Ultrasonic Phosphor pemulihan dari limbah Sludge
- Permintaan di seluruh dunia untuk fosfor meningkat, sementara pasokan sumber daya fosfor alam semakin langka.
- Limbah Lumpur dan limbah lumpur abu yang kaya akan fosfor dan oleh karena itu dapat digunakan sebagai sumber untuk merebut kembali fosfor.
- Pengolahan basah-kimia ultrasonik dan curah hujan meningkatkan pemulihan fosfat dari lumpur kotoran serta dari Abu Lumpur insinerasi dan membuat pemulihan secara signifikan lebih ekonomis.
Fosfor
Fosfor (fosfor, P) adalah sumber daya yang tidak terbarukan, yang banyak digunakan dalam pertanian sebagai pupuk serta di banyak industri, di mana fosfor adalah aditif berharga (misalnya, cat, deterjen cucian, flame retardants, pakan ternak). Limbah Lumpur, dibakar limbah Lumpur sampah (Issa), pupuk kandang dan susu limbah kaya fosfor, membuat mereka sumber untuk pemulihan fosfor dalam hal sumber daya yang terbatas fosfor serta masalah lingkungan.
Tingkat pemulihan fosfor dari aliran air limbah cair dapat mencapai 40 sampai 50%, sementara tingkat pemulihan dari Lumpur limbah dan abu Lumpur Lumpur dapat mencapai hingga 90%. Fosfor dapat diendapasi dalam berbagai bentuk, salah satunya adalah struvite (dihargai sebagai berkualitas tinggi, slow-release pupuk). Dalam rangka untuk membuat reklamasi fosfor ekonomis, proses pemulihan harus ditingkatkan. Ultrasonication adalah metode mengintensifkan proses yang mempercepat proses dan meningkatkan hasil mineral pulih.
Ultrasonic fosfor pemulihan
Di bawah sonikasi, bahan berharga seperti struvite (magnesium amonium fosfat (MAP)), kalsium fosfat, hidroksiapatit (HAP)/kalsium hidroksiapatit, oktacalcium fosfat, Tricalcium Phosphate, dan dihydrate dicalcium fosfat dapat dipulihkan dari aliran limbah. Perlakuan ultrasonik meningkatkan ekstraksi basah-kimia serta curah hujan dan kristalisasi (Sono-kristalisasi) bahan berharga dari Lumpur limbah dan dari Abu Lumpur dibakar.
Sementara kandungan fosfor (8-10%), besi (10-15%), dan aluminium (5-10%) di Abu-bakar limbah Lumpur yang dibakar cukup tinggi, juga mengandung logam berat beracun seperti timbal, kadmium, tembaga, dan seng.
Phopshorus pemulihan – Proses dua langkah
-
- ekstraksi asam
Langkah pertama pemulihan fosfor adalah ekstraksi atau pencucian fosfor dari Lumpur limbah atau insinerasi limbah Lumpur sampah (ISSA) menggunakan asam seperti asam sulfat atau asam klorida. Ultrasonic pencampuran mempromosikan pencucian basah-kimia dengan meningkatkan perpindahan massa antara asam dan ISSA sehingga pencucian lengkap fosfor dicapai dengan cepat. Sebuah langkah pra-pengobatan menggunakan ethylenediaminetetraacetatic Acid (EDTA) dapat digunakan untuk meningkatkan prosedur ekstraksi.
-
- Curah hujan fosfor
Kristalisasi ultrasonik meningkatkan curah hujan fosfat secara signifikan dengan meningkatkan titik pembibitan dan mempercepat penyerapan dan agregasi molekul untuk membentuk kristal. Ultrasonic curah hujan fosfor dari limbah sluge dan ISSA dapat dicapai misalnya, dengan menggunakan magnesium hidroksida dan amonium hidroksida. Endapan yang dihasilkan adalah struvite, sebuah senyawa yang terdiri dari magnesium, amonium, fosfor dan oksigen.
Sonocrystallization dari Struvite
Ultrasonic Dispersing mempromosikan perpindahan massa antara fase dan memulai nukstrasi dan pertumbuhan kristal untuk fosfat (misalnya, struvite/map).
