Rikuperimi i fosforit nga llumi i ujërave të zeza me ultratinguj
- Kërkesa botërore për fosfor po rritet, ndërsa rezervat natyrore të fosforit po pakësohen.
- Llumi i ujërave të zeza dhe hiri i tij janë të pasur me fosfor dhe për këtë arsye mund të përdoren si burim për rikuperimin e fosforit.
- Përpunimi kimik në mjedis të lagësht dhe precipitimi me ultratinguj përmirësojnë rikuperimin e fosfatit nga llumi i ujërave të zeza, si edhe nga hiri i llumit të djegur, dhe e bëjnë rikuperimin dukshëm më ekonomik.
Fosfori
Fosfori (fosfor, P) është një burim i parinovueshëm, i cili përdoret gjerësisht në bujqësi si pleh, si edhe në shumë industri, ku fosfori është një aditiv i vlefshëm (p.sh., në bojëra, detergjente për larjen e rrobave, ngadalësues të flakës, ushqim për kafshë). Llumi i ujërave të zeza, hiri i llumit të djegur të ujërave të zeza (ISSA), plehu organik dhe efluentët e industrisë së qumështit janë të pasur me fosfor, çka i bën ata një burim për rikuperimin e fosforit, duke pasur parasysh si rezervat e kufizuara të fosforit, ashtu edhe shqetësimet mjedisore.
Shkalla e rikuperimit të fosforit nga rrjedhat e lëngshme të ujërave të ndotura mund të arrijë 40 deri në 50%, ndërsa shkalla e rikuperimit nga llumi i ujërave të zeza dhe hiri i tij mund të arrijë deri në 90%. Fosfori mund të precipitohet në shumë forma, njëra prej të cilave është struviti (i vlerësuar si pleh me cilësi të lartë dhe çlirim të ngadaltë). Për ta bërë rikuperimin e fosforit ekonomik, procesi i rikuperimit duhet të përmirësohet. Trajtimi me ultratinguj është një metodë e intensifikimit të procesit, e cila e përshpejton procesin dhe rrit rendimentin e mineraleve të rikuperuara.
Rikuperimi i fosforit me ultratinguj
Gjatë trajtimit me ultratinguj, nga rrjedhat e mbetjeve mund të rikuperohen materiale të vlefshme si struviti (fosfati i magnezit dhe amonit (MAP)), fosfati i kalciumit, hidroksiapatiti (HAP) / hidroksiapatiti i kalciumit, fosfati oktakalcik, fosfati trikalcik dhe fosfati dikalcik dihidrat. Trajtimi me ultratinguj përmirëson ekstraktimin kimik në mjedis të lagësht, si edhe precipitimin dhe kristalizimin (sonokristalizimin) e materialeve të vlefshme nga llumi i ujërave të zeza dhe nga hiri i llumit të djegur.
Ndërsa përmbajtja e fosforit (8–10%), hekurit (10–15%) dhe aluminit (5–10%) në hirin e përftuar nga djegia vetëm e llumit të ujërave të zeza është mjaft e lartë, ai përmban gjithashtu metale të rënda toksike si plumbi, kadmiumi, bakri dhe zinku.
Rikuperimi i fosforit – Një proces me dy hapa
-
- Ekstraktimi me acid
Hapi i parë i rikuperimit të fosforit është ekstraktimi ose lixhivimi i fosforit nga llumi i ujërave të zeza ose hiri i llumit të djegur të ujërave të zeza (ISSA), duke përdorur një acid si acidi sulfurik ose acidi klorhidrik. Përzierja me ultratinguj nxit lixhivimin kimik në mjedis të lagësht duke rritur transferimin e masës ndërmjet acidit dhe ISSA, në mënyrë që të arrihet shpejt lixhivimi i plotë i fosforit. Për të përmirësuar procedurën e ekstraktimit mund të përdoret një hap paratrajtimi me acid etilendiaminotetraacetik (EDTA).
