Ultrasonic Phosphor Erhuelung vum Ofwaasserschlauch
- Déi weltwäit Nofro fir Phosphor geet erop, wärend d'Versuergung vun natierleche Phosphorressourcen knapp gëtt.
- Klärungsschlauch an Kanaliséierungssche Asche si räich u Phosphor a kënnen dofir als Quell benotzt ginn fir Phosphor zréckzekréien.
- Déi ultrasonic naass-chemesch Veraarbechtung an Nidderschlag verbessert d'Erhuelung vu Phosphat aus Kläranlag wéi och aus der Äsche vun verbranntem Schlamm a mécht d'Erhuelung wesentlech méi ekonomesch.
Phosphor
Phosphor (Phosphor, P) ass eng net erneierbar Ressource, déi staark an der Landwirtschaft als Dünger benotzt gëtt, wéi och a ville Branchen, wou de Phosphor e wäertvollen Zousatz ass (z. B. Faarwen, Wäschmëttel, Flamschützer, Déierefudder). Klärungsschläif, verbrannt Klammwaasser-Äschen (ISSA), Dünger a Mëllecheffluenter si räich u Phosphor, wouduerch se eng Quell fir Phosphor-Erhuelung am Bezuch op déi ugrenzend Ressource vu Phosphor wéi och aus Ëmweltschutz ginn.
Phosphor Recuperatiounsraten aus de flëssege Offallwaasserstreame kënne 40 bis 50% erreechen, während d'Recuperatiounsraten aus Kläranlag an Kläranasch bis zu 90% erreechen. Phosphor kann a ville Formen ausfällt ginn, eng vun deenen ass struvit (gewäert als héichqualitativ, luesfërmeg Dünger). Fir d'Erwäertung vu Phosphor wiertschaftlech ze maachen, muss den Erhuelungsprozess verbessert ginn. Ultrasonication ass eng Prozesser intensivéierend Method, déi de Prozess beschleunegt an d'Ausbezuele vun erhollem Mineralstoffer erhéicht.
Ultraschall Phosphor Erhuelung
Ënner Sonikatioun kënnen wertvoll Materialien wéi Struvite (Magnesiumammoniumphosphat (MAP)), Kalziumphosphat, Hydroxyapatit (HAP) / Kalziumhydroxyapatit, Oktacalciumphosphat, Trikalciumphosphat, an Dicalziumphosphatdihydrat aus Offallstreame gewonne ginn. D'Ultraschallbehandlung verbessert déi naass-chemesch Extraktioun souwéi Nidderschlag an Kristalliséierung (Sono-Kristalliséierung) vu wäertvollen Materialien aus Kläranlag an aus dem Äschen vun verbranntem Schlamm.
Wärend den Inhalt vu Phosphor (8-10%), Eisen (10-15%), an Aluminium (5-10%) am Asche vu mono-verbrannt Kanalisatiounsschlaach zimlech héich ass, enthält se och gëfteg Schwéiermetaller wéi Bläi, Kadmium, Kupfer, an Zénk.
Phopshorus Erhuelung – En zwee-Schrëtt Prozess
-
- Sauerstoff Extraktioun
Den éischte Schrëtt vun der Phosphorerholung ass d'Extraktioun oder d'Läschung vu Phosphor aus Kläranlag oder verbrannt Kanalisatiounsschwärmaske (ISSA) mat enger Saier wéi Schwefelsäure oder Salzsäure. Ultrasonic Mëschung fördert déi naass-chemesch Ausléichung duerch d'Erhéijung vum Massentransfer tëscht der Säure an der ISSA sou datt e komplette Auslousung vu Phosphor séier erreecht gëtt. E Virbehandlungsschrëtt mat Ethylendiaminetetraacetatinsäure (EDTA) kann benotzt ginn fir d'Extraktiounsprozedur ze verbesseren.
