Ultrasonic Phosphor Erhuelung aus Kläranlag
- Déi weltwäit Nofro fir Phosphor geet erop, wärend d'Versuergung vun natierleche Phosphorressourcen knapp gëtt.
- Kläranlag a Kläranlag Asche si räich u Phosphor a kënnen dofir als Quell benotzt ginn fir Phosphor zréckzebréngen.
- D'Ultraschall naass-chemesch Veraarbechtung a Nidderschlag verbessert d'Erhuelung vu Phosphat aus Kläranlag wéi och aus der Asche vum verbrenntem 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 villen Industrien, wou Phosphor e wäertvollen Zousatz ass (zB Faarwen, Wäschmëttelen, Flam retardants, Déierenfudder). Kläranlag, verbrannt Kläranlag Äschen (ISSA), Dünger a Mëllechoffall si räich u Phosphor, sou datt se eng Quell fir Phosphor Erhuelung a Bezuch op déi endlech Ressource vu Phosphor wéi och vun Ëmweltproblemer maachen.
Phosphor Erhuelungsraten aus de flëssege Ofwaasserstroum kënne 40 bis 50% erreechen, während Erhuelungsraten aus Kläranlag a Kläranlag Asche bis zu 90% erreechen. Phosphor kann a ville Formen ausfällt ginn, ee vun hinnen ass Struvit (bewäert als qualitativ héichwäerteg, lues fräigeloossend Dünger). Fir d'Reklamatioun vu Phosphor ekonomesch ze maachen, muss de Recuperatiounsprozess verbessert ginn. Ultrasonication ass eng Prozessintensivéierungsmethod déi de Prozess beschleunegt an d'Ausbezuele vun erholl Mineralstoffer erhéicht.
Ultraschall Phosphor Erhuelung
Ënnert Sonikatioun kënne wäertvoll Materialien wéi Struvit (Magnesiumammoniumphosphat (MAP)), Kalziumphosphat, Hydroxyapatit (HAP)? Kalziumhydroxyapatit, Octacalciumphosphat, Tricalciumphosphat, an Dicalciumphosphat-Dihydratstroum aus dem Offallstroum erëmgewonne ginn. D'Ultraschallbehandlung verbessert d'naass-chemesch Extraktioun wéi och d'Nidderschlag an d'Kristalliséierung (Sono-Kristalliséierung) vu wäertvollen Materialien aus Kläranlag an aus der Asche vum verbrannte Schlamm.
Wärend den Inhalt vu Phosphor (8-10%), Eisen (10-15%), an Aluminium (5-10%) an Asche vum mono-verbrennte Kläranlag zimlech héich ass, enthält et och gëfteg Schwéiermetaller wéi Bläi, Cadmium, Kupfer a Zink.
Phosphorus Erhuelung – En Zwee-Schrëtt Prozess
-
- Säure Extraktioun
Den éischte Schrëtt vun der Phosphor Erhuelung ass d'Extraktioun oder d'Lachung vu Phosphor aus Kläranlag oder verbrannt Kläranlag Asche (ISSA) mat enger Säure wéi Schwefelsäure oder Salzsäure. D'Ultraschallmëschung fördert d'naass-chemesch Ausleechung andeems d'Masstransfer tëscht der Säure an der ISSA erhéicht gëtt, sou datt e komplette Leach vu Phosphor séier erreecht gëtt. E Virbehandlungsschrëtt mat Ethylendiamintetraacetatsäure (EDTA) kann benotzt ginn fir d'Extraktiounsprozedur ze verbesseren.
-
- Nidderschlag vu Phosphor
Ultrasonic Kristalliséierung verbessert d'Nidderschlag vu Phosphate wesentlech andeems d'Saatpunkte erhéicht ginn an d'Adsorptioun an d'Aggregatioun vu Molekülen beschleunegen fir e Kristall ze bilden. Ultrasonic Nidderschlag vu Phosphor aus Kläranlag an ISSA kann zB erreecht ginn andeems Dir Magnesiumhydroxid an Ammoniumhydroxid benotzt. De resultéierende Nidderschlag ass Struvit, eng Verbindung aus Magnesium, Ammonium, Phosphor a Sauerstoff.
