Kanalizatsiya loyidan ultratovushli fosforni qayta tiklash
- Butun dunyoda fosforga bo'lgan talab ortib bormoqda, tabiiy fosfor resurslari esa kamaymoqda.
- Kanalizatsiya loylari va oqava suvlarning kullari fosforga boy va shuning uchun fosforni qayta tiklash uchun manba sifatida ishlatilishi mumkin.
- Ultrasonik nam-kimyoviy ishlov berish va yog'ingarchilik fosfatning kanalizatsiya loyidan, shuningdek, yondirilgan loy kulidan tiklanishini yaxshilaydi va tiklanishni sezilarli darajada tejamkor qiladi.
fosfor
Fosfor (fosfor, P) qayta tiklanmaydigan resurs bo'lib, qishloq xo'jaligida o'g'it sifatida, shuningdek, fosfor qimmatli qo'shimcha bo'lgan ko'plab sanoat tarmoqlarida keng qo'llaniladi (masalan, bo'yoqlar, kir yuvish vositalari, olovga chidamli moddalar, hayvonlar uchun ozuqa). Kanalizatsiya loylari, yondirilgan kanalizatsiya loylari kuli (ISSA), go'ng va sut oqava suvlari fosforga boy bo'lib, ular fosforning cheklangan resursi, shuningdek, atrof-muhit muammolari nuqtai nazaridan fosforni qayta tiklash uchun manba bo'lib xizmat qiladi.
Suyuq chiqindi suv oqimlaridan fosforni olish darajasi 40 dan 50% gacha, kanalizatsiya loylari va kanalizatsiya loylari kulidan esa 90% gacha yetishi mumkin. Fosfor ko'p shakllarda cho'ktirilishi mumkin, ulardan biri struvit (yuqori sifatli, sekin ajralib chiqadigan o'g'it sifatida baholanadi). Fosforning meliorativ holatini tejamkor qilish uchun uni qayta tiklash jarayonini yaxshilash kerak. Ultrasonikatsiya - bu jarayonni tezlashtiradigan va qayta tiklangan minerallarning hosildorligini oshiradigan jarayonni kuchaytiruvchi usul.
Ultrasonik fosforni qayta tiklash
Sonikatsiya ostida struvit (magniy ammoniy fosfat (MAP)), kaltsiy fosfat, gidroksiapatit (HAP) / kaltsiy gidroksiapatit, oktakalsiy fosfat, trikalsiy fosfat va dikalsiy fosfat dihidrat kabi qimmatbaho materiallarni olish mumkin. Ultrasonik ishlov berish ho'l-kimyoviy ekstraktsiyani, shuningdek, kanalizatsiya loyidan va yondirilgan loy kulidan qimmatbaho materiallarni cho'ktirish va kristallanishni (sono-kristallanish) yaxshilaydi.
Mono yondirilgan kanalizatsiya loylari kulida fosfor (8-10%), temir (10-15%) va alyuminiy (5-10%) miqdori ancha yuqori bo'lsa-da, uning tarkibida qo'rg'oshin kabi zaharli og'ir metallar ham mavjud. kadmiy, mis va rux.
Fosforni qayta tiklash – Ikki bosqichli jarayon
-
- kislota ekstraktsiyasi
Fosforni qayta tiklashning birinchi bosqichi sulfat kislota yoki xlorid kislotasi kabi kislota yordamida kanalizatsiya loyidan yoki yondirilgan kanalizatsiya loy kulidan (ISSA) fosforni ajratib olish yoki yuvishdir. Ultrasonik aralashtirish kislota va ISSA o'rtasidagi massa almashinuvini oshirish orqali nam-kimyoviy yuvishga yordam beradi, shunda fosforning to'liq yuvilishi tezda amalga oshiriladi. Ekstraksiya jarayonini yaxshilash uchun etilendiamintetraatsetatik kislota (EDTA) yordamida dastlabki ishlov berish bosqichidan foydalanish mumkin.