-
- Nidderschlag vu Phosphor
Ultrasonic Kristalliséierung verbessert den Ausfällung vu Phosphate wesentlech duerch d'Erhéijung vun de Seedepunkten an d'Assorption an d'Aggregatioun vun de Molekülen ze beschleunegen fir en Kristall ze bilden. Ultrasonic Ausfällung vu Phosphor aus Kläranlag an ISSA kann zB erreecht ginn duerch Magnesiumhydroxid a Ammoniumhydroxid. Déi doraus resultéierend Nidderschlag ass Struvite, eng Verbindung aus Magnesium, Ammonium, Phosphor a Sauerstoff.
Sonokristalliséierung vu Struvite
Ultrasonic Spriecher fördert d'Massentransfer tëscht Phasen an initiéiert d'Nukleatioun an de Kristallwachstum fir Phosphaten (z. B. Struvite / MAP).
Ultrasonic Inline Nidderschlag an Kristalliséierung vu Struvite erméiglecht d'Behandlung vu grousse Volumensträifen op industriellem Plang. D'Thema vun der Veraarbechtung vun enger grousser Kläranlagsstroum kann duerch e kontinuéierlechen Ultrasonic Prozess geléist ginn, wat d'Kristalliséierung vum Struvite beschleunegt an d'Kristallgréisst verbessert a méi kleng, méi eenheetlech Phosphatpartikelen produzéiert. D'Gréisstverdeelung vu presipéierten Partikelen gëtt festgeluegt Nukleatiounsrate an de spéideren Kristallwuessraten. Beschleunegt Nukleatioun an hemmtem Wuesstum si Schlësselfaktoren fir Nidderschlag vu kristallesche Phosphatpartikelen, dh struvite, an enger wässerlecher Léisung. Ultrasonication ass eng Prozesser intensivéierend Method déi d'Mëschung verbessert fir eng homogen Verdeelung vu reaktiven Ionen ze kréien.
Ultrasonic Ausfällung ass bekannt fir eng méi enk Partikelgréisstverdeelung ze ginn, méi kleng Kristallgréisst, kontrolléierbar Morphologie an och sou séier wéi eng Nukleatiounsrate.
Struvit Kristalle falen aus Schlaucheffekt (Quell: Kim et al. 2017)
Gutt Nidderschlagsresultater kënne zum Beispill mat PO erreecht ginn3-4 : NH+4 : Mg2+ am Verhältnes vun 1: 3: 4. De pH-Beräich vun 8 bis 10 féiert zur maximaler Phosphat P Verëffentlechung
Ultrasonication ass e ganz effizienten Prozess intensivéierend Technik fir den Ausfäll vu wäertvollen Materialien wéi Kalziumphosphat, Magnesiumammoniumphosphat (MAP) an Hydroxyapatit (HAP), Kalziumhydroxyapatit, Oktacalciumphosphat, Trikalciumphosphat, an Dicalciumphosphatdihydrat aus Offallwaasser. Kläranlag, Dünger a Mëllecheffluente sinn als nährstoffaarweg Offallwaasser bekannt, wat gëeegent ass fir d'Produktioun vu wäertvollen Materialien iwwer ultrasonesch assistéiert Ausfäll.
Struvite Kristallbildung:
Mg2+ + NH+4 + HPO2-4 + H2O –> MgNH4PO4 ∙ 6H2O + H+
High-Power Ultraschert Prozessoren aus Labo fir Pilot an industrielle Skala.
Industriell Ultrasonic Ausrüstung fir Läichtung an Nidderschlag
Héich performant Ultrasonic Systemer a Reaktoren sinn noutwendeg fir verbrannt Ofwaasser-Schlamm Asche (ISSA) a Kläranlag op industriell Skala ze behandelen. Hielscher Ultrasonics ass spezialiséiert am Design an der Fabrikatioun vun héijer Kraaft Ultrasonic Ausrüstung – vum Labo a Bench-Top bis voll industriell Eenheeten. Hielscher Ultrasonicatoren sinn robust a gebaut fir déi 24/7 Operatioun ënner voller Last an usprochsvollen Ëmfeld. Accessoiren wéi Flowzellreaktoren mat verschiddene Geometrien, Sonotroden (Ultrasonic Sonden) a Boosterhorn erlaben eng optimal Upassung vum Ultrasonic System un de Prozessbedéngungen. Fir grouss Volumen Baachen ze veraarbecht, bitt Hielscher 4kW, 10kW an 16kW Ultrasonic Eenheeten, déi einfach parallel zu Ultraschall Stärekéip kombinéiere kënnen.
