Tecnologia d'ultrasons Hielscher

La recuperació de fòsfor ultrasònic de fangs d'aigües residuals

  • La demanda mundial de fòsfor és cada vegada més gran, mentre que l'oferta dels recursos naturals de fòsfor són cada vegada escassos.
  • Els fangs d'aigües residuals i la cendra de fang són rics en fòsfor i es poden utilitzar com a font per recuperar el fòsfor.
  • El processament ultrasònic humit-químic i la precipitació millora la recuperació de fosfat de fangs de clavegueram, així com de la cendra de fangs incinerats i fa que la recuperació sigui significativament més econòmic.

Fòsfor

El fangs d'aigües residuals és ric en fòsfor. L'extracció ultrasònica i la precipitació intensifica el procés de recuperació del fòsfor.El fòsfor (fòsfor, P) és un recurs no renovable, que és molt utilitzat en l'agricultura com a fertilitzant, així com en moltes indústries, on el fòsfor és un additiu valuós (per exemple, pintures, detergents de bugaderia, retardants de flama, pinsos per a animals). Els fangs d'aigües residuals, la incineració d'aigües residuals de fang (ISSA), els fems i efluents lactis són riques en fòsfor, convertint-los en una font de recuperació de fòsfor pel que fa al recurs finit de fòsfor, així com de les preocupacions ambientals.
Les taxes de recuperació de fòsfor dels corrents d'aigua residual poden arribar 40 a 50%, mentre que els índexs de depuració de fangs de clavegueram i de la cendra de fangs de depuradora poden arribar fins al 90%. El fòsfor es pot precipitar en moltes formes, una d'elles és estruvita (Valorat com a fertilitzant d'alta qualitat, d'alliberament lent). Per tal de fer la reclamació de fòsfor econòmic, el procés de recuperació s'ha de millorar. Ultrasons és un procés que intensifica el mètode que accelera el procés i augmenta el rendiment dels minerals recuperats.

La recuperació de fòsfor ultrasònic

La sonicació intensifica el processament humit-químic i la precipitació durant la recuperació de fòsfor dels fangs de clavegueram.Sota sonicació, materials valuosos com ara estruvita (fosfat d'amoni de magnesi (Map)), fosfat de calci, hidroxiapatita (Hap)/hidroxiapatita de calci, fosfat d'octacalcium, fosfat de tricalci i fosfat de dicalcium dihidrat es poden recuperar dels fluxos de residus. El tractament ultrasònic millora l'extracció humida-química, així com la precipitació i cristal·lització (Sono-cristal·lització) dels materials valuosos dels fangs de clavegueram i de la cendra de fangs incinerats.
Mentre que el contingut de fòsfor (8-10%), ferro (10-15%), i l'alumini (5-10%) en cendres de llots mono-incinerats és bastant alt, també conté metalls pesants tòxics com el plom, cadmi, coure, i zinc.

Digestor anaerobi de biogàs

Sol · licitud d'informació




Tingueu en compte la nostra Política de privacitat.


Recuperació de phopshorus – Un procés de dos passos

  1. extracció d'àcids
  2. El primer pas de la recuperació de fòsfor és l'extracció o la lixiviació de fòsfor de fangs d'aigües residuals o la incinerada de fangs de clavegueram (ISSA) utilitzant un àcid com àcid sulfúric o àcid clorhídric. Barreja ultrasònica promou la lixiviació humida-química mitjançant l'augment de la transferència de massa entre l'àcid i la ISSA de manera que una lixiviació completa de fòsfor s'aconsegueix ràpidament. Un procés de pre-tractament mitjançant l'àcid etilendiamaminetetraacetàtic (EDTA) es pot utilitzar per millorar el procediment d'extracció.

  3. Precipitació de fòsfor
  4. La cristal·lització ultrasònica augmenta significativament la precipitació de fosfats augmentant els punts de sembra i accelerant l'adsorció i agregació de molècules per tal de formar un cristall. Precipitació ultrasònica de fòsfor d'aigües residuals sluge i ISSA es pot aconseguir, per exemple, mitjançant l'ús de Hidròxid de magnesi i hidròxid d'amoni. El precipitat resultant és struvite, un compost compost per magnesi, amoni, fòsfor i oxigen.