-
- Precipitimi i fosforit
Kristalizimi me ultratinguj përmirëson ndjeshëm precipitimin e fosfateve duke shtuar pikat e formimit të bërthamave kristalore dhe duke përshpejtuar adsorbimin dhe agregimin e molekulave për të formuar një kristal. Precipitimi i fosforit me ultratinguj nga llumi i ujërave të zeza dhe ISSA mund të arrihet, për shembull, duke përdorur hidroksid magnezi dhe hidroksid amoni. Precipitati që rezulton është struviti, një përbërje e përbërë nga magnezi, amoni, fosfori dhe oksigjeni.
Sonokristalizimi i struvitit
Dispergimi me ultratinguj nxit transferimin e masës ndërmjet fazave dhe nis bërthamëzimin dhe rritjen e kristaleve të fosfateve (p.sh., struvit / MAP).
Precipitimi dhe kristalizimi i struvitit me ultratinguj drejtpërdrejt në linjë mundësojnë trajtimin e rrjedhave me vëllim të madh në shkallë industriale. Çështja e përpunimit të një rrjedhe të madhe llumi të ujërave të zeza mund të zgjidhet me një proces të vazhdueshëm me ultratinguj, i cili përshpejton kristalizimin e struvitit dhe përmirëson madhësinë e kristaleve, duke prodhuar grimca fosfati më të vogla dhe më uniforme. Shpërndarja e madhësisë së grimcave të precipituara përcaktohet nga shpejtësia e bërthamëzimit dhe shpejtësia pasuese e rritjes së kristaleve. Bërthamëzimi i përshpejtuar dhe rritja e frenuar janë faktorët kryesorë për precipitimin e grimcave kristalore të fosfatit, pra të struvitit, në një tretësirë ujore. Trajtimi me ultratinguj është një metodë e intensifikimit të procesit që përmirëson përzierjen për të arritur një shpërndarje homogjene të joneve reaktive.
Dihet se precipitimi me ultratinguj jep një shpërndarje më të ngushtë të madhësisë së grimcave, madhësi më të vogël të kristaleve, morfologji të kontrollueshme dhe gjithashtu shpejtësi të lartë bërthamëzimi.
Kristale struviti të precipituara nga efluenti i rritjes së derrave (burimi: Kim et al. 2017)
Rezultate të mira precipitimi mund të arrihen, për shembull, me PO3-4 : NH+4 : Mg2+ në një raport prej 1 : 3 : 4. Intervali i pH nga 8 deri në 10 çon në çlirimin maksimal të fosforit P në formë fosfati
Trajtimi me ultratinguj është një teknikë shumë efikase e intensifikimit të procesit për të nxitur precipitimin e materialeve të vlefshme si fosfati i kalciumit, fosfati i magnezit dhe amonit (MAP) dhe hidroksiapatiti (HAP), hidroksiapatiti i kalciumit, fosfati oktakalcik, fosfati trikalcik dhe fosfati dikalcik dihidrat nga ujërat e ndotura. Llumi i ujërave të zeza, plehu organik dhe efluentet e industrisë së qumështit njihen si ujëra të ndotura të pasura me lëndë ushqyese, të përshtatshme për prodhimin e materialeve të vlefshme nëpërmjet precipitimit të asistuar me ultratinguj.
Formimi i kristaleve të struvitit:
Mg2+ + NH+4 + HPO2-4 + H2O –> MgNH4PO4 ∙ 6H2O + H+
Procesorë me ultratinguj me fuqi të lartë, nga shkalla laboratorike në atë pilot dhe industriale.
Pajisje industriale me ultratinguj për leshim dhe precipitim
Sisteme dhe reaktorë me ultratinguj me performancë të lartë nevojiten për të trajtuar hirin e llumit të djegur të ujërave të zeza (ISSA) dhe llumin e ujërave të zeza në shkallë industriale. Hielscher Ultrasonics është e specializuar në projektimin dhe prodhimin e pajisjeve me ultratinguj me fuqi të lartë – nga pajisjet laboratorike dhe ato për tavolinë pune deri te njësitë plotësisht industriale. Pajisjet me ultratinguj të Hielscher janë të qëndrueshme dhe të ndërtuara për funksionim 24/7 me ngarkesë të plotë në mjedise me kërkesa të larta. Aksesorë si reaktorët me qeliza rrjedhjeje me gjeometri të ndryshme, sonotrodat (sondat me ultratinguj) dhe përforcuesit e amplitudës mundësojnë përshtatjen optimale të sistemit me ultratinguj me kërkesat e procesit. Për të përpunuar rrjedha me vëllim të madh, Hielscher ofron njësi me ultratinguj 4kW, 10kW dhe 16kW, të cilat mund të bashkohen lehtësisht në paralel në grupe njësish me ultratinguj.