-
- Fosfor yog'inlari
Ultrasonik kristallanish urug'lanish nuqtalarini ko'paytirish va kristal hosil qilish uchun molekulalarning adsorbsiyasi va agregatsiyasini tezlashtirish orqali fosfatlarning yog'inlanishini sezilarli darajada oshiradi. Kanalizatsiya shlaklari va ISSA dan fosforning ultratovushli cho'kishiga, masalan, magniy gidroksid va ammoniy gidroksid yordamida erishish mumkin. Olingan cho'kma struvit bo'lib, magniy, ammoniy, fosfor va kisloroddan tashkil topgan birikma.
Struvitning sonokristallanishi
Ultrasonik dispersiya fazalar orasidagi massa almashinuvini ta'minlaydi va fosfatlar (masalan, struvit / MAP) uchun yadrolanish va kristall o'sishini boshlaydi.
Ultrasonik inline yog'ingarchilik va struvitning kristallanishi sanoat miqyosida katta hajmli stramlarni davolashga imkon beradi. Katta kanalizatsiya loy oqimini qayta ishlash masalasi doimiy ultratovush jarayoni bilan hal qilinishi mumkin, bu struvitning kristallanishini tezlashtiradi va kichikroq, bir xil fosfat zarralarini ishlab chiqaradigan kristal hajmini yaxshilaydi. Cho'kma zarrachalarining hajmi taqsimoti yadrolanish tezligi va kristallning keyingi o'sish tezligi bilan belgilanadi. Tezlashtirilgan yadrolanish va inhibe qilingan o'sish kristalli fosfat zarralari, ya'ni struvitning suvli eritmada cho'kishi uchun asosiy omillardir. Ultrasonikatsiya - bu reaktiv ionlarning bir hil taqsimlanishini olish uchun aralashtirishni yaxshilaydigan jarayonni kuchaytiruvchi usul.
Ultrasonik yog'ingarchilik zarrachalar hajmining torroq taqsimotini, kichikroq kristall hajmini, boshqariladigan morfologiyani va tez yadrolanish tezligini berishi ma'lum.
Cho'chqa oqava suvidan cho'kkan struvit kristallari (manba: Kim va boshq. 2017)
Yaxshi yog'ingarchilik natijalariga, masalan, PO bilan erishish mumkin3-4 : NH+4 : Mg2+ 1 : 3 : 4 nisbatda. 8 dan 10 gacha bo'lgan pH diapazoni maksimal fosfat P chiqishiga olib keladi.
Ultrasonikatsiya - bu kaltsiy fosfat, magniy ammoniy fosfat (MAP) va gidroksiapatit (HAP), kaltsiy gidroksiapatit, oktakalsiy fosfat, trikalsiy fosfat gidrodifosfat va suvdan trikalsiy fosfatidifosfat kabi qimmatbaho materiallarning cho'kishiga yordam beradigan yuqori samarali jarayonni kuchaytiruvchi usul. Kanalizatsiya loylari, go'ng va sut oqava suvlari ultratovushli yog'ingarchilik orqali qimmatbaho materiallarni ishlab chiqarish uchun mos bo'lgan ozuqa moddalariga boy chiqindi suv sifatida tanilgan.
Struvit kristalining shakllanishi:
Mg2+ + NH+4 + HPO2-4 + H2O –> MgNH4PO4 ∙ 6H2O + H+
Laboratoriyadan tortib to tajriba va sanoat miqyosida yuqori quvvatli ultratovushli protsessorlar.
Yuvish va yog'ingarchilik uchun sanoat ultratovush uskunalari
Sanoat miqyosida yondirilgan kanalizatsiya loy kulini (ISSA) va kanalizatsiya loyini tozalash uchun yuqori samarali ultratovushli tizimlar va reaktorlar talab qilinadi. Hielscher Ultrasonics yuqori quvvatli ultratovush uskunalarini loyihalash va ishlab chiqarishga ixtisoslashgan – laboratoriya va dastgoh tepasidan to'liq sanoat birliklarigacha. Hielscher ultrasonikatorlari mustahkam va talabchan muhitda to'liq yuk ostida 24/7 ishlash uchun qurilgan. Har xil geometriyali oqim hujayra reaktorlari, sonotrodlar (ultratovushli zondlar) va kuchaytiruvchi shoxlar kabi aksessuarlar ultratovush tizimini jarayon talablariga optimal moslashtirishga imkon beradi. Katta hajmli oqimlarni qayta ishlash uchun Hielscher 4 kVt, 10 kVt va 16 kVt ultratovushli qurilmalarni taklif qiladi, ular ultratovushli klasterlarga parallel ravishda osongina birlashtirilishi mumkin.