Sonocrystallization vun Struvite
Ultrasonic Dispersioun fördert de Massentransfer tëscht Phasen an initiéiert d'Nukleatioun an d'Kristallwachstum fir Phosphate (zB Struvit? MAP).
Ultraschall Inline Nidderschlag a Kristalliséierung vu Struvit erlaabt d'Behandlung vu grousse Volumenstrams op industrieller Skala. D'Fro vun der Veraarbechtung vun engem grousse Kläranlag Schlammstroum kann duerch e kontinuéierleche Ultraschallprozess geléist ginn, deen d'Kristalliséierung vu Struvit beschleunegt an d'Kristallgréisst verbessert a méi kleng, méi eenheetlech Phosphatpartikelen produzéiert. D'Gréisst Verdeelung vun ausgefällt Partikel ass d'Nukleatiounsquote an de spéideren Kristallwachstumsquote bestëmmt. Beschleunegt Nukleatioun an hemmt Wuesstum sinn d'Schlësselfaktoren fir d'Ausfällung vu kristalline Phosphatpartikelen, also Struvit, an enger wässerlecher Léisung. Ultrasonication ass eng Prozessintensivéierungsmethod déi d'Mëschung verbessert fir eng homogen Verdeelung vun reaktiven Ionen ze kréien.
Ultrasonic Nidderschlag ass bekannt fir méi schmuel Partikelgréisst Verdeelung, méi kleng Kristallgréisst, kontrolléierbar Morphologie an och séier Nukleatiounsquote ze ginn.
Struvit-Kristalle, déi aus Schweineffluent ausgefall sinn (Quell: Kim et al. 2017)
Gutt Nidderschlagsresultater kënnen zum Beispill mat PO erreecht ginn3-4 : NH+4 :mg2+ an engem Verhältnis vun 1: 3: 4. De pH Beräich vun 8 bis 10 féiert zu maximal Phosphat P Verëffentlechung
Ultrasonication ass eng héich effizient Prozessintensivéierungstechnik fir d'Ausfällung vu wäertvollen Materialien wéi Kalziumphosphat, Magnesiumammoniumphosphat (MAP) an Hydroxyapatit (HAP), Kalziumhydroxyapatit, Octacalciumphosphat, Tricalciumphosphat, an Dicalciumphosphat Waasser aus Offallwaasser ze förderen. Kläranlag, Dünger a Mëllechoffluenten sinn als nährstoffräicht Ofwaasser bekannt, wat gëeegent ass fir d'Produktioun vu wäertvollen Materialien iwwer Ultraschall-assistéiert Nidderschlag.
Struvit Kristallbildung:
Mg2+ + NH+4 + HPO2-4 + H2O –> MgNH4PO4 ∙ 6H2O + H+
Héich-Muecht Ultraschall Prozessoren aus Labo zu Pilot an industriell Skala.
Industriell Ultraschallausrüstung fir Ausleechung a Nidderschlag
Héich performant Ultraschallsystemer a Reaktoren sinn erfuerderlech fir verbrennt Kläranlag Asche (ISSA) a Kläranlag op industrieller Skala ze behandelen. Hielscher Ultrasonics ass spezialiséiert am Design an der Fabrikatioun vun High-Power Ultrasonic Ausrüstung – vu Labo a Bänk-Top bis voll industriell Eenheeten. Hielscher Ultraschaller si robust a gebaut fir d'24/7 Operatioun ënner voller Laascht an usprochsvollen Ëmfeld. Accessoiren wéi Flowzellreaktoren mat verschiddene Geometrien, Sonotroden (Ultraschallsonden) a Boosterhorn erlaben déi optimal Adaptatioun vum Ultraschallsystem un d'Prozessfuerderungen. Fir grouss Volumenstroum ze veraarbechten, bitt Hielscher 4kW, 10kW an 16kW Ultraschall-Eenheeten, déi einfach parallel zu Ultraschallcluster kombinéiert kënne ginn.