Dem Hielscher raffinéiert Ultrasonicatoren hunn en digitale Touch Display fir einfach Operatioun a präzis Kontroll vun de Prozessparameter.
Benotzerfrëndlechkeet an eng einfach, sécher Operatioun si Schlësselmerkmale vun Hielscher Ultrasonicatoren. De Fern Browser Kontroll erlaabt d'Operatioun an d'Kontroll vum Ultrasonic System iwwer PC, Smart Telefon oder Tablet.
D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall:
| Konte gefouert QShortcut | Duerchflossrate | recommandéiert Comments |
|---|---|---|
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL / min | UP200Ht, An UP400St |
| 0.1 bis 20L | 0.2 bis 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L / min | UIP4000hdT |
| na | 10 bis 100L / min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Literatur / nëmmen
- Dodds, John A .; Espitalier, Fabienne; Louisnard, Olivier; Grossier, Romain; David, Rene; Hassoun, Myriam; Baillon, Fabien; Gatumel, Cendrine; Lyczko, Nathalie (2007): Den Effekt vum Ultraschall op Kristalliséierung-Nidderschlagsprozesser: E puer Beispiller an en neie Segregatiounsmodell. Partikel- a Partikelsystemer Charakteriséierung, Wiley-VCH Verlag, 2007, 24 (1), pp.18-28
- Kharbanda, A.; Prasanna, K. (2016): Extraktioun vun Nährstoffer aus Mëllechwaasser a Form vu MAP (Magnesium Ammonium Phosphate) an HAP (Hydroxyapatite). Rasayan Journal of Chemistry Vol. 9, Nr 2; 2016. 215-221.
- Kim, D.; Jin Min, K.; Lee, K.; Yu, MS:; Park, KY (2017): Effekter vum pH, molverhältnisser a Virbehandlung op Phosphorerholung duerch Struitekristalliséierung vum Ausfluss vun anaerobesch verdaut SchweineschwaasserAn. Ëmwelt Engineering Fuerschung 22 (1), 2017. 12-18.
- Rahman, M., Salleh, M., Ahsan, A., Hossain, M., Ra, C. (2014): Produktioun vu luesen Fräisetzung Kristalldünger aus Ofwaasser duerch Struvit Kristalliséierung. Arabesch. J. Chem. 7, 139–155.
Fakten Wësse wat weess
Wéi funktionéiert Ultrasonic Nidderschlag?
Ultrasonication beaflosst Nukleatioun a Kristallewachstum, e Prozess bekannt als sonocrystallization.
Als éischt erlaabt d'Uwendung vum Ultraschall den Nukleatiounsrate ze beaflossen, wou do zolidd Kristaller aus enger flësseger Léisung bilden. High-Power Ultrasond erstellt Kavitatioun, wat de Wuesstum an d'Implosioun vun Vakuumblasen an engem flëssege Medium ass. D'Implosioun vun de Vakuumblasen bréngt Energie an de System a reduzéiert déi kritesch iwwerschësseg fräi Energie. Doduerch ginn Seedingpunkten an Nuklearéierung mat engem héijen Taux an der fréierster Zäit initiéiert. Op der Interface tëscht Kavitatiounsblase an der Léisung gëtt d'Halschent vun engem solute Molekül vum Léisungsmëttel opgeléist, während déi aner Halschent vun der Molekülloberfläche vun der Kavitatiounsblase ofgedeckt ass, sou datt d'Solvatiounsquote ofgeholl gëtt. D'Re-Opléisung vum solute Molekül gëtt verhënnert, während d'Koagulatioun vu Molekülen an der Léisung eropgeet.
