Kanalizatsiya loyqasidan fosforni ultratovush yordamida qayta ajratib olish
- Dunyo boʻylab fosforga boʻlgan talab ortib bormoqda, tabiiy fosfor resurslari taʼminoti esa kamayib bormoqda.
- Kanalizatsiya loyqasi va kanalizatsiya loyqasi kuli fosforga boy boʻlib, shu sababli ulardan fosforni qayta ajratib olish manbai sifatida foydalanish mumkin.
- Ultratovushli hoʻl kimyoviy ishlov berish va choʻktirish kanalizatsiya loyqasidan hamda yoqilgan loyqa kulidan fosfatni qayta ajratib olishni yaxshilaydi va bu jarayonni iqtisodiy jihatdan ancha tejamli qiladi.
Fosfor
Fosfor (phosphor, P) qayta tiklanmaydigan resurs boʻlib, qishloq xoʻjaligida oʻgʻit sifatida, shuningdek, fosfor qimmatli qoʻshimcha hisoblanadigan koʻplab sanoat tarmoqlarida (masalan, boʻyoqlar, kir yuvish vositalari, olov tarqalishini sekinlashtiruvchi moddalar, hayvonlar ozuqasi) keng qoʻllanadi. Kanalizatsiya loyqasi, yoqilgan kanalizatsiya loyqasi kuli (ISSA), goʻng va sut sanoati oqova suvlari fosforga boy. Fosfor resursining cheklanganligi hamda atrof-muhit bilan bogʻliq muammolarni hisobga olganda, ular fosforni qayta ajratib olish manbai hisoblanadi.
Suyuq oqova suv oqimlaridan fosforni qayta ajratib olish darajasi 40 dan 50% gacha yetishi mumkin, kanalizatsiya loyqasi va kanalizatsiya loyqasi kulidan qayta ajratib olish darajasi esa 90% gacha yetishi mumkin. Fosforni turli shakllarda choʻktirish mumkin; ulardan biri struvitdir (u yuqori sifatli, sekin ajralib chiqadigan oʻgʻit sifatida qadrlanadi). Fosforni qayta ajratib olishni iqtisodiy jihatdan tejamli qilish uchun qayta ajratib olish jarayonini yaxshilash kerak. Ultratovush bilan ishlov berish jarayonni jadallashtirish usuli boʻlib, jarayonni tezlashtiradi va qayta ajratib olingan minerallar unumini oshiradi.
Fosforni ultratovush yordamida qayta ajratib olish
Ultratovush bilan ishlov berish orqali chiqindi oqimlaridan struvit (magniy ammoniy fosfat (MAP)), kalsiy fosfat, gidroksiapatit (HAP) / kalsiy gidroksiapatit, oktakalsiy fosfat, trikalsiy fosfat va dikalsiy fosfat digidrat kabi qimmatli materiallarni qayta ajratib olish mumkin. Ultratovushli ishlov berish kanalizatsiya loyqasidan va yoqilgan loyqa kulidan qimmatli materiallarni hoʻl kimyoviy ekstraksiya qilishni, shuningdek, choʻktirish va kristallantirishni (sonokristallanish) yaxshilaydi.
Alohida yoqilgan kanalizatsiya loyqasi kulida fosfor (8–10%), temir (10–15%) va alyuminiy (5–10%) miqdori ancha yuqori boʻlsa-da, uning tarkibida qoʻrgʻoshin, kadmiy, mis va rux kabi zaharli ogʻir metallar ham mavjud.
Fosforni qayta ajratib olish – ikki bosqichli jarayon
-
- Kislota yordamida ekstraksiya
Fosforni qayta ajratib olishning birinchi bosqichi sulfat kislota yoki xlorid kislota kabi kislota yordamida kanalizatsiya loyqasidan yoki yoqilgan kanalizatsiya loyqasi kulidan (ISSA) fosforni ekstraksiya qilish yoki tanlab eritib ajratib olishdir. Ultratovushli aralashtirish kislota bilan ISSA oʻrtasidagi massa almashinuvini oshirish orqali hoʻl kimyoviy tanlab eritib ajratishni jadallashtiradi, natijada fosforning toʻliq tanlab eritib ajratilishiga tez erishiladi. Ekstraksiya jarayonini yaxshilash uchun etilendiamintetrasirka kislotasi (EDTA) yordamida dastlabki ishlov berish bosqichidan foydalanish mumkin.