Pajisjet e sofistikuara me ultratinguj të Hielscher kanë një ekran digjital me prekje për përdorim të lehtë dhe kontroll të saktë të parametrave të procesit.
Lehtësia e përdorimit dhe funksionimi i thjeshtë e i sigurt janë veçori kryesore të pajisjeve me ultratinguj të Hielscher. Kontrolli në distancë përmes shfletuesit mundëson përdorimin dhe kontrollin e sistemit me ultratinguj nëpërmjet një PC-je, telefoni inteligjent ose tableti.
Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona me ultratinguj:
| Vëllimi i serisë | Prurja | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 10 deri në 2000mL | 20 deri në 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 deri në 20L | 0,2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100L | 2 deri në 10L/min | UIP4000hdT |
| nuk zbatohet | 10 deri në 100L/min | UIP16000 |
| nuk zbatohet | më e lartë | grup njësish UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Literaturë/Referenca
- Dodds, John A.; Espitalier, Fabienne; Louisnard, Olivier; Grossier, Romain; David, Rene; Hassoun, Myriam; Baillon, Fabien; Gatumel, Cendrine; Lyczko, Nathalie (2007): Efekti i ultratingujve në proceset e kristalizimit-precipitimit: Disa shembuj dhe një model i ri segregimi. Particle and Particle Systems Characterization, Wiley-VCH Verlag, 2007, 24 (1), pp.18-28
- Kharbanda, A.; Prasanna, K. (2016): Nxjerrja e lëndëve ushqyese nga ujërat e ndotura të industrisë së qumështit në formën e MAP (fosfatit të magnezit dhe amonit) dhe HAP (hidroksiapatitit). Rasayan Journal of Chemistry Vol. 9, No. 2; 2016. 215–221.
- Kim, D.; Jin Min, K.; Lee, K.; Yu, M.S:; Park, K.Y. (2017): Efektet e pH-së, raporteve molare dhe paratrajtimit në rikuperimin e fosforit përmes kristalizimit të struvitit nga efluenti i ujërave të ndotura të fermave të derrave pas tretjes anaerobe. Environmental Engineering Research 22(1), 2017. 12–18.
- Rahman, M., Salleh, M., Ahsan, A., Hossain, M., Ra, C. (2014): Prodhimi i plehut kristalor me çlirim të ngadaltë nga ujërat e ndotura përmes kristalizimit të struvitit. Arab. J. Chem. 7, 139–155.
Fakte që ia vlen të dihen
Si funksionon precipitimi me ultratinguj?
Trajtimi me ultratinguj ndikon në bërthamëzimin dhe rritjen e kristaleve, një proces i njohur si sonokristalizim.
Së pari, zbatimi i ultratingujve mundëson ndikimin në shpejtësinë e bërthamëzimit, gjatë të cilit formohen kristale të ngurta nga një tretësirë e lëngshme. Ultratingujt me fuqi të lartë krijojnë kavitacion, që është rritja dhe implozioni i flluskave të vakumit në një mjedis të lëngshëm. Implozioni i flluskave të vakumit fut energji në sistem dhe zvogëlon energjinë e lirë të tepërt kritike. Në këtë mënyrë, formimi i pikave të bërthamëzimit dhe vetë bërthamëzimi nisin me shpejtësi të lartë dhe në kohën më të hershme. Në ndërfaqen midis flluskës së kavitacionit dhe tretësirës, gjysma e një molekule të lëndës së tretur solvatohet nga tretësi, ndërsa gjysma tjetër e sipërfaqes së molekulës mbulohet nga flluska e kavitacionit, kështu që shpejtësia e solvatimit ulet. Ritretja e molekulës së lëndës së tretur pengohet, ndërsa koagulimi i molekulave në tretësirë rritet.
