ულტრაბგერითი ფოსფორის აღდგენა კანალიზაციის შლამიდან
- ფოსფორზე მსოფლიო მოთხოვნა იზრდება, ხოლო ბუნებრივი ფოსფორის რესურსების მიწოდება სულ უფრო მწირია.
- საკანალიზაციო ტალახი და საკანალიზაციო ტალახის ნაცარი მდიდარია ფოსფორით და, შესაბამისად, შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც წყარო ფოსფორის დასაბრუნებლად.
- ულტრაბგერითი სველ-ქიმიური დამუშავება და ნალექი აუმჯობესებს ფოსფატის აღდგენას საკანალიზაციო შლამიდან, ასევე დამწვარი ლამის ნაცარიდან და აღდგენას მნიშვნელოვნად ეკონომიურს ხდის.
ფოსფორი
ფოსფორი (ფოსფორი, P) არის არაგანახლებადი რესურსი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება სოფლის მეურნეობაში, როგორც სასუქი, ასევე ბევრ ინდუსტრიაში, სადაც ფოსფორი არის ღირებული დანამატი (მაგ., საღებავები, სამრეცხაო სარეცხი საშუალებები, ცეცხლგამძლე, ცხოველების საკვები). საკანალიზაციო ტალახი, ინცინერირებული საკანალიზაციო ტალახის ნაცარი (ISSA), ნაკელი და რძის პროდუქტები მდიდარია ფოსფორით, რაც მათ ფოსფორის აღდგენის წყაროდ აქცევს როგორც ფოსფორის სასრულ რესურსს, ასევე გარემოსდაცვით საკითხებს.
თხევადი ჩამდინარე წყლების ნაკადებიდან ფოსფორის აღდგენის მაჩვენებელმა შეიძლება მიაღწიოს 40-დან 50%-მდე, ხოლო საკანალიზაციო ტალახიდან და საკანალიზაციო ტალახის ნაცარი შეიძლება მიაღწიოს 90%-მდე. ფოსფორის დალექვა შესაძლებელია მრავალი ფორმით, მათგან ერთ-ერთია სტრუვიტი (შეფასებული, როგორც მაღალი ხარისხის, ნელი გამოშვების სასუქი). იმისათვის, რომ ფოსფორის მელიორაცია ეკონომიური იყოს, აღდგენის პროცესი უნდა გაუმჯობესდეს. ულტრაბგერითი არის პროცესის გამაძლიერებელი მეთოდი, რომელიც აჩქარებს პროცესს და ზრდის ამოღებული მინერალების მოსავლიანობას.
ფოსფორის ულტრაბგერითი აღდგენა
გაჟღერებით, ღირებული მასალები, როგორიცაა სტრუვიტი (მაგნიუმის ამონიუმის ფოსფატი (MAP)), კალციუმის ფოსფატი, ჰიდროქსიაპატიტი (HAP) / კალციუმის ჰიდროქსიაპატიტი, ოქტაკალციუმის ფოსფატი, ტრიკალციუმის ფოსფატი, და დიჰიდრატისგან დიჰიდრატისგან შეიძლება ამოღებული იყოს. ულტრაბგერითი დამუშავება აუმჯობესებს ძვირფასი მასალების სველ-ქიმიურ მოპოვებას, აგრეთვე ნალექს და კრისტალიზაციას (სონოკრისტალიზაცია) საკანალიზაციო ტალახიდან და დამწვარი ლამის ფერფლიდან.
მიუხედავად იმისა, რომ ფოსფორის (8-10%), რკინის (10-15%) და ალუმინის (5-10%) შემცველობა ნაცარში მონოინცინერირებული კანალიზაციის ტალახში საკმაოდ მაღალია, ის ასევე შეიცავს ტოქსიკურ მძიმე მეტალებს, როგორიცაა ტყვია. კადმიუმი, სპილენძი და თუთია.