-
- Fosforni choʻktirish
Ultratovushli kristallantirish kristall hosil boʻlish markazlarini koʻpaytirish hamda kristall hosil qilish uchun molekulalarning adsorbsiyasi va agregatsiyasini tezlashtirish orqali fosfatlarning choʻkishini sezilarli darajada kuchaytiradi. Kanalizatsiya loyqasi va ISSA dan fosforni ultratovush yordamida choʻktirishga, masalan, magniy gidroksid va ammoniy gidroksid yordamida erishish mumkin. Hosil boʻlgan choʻkma struvit boʻlib, u magniy, ammoniy, fosfor va kisloroddan tashkil topgan birikmadir.
Struvitning sonokristallanishi
Ultratovushli dispersiyalash fazalar oʻrtasidagi massa almashinuvini jadallashtiradi va fosfatlarning (masalan, struvit / MAP) kristall yadrolari hosil boʻlishini hamda kristall oʻsishini boshlaydi.
Struvitni oqim ichida ultratovush yordamida choʻktirish va kristallantirish katta hajmli oqimlarga sanoat miqyosida ishlov berish imkonini beradi. Katta kanalizatsiya loyqasi oqimiga ishlov berish muammosini uzluksiz ultratovushli jarayon orqali hal qilish mumkin. Bu jarayon struvitning kristallanishini tezlashtiradi va kichikroq, bir xilroq fosfat zarrachalarini hosil qilish orqali kristall oʻlchamini yaxshilaydi. Choʻktirilgan zarrachalarning oʻlcham boʻyicha taqsimoti kristall yadrolari hosil boʻlish tezligi va undan keyingi kristall oʻsish tezligi bilan belgilanadi. Yadrolar hosil boʻlishining tezlashishi va oʻsishning sekinlashishi suvli eritmada kristall fosfat zarrachalari, yaʼni struvitning choʻkishi uchun asosiy omillardir. Ultratovush bilan ishlov berish jarayonni jadallashtirish usuli boʻlib, reaksiyaga kirishuvchi ionlarning bir tekis taqsimlanishiga erishish uchun aralashtirishni yaxshilaydi.
Maʼlumki, ultratovushli choʻktirish zarracha oʻlchamlarining torroq taqsimotini, kichikroq kristall oʻlchamini, boshqariladigan morfologiyani hamda kristall yadrolari hosil boʻlishining yuqori tezligini taʼminlaydi.
Choʻchqachilik oqova suvlaridan choʻktirilgan struvit kristallari (manba: Kim va boshq. 2017)
Masalan, PO3-4 : NH+4 : Mg2+ 1 : 3 : 4 nisbatda boʻlganda yaxshi choʻktirish natijalariga erishish mumkin. pH ning 8 dan 10 gacha boʻlgan oraligʻi fosfat P ning maksimal ajralib chiqishiga olib keladi
Ultratovush bilan ishlov berish oqova suvdan kalsiy fosfat, magniy ammoniy fosfat (MAP) va gidroksiapatit (HAP), kalsiy gidroksiapatit, oktakalsiy fosfat, trikalsiy fosfat va dikalsiy fosfat digidrat kabi qimmatli materiallarning choʻkishini jadallashtiradigan, jarayonni kuchaytiruvchi yuqori samarali usuldir. Kanalizatsiya loyqasi, goʻng va sut sanoati oqova suvlari oziq moddalarga boy oqova suvlar sifatida tanilgan boʻlib, ular ultratovush yordamida choʻktirish orqali qimmatli materiallar ishlab chiqarishga mos keladi.
Struvit kristallining hosil boʻlishi:
Mg2+ + NH+4 + HPO2-4 + H2O –> MgNH4PO4 ∙ 6H2O + H+
Laboratoriyadan tajriba va sanoat miqyosigacha boʻlgan yuqori quvvatli ultratovushli protsessorlar.