Hielscherning murakkab ultrasonikatorlari oson ishlash va jarayon parametrlarini aniq nazorat qilish uchun raqamli sensorli displeyga ega.
Foydalanuvchi uchun qulaylik va oson, xavfsiz ishlash Hielscher ultrasonikatorlarining asosiy xususiyatlari hisoblanadi. Brauzerning masofaviy boshqaruvi ultratovushli tizimni kompyuter, smartfon yoki planshet orqali boshqarish va boshqarish imkonini beradi.
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:
| To'plam hajmi | Oqim darajasi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 10 dan 2000 ml gacha | 20 dan 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 dan 20 L gacha | 0.2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100 l gacha | 2 dan 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 dan 100 l / min | UIP16000 |
| na | kattaroq | ning klasteri UIP16000 |
Biz bilan bog'lanish! / Bizdan so'rang!
Adabiyot/Adabiyotlar
- Dodds, Jon A.; Espitalier, Fabienne; Louisnard, Olivier; Grossier, Romain; Devid, Rene; Xasun, Miriam; Baillon, Fabien; Gatumel, Cendrin; Lyczko, Nathalie (2007): Ultratovushning kristallanish-yomg'ir jarayonlariga ta'siri: Ba'zi misollar va yangi segregatsiya modeli. Zarrachalar va zarrachalar tizimlarining tavsifi, Wiley-VCH Verlag, 2007, 24 (1), 18-28-betlar
- Xarbanda, A.; Prasanna, K. (2016): MAP (magniy ammoniy fosfat) va HAP (gidroksiapatit) shaklida sut oqava suvlaridan ozuqa moddalarini olish. Rasayan Kimyo jurnali jild. 9, № 2; 2016. 215-221.
- Kim, D.; Jin Min, K.; Li, K.; Yu, MS:; Park, KY (2017): Anaerobik hazm qilingan cho'chqa oqava suvlari oqava suvlaridan struvit kristallanishi orqali fosforning tiklanishiga pH, molyar nisbatlar va oldindan ishlov berishning ta'siri.. Atrof-muhit muhandisligi tadqiqotlari 22 (1), 2017. 12-18.
- Rahman, M., Salleh, M., Ahsan, A., Hossain, M., Ra, C. (2014): struvit kristallanish orqali oqava suvlardan sekin chiqadigan kristall o'g'it ishlab chiqarish. arab. J. Chem. 7, 139–155.
Bilishga arziydigan faktlar
Ultrasonik yog'ingarchilik qanday ishlaydi?
Ultrasonikatsiya yadrolanish va kristall o'sishiga ta'sir qiladi, bu jarayon sifatida tanilgan sonokristallanish.
Birinchidan, ultratovushni qo'llash yadrolanish tezligiga ta'sir qilish imkonini beradi, bu erda suyuq eritmadan qattiq kristallar hosil bo'ladi. Yuqori quvvatli ultratovush kavitatsiyasini hosil qiladi, bu suyuqlik muhitida vakuum pufakchalarining o'sishi va portlashi. Vakuum pufakchalarining portlashi tizimga energiya kiritadi va ortiqcha bo'sh energiyani kamaytiradi. Shunday qilib, ekish nuqtalari va yadrolanish yuqori tezlikda va eng erta vaqtda boshlanadi. Kavitatsiya pufakchasi va eritma orasidagi interfeysda erigan molekulaning yarmi erituvchi tomonidan eriydi, molekula yuzasining ikkinchi yarmi kavitatsiya pufakchasi bilan qoplanadi, shuning uchun solvatatsiya tezligi kamayadi. Eritma molekulasining qayta erishi oldini oladi, shu bilan birga eritmadagi molekulalarning koagulyatsiyasi kuchayadi.