ფოფშორის აღდგენა – ორსაფეხურიანი პროცესი
-
- მჟავის მოპოვება
ფოსფორის აღდგენის პირველი ნაბიჯი არის ფოსფორის მოპოვება ან გაჟონვა კანალიზაციის შლამიდან ან დაწვა საკანალიზაციო ტალახის ფერფლიდან (ISSA) ისეთი მჟავის გამოყენებით, როგორიცაა გოგირდმჟავა ან მარილმჟავა. ულტრაბგერითი შერევა ხელს უწყობს სველ-ქიმიურ გამორეცხვას მჟავასა და ISSA-ს შორის მასის გადაცემის გაზრდით ისე, რომ ფოსფორის სრული გამორეცხვა სწრაფად მიიღწევა. ექსტრაქციის პროცედურის გასაუმჯობესებლად შეიძლება გამოყენებულ იქნას წინასწარი დამუშავების ეტაპი ეთილენდიამინტეტრააცეტატური მჟავის (EDTA) გამოყენებით.
-
- ფოსფორის ნალექები
ულტრაბგერითი კრისტალიზაცია მნიშვნელოვნად აძლიერებს ფოსფატების დალექვას დათესვის წერტილების გაზრდით და მოლეკულების ადსორბციისა და აგრეგაციის დაჩქარებით კრისტალის წარმოქმნის მიზნით. ფოსფორის ულტრაბგერითი დალექვა საკანალიზაციო შლამიდან და ISSA შეიძლება მიღწეული იყოს მაგნიუმის ჰიდროქსიდის და ამონიუმის ჰიდროქსიდის გამოყენებით. შედეგად მიღებული ნალექი არის სტრუვიტი, ნაერთი, რომელიც შედგება მაგნიუმის, ამონიუმის, ფოსფორისა და ჟანგბადისგან.
სტრუვიტის სონოკრისტალიზაცია
ულტრაბგერითი დისპერსირება ხელს უწყობს მასის გადატანას ფაზებს შორის და იწყებს ნუკლეაციას და კრისტალების ზრდას ფოსფატებისთვის (მაგ., სტრუვიტი / MAP).
სტრუვიტის ულტრაბგერითი შიდა ნალექი და კრისტალიზაცია იძლევა დიდი მოცულობის ღეროების დამუშავებას სამრეწველო მასშტაბით. დიდი საკანალიზაციო ტალახის ნაკადის დამუშავების საკითხი შეიძლება გადაწყდეს უწყვეტი ულტრაბგერითი პროცესით, რომელიც აჩქარებს სტრუვიტის კრისტალიზაციას და აუმჯობესებს კრისტალების ზომას და წარმოქმნის პატარა, უფრო ერთგვაროვან ფოსფატის ნაწილაკებს. ნალექის ნაწილაკების ზომის განაწილება განისაზღვრება ნუკლეაციის სიჩქარე და შემდგომი კრისტალების ზრდის სიჩქარე. დაჩქარებული ნუკლეაცია და დათრგუნული ზრდა არის ძირითადი ფაქტორები კრისტალური ფოსფატის ნაწილაკების, ანუ სტრუვიტის, წყალხსნარში დალექვისთვის. ულტრაბგერითი პროცესის გამაძლიერებელი მეთოდია, რომელიც აუმჯობესებს შერევას რეაქტიული იონების ერთგვაროვანი განაწილების მისაღებად.
ცნობილია, რომ ულტრაბგერითი ნალექი იძლევა უფრო ვიწრო ნაწილაკების ზომის განაწილებას, უფრო მცირე კრისტალების ზომას, კონტროლირებად მორფოლოგიას და ასევე სწრაფ ბირთვულ სიჩქარეს.