Së dyti, trajtimi me ultratinguj nxit rritjen e kristaleve. Përzierja me ultratinguj nxit rritjen e kristaleve duke rritur transferimin e masës dhe agregimin e molekulave.
Rezultatet e arritura me trajtimin me ultratinguj mund të kontrollohen nëpërmjet mënyrës së këtij trajtimi:
Trajtimi i vazhdueshëm me ultratinguj:
Trajtimi i vazhdueshëm i tretësirës me ultratinguj krijon shumë vende bërthamëzimi, kështu që formohet një numër i madh kristalesh të vogla
Trajtimi me ultratinguj me impulse:
Zbatimi i trajtimit me ultratinguj me impulse / me cikle mundëson kontrollin e saktë të madhësisë së kristaleve
Trajtimi me ultratinguj për të nisur bërthamëzimin:
Kur ultratingujt zbatohen vetëm gjatë fillimit të procesit të kristalizimit, formohet një numër i fundëm bërthamash, të cilat më pas rriten deri në një madhësi më të madhe.
Duke përdorur trajtimin me ultratinguj gjatë kristalizimit, mund të ndikohet dhe të kontrollohet shpejtësia e rritjes, madhësia dhe forma e strukturave kristalore. Mundësitë e ndryshme të trajtimit me ultratinguj i bëjnë proceset e sonokristalizimit të kontrollueshme me saktësi dhe të përsëritshme.
Kavitacioni me ultratinguj
Kur ultratingujt me intensitet të lartë përshkojnë një mjedis të lëngshëm, valët me presion të lartë (ngjeshje) dhe me presion të ulët (rrallim) alternohen nëpër lëng. Kur presioni negativ i shkaktuar nga një valë ultrasonike që përshkon një lëng është mjaft i madh, largësia midis molekulave të lëngut tejkalon largësinë minimale molekulare të nevojshme për ta mbajtur lëngun të paprekur, dhe më pas lëngu shkëputet, duke krijuar flluska vakumi ose zgavra. Këto flluska vakumi njihen edhe si flluska të kavitacionit .
Flluskat e kavitacionit që përdoren për zbatime të ultratingujve me fuqi të lartë, si përzierja, dispergimi, bluarja, ekstraktimi etj., shfaqen në intensitete të ultratingujve më të larta se 10 Wcm2. Flluskat e kavitacionit rriten gjatë disa cikleve akustike me presion të ulët / presion të lartë derisa arrijnë një përmasë në të cilën nuk mund të përthithin më energji. Kur një flluskë kavitacioni ka arritur madhësinë e saj maksimale, ajo shembet vrullshëm drejt brendësisë gjatë një cikli ngjeshjeje. Shembja e vrullshme e një flluske kalimtare kavitacioni krijon kushte ekstreme, si temperatura dhe presione shumë të larta, diferenca shumë të mëdha presioni dhe temperature, si dhe rryma të vrullshme lëngu. Këto forca janë burimi i efekteve kimike dhe mekanike që përdoren në zbatimet me ultratinguj. Çdo flluskë që shembet mund të konsiderohet si një mikroreaktor në të cilin krijohen në çast temperatura prej disa mijëra gradësh dhe presione më të larta se një mijë atmosfera [Suslick et al 1986].
Ekstraktimi me ultratinguj bazohet në kavitacionin akustik dhe forcat e tij hidrodinamike të prerjes
Fosfori
Fosfori është një burim thelbësor, i parigjenerueshëm, dhe ekspertët tashmë parashikojnë se bota do të arrijë “kulmin e fosforit”, pra kohën prej së cilës oferta nuk mund të përmbushë më kërkesën e shtuar, pas rreth 20 vjetësh. Komisioni Evropian e ka klasifikuar tashmë fosforin si lëndë të parë kritike.