Sonocrystallization de Struvite

La dispersió ultrasònica promou la transferència de massa entre fases i inicia la nucleació i el creixement cristal·lí dels fosfats (per exemple, estruvita/Map).
La precipitació inline i la cristal·lització en línia d'ultrasons de estruvita permet el tractament de grans strams de volum a escala industrial. La qüestió de processar un flux de fangs d'aigües residuals grans pot ser resolt per un procés d'ultrasons continu, que accelera la cristal·lització de estruvita i millora la mida de cristall que produeix més petites partícules de fosfat més uniforme. La distribució de la mida de les partícules precipitada està determinada per la taxa de nucleació i la taxa de creixement de cristall posterior. La nucleació accelerada i el creixement inhibit són els factors clau per a la precipitació de partícules de cristalline fosfat, és a dir, l'estruvita, en una solució aquosa. L'ultrasons és un mètode d'intensificació de processos que millora el cupatge per tal d'obtenir una distribució homogènia dels ions reactius.
Se sap que la precipitació ultrasònica dóna una distribució de mida de partícula més estreta, una mida de cristall més petita, una morfologia controlable i una velocitat de nucleació ràpida.

Cristalls d'estruvita poden ser precipitats des de fangs de clavegueram. La sonicació millora el procés de recuperació.

Cristalls d'estruvita precipitat d'efluents porcí (font: Kim et al. 2017)

Bons resultats de precipitació es pot aconseguir per exemple amb PO3-4 : NH+4 : Mgmés de 2 amb una ràtio de 1:3: 4. El rang de pH de 8 a 10 condueix a la màxima alliberament de fosfat P

Ultrasons és una tècnica d'intensificació de procés altament eficient per promoure la precipitació de materials valuosos com ara fosfat de calci, fosfat de magnesi amoni (mapa) i hidroxiapatita (Hap), hidroxiapatita de calci, fosfat d'octacalcium, fosfat de tricàlcic, i dicalcium fosfat deshidrat de l'aigua residual. Els fangs d'aigües residuals, els fems i efluents lactis són coneguts com a aigua residual nutrient, que és adequat per a la producció de materials valuosos a través de la precipitació assistida ultrasònicament.

Formació de cristall de struvite:
mgmés de 2 + NH+4 + HPO2-4 + H2la –> MgNH4correus4 ∙ 6H2O + H+

Hielscher ultrasons fabrica ultrasonicators d'alt rendiment per a aplicacions sonoquímiques.

Processadors d'ultrasons d'alta potència de laboratori a escala pilot i industrial.

Equips ultrasònics industrials per a la lixiviació i la precipitació

Cèl·lula de flux UIP4000hdT per sonicació en línia a escala industrialEls sistemes d'ultrasons i reactors d'alt rendiment estan obligats a tractar la incinerada de fangs de clavegueram (ISSA) i fangs de depuradora a escala industrial. Hielscher Ultrasonics està especialitzada en el disseny i fabricació d'equips ultrasònics d'alta potència – des de laboratori i Banc superior fins a naus totalment industrials. Hielscher ultrasonicators són robusts i construïts per a l'operació 24/7 sota càrrega completa en ambients exigents. Accessoris com reactors de cèl·lules de flux amb diverses geometries, sonotrodes (sondes ultrasòniques) i banyes de reforç permeten l'adaptació òptima del sistema ultrasònic als requisits del procés. Per tal de processar corrents de gran volum, Hielscher ofereix 4 kW, 10kW i 16 kW d'unitats ultrasòniques, que es poden combinar fàcilment en paral·lel als clústers ultrasònics.
Hielscher's sofisticats ultrasonicators compten amb una pantalla tàctil digital per a una fàcil operació i un control precís dels paràmetres del procés.
Facilitat d'ús i una operació fàcil, segura són trets clau d'ultrasonicators Hielscher. El control remot del navegador permet l'operació i el control del sistema ultrasònic a través de PC, telèfon intel·ligent o tauleta.
La següent taula dóna una indicació de la capacitat de processament aproximada de les ultrasonicators:

El volum de lot Velocitat de flux dispositius recomanats
10-2000 ml 20 a 400 ml / min UF200 ः t, UP400St
00,1-20 litres 00,2 a 4L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 a 10L / min UIP4000hdT
N. A. 10 a 100 L / min UIP16000
N. A. major raïm de UIP16000

Contacti amb nosaltres / Demana'ns!

Demanar més informació

Utilitzeu el formulari següent, si voleu sol·licitar informació addicional sobre l'homogeneïtzació d'ultrasons. Estarem encantats d'oferir-vos un sistema d'ultrasons que compleixi els vostres requisits.









Tingueu en compte que Política de privacitat.