Ikkinchidan, sonikatsiya kristall o'sishiga yordam beradi. Ultrasonik aralashtirish molekulalarning massa o'tkazuvchanligini va agregatsiyasini oshirish orqali kristallarning o'sishiga yordam beradi.
Sonikatsiya yordamida erishilgan natijalarni sonikatsiya rejimi bilan boshqarish mumkin:
Doimiy sonikatsiya:
Eritmani doimiy ultratovush bilan davolash ko'plab yadrolanish joylarini hosil qiladi, shuning uchun ko'p miqdordagi kichik kristallar hosil bo'ladi.
Pulsli sonikatsiya:
Impulsli / tsiklli sonikatsiyani qo'llash kristal o'lchamini aniq nazorat qilish imkonini beradi
Nukleatsiyani boshlash uchun sonikatsiya:
Ultratovush faqat kristallanish jarayonining boshida qo'llanilganda, cheklangan miqdordagi yadrolar hosil bo'ladi, keyinchalik ular kattaroq hajmga o'sadi.
Kristallanish jarayonida ultratovush yordamida kristall tuzilmalarning o'sish tezligi, o'lchami va shakli ta'sir qilishi va nazorat qilinishi mumkin. Sonikatsiyaning turli xil variantlari sono-kristallanish jarayonlarini aniq nazorat qilinadigan va takrorlanadigan qiladi.
ultratovushli kavitatsiya
Yuqori intensivlikdagi ultratovush suyuq muhitni kesib o'tganda, suyuqlik orqali yuqori bosimli (siqilish) va past bosimli (kam uchraydigan) to'lqinlar almashadi. Ultrasonik to'lqinning suyuqlikni kesib o'tishi uchun yuzaga kelgan salbiy bosim etarlicha katta bo'lsa, suyuqlik molekulalari orasidagi masofa suyuqlikni to'liq ushlab turish uchun zarur bo'lgan minimal molekulyar masofadan oshib ketadi va keyin suyuqlik parchalanadi va vakuum pufakchalari yoki bo'shliqlar hosil bo'ladi. . Ushbu vakuum pufakchalari sifatida ham tanilgan kavitatsiya pufakchalar.
Kavitatsiya pufakchalari, masalan, aralashtirish, Tarqatish, frezalash, Ekstraksiya va hokazo 10 Vtcm dan yuqori ultratovush intensivligi ostida sodir bo'ladi2. Kavitatsiya pufakchalari bir nechta akustik past bosimli / yuqori bosimli tsikllar davomida ko'proq energiya singdira olmaydigan o'lchamga yetguncha o'sadi. Kavitatsiya qabariqi maksimal o'lchamiga etganida, u siqish aylanishi davomida kuchli portlaydi. Vaqtinchalik kavitatsiya pufakchasining kuchli qulashi juda yuqori harorat va bosimlar, juda yuqori bosim va harorat farqlari va suyuqlik oqimlari kabi ekstremal sharoitlarni yaratadi. Ushbu kuchlar ultratovushli ilovalarda ishlatiladigan kimyoviy va mexanik ta'sirlarning manbai hisoblanadi. Har bir qulab tushayotgan pufakchani bir zumda bir necha ming daraja harorat va ming atmosferadan yuqori bosim hosil qiladigan mikroreaktor deb hisoblash mumkin [Suslick va boshqalar 1986].
Ultrasonik ekstraksiya akustik kavitatsiya va uning gidrodinamik kesish kuchlariga asoslangan
fosfor
Fosfor muhim, qayta tiklanmaydigan resursdir va ekspertlar allaqachon dunyo zarba berishini bashorat qilmoqdalar “fosfor cho'qqisi”, ya'ni taklif ortib borayotgan talabni qondira olmaydigan vaqt, taxminan. 20 yil. Evropa Komissiyasi allaqachon fosforni muhim xom ashyo sifatida tasniflagan.