Llumi i ujërave të zeza përdoret shpesh si pleh që shpërndahet në ara. Megjithatë, meqë llumi i ujërave të zeza përmban jo vetëm fosfat të vlefshëm, por edhe metale të rënda të dëmshme dhe ndotës organikë, shumë vende, si Gjermania, kufizojnë me ligj sasinë e llumit të ujërave të zeza që mund të përdoret si pleh. Shumë vende, si Gjermania, kanë rregullore të rrepta për plehrat, të cilat e kufizojnë rreptësisht ndotjen me metale të rënda. Meqë fosfori është një burim i kufizuar, Rregullorja Gjermane për Llumin e Ujërave të Zeza e vitit 2017 u kërkon operatorëve të impianteve të trajtimit të ujërave të zeza të riciklojnë fosfatet.
Fosfori mund të rikuperohet nga ujërat e ndotura, llumi i ujërave të zeza, si dhe nga hiri i llumit të djegur të ujërave të zeza.
Fosfati
Fosfati, një substancë kimike inorganike, është një kripë e acidit fosforik. Fosfatet inorganike nxirren nga vendburimet minerare për të përftuar fosfor për përdorim në bujqësi dhe industri. Në kiminë organike, një fosfat, ose organofosfat, është një ester i acidit fosforik.
Mos e ngatërroni emrin “phosphorous” me elementin fosfor (simboli kimik P). Janë dy gjëra të ndryshme. Fosfori, një jometal shumëvalent i grupit të azotit, gjendet zakonisht në shkëmbinj fosfatikë inorganikë.
Fosfatet organike janë të rëndësishme në biokimi dhe biogjeokimi.
Fosfat është emri i jonit PO43-. Acidi fosforor, nga ana tjetër, është emri i acidit triprotik H3PO3. Ky është një kombinim i 3 joneve H+ dhe i një joni fosfit (PO33-).
Fosfori është elementi kimik që ka simbolin P dhe numrin atomik 15. Përbërjet e fosforit përdoren gjerësisht edhe në eksplozivë, agjentë nervorë, shkrepëse që ndizen me fërkim, fishekzjarrë, pesticide, pastë dhëmbësh dhe detergjentë.
Struviti
Struviti, i quajtur edhe fosfat i magnezit dhe amonit (MAP), është një mineral fosfatik me formulën kimike NH4MgPO4·6H2O. Struviti kristalizohet në sistemin ortorombik në formën e kristaleve piramidale me ngjyrë nga e bardhë në të verdhë ose të bardhë në kafe, ose në forma të ngjashme me pllakëza. Si mineral i butë, struviti ka një fortësi sipas Mohs-it prej 1,5 deri në 2 dhe një dendësi relative të ulët prej 1,7. Në kushte neutrale dhe alkaline, struviti është pak i tretshëm, por mund të tretet lehtësisht në acid. Kristalet e struvitit formohen kur magnezi, amoniaku dhe fosfati në ujërat e ndotura janë në raport molar (1:1:1). Të tria elementet – magnezi, amoniaku dhe fosfati – janë normalisht të pranishme në ujërat e ndotura: magnezi vjen kryesisht nga toka, uji i detit dhe uji i pijshëm, amoniaku formohet nga zbërthimi i uresë në ujërat e ndotura, ndërsa fosfati hyn në ujërat e ndotura nga ushqimet, sapunët dhe detergjentët. Kur këto tri elemente janë të pranishme, struviti ka më shumë gjasa të formohet në vlera më të larta të pH-së, përçueshmëri më të lartë, temperatura më të ulëta dhe përqendrime më të larta të magnezit, amoniakut dhe fosfatit. Rikuperimi i fosforit nga rrjedhat e ujërave të ndotura në formën e struvitit dhe riciklimi i këtyre lëndëve ushqyese si pleh për bujqësinë është premtues.
Struviti është një pleh mineral i vlefshëm me çlirim të ngadaltë, që përdoret në bujqësi dhe ka përparësitë se është në formë kokrrizash, i lehtë për t’u përdorur dhe pa erë.