Hielscher’s sophisticated ultrasonicators feature a digital touch display for easy operation and precise control of the process parameters.
Benotzerfrëndlechkeet an eng einfach, sécher Operatioun sinn Schlësselmerkmale vun Hielscher Ultraschaller. D'Remote Browser Kontroll erlaabt d'Operatioun an d'Kontroll vum Ultraschallsystem iwwer PC, Smartphone oder Tablet.
D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschaller:
| Batch Volume | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 10 bis 2000 ml | 20 bis 400 ml/min | UP200Ht, UP 400 St |
| 0.1 bis 20L | 02 bis 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 l | 2 bis 10 l/min | UIP4000hdT |
| na | 10 bis 100 l/min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis!? Frot eis!
Literatur? Referenzen
- Dodds, John A.; Espitalier, Fabienne; Louisnard, Olivier; Grossier, Romain; David, René; Hassoun, Myriam; Baillon, Fabien; Gatumel, Cendrine; Lyczko, Nathalie (2007): Den Effekt vum Ultraschall op Kristalliséierungs-Nidderschlagsprozesser: E puer Beispiller an en neie Segregatiounsmodell. Particle and Particle Systems Characterization, Wiley-VCH Verlag, 2007, 24 (1), pp.18-28
- Kharbanda, A.; Prasanna, K. (2016): Extraktioun vun Nährstoffer aus Mëllechoffäll an der Form vu MAP (Magnesium Ammonium Phosphat) an HAP (Hydroxyapatit). Rasayan Journal of Chemistry Vol. 9, nr2; 2016. 215-221.
- Kim, D.; Jin Min, K.; Lee, K.; Yu, MS:; Park, KY (2017): Effekter vum pH, molare Verhältnisser a Virbehandlung op Phosphor Erhuelung duerch Struvit Kristalliséierung aus Ausfluss vun anaerob verdaut Schwäin Ofwaasser. Ëmwelt Engineering Fuerschung 22 (1), 2017. 12-18.
- Rahman, M., Salleh, M., Ahsan, A., Hossain, M., Ra, C. (2014): Produktioun vu luesen Release Kristalldünger aus Ofwaasser duerch Struvitkristalliséierung. Arabesch. J. Chem. 7, 139–155.
Fakten Worth Wëssen
Wéi funktionnéiert Ultraschall Nidderschlag?
Ultrasonication beaflosst d'Nukleatioun an de Kristallwachstum, e Prozess bekannt als sonocrystallization.
Als éischt erlaabt d'Uwendung vum Ultraschall d'Nukleatiounsquote ze beaflossen, wou fest Kristalle aus enger flësseger Léisung bilden. Héichkraaft Ultraschall erstellt Kavitatioun, wat de Wuesstum an d'Implosioun vu Vakuumblasen an engem flëssege Medium ass. D'Implosioun vun de Vakuumblasen féiert Energie an de System a reduzéiert déi kritesch iwwerschësseg fräi Energie. Doduerch ginn Aussaatpunkten an Nukleatioun mat engem héijen Taux a fréizäiteg initiéiert. Op der Interface tëscht Kavitatiounsblase an der Léisung gëtt d'Halschent vun engem solutemolekül vum Léisungsmëttel geléist, während déi aner Halschent vun der Molekül Uewerfläch vun der Kavitatiounsblase bedeckt ass, sou datt d'Léisungsquote reduzéiert gëtt. D'Wiederopléisung vum Solutemolekül gëtt verhënnert, während d'Koagulatioun vu Molekülen an der Léisung erhéicht gëtt.