ნალექის კარგი შედეგების მიღწევა შესაძლებელია მაგალითად PO-ით3-4 : NH+4 : მგ2+ 1 : 3 : 4 თანაფარდობით. pH დიაპაზონი 8-დან 10-მდე იწვევს P ფოსფატის მაქსიმალურ გამოყოფას
ულტრაბგერითი პროცესის გაძლიერების უაღრესად ეფექტური ტექნიკაა ისეთი ღირებული მასალების დალექვის ხელშეწყობისთვის, როგორიცაა კალციუმის ფოსფატი, მაგნიუმის ამონიუმის ფოსფატი (MAP) და ჰიდროქსიაპატიტი (HAP), კალციუმის ჰიდროქსიაპატიტი, რვაკალციუმის ფოსფატი, ტრიკალციუმის დიფოსფატი წყლისა და დიკალციუმის დიფოსფატი. საკანალიზაციო ტალახი, ნაკელი და რძის ნარჩენები ცნობილია, როგორც საკვები ნივთიერებებით მდიდარი ნარჩენი წყალი, რომელიც შესაფერისია ძვირფასი მასალების წარმოებისთვის ულტრაბგერითი დამხმარე ნალექებით.
სტრუვიტის კრისტალების წარმოქმნა:
მგ2+ + NH+4 + HPO2-4 + H2ო –> MgNH4PO4 ∙ 6 სთ2O + H+
სამრეწველო ულტრაბგერითი მოწყობილობა გაჟონვისა და ნალექისთვის
მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი სისტემები და რეაქტორები საჭიროა ინცინერირებული საკანალიზაციო ტალახის ნაცარი (ISSA) და საკანალიზაციო ლამის სამრეწველო მასშტაბის დასამუშავებლად. Hielscher Ultrasonics სპეციალიზირებულია მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის დიზაინსა და წარმოებაში – ლაბორატორიიდან და სკამიდან სრულად სამრეწველო ერთეულებამდე. Hielscher ულტრაბგერითი არის მტკიცე და შექმნილია 24/7 მუშაობისთვის სრული დატვირთვით მომთხოვნ გარემოში. აქსესუარები, როგორიცაა ნაკადის უჯრედის რეაქტორები სხვადასხვა გეომეტრიით, სონოტროდები (ულტრაბგერითი ზონდები) და გამაძლიერებელი რქები იძლევა ულტრაბგერითი სისტემის ოპტიმალურ ადაპტაციას პროცესის მოთხოვნებთან. დიდი მოცულობის ნაკადების დასამუშავებლად, Hielscher გთავაზობთ 4 კვტ, 10 კვტ და 16 კვტ სიმძლავრის ულტრაბგერით ერთეულებს, რომლებიც ადვილად შეიძლება გაერთიანდეს ულტრაბგერითი კლასტერების პარალელურად.
Hielscher-ის დახვეწილი ულტრაბგერითი გამოსახულია ციფრული სენსორული დისპლეი მარტივი მუშაობისთვის და პროცესის პარამეტრების ზუსტი კონტროლისთვის.
მომხმარებლის კეთილგანწყობა და მარტივი, უსაფრთხო ოპერაცია Hielscher ულტრაბგერითების ძირითადი მახასიათებლებია. ბრაუზერის დისტანციური მართვა საშუალებას იძლევა ულტრაბგერითი სისტემის მუშაობა და კონტროლი კომპიუტერის, სმარტფონის ან ტაბლეტის საშუალებით.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
---|---|---|
10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000hdT |
na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000 |
na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
ლიტერატურა/ცნობარი
- დოდსი, ჯონ ა. Espitalier, Fabienne; ლუინარდი, ოლივიე; გროსიე, რომენი; დავითი, რენე; ჰასუნი, მირიამი; Baillon, Fabien; გატუმელი, კენდრინი; Lyczko, Nathalie (2007): ულტრაბგერითი ეფექტი კრისტალიზაცია-ნალექის პროცესებზე: რამდენიმე მაგალითი და ახალი სეგრეგაციის მოდელი. Particle and Particle Systems Characterization, Wiley-VCH Verlag, 2007, 24 (1), გვ.18-28
- ხარბანდა, ა. Prasanna, K. (2016): ნუტრიენტების მოპოვება რძის ჩამდინარე წყლებიდან MAP-ის (მაგნიუმის ამონიუმის ფოსფატი) და HAP-ის (ჰიდროქსიაპატიტის) სახით. Rasayan Journal of Chemistry ტ. 9, No2; 2016. 215-221.