Literatura / Referències

  • Dodds, John A.; Espitalier, Fabienne; El seu propi L'estat de grossier, Romain; Josep, l'Antoni El seu propi Baillon, Fabien; Gatumel, Cendrina; Lyczko, Nathalie (2007): l'efecte de l'ecografia sobre la cristal·lització-processos de precipitació: alguns exemples i un nou model de segregació. Caracterització de sistemes de partícules i partícules, Wiley-VCH Verlag, 2007, 24 (1), pp. 18-28
  • Kharbanda, A.; Prasanna, K. (2016): extracció de nutrients a partir d'aigües residuals làcties en forma de mapa (fosfat d'amoni de magnesi) i HAP (hidroxiapatita). Rasayan Journal of Chemistry vol. 9, no. 2; 2016.215-221.
  • L'home de la , Jin min, K.; Montserrat, el vell Yu, M. S:; Parc, K.Y. (2017): Efectes del pH, les relacions molars i el pre-tractament en la recuperació de fòsfor a través de la cristal·lització d'estruvita d'efluents d'aigües residuals anestèricament digerides. Recerca en Enginyeria Ambiental 22 (1), 2017. 12-18.
  • Rahman, m., salleh, m., Ahsan, A., Hossain, M., ra, C. (2014): producció de fertilitzant de cristall d'alliberament lent d'aigües residuals a través de cristal·lització de estruvita. Àrab. J. Chem. 7, 139 – 155.


Fets que cal saber

Com funciona la precipitació ultrasònica?

Ultrasons impactes de la nucleació i el creixement del vidre, un procés conegut com sonocrystallization.
En primer lloc, l'aplicació d'ultrasons permet influir en la taxa de nucleació, on hi ha cristalls sòlids en forma d'una solució líquida. D'alta potència ultrasond crea cavitació, que és el creixement i implosió de bombolles de buit en un medi líquid. La implosió de les bombolles de buit introdueix l'energia en el sistema i redueix l'excés de crítica de l'energia lliure. D'aquesta manera, els punts de sembra i la nucleació s'inicien a un ritme alt i a la primera hora. A la interfície entre la bombolla de cavitació i la solució, la meitat d'una molècula soluta és solvada pel dissolvent, mentre que l'altra meitat de la superfície de la molècula està coberta per la bombolla de cavitació, de manera que la taxa de solvació es redueix. Es impedeix la redissolució de la molècula soluta, mentre que la coagulació de les molècules en la solució augmenta.
En segon lloc, la sonicació promou el creixement cristal·lí. Barreja ultrasònica promou el creixement de cristalls per generant la transferència de massa i agregació de molècules.
Els resultats obtinguts per sonicació poden ser controlats pel mode de sonicació:
La sonicació contínua:
El tractament ultrasònic continu de la solució produeix molts llocs de nucleació, de manera que es creen un gran nombre de petits cristalls
Sonicació polsada:
L'aplicació de la sonicació de polsada/bicicleta permet el control precís sobre mida de cristall
Sonicació per iniciar la nucleació:
Quan s'aplica l'ultrasò només durant el començament del procés de cristal·lització, es formen un nombre finit de nuclis, que després es cultiven a una mida més gran.

L'ús d'ultrasons durant la cristal·lització, la taxa de creixement, la mida i la forma de les estructures de vidre es poden influir i controlar. Les diverses opcions de sonicació fan que els processos de Sono-cristal·lització siguin precisament controlables i repetibles.

cavitació ultrasònica

Quan l'ultrasò d'alta intensitat de creuar un medi líquid, d'alta pressió (compressió) i les ones de baixa pressió (rarefacció) s'alternen a través del líquid. Quan la pressió negativa causada per una ona ultrasònica creuant un líquid és prou gran, la distància entre les molècules del líquid supera la distància molecular mínima necessària per mantenir el líquid intacte, i després el líquid es trenca de manera que el buit es creen bombolles o buits. Les bombolles de buit també es coneixen com cavitació Bombolles.
Cavitació bombolles utilitzades per a aplicacions d'ultrasons de potència com la mescla, Dispersió, mòlta, Extracció etc. ocorren sota intensitats d'ultrasò més de 10 WCM2. Les bombolles de cavitació creixen sobre diversos cicles acústics de baixa pressió/alta pressió fins que arriben a una dimensió on no poden absorbir més energia. Quan una bombolla de cavitació ha assolit la seva mida màxima, s'implodeix violentament durant un cicle de compressió. Els violents col·lanys d'una bombolla de cavitació transitòria crea condicions extremes com a temperatures i pressions molt elevades, diferencials de pressió i temperatura molt elevats i dolls de líquids. Aquestes forces són la font d'efectes químics i mecànics utilitzats en aplicacions d'ultrasons. Cada bombolla col·lapsant es pot considerar com un microreactor en el qual les temperatures de diversos milers de graus i pressions superiors a 1000 atmosferes es creen instantàniament [Suslick et al 1986].