Ultrasonic curah hujan inline dan kristalisasi struvite memungkinkan untuk pengobatan volume besar strams pada skala industri. Masalah pengolahan aliran Lumpur limbah besar dapat diatasi dengan proses ultrasonik terus menerus, yang mempercepat kristalisasi struvite dan meningkatkan ukuran kristal memproduksi partikel fosfat lebih kecil dan lebih seragam. Distribusi ukuran partikel yang diendapasi ditentukan oleh laju nukpresiasi dan laju pertumbuhan kristal berikutnya. Nukleasi dipercepat dan pertumbuhan menghambat adalah faktor kunci untuk presipitasi partikel cristalline fosfat, yaitu struvite, dalam larutan berair. Ultrasonication adalah metode mengintensifkan proses yang meningkatkan pencampuran dalam rangka untuk mendapatkan distribusi homogen ion reaktif.
Ultrasonik curah hujan dikenal untuk memberikan distribusi ukuran partikel yang lebih sempit, ukuran kristal yang lebih kecil, morfologi yang dapat dikontrol dan juga laju nukasi yang cepat.
Kristal struvite diendapasi dari limbah babi (sumber: Kim et al. 2017)
Hasil curah hujan yang baik dapat dicapai misalnya dengan PO3-4 : NH+4 : Mg2 + pada rasio 1:3: 4. Kisaran pH 8 sampai 10 mengarah ke rilis maksimum fosfat P
Ultrasonication adalah teknik proses intensif yang sangat efisien untuk mempromosikan curah hujan bahan berharga seperti kalsium fosfat, magnesium amonium fosfat (MAP) dan hidroksiapatit (HAP), hidroksiapatit kalsium, oktacalcium fosfat, Tricalcium fosfat, dan dihidrat fosfat dihydrate dari air limbah. Limbah Lumpur, pupuk kandang dan susu limbah dikenal sebagai air limbah kaya nutrisi, yang cocok untuk produksi bahan berharga melalui pengendapan ultrasonically dibantu.
Pembentukan kristal struvite:
mg2 + + NH+4 + HPO2-4 H2O –> MgNH4PO4 ∙ 6H2O + H+
Prosesor ultrasonik berdaya tinggi dari laboratorium hingga pilot dan skala industri.
Peralatan ultrasonik industri untuk pencucian dan curah hujan
Kinerja tinggi sistem ultrasonik dan reaktor diperlukan untuk mengobati limbah Lumpur yang dibakar (ISSA) dan Lumpur limbah pada skala industri. Hielscher Ultrasonics mengkhususkan diri dalam desain dan manufaktur peralatan ultrasonik berdaya tinggi – dari laboratorium dan bangku-Top untuk unit industri sepenuhnya. Ultrasonicators Hielscher kuat dan dibangun untuk 24/7 operasi di bawah beban penuh dalam menuntut lingkungan. Aksesoris seperti Flow Cell reaktor dengan berbagai geometri, sonotrodes (probe ultrasonik) dan tanduk penguat memungkinkan untuk adaptasi optimal dari sistem ultrasonik untuk persyaratan proses. Dalam rangka untuk memproses volume aliran besar, Hielscher menawarkan 4kW, 10kW dan 16kW unit ultrasonik, yang dapat dengan mudah dikombinasikan dalam paralel dengan cluster ultrasonik.
Ultrasonicators canggih Hielscher ini memiliki layar sentuh digital untuk operasi yang mudah dan kontrol yang tepat dari parameter proses.
User-keramahan dan mudah, operasi yang aman adalah fitur utama dari ultrasonicators Hielscher. Kontrol browser remote memungkinkan operasi dan kontrol dari sistem ultrasonik melalui PC, ponsel pintar atau tablet.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:
| Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
|---|---|---|
| 10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
| n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Literatur / Referensi
- Dodds, Yohanes A.; Espitalier, Fabienne; Louisnard, Olivier; Grossier, Romain; Daud, Rene; Hassoun, Myriam; Baillon, Fabien; Gatumel, Cendrine; Lyczko, Nathalie (2007): efek USG pada proses pengendapan kristalisasi: beberapa contoh dan model segregasi baru. Karakterisasi sistem partikel dan partikel, Wiley-VCH Verlag, 2007, 24 (1), PP. 18-28
- Kharbanda, A.; Prasanna, K. (2016): ekstraksi nutrisi dari susu air limbah dalam bentuk peta (magnesium amonium fosfat) dan HAP (hidroksiapatit). Journal rasayan kimia Vol. 9, No. 2; 2016.215-221.