Zweetens, Sonikatioun fördert de Kristallewachstum. Ultrasonic Mëschung fördert de Wuesstum vu Kristalle andeems d'Massentransfer an d'Aggregatioun vun de Molekülen increséiert.
D'Resultater, déi duerch d'Sonikatioun erreecht ginn, kënne mam Sonikatiounsmodus kontrolléiert ginn:
Kontinuier Sonication:
Kontinuéierlech ultrasonic Behandlung vun der Léisung produzéiert vill Nukleatiounsplazen, sou datt eng grouss Zuel vu klenge Kristalle erstallt gëtt
Pulséiert Sonikatioun:
D'Applikatioun vu gepulst / zyklizéierte Sonikatioun erméiglecht eng exakt Kontroll iwwer Kristallgréisst
Sonication fir Nuklearéierung ze initiéieren
Wann Ultraschall nëmme während dem Ufank vum Kristalliséierungsprozess applizéiert gëtt, gëtt eng endlech Zuel vu Käre geformt, déi dann zu enger méi grousser Gréisst wuessen.
Mat Hëllef vun Ultrasonication während Kristalliséierung kënnen de Wuesstumsrate, d'Gréisst a Form vun de Kristallstrukture beaflosst a kontrolléiert ginn. Déi verschidden Optioune vun der Sonikatioun maachen d'Sonokristalliséierungsprozesser präzis ze kontrolléieren an ze widderhuelen.
Ultraschall Kavitation
Wann Héichintensiv Ultraschall e flëssegt Medium duerchkreegt, alternéiere Héichdrock (Kompressioun) a Low-Drock (Raarfaktioun) Wellen duerch d'Flëssegkeet. Wann den negativen Drock verursaacht fir eng Ultraschallwelle duerch eng Flëssegkeet grouss genuch ass, ass d'Distanz tëscht de Molekülle vun der Flëssegkeet méi wéi déi minimal molekulär Distanz, déi néideg ass fir d'Flëssegkeet intakt ze halen, an da brennt d'Flëssegkeet sech sou datt Vakuumblasen oder Vullen entstinn. An. Déi Vakuumblasen sinn och bekannt Kavitation bubbelen.
Kavitatiounsblasen fir Kraaft Ultrasonic Uwendungen wéi Vermëschung, ufänken, An Fräiraum, An Extraktioun asw. geschitt ënner Ultraschallintensitéiten méi héich wéi 10 Wcm2An. D'Kavitatiounsblasen wuessen iwwer verschidden akustesch niddreg Drock / Héichdrockzyklen, bis se eng Dimensioun erreechen wou se net méi Energie absorbéiere kënnen. Wann eng Kavitatiounsblase seng maximal Gréisst erreecht huet, implizéiert se hefteg während engem Kompressiounszyklus. Déi gewaltsam Zesummebroch vun enger transiente Kavitatiounsblase entsteet extrem Konditioune wéi ganz héich Temperaturen an Drock, ganz héijen Drock an Temperaturdifferenzen a Flëssegkeet. Déi Kräfte sinn d'Quell fir chemesch a mechanesch Effekter, déi an Ultrasonic Uwendungen benotzt ginn. All zesummegefallte Bubble kann als Mikroreactor ugesi ginn an deem Temperaturen vun e puer Dausende Grad an Drock héich wéi dausend Atmosphäre direkt kreéiert ginn [Suslick et al 1986].
Ultraschaler Auswierkunge baséieren op akustesch Kavitation a seng hydrodynamesch Scherkräften
Phosphor
Phosphor ass eng wesentlech, net regeneréierbar Ressource an d'Experten scho virauszesoen datt d'Welt schloen “fosfor Peak”, dat heescht d'Zäit aus där d'Versuergung net méi op d'verstäerkte Nofro kann treffen, an ongeféier. 20 Joer. D'Europäesch Kommissioun huet Phosphor scho als kritescht Matière klassifizéiert.