Ultrasonic/cavitació acústica crea forces altament intenses que obre les parets cel·lulars conegudes com lisi (clic per engrandir-se!)

Extracció ultrasònica es basa en la cavitació acústica i les seves forces de cisallament hidrodinàmiques

Fòsfor

El fòsfor és un recurs essencial, no regenerable i els experts ja prediuen que el món arribarà “fòsfor Peak”, és a dir, el temps des del qual l'oferta ja no pot satisfer l'augment de la demanda, en aproximadament 20 anys. La Comissió Europea ja ha classificat el fòsfor com a matèria primera crítica.
Fangs d'aigües residuals és sovint utilitzat com a fertilitzant estès en els camps. No obstant això, atès que els fangs d'aigües residuals no només conté fosfat valuós, sinó també metalls pesants nocius i contaminants orgànics, molts països com Alemanya, restringir per la legislació la quantitat de fangs de clavegueram pot ser utilitzat com a fertilitzant. Molts països com Alemanya tenen estrictes regulacions de fertilitzants, que limiten la contaminació amb metalls pesants estrictament. Atès que el fòsfor és un recurs finit, el Reglament alemany de fangs de depuradora de 2017 exigeix que els operadors de plantes d'aigües residuals reciclin fosfats.
El fòsfor es pot recuperar d'aigües residuals, fangs de depuradora, així com de la cendra de fangs d'aigües incinerades.

Fosfat

Un fosfat, un producte químic inorgànic, és una sal d'àcid fosfòric. Els fosfats inorgànics són encunyats per obtenir fòsfor per al seu ús en l'agricultura i la indústria. En la química orgànica, un fosfat o organofosfat, és un èster d'àcid fosfòric.
No confondre el nom fosfòrics amb el fòsfor de l'element (símbol químic P). Són dues coses diferents. Un no-metal multivalents del grup nitrogen, el fòsfor es troba comunament en roques de fosfat inorgànic.
Els fosfats orgànics són importants en Bioquímica i biogeoquímica.
El fosfat és el nom de l'ió PO43-. L'àcid fosfòric, d'altra banda, és el nom de l'àcid triprotic H3PO3. Es tracta d'una combinació de 3 H+ ions i una fosfita (PO33-ION.
El fòsfor és l'element químic que té el símbol P i el número atòmic 15. Els compostos de fòsfor també són àmpliament utilitzats en explosius, agents nerviosos, partits de fricció, focs artificials, pesticides, pasta de dents i detergents.

Estruvita

Struvite, també conegut com a fosfat d'amoni de magnesi (MAP), és un mineral de fosfat amb la fórmula química NH4MgPO4· 6H2O. Struvite cristal·litza en el sistema ortoròmbic com blanc a groc o blanc marronós cristalls piramidals o en forma de platlet. Com que és un mineral suau, l'estruvita té una duresa Mohs de 1,5 a 2 i una baixa gravetat específica de 1,7. En condicions neutres i alcalines estruvita és difícilment soluble, però es pot dissoldre fàcilment en àcid. Els cristalls de struvite es formen quan hi ha un Talp a una proporció de talp a Mole (1:1:1) de magnesi, amoníac i fosfat en aigües residuals. Els tres elements – magnesi, amoníac i fosfat – són normalment presents en l'aigua residual: magnesi provinent principalment de la terra, l'aigua de mar i la beguda, l'amoníac es desglossa de la urea en aigües residuals, i de fosfat procedent d'aliments, sabons i detergents en les aigües residuals. Amb aquests tres elements presents, estruvita és més probable que es formin en valors de pH més alts, major conductivitat, temperatures més baixes, i concentracions més altes de magnesi, amoníac i fosfat. La recuperació de fòsfor de les aigües residuals com la estruvita i el reciclatge dels nutrients com a fertilitzant per a l'agricultura és prometedor.
Struvite és un valuós fertilitzant mineral d'alliberament lenta utilitzat en l'agricultura, que té els avantatges de ser granular, fàcil d'usar, i lliure d'olors.