- კიმ, დ. ჯინ მინ, კ. ლი, კ. Yu, MS:; პარკი, KY (2017): pH-ის, მოლური თანაფარდობის და წინასწარი დამუშავების ზემოქმედება ფოსფორის აღდგენაზე სტრუვიტის კრისტალიზაციის გზით ანაერობულად მონელებული ღორის ჩამდინარე წყლებიდან.. გარემოს ინჟინერიის კვლევა 22 (1), 2017. 12-18.
- Rahman, M., Salleh, M., Ahsan, A., Hossain, M., Ra, C. (2014): ნელი გამოშვების კრისტალური სასუქის წარმოება ჩამდინარე წყლებიდან სტრუვიტის კრისტალიზაციის გზით. არაბული. ჯ ქიმ. 7, 139–155 წწ.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
როგორ მუშაობს ულტრაბგერითი ნალექი?
ულტრაბგერითი ზემოქმედება ბირთვულ წარმოქმნასა და ბროლის ზრდაზე, პროცესი ცნობილია როგორც სონოკრისტალიზაცია.
უპირველეს ყოვლისა, ულტრაბგერითი გამოყენება საშუალებას იძლევა გავლენა მოახდინოს ბირთვების სიჩქარეზე, სადაც მყარი კრისტალები წარმოიქმნება თხევადი ხსნარიდან. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ქმნის კავიტაციას, რაც არის ვაკუუმის ბუშტების ზრდა და აფეთქება თხევად გარემოში. ვაკუუმის ბუშტების აფეთქება ენერგიას ატარებს სისტემაში და ამცირებს კრიტიკულ ჭარბ თავისუფალ ენერგიას. ამრიგად, დათესვის წერტილები და ნუკლეაცია იწყება მაღალი სიჩქარით და ადრეულ დროში. კავიტაციის ბუშტსა და ხსნარს შორის შუალედში, გამხსნელი ნივთიერების მოლეკულის ნახევარი ხსნადია გამხსნელით, ხოლო მოლეკულის ზედაპირის მეორე ნახევარი დაფარულია კავიტაციის ბუშტით, ასე რომ, ხსნარის სიჩქარე მცირდება. ხსნადი ნივთიერების მოლეკულის ხელახალი დაშლა ხელს უშლის, ხოლო ხსნარში მოლეკულების კოაგულაცია იზრდება.
მეორეც, sonication ხელს უწყობს ბროლის ზრდას. ულტრაბგერითი შერევა ხელს უწყობს კრისტალების ზრდას მოლეკულების მასის გადაცემის და აგრეგაციის გაზრდით.
გაჟღერებით მიღწეული შედეგები შეიძლება კონტროლდებოდეს სონიკაციის რეჟიმით:
უწყვეტი გაჟონვა:
ხსნარის უწყვეტი ულტრაბგერითი დამუშავება წარმოქმნის ბევრ ბირთვულ ადგილს, ასე რომ იქმნება დიდი რაოდენობით მცირე კრისტალები
პულსირებული გაჟონვა:
იმპულსური / ციკლური სონიკაციის გამოყენება ბროლის ზომაზე ზუსტი კონტროლის საშუალებას იძლევა
ბგერითი დამუშავება ნუკლეაციის დასაწყებად:
როდესაც ულტრაბგერითი გამოიყენება მხოლოდ კრისტალიზაციის პროცესის დასაწყისში, წარმოიქმნება ბირთვების სასრული რაოდენობა, რომლებიც შემდეგ იზრდება უფრო დიდ ზომებამდე.
კრისტალიზაციის დროს ულტრაბგერითი მოქმედების გამოყენებით, შესაძლებელია კრისტალური სტრუქტურების ზრდის ტემპის, ზომისა და ფორმის ზემოქმედება და კონტროლი. სონიკაციის სხვადასხვა ვარიანტები ხდის სონოკრისტალიზაციის პროცესებს ზუსტად კონტროლირებად და განმეორებადს.