Klärungsschlaub gëtt dacks als Dünger verbreet op de Felder. Wéi och ëmmer, well Kläranlag net nëmmen wertvoll Phosphat enthält, awer och schiedlech Schwéiermetaller an organesch Verschmotzung, vill Länner wéi Däitschland, beschränken duerch Gesetzgebung wéi vill Kläranlag als Dünger benotzt ka ginn. Vill Länner wéi Däitschland hunn streng Düngemëttelreglementer, déi d'Kontaminatioun mat Schwéiermetaller strikt limitéieren. Zënter Phosphor ass eng endgülteg Ressource, fuerdert déi däitsch Klärungsschutzregulatioun aus dem Joer 2017 Kläranlagsbedreiwer fir Phosphate ze recycléieren.
Phosphor kann aus Offallwaasser, Kanalisatiounsschlauch, souwéi aus der Äsche vun verbrannter Klärbicher erëmgewonne ginn.
fosfat
E Phosphat, eng anorganesch Chemikalie, ass e Salz vu Phosphorsäure. Anorganesch Phosphate gi gemëscht fir Phosphor fir d'Benotzung an der Landwirtschaft an an der Industrie ze kréien. An der organescher Chimie ass e Phosphat, oder Organophosphat, en Ester vu Phosphorsäure.
Duercherneen net den Numm phosphor mat dem Element Phosphor (chemesche Symbol P). Si sinn zwou verschidde Saachen. E multivalent Netmetal vun der Stickstoffgrupp, Phosphor gëtt allgemeng an anorganesche Phosphat Fielsen fonnt.
Organesch Phosphate si wichteg an der Biochemie an der Biogeochemie.
Phosphat ass den Numm vun der Ion PO43-An. Phosphorsäure, op der anerer Säit, ass den Numm vun der triprotescher Saier H3PO3. Dëst ass eng Kombinatioun vun 3 H+ an Ionen an engem Phosphit (PO33-) Ion.
Phosphor ass dat chemescht Element, dat d'Symbol P an der Atommummer huet. 15 Phosphorverbindunge ginn och vill an Sprengstoff benotzt, Nerve Agenten, Reibungsmatcher, Freedefeier, Pestiziden, Zahnpasta an Botzmëttelen.
struvite
Struvite, och als Magnesiumammoniumphosphat (MAP) bezeechent, ass e Phosphatmineral mat der chemescher Formel NH4MgPO4· 6H2O. Struvite kristalliséiert am orthorhombesche System wéi wäiss bis gielzeg oder brongesch-wäiss pyramidesch Kristalle oder a platletähnlech Formen. Als e mëllen Mineral, huet Struitit eng Mohs Hardheet vun 1,5 bis 2 an eng geréng Spezifitéit vun 1,7. Ënner neutralen an alkalesche Bedéngungen ass d'S struvite kaum löslech, awer ka liicht a Saier opgeléist ginn. Struvit Kristalle bilden wann et e Mol zu Mol zum Mol Verhältnis gëtt (1: 1: 1) Magnesium, Ammoniak a Phosphat am Ofwaasser. All dräi Elementer – Magnesium, Ammoniak a Phosphat – ginn normalerweis an Offallwaasser präsent: Magnesium kënnt haaptsächlech aus dem Buedem, Mierwaasser an Drénkwaasser, Ammoniak gëtt aus der Harnstoff am Ofwaasser ofgebrach, a Phosphat kënnt aus Iessen, Seife an Spullmëttel am Ofwaasser. Mat dësen dräi Elementer präsent, ass Struvite méi wahrscheinlech bei méi héije pH Wäerter ze bilden, méi héich Konduktivitéit, méi niddreg Temperaturen a méi héich Konzentratioune vu Magnesium, Ammoniak a Phosphat. D'Erhuelung vu Phosphor aus Offallwasserstroum als Struvite an d'Verwäertung vun dësen Nährstoffer als Dünger fir d'Landwirtschaft ass verspriechend.
Struvite ass e wäertvollen lues-fräigesaten Mineraldünger, deen an der Landwirtschaft benotzt gëtt, wat d'Virdeeler huet granulär, einfach ze benotzen an ouni Geroch.