Tanlab eritib ajratish va choʻktirish uchun sanoat ultratovush uskunalari
Yoqilgan kanalizatsiya loyqasi kuli (ISSA) va kanalizatsiya loyqasiga sanoat miqyosida ishlov berish uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovush tizimlari va reaktorlari talab etiladi. Hielscher Ultrasonics yuqori quvvatli ultratovush uskunalarini loyihalash va ishlab chiqarishga ixtisoslashgan – laboratoriya va stol usti qurilmalaridan to toʻliq sanoat qurilmalarigacha. Hielscher ultratovush qurilmalari mustahkam boʻlib, murakkab sharoitlarda toʻliq yuklama ostida 24/7 ishlash uchun yaratilgan. Turli geometriyali oqim hujayrasi reaktorlari, sonotrodlar (ultratovush zondlari) va kuchaytiruvchi ruporlar kabi aksessuarlar ultratovush tizimini jarayon talablariga optimal moslashtirish imkonini beradi. Katta hajmli oqimlarga ishlov berish uchun Hielscher 4kW, 10kW va 16kW ultratovush qurilmalarini taklif etadi; ularni parallel ulab, ultratovush klasterlariga osongina birlashtirish mumkin.
Hielscher kompaniyasining ilgʻor ultratovush qurilmalari foydalanishni osonlashtirish va jarayon parametrlarini aniq boshqarish uchun raqamli sensorli displey bilan jihozlangan.
Foydalanuvchi uchun qulaylik, oson va xavfsiz foydalanish Hielscher ultratovush qurilmalarining asosiy xususiyatlaridir. Brauzer orqali masofadan boshqarish ultratovush tizimini shaxsiy kompyuter, smartfon yoki planshet orqali ishlatish va boshqarish imkonini beradi.
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 10 dan 2000mL gacha | 20 dan 400mL/min gacha | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 dan 20L gacha | 0,2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100L gacha | 2 dan 10L/min gacha | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 dan 100L/min gacha | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | qurilmalar klasteri: UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizga savol bering!
Adabiyotlar/Manbalar
- Dodds, John A.; Espitalier, Fabienne; Louisnard, Olivier; Grossier, Romain; David, Rene; Hassoun, Myriam; Baillon, Fabien; Gatumel, Cendrine; Lyczko, Nathalie (2007): Ultratovushning kristallanish-choʻktirish jarayonlariga taʼsiri: ayrim misollar va yangi segregatsiya modeli. Particle and Particle Systems Characterization, Wiley-VCH Verlag, 2007, 24 (1), pp.18–28
- Kharbanda, A.; Prasanna, K. (2016): Sut sanoati oqova suvlaridan oziq moddalarni MAP (magniy ammoniy fosfat) va HAP (gidroksiapatit) shaklida ajratib olish. 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): Anaerob usulda parchalangan choʻchqachilik oqova suvlarining chiqish oqimidan struvitni kristallantirish orqali fosforni qayta ajratib olishga pH, molyar nisbatlar va dastlabki ishlov berishning taʼsiri. Environmental Engineering Research 22(1), 2017. 12–18.
- Rahman, M., Salleh, M., Ahsan, A., Hossain, M., Ra, C. (2014): Struvitni kristallantirish orqali oqova suvlardan sekin ajralib chiqadigan kristall oʻgʻit ishlab chiqarish. Arab. J. Chem. 7, 139–155.
Bilishga arziydigan maʼlumotlar
Ultratovushli choʻktirish qanday ishlaydi?
Ultratovush bilan ishlov berish kristall yadrolari hosil boʻlishi va kristall oʻsishiga taʼsir qiladi; bu jarayon sonokristallanish deb ataladi.
Birinchidan, ultratovushni qoʻllash suyuq eritmadan qattiq kristallar hosil boʻladigan yadrolanish jarayonining tezligiga taʼsir qilish imkonini beradi. Yuqori quvvatli ultratovush kavitatsiyani hosil qiladi; bu suyuq muhitdagi vakuum pufakchalarining oʻsishi va ichkariga qulashidir. Vakuum pufakchalarining ichkariga qulashi tizimga energiya kiritadi va kritik ortiqcha erkin energiyani kamaytiradi. Natijada kristall hosil boʻlish markazlari va yadrolanish yuqori tezlikda hamda eng erta paytda boshlanadi. Kavitatsiya pufakchasi bilan eritma oʻrtasidagi chegarada erigan modda molekulasining yarmi erituvchi tomonidan solvatlanadi, molekula sirtining ikkinchi yarmi esa kavitatsiya pufakchasi bilan qoplanadi, shu sababli solvatlanish tezligi kamayadi. Erigan modda molekulasining qayta erishining oldi olinadi, eritmadagi molekulalarning koagulyatsiyasi esa kuchayadi.