ულტრაბგერითი კავიტაცია
როდესაც მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი კვეთს თხევად გარემოს, მაღალი წნევის (შეკუმშვის) და დაბალი წნევის (იშვიათობის) ტალღები მონაცვლეობს სითხეში. როდესაც ულტრაბგერითი ტალღის მიერ სითხეზე გადაკვეთის უარყოფითი წნევა საკმარისად დიდია, სითხის მოლეკულებს შორის მანძილი აჭარბებს მინიმალურ მოლეკულურ მანძილს, რომელიც საჭიროა სითხის ხელუხლებლად შესანარჩუნებლად და შემდეგ სითხე იშლება ისე, რომ იქმნება ვაკუუმის ბუშტები ან სიცარიელეები. . ეს ვაკუუმის ბუშტები ასევე ცნობილია როგორც კავიტაცია ბუშტები.
კავიტაციის ბუშტები, რომლებიც გამოიყენება ენერგიის ულტრაბგერითი აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა შერევა, დარბევა, ფრეზირება, ექსტრაქცია და ა.შ. წარმოიქმნება 10 ვტმ-ზე მაღალი ულტრაბგერითი ინტენსივობით2. კავიტაციის ბუშტები იზრდება რამდენიმე აკუსტიკური დაბალი წნევის / მაღალი წნევის ციკლის განმავლობაში, სანამ არ მიაღწევენ განზომილებას, სადაც არ შეუძლიათ მეტი ენერგიის შთანთქმა. როდესაც კავიტაციის ბუშტი მიაღწევს მაქსიმალურ ზომას, ის ძალად აფეთქდება შეკუმშვის ციკლის დროს. გარდამავალი კავიტაციის ბუშტის ძალადობრივი ნგრევა ქმნის ექსტრემალურ პირობებს, როგორიცაა ძალიან მაღალი ტემპერატურა და წნევა, ძალიან მაღალი წნევის და ტემპერატურის დიფერენციალი და თხევადი ჭავლები. ეს ძალები არის ქიმიური და მექანიკური ეფექტების წყარო, რომლებიც გამოიყენება ულტრაბგერითი პროგრამებში. თითოეული კოლაფსირებული ბუშტი შეიძლება ჩაითვალოს მიკრორეაქტორად, რომელშიც მყისიერად იქმნება რამდენიმე ათასი გრადუსი ტემპერატურა და ათას ატმოსფეროზე მაღალი წნევა [Suslick et al 1986].
ფოსფორი
ფოსფორი არსებითი, არარეგენერირებადი რესურსია და ექსპერტები უკვე ვარაუდობენ, რომ მსოფლიო დაზარალდება “ფოსფორის პიკი”, ანუ დრო, საიდანაც მიწოდება ვეღარ აკმაყოფილებს გაზრდილ მოთხოვნას, დაახლ. 20 წელი. ევროკომისიამ უკვე დაასახელა ფოსფორი, როგორც კრიტიკული ნედლეული.
კანალიზაციის შლამს ხშირად იყენებენ მინდვრებზე გავრცელებულ სასუქად. თუმცა, ვინაიდან საკანალიზაციო ტალახი არა მხოლოდ შეიცავს ღირებულ ფოსფატს, არამედ მავნე მძიმე მეტალებს და ორგანულ დამაბინძურებლებს, ბევრი ქვეყანა, როგორიცაა გერმანია, კანონმდებლობით ზღუდავს კანალიზაციის ტალახის გამოყენებას სასუქად. ბევრ ქვეყანას, როგორიცაა გერმანია, აქვს მკაცრი სასუქების რეგულაციები, რომლებიც მკაცრად ზღუდავს მძიმე ლითონებით დაბინძურებას. ვინაიდან ფოსფორი არის სასრული რესურსი, გერმანიის საკანალიზაციო შლამის რეგულაცია 2017 წლიდან მოითხოვს საკანალიზაციო ნაგებობის ოპერატორებს ფოსფატების გადამუშავებას.
ფოსფორის ამოღება შესაძლებელია ჩამდინარე წყლებიდან, კანალიზაციის შლამიდან, ასევე დამწვარი საკანალიზაციო ტალახის ნაცარიდან.
