стойности на рН, по-висока проводимост, по-ниски температури и по-високи концентрации на магнезий, амоняк и фосфат. Възстановяването на фосфор от отпадъчни водни течения като струващи и рециклиране на тези хранителни вещества като торове за селското стопанство е обещаващо.
Струг е ценен минерален тор с бавна версия, използван в земеделието, който има предимствата да бъде гранулиран, лесен за употреба и без мирис.