- Kim, D.; Jin min, K.; Lee, K.; Yu, M. S:; Taman, K.Y. (2017): Efek pH, rasio molar dan pra-pengobatan pada pemulihan fosfor melalui kristalisasi struvite dari limbah dihancurkan dicerna air limbah babi. Penelitian teknik lingkungan 22 (1), 2017. 12-18.
- Rahman, M., Salleh, M., Ahsan, A., Hossain, M., RA, C. (2014): produksi slow release pupuk kristal dari wastewaters melalui kristalisasi struvite. Uni. J. Chem. 7, 139 – 155.
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Bagaimana ultrasonik curah hujan bekerja?
Ultrasonikasi berdampak pada inti dan pertumbuhan kristal, suatu proses yang dikenal sebagai sonocrystallization.
Pertama, penerapan USG memungkinkan untuk mempengaruhi tingkat nuklirasi, di mana ada kristal padat bentuk dari larutan cair. Kekuatan tinggi ultrasond menciptakan kavitasi, yang merupakan pertumbuhan dan ledakan gelembung vakum dalam media cair. Ledakan gelembung vakum memperkenalkan energi ke dalam sistem dan mengurangi energi bebas kelebihan kritis. Dengan demikian, titik pembibitan dan nuklirnya dimulai pada tingkat tinggi dan pada waktu paling awal. Pada antarmuka antara gelembung kavitasi dan solusinya, setengah dari molekul zat terlarut disamakan dengan pelarut, sementara setengah dari permukaan molekul ditutupi oleh gelembung kavitasi, sehingga tingkat solvasi menurun. Pelarutan kembali dari molekul zat terlarut dicegah, sedangkan koagulasi molekul dalam larutan meningkat.
Kedua, sonikasi mempromosikan pertumbuhan kristal. Ultrasonic pencampuran mempromosikan pertumbuhan kristal dengan menimbulkan transfer massa dan agregasi molekul.
Hasil yang dicapai dengan sonikasi dapat dikontrol dengan mode sonikasi:
Sonikasi Kontinu:
Perlakuan ultrasonik terus menerus dari larutan menghasilkan banyak situs nukasi, sehingga sejumlah besar kristal kecil dibuat
Sonikasi berdenyut:
Penerapan sonikasi berdenyut/Bersepeda memungkinkan untuk kontrol yang tepat atas ukuran kristal
Sonikasi untuk memulai nukasi:
Ketika USG diterapkan hanya selama awal proses kristalisasi, sejumlah inti yang terbatas terbentuk, yang kemudian tumbuh untuk ukuran yang lebih besar.
Menggunakan ultrasonication selama kristalisasi, tingkat pertumbuhan, ukuran, dan bentuk struktur kristal dapat dipengaruhi dan dikendalikan. Berbagai pilihan sonikasi membuat proses Sono-kristalisasi justru dapat dikontrol dan diulang.
Kavitasi ultrasonik
Ketika ultrasound intensitas tinggi melintasi media cair, tekanan tinggi (kompresi) dan gelombang bertekanan rendah (rarefaction) bolak-balik melalui cairan. Ketika tekanan negatif yang disebabkan untuk gelombang ultrasonik yang melintasi cairan cukup besar, jarak antara molekul cairan melebihi jarak molekul minimum yang diperlukan untuk menahan cairan utuh, dan kemudian cairan rusak sehingga vakum gelembung atau Void dibuat. Gelembung vakum tersebut juga dikenal sebagai Kavitasi Gelembung.
Gelembung kavitasi digunakan untuk aplikasi daya ultrasonik seperti pencampuran, Dispersing / Penyebaran, Milling, Extraction / Ekstraksi dll terjadi di bawah ultrasound intensitas yang lebih tinggi dari 10 WCM2. Gelembung kavitasi tumbuh selama beberapa akustik tekanan rendah/tekanan tinggi siklus sampai mereka mencapai dimensi di mana mereka tidak dapat menyerap lebih banyak energi. Ketika gelembung kavitasi telah mencapai ukuran maksimumnya, itu meledak keras selama siklus kompresi. The runtuh kekerasan gelembung kavitasi sementara menciptakan kondisi ekstrim seperti suhu yang sangat tinggi dan tekanan, sangat tekanan tinggi dan perbedaan suhu dan jet cair. Kekuatan tersebut adalah sumber untuk efek kimia dan mekanik yang digunakan dalam aplikasi ultrasonik. Setiap gelembung runtuh dapat dianggap sebagai mikroreaktor di mana suhu dari beberapa ribu derajat dan tekanan lebih tinggi dari 1000 atmosfer dibuat seketika [suslick et al 1986].