Zweetens, sonication fördert de Kristallwachstum. Ultraschallmëschung fördert de Wuesstum vun de Kristalle andeems d'Masstransfer an d'Aggregatioun vu Molekülen eropgeet.
D'Resultater, déi duerch Sonikatioun erreecht ginn, kënne vum Sonikatiounsmodus kontrolléiert ginn:
Kontinuéierlech Sonication:
Kontinuéierlech Ultraschallbehandlung vun der Léisung produzéiert vill Nukleatiounsplazen, sou datt eng grouss Zuel vu klenge Kristalle entstinn
Pulséiert Sonication:
D'Applikatioun vu gepulster? zyklesch Sonikatioun erlaabt déi präzis Kontroll iwwer d'Kristallgréisst
Sonication fir Nukleatioun ze initiéieren:
Wann Ultraschall nëmmen am Ufank vum Kristalliséierungsprozess applizéiert gëtt, gëtt eng endlech Zuel vu Käre geformt, déi dann zu enger méi grousser Gréisst ugebaut ginn.
Mat Hëllef vun Ultraschall während der Kristalliséierung kann de Wuesstumsrate, Gréisst a Form vun de Kristallstrukturen beaflosst a kontrolléiert ginn. Déi verschidden Optiounen vun der Sonikatioun maachen Sono-Kristalliséierungsprozesser präzis kontrolléierbar a widderhuelend.
Ultraschall Kavitatioun
Wann Héich-Intensitéit Ultraschall e flëssege Medium duerchkreest, alternéieren Héichdrock (Kompressioun) a Low-Drock (Rarefaction) Wellen duerch d'Flëssegkeet. Wann den negativen Drock verursaacht fir eng Ultraschallwelle, déi eng Flëssegkeet duerchkreest, grouss genuch ass, ass d'Distanz tëscht de Moleküle vun der Flëssegkeet méi wéi déi minimal molekulare Distanz déi néideg ass fir d'Flëssegkeet intakt ze halen, an da brécht d'Flëssegkeet of, sou datt Vakuumblasen oder Leer entstinn. . Dës Vakuumblasen sinn och bekannt als Kavitatioun Bubbles.
Kavitatiounsblasen benotzt fir Kraaft Ultraschall Uwendungen wéi Mëschung, Dispergéieren, milling, Extraktioun etc geschéien ënner Ultraschallintensitéiten méi héich wéi 10 Wcm2. D'Kavitatiounsblasen wuessen iwwer e puer akustesch Déifdrock-? Héichdrockzyklen bis se eng Dimensioun erreechen wou se net méi Energie absorbéiere kënnen. Wann eng Kavitatiounsblase seng maximal Gréisst erreecht huet, implodéiert se gewalteg wärend engem Kompressiounszyklus. Déi gewalteg Zesummebroch vun enger transienter Kavitatiounsblase kreéiert extrem Konditioune wéi ganz héich Temperaturen an Drock, ganz héich Drock- an Temperaturdifferenzen a Flëssegstrahlen. Dës Kräfte sinn d'Quell fir chemesch a mechanesch Effekter, déi an Ultraschallapplikatiounen benotzt ginn. All Zesummebroch Bubble kann als Mikroreaktor ugesi ginn an deem Temperaturen vun e puer Dausende Grad an Drock méi héich wéi dausend Atmosphäre direkt erstallt ginn [Suslick et al 1986].
Ultrasonic Extraktioun baséiert op akustescher Kavitatioun a seng hydrodynamesch Schéierkräften
Phosphor
Phosphor ass eng wesentlech, net regeneréierbar Ressource an Experten virauszesoen scho datt d'Welt wäert schloen “Phosphor Peak”, also d'Zäit vun där d'Offer net méi un der verstäerkter Nofro entsprécht, an ca. 20 Joer. D'Europäesch Kommissioun huet scho Phosphor als kritesch Matière première klasséiert.