Ikkinchidan, ultratovush bilan ishlov berish kristall oʻsishini jadallashtiradi. Ultratovushli aralashtirish massa almashinuvi va molekulalar agregatsiyasini oshirish orqali kristallarning oʻsishini jadallashtiradi.
Ultratovush bilan ishlov berish orqali erishilgan natijalarni ishlov berish rejimi yordamida boshqarish mumkin:
Uzluksiz ultratovush bilan ishlov berish:
Eritmaga uzluksiz ultratovush bilan ishlov berish koʻplab kristall yadrolari hosil boʻlish markazlarini yaratadi, natijada koʻp sonli kichik kristallar hosil boʻladi
Impulsli ultratovush bilan ishlov berish:
Impulsli / siklli ultratovush bilan ishlov berishni qoʻllash kristall oʻlchamini aniq boshqarish imkonini beradi
Kristall yadrolari hosil boʻlishini boshlash uchun ultratovush bilan ishlov berish:
Ultratovush faqat kristallanish jarayonining boshida qoʻllanganda cheklangan miqdordagi kristall yadrolari hosil boʻladi, keyinchalik ular kattaroq oʻlchamgacha oʻstiriladi.
Kristallanish davomida ultratovush bilan ishlov berishdan foydalanib, kristall tuzilmalarning oʻsish tezligi, oʻlchami va shakliga taʼsir qilish hamda ularni boshqarish mumkin. Ultratovush bilan ishlov berishning turli variantlari sonokristallanish jarayonlarini aniq boshqariladigan va takrorlanadigan qiladi.
Ultratovushli kavitatsiya
Yuqori intensivlikdagi ultratovush suyuq muhitdan oʻtganda suyuqlik boʻylab yuqori bosimli (siqilish) va past bosimli (siyraklashish) toʻlqinlar navbatma-navbat tarqaladi. Suyuqlikdan oʻtayotgan ultratovush toʻlqini keltirib chiqaradigan manfiy bosim yetarlicha katta boʻlganda suyuqlik molekulalari orasidagi masofa suyuqlikning yaxlitligini saqlash uchun zarur boʻlgan minimal molekulalararo masofadan oshib ketadi, shunda suyuqlikning yaxlitligi buzilib, vakuum pufakchalari yoki boʻshliqlar hosil boʻladi. Bu vakuum pufakchalari kavitatsiya pufakchalari deb ham ataladi.
Aralashtirish, dispersiyalash, maydalash, ekstraksiya va hokazo kabi quvvatli ultratovush qoʻllanilishlarida ishlatiladigan kavitatsiya pufakchalari ultratovush intensivligi 10 Wcm2 dan yuqori boʻlganda hosil boʻladi. Kavitatsiya pufakchalari boshqa energiya yuta olmaydigan oʻlchamga yetguncha bir necha akustik past bosim / yuqori bosim sikllari davomida oʻsadi. Kavitatsiya pufakchasi maksimal oʻlchamiga yetganda siqilish sikli davomida shiddat bilan ichkariga qulaydi. Qisqa muddatli kavitatsiya pufakchasining shiddatli qulashi juda yuqori haroratlar va bosimlar, juda katta bosim va harorat farqlari hamda suyuqlik oqimchalari kabi ekstremal sharoitlarni hosil qiladi. Bu kuchlar ultratovush qoʻllanilishlarida foydalaniladigan kimyoviy va mexanik taʼsirlarning manbaidir. Qulayotgan har bir pufakchani bir zumda bir necha ming daraja harorat va ming atmosferadan yuqori bosim hosil boʻladigan mikroreaktor deb hisoblash mumkin [Suslick et al 1986].
Ultratovushli ekstraksiya akustik kavitatsiya va uning gidrodinamik siljish kuchlariga asoslanadi
Fosfor
Fosfor zarur, qayta tiklanmaydigan resursdir va mutaxassislar dunyo taxminan 20 yil ichida «fosfor choʻqqisi»ga, yaʼni taʼminot ortib borayotgan talabni endi qondira olmaydigan paytga yetishini allaqachon bashorat qilmoqda. Yevropa Komissiyasi fosforni allaqachon oʻta muhim xomashyo sifatida tasniflagan.