Ekstraksi ultrasonik didasarkan pada kavitasi akustik dan gaya geser hidrodinamisnya
Fosfor
Fosfor adalah penting, non-regenerable sumber daya dan para ahli sudah memprediksi bahwa dunia akan memukul “puncak fosfor”, yaitu waktu dari pasokan yang tidak dapat lagi memenuhi meningkatnya permintaan, dalam approx. 20 tahun. Komisi Eropa telah diklasifikasikan fosfor sebagai bahan baku penting.
Limbah Lumpur sering digunakan sebagai pupuk menyebar di ladang. Namun, karena limbah Lumpur tidak hanya mengandung fosfat yang berharga tetapi juga berbahaya logam berat dan polutan organik, banyak negara seperti Jerman, membatasi oleh perundang-undangan berapa banyak limbah Lumpur dapat digunakan sebagai pupuk. Banyak negara seperti Jerman memiliki peraturan pupuk yang ketat, yang membatasi kontaminasi dengan logam berat secara ketat. Karena fosfor adalah sumber daya yang terbatas, Jerman limbah Sludge peraturan dari 2017 membutuhkan operator pabrik limbah untuk mendaur ulang fosfat.
Fosfor dapat dipulihkan dari air limbah, limbah Lumpur, serta dari Abu insinerasi limbah Lumpur.
Fosfat
Sebuah fosfat, kimia anorganik, adalah garam asam fosfat. Fosfat anorganik ditambang untuk mendapatkan fosfor untuk digunakan dalam pertanian dan industri. Dalam kimia organik, fosfat, atau organofosfat, adalah Ester asam fosfat.
Jangan bingung nama fosfor dengan elemen fosfor (simbol kimia P). Mereka adalah dua hal yang berbeda. Sebuah nonlogam multivalen dari kelompok nitrogen, fosfor umumnya ditemukan di batuan fosfat anorganik.
Fosfat organik penting dalam biokimia dan biogeokimia.
Fosfat adalah nama ion PO43-. Phosphorous acid, di sisi lain, adalah nama dari asam triprotik H3PO3. Ini adalah kombinasi dari 3 H+ dan satu fosfit (PO33-Ion.
Fosfor adalah unsur kimia yang memiliki simbol P dan nomor atom 15. Senyawa fosfor juga banyak digunakan dalam bahan peledak, agen saraf, pertandingan gesekan, kembang api, pestisida, pasta gigi dan deterjen.
Struvite
Struvite, juga disebut sebagai magnesium amonium fosfat (MAP), adalah mineral fosfat dengan rumus kimia NH4MgPO4· 6H2O. struvite mengkristal dalam sistem ortorombik sebagai kristal putih kekuningan atau berwarna putih kecoklatan atau dalam bentuk platlet-seperti. Menjadi mineral lembut, struvite memiliki kekerasan Mohs 1,5 sampai 2 dan gravitasi spesifik rendah 1,7. Di bawah kondisi netral dan basa struvite hampir tidak larut, tetapi dapat dengan mudah larut dalam asam. Bentuk kristal struvite bila ada lalat hingga mol untuk rasio lalat (1:1:1) magnesium, amonia dan fosfat dalam air limbah. Ketiga elemen – magnesium, amonia dan fosfat – biasanya hadir dalam air limbah: magnesium datang terutama dari tanah, air laut dan minuman, amonia dipecah dari Urea dalam limbah, dan fosfat yang datang dari makanan, sabun dan deterjen ke dalam air limbah. Dengan tiga unsur yang ada, struvite lebih cenderung terbentuk pada nilai pH yang lebih tinggi, konduktivitas yang lebih tinggi, temperatur yang lebih rendah, dan konsentrasi magnesium, amonia dan fosfat yang lebih tinggi. Pemulihan fosfor dari limbah sungai sebagai struvite dan daur ulang nutrisi tersebut sebagai pupuk untuk pertanian menjanjikan.
Struvite adalah pupuk mineral lepas lambat yang berharga yang digunakan dalam pertanian, yang memiliki keuntungan menjadi granular, mudah digunakan, dan bebas bau.