Kläranlag gëtt dacks als Dünger op de Felder verbreet. Well Kläranlag awer net nëmme wäertvoll Phosphat enthält, mee och schiedlech Schwéiermetaller an organesch Verschmotzung, a ville Länner wéi Däitschland, limitéieren duerch Gesetzgebung wéi vill Kläranlag als Dünger benotzt ka ginn. Vill Länner wéi Däitschland hu streng Düngerreglementer, déi d'Verschmotzung mat Schwéiermetaller strikt limitéieren. Well de Phosphor eng endlech Ressource ass, erfuerdert déi däitsch Kläranlag-Reglement vun 2017 Kläranlagbetreiber fir Phosphate ze recycléieren.
Phosphor kann aus Ofwaasser, Kläranlag, wéi och aus der Äsche vum verbrannte Kläranlag erholl ginn.
Phosphat
E Phosphat, eng anorganesch Chemikalie, ass e Salz vu Phosphorsäure. Anorganesch Phosphate ginn ofgebaut fir Phosphor ze kréien fir an der Landwirtschaft an der Industrie ze benotzen. An der organescher Chimie ass e Phosphat, oder Organophosphat, en Ester vu Phosphorsäure.
Don’t confuse the name phosphorous with the element phosphorus (chemical symbol P). They are two different things. A multivalent nonmetal of the nitrogen group, phosphorus is commonly found in inorganic phosphate rocks.
Organesch Phosphate si wichteg an der Biochemie a Biogeochemie.
Phosphat ass den Numm vum Ion PO43-. Phosphorsäure, op der anerer Säit, ass den Numm vun der triprotescher Säure H3PO3. Dëst ass eng Kombinatioun vun 3 H+ Ionen an een Phosphit (PO33-) ion.
Phosphor ass dat chemescht Element dat d'Symbol P an d'Atomzuel 15 huet. Phosphorverbindunge ginn och vill an Sprengstoff, Nerve Agenten, Reibungsmatcher, Freedefeier, Pestiziden, Zahnpasta a Botzmëttelen benotzt.
Struvit
Struvit, och als Magnesiumammoniumphosphat (MAP) bezeechent, ass e Phosphatmineral mat der chemescher Formel NH4MgPO4·6H2O. Struvit kristalliséiert am orthorhombesche System als wäiss bis gielzeg oder brong-wäiss pyramidesch Kristaller oder a Plackeähnlech Formen. Als mëll Mineral ass Struvit eng Mohs-Härheet vun 1,5 bis 2 an eng niddreg spezifesch Schwéierkraaft vun 1,7. Ënner neutralen an alkalesche Bedéngungen ass Struvit kaum löslech, awer kann liicht a Säure opgeléist ginn. Struvite Kristalle bilden wann et e Mol zu Mol zu Mol Verhältnis (1: 1: 1) vu Magnesium, Ammoniak a Phosphat am Ofwaasser ass. All dräi Elementer – Magnesium, Ammoniak a Phosphat – sinn normalerweis am Ofwaasser präsent: Magnesium kënnt haaptsächlech aus dem Buedem, Mierwaasser an Drénkwaasser, Ammoniak gëtt aus der Harnstoff am Ofwaasser ofgebrach, a Phosphat, deen aus Liewensmëttel, Seifen a Botzmëttelen an d'Ofwaasser kënnt. Mat dësen dräi Elementer präsent ass Struvit méi wahrscheinlech bei méi héije pH Wäerter, méi héich Konduktivitéit, méi niddreg Temperaturen a méi héije Konzentratioune vu Magnesium, Ammoniak a Phosphat ze bilden. D'Erhuelung vu Phosphor aus Offallwaasserstroumen als Struvit an d'Recycling vun dësen Nährstoffer als Dünger fir d'Landwirtschaft ass villverspriechend.
Struvite ass e wäertvollen luesen-release Mineraldünger, deen an der Landwirtschaft benotzt gëtt, deen d'Virdeeler huet datt se granulär, einfach ze benotzen an ouni Geroch ass.