Kanalizatsiya loylari ko'pincha dalalarga o'g'it sepish sifatida ishlatiladi. Biroq, kanalizatsiya loylari nafaqat qimmatli fosfat, balki zararli og'ir metallar va organik ifloslantiruvchi moddalarni ham o'z ichiga olganligi sababli, Germaniya kabi ko'plab mamlakatlar o'g'it sifatida qancha kanalizatsiya loyini ishlatish mumkinligini qonunchilik bilan cheklaydi. Germaniya kabi ko'plab mamlakatlarda og'ir metallar bilan ifloslanishni qat'iy cheklaydigan qattiq o'g'it qoidalari mavjud. Fosfor cheklangan resurs bo'lganligi sababli, 2017 yildan boshlab Germaniya kanalizatsiya loylari to'g'risidagi nizom kanalizatsiya zavodi operatorlaridan fosfatlarni qayta ishlashni talab qiladi.
Fosforni oqava suvlardan, kanalizatsiya loylaridan, shuningdek yondirilgan kanalizatsiya loylari kulidan olish mumkin.
fosfat
Fosfat, noorganik kimyoviy modda, fosfor kislotasining tuzidir. Noorganik fosfatlar qishloq xoʻjaligi va sanoatda foydalanish uchun fosfor olish uchun qazib olinadi. Organik kimyoda fosfat yoki organofosfat fosfor kislotasining efiridir.
Fosfor nomini fosfor elementi bilan aralashtirib yubormang (kimyoviy belgi P). Ular ikki xil narsa. Azot guruhining ko'p valentli nometalli fosfor odatda noorganik fosfat jinslarida uchraydi.
Organik fosfatlar biokimyo va biogeokimyoda muhim ahamiyatga ega.
Fosfat - PO ionining nomi43-. Fosfor kislotasi esa H3PO3 triprotik kislotaning nomidir. Bu 3 H ning kombinatsiyasi+ ionlari va bitta fosfit (PO33-) ion.
Fosfor - bu P belgisi va atom raqami 15 bo'lgan kimyoviy element. Fosfor birikmalari portlovchi moddalar, asab agentlari, ishqalanish gugurtlari, feyerverklar, pestitsidlar, tish pastasi va yuvish vositalarida ham keng qo'llaniladi.
struvit
Struvit, shuningdek magniy ammoniy fosfat (MAP) deb ham ataladi, NH kimyoviy formulasiga ega fosfat mineralidir.4MgPO4·6H2O. Struvit ortorombik tizimda oqdan sarg'ish yoki jigarrang-oq piramidal kristallar shaklida yoki trombotsitlarga o'xshash shakllarda kristallanadi. Yumshoq mineral bo'lgan struvit Mohs qattiqligida 1,5 dan 2 gacha va past o'ziga xos og'irlik 1,7 ga teng. Neytral va ishqoriy sharoitda struvit qiyin eriydi, lekin kislotada oson eriydi. Struvit kristallari oqava suvda magniy, ammiak va fosfatning mol-mol nisbati (1:1:1) bo'lganda hosil bo'ladi. Barcha uch element – magniy, ammiak va fosfat – Odatda chiqindi suvlarda mavjud: magniy asosan tuproqdan, dengiz suvidan va ichimlik suvidan olinadi, ammiak oqava suvdagi karbamiddan parchalanadi, oziq-ovqat, sovun va yuvish vositalaridan keladigan fosfat esa oqava suvga aylanadi. Ushbu uchta element mavjud bo'lganda, struvit yuqori pH qiymatlarida, yuqori o'tkazuvchanlikda, past haroratlarda va magniy, ammiak va fosfatning yuqori konsentratsiyasida hosil bo'lish ehtimoli ko'proq. Fosforni chiqindi suv oqimlaridan struvit sifatida olish va bu ozuqaviy moddalarni qishloq xo‘jaligi uchun o‘g‘it sifatida qayta ishlash istiqbolli.
Struvit qishloq xoʻjaligida qoʻllaniladigan qimmatli sekin ajralib chiqadigan mineral oʻgʻit boʻlib, uning afzalliklari donadorligi, ishlatish uchun qulayligi va hidsizligi bilan ajralib turadi.