ფოსფატი
ფოსფატი, არაორგანული ქიმიკატი, არის ფოსფორმჟავას მარილი. არაორგანული ფოსფატები მოიპოვება ფოსფორის მისაღებად სოფლის მეურნეობაში და მრეწველობაში გამოსაყენებლად. ორგანულ ქიმიაში, ფოსფატი, ან ორგანული ფოსფატი, არის ფოსფორმჟავას ეთერი.
არ აურიოთ სახელი ფოსფორი ელემენტთან ფოსფორთან (ქიმიური სიმბოლო P). ისინი ორი განსხვავებული რამ არის. აზოტის ჯგუფის მრავალვალენტიანი არალითონი, ფოსფორი ჩვეულებრივ გვხვდება არაორგანულ ფოსფატურ ქანებში.
ორგანული ფოსფატები მნიშვნელოვანია ბიოქიმიასა და ბიოგეოქიმიაში.
ფოსფატი არის იონის PO-ს სახელი43-. ფოსფორის მჟავა, თავის მხრივ, არის ტრიპროტინის მჟავას H3PO3. ეს არის 3 H-ის კომბინაცია+ იონები და ერთი ფოსფიტი (PO33-) იონი.
ფოსფორი არის ქიმიური ელემენტი, რომელსაც აქვს სიმბოლო P და ატომური ნომერი 15. ფოსფორის ნაერთები ასევე ფართოდ გამოიყენება ასაფეთქებელ ნივთიერებებში, ნერვულ აგენტებში, ხახუნის ასანთებში, ფეიერვერკებში, პესტიციდებში, კბილის პასტებში და სარეცხ საშუალებებში.
სტრუვიტი
სტრუვიტი, რომელსაც ასევე უწოდებენ მაგნიუმის ამონიუმის ფოსფატს (MAP), არის ფოსფატის მინერალი ქიმიური ფორმულით NH.4MgPO4· 6სთ2O. სტრუვიტი კრისტალიზდება ორთორმულ სისტემაში თეთრიდან მოყვითალო ან მოყავისფრო-თეთრი პირამიდული კრისტალების სახით ან თრომბოციტების მსგავსი ფორმებით. როგორც რბილი მინერალი, სტრუვიტს აქვს მოჰს სიმტკიცე 1,5-დან 2-მდე და დაბალი ხვედრითი წონა 1,7. ნეიტრალურ და ტუტე პირობებში სტრუვიტი ძნელად ხსნადია, მაგრამ ადვილად იხსნება მჟავაში. სტრუვიტის კრისტალები წარმოიქმნება, როდესაც ჩამდინარე წყალში არის მაგნიუმის, ამიაკის და ფოსფატის მოლი/მოლი/მოლის თანაფარდობა (1:1:1). სამივე ელემენტი – მაგნიუმი, ამიაკი და ფოსფატი – ჩვეულებრივ გვხვდება ჩამდინარე წყლებში: მაგნიუმი, რომელიც ძირითადად მოდის ნიადაგიდან, ზღვის წყლებიდან და სასმელი წყლებიდან, ამიაკი იშლება ჩამდინარე წყლებში არსებული შარდოვანადან, ხოლო ფოსფატი, რომელიც მოდის ჩამდინარე წყლებში საკვებიდან, საპნებიდან და სარეცხი საშუალებებიდან. ამ სამი ელემენტის თანდასწრებით, სტრუვიტი უფრო მაღალია pH-ის, მაღალი გამტარობის, დაბალი ტემპერატურისა და მაგნიუმის, ამიაკის და ფოსფატის უფრო მაღალი კონცენტრაციის დროს. პერსპექტიულია ნარჩენი წყლის ნაკადებიდან ფოსფორის აღდგენა, როგორც სტრუვიტი და ამ საკვები ნივთიერებების გადამუშავება, როგორც სასუქი სოფლის მეურნეობისთვის.
სტრუვიტი არის ღირებული ნელა გამოთავისუფლების მინერალური სასუქი, რომელიც გამოიყენება სოფლის მეურნეობაში, რომელსაც აქვს უპირატესობები მარცვლოვანი, ადვილად გამოსაყენებელი და უსუნო.