Kanalizatsiya loyqasi koʻpincha dalalarga yoyiladigan oʻgʻit sifatida ishlatiladi. Biroq kanalizatsiya loyqasida qimmatli fosfatdan tashqari zararli ogʻir metallar va organik ifloslantiruvchilar ham mavjud boʻlgani sababli Germaniya kabi koʻplab mamlakatlar oʻgʻit sifatida ishlatilishi mumkin boʻlgan kanalizatsiya loyqasi miqdorini qonunchilik orqali cheklaydi. Germaniya kabi koʻplab mamlakatlarda ogʻir metallar bilan ifloslanishni qatʼiy cheklaydigan qattiq oʻgʻit qoidalari mavjud. Fosfor cheklangan resurs boʻlgani sababli Germaniyaning 2017 yilgi Kanalizatsiya loyqasi toʻgʻrisidagi nizomi kanalizatsiya tozalash inshootlari operatorlaridan fosfatlarni qayta ishlashni talab qiladi.
Fosforni oqova suvdan, kanalizatsiya loyqasidan, shuningdek, yoqilgan kanalizatsiya loyqasi kulidan qayta ajratib olish mumkin.
Fosfat
Fosfat, noorganik kimyoviy modda, fosfat kislotaning tuzidir. Qishloq xoʻjaligi va sanoatda ishlatish uchun fosfor olish maqsadida noorganik fosfatlar qazib olinadi. Organik kimyoda fosfat yoki organofosfat fosfat kislotaning murakkab efiridir.
«Phosphorous» nomini fosfor elementi («phosphorus», kimyoviy belgisi P) bilan adashtirmang. Bular ikki xil narsadir. Azot guruhiga mansub koʻp valentli metallmas boʻlgan fosfor odatda noorganik fosfatli togʻ jinslarida uchraydi.
Organik fosfatlar biokimyo va biogeokimyoda muhim ahamiyatga ega.
Fosfat – PO43- ionining nomi. Fosfit kislota esa H3PO3 uch protonli kislotaning nomidir. Bu 3 H+ ioni va bitta fosfit (PO33-) ionining birikmasidir.
Fosfor belgisi P va atom raqami 15 boʻlgan kimyoviy elementdir. Fosfor birikmalari portlovchi moddalar, asabni zararlovchi moddalar, ishqalanish orqali yonadigan gugurtlar, mushakbozlik vositalari, pestitsidlar, tish pastasi va yuvish vositalarida ham keng qoʻllanadi.
Struvit
Magniy ammoniy fosfat (MAP) deb ham ataladigan struvit kimyoviy formulasi NH4MgPO4·6H2O boʻlgan fosfat mineralidir. Struvit ortorombik tizimda oqdan sargʻishgacha yoki jigarrang-oq piramidasimon kristallar yoxud plastinkasimon shakllarda kristallanadi. Yumshoq mineral boʻlgan struvitning Mohs shkalasi boʻyicha qattiqligi 1,5 dan 2 gacha, solishtirma ogʻirligi esa past – 1,7. Neytral va ishqoriy sharoitlarda struvit juda kam eriydi, biroq kislotada oson eritilishi mumkin. Oqova suvda magniy, ammiak va fosfatning molga-molga-mol nisbati (1:1:1) boʻlganda struvit kristallari hosil boʻladi. Uchala element – magniy, ammiak va fosfat – odatda oqova suvda mavjud boʻladi: magniy asosan tuproq, dengiz suvi va ichimlik suvidan keladi, ammiak oqova suvdagi mochevinaning parchalanishidan hosil boʻladi, fosfat esa oqova suvga oziq-ovqat, sovun va yuvish vositalaridan tushadi. Ushbu uch element mavjud boʻlganda yuqoriroq pH qiymatlari, yuqoriroq elektr oʻtkazuvchanlik, pastroq haroratlar hamda magniy, ammiak va fosfatning yuqoriroq konsentratsiyalarida struvit hosil boʻlish ehtimoli ortadi. Oqova suv oqimlaridan fosforni struvit shaklida qayta ajratib olish va bu oziq moddalarni qishloq xoʻjaligi uchun oʻgʻit sifatida qayta ishlatish istiqbollidir.
Struvit qishloq xoʻjaligida ishlatiladigan, sekin ajralib chiqadigan qimmatli mineral oʻgʻit boʻlib, donadorligi, foydalanish osonligi va hidsizligi bilan afzaldir.