Phục hồi phosphor siêu âm từ bùn thải
- Nhu cầu về phosphor trên toàn thế giới đang gia tăng, trong khi việc cung cấp các nguồn tài nguyên phốt pho tự nhiên đang được khan hiếm.
- Bùn thải và bùn nước thải có nhiều phốt pho và do đó có thể được sử dụng như là nguồn để đòi lại phốt pho.
- Các siêu âm xử lý hóa học ướt và lượng mưa cải thiện sự phục hồi của phosphate từ bùn thải cũng như từ các tro của bùn thiêu đốt và làm cho việc phục hồi đáng kể kinh tế hơn.
Phospho
Phốt pho (phosphor, P) là một nguồn tài nguyên không tái tạo, được sử dụng rất nhiều trong nông nghiệp như phân bón cũng như trong nhiều ngành công nghiệp, nơi mà phốt pho là một phụ gia có giá trị (ví dụ, sơn, chất tẩy rửa giặt, chất chống cháy, thức ăn chăn nuôi). Bùn thải, bùn thải (Issa), phân bón và thải sữa rất giàu phốt pho, làm cho chúng trở thành một nguồn phục hồi phốt pho liên quan đến nguồn tài nguyên hữu hạn của phốt pho cũng như các mối lo ngại về môi trường.
Tỷ lệ phục hồi phốt pho từ các dòng nước thải chất lỏng có thể đạt 40 đến 50%, trong khi giá phục hồi từ bùn thải và bùn thải có thể đạt tới 90%. Phốt pho có thể được kết tủa trong nhiều hình thức, một trong số họ là struvite (có giá trị như một phân bón chất lượng cao, phát hành chậm). Để làm cho sự tái tạo của phốt pho kinh tế, quá trình phục hồi phải được cải thiện. Ultrasonication là một quá trình tăng cường phương pháp làm tăng tốc quá trình và làm tăng năng suất của khoáng sản thu hồi.
Siêu âm phốt pho phục hồi
Dưới sonication, các vật liệu có giá trị như struvite (magiê ammonium phosphate (MAP)), canxi phosphate, hydroxyapatite (HAP)/Calcium hydroxyapatite, octacalcium phosphate, trorphcium phosphate, và dihydrat phosphate diamxi có thể được phục hồi từ các luồng chất thải. Việc điều trị bằng siêu âm cải thiện việc khai thác hóa chất ướt cũng như lượng mưa và tinh thể (kết tinh Sono) của các vật liệu có giá trị từ bùn thải và từ tro của bùn thiêu đốt.
Trong khi hàm lượng phốt pho (8-10%), sắt (10-15%), và nhôm (5-10%) trong tro của bùn thải mono-incinerated là khá cao, nó cũng chứa các kim loại nặng độc hại như chì, cadmium, đồng, và kẽm.
Phopshorus phục hồi – Quy trình hai bước
-
- khai thác axit
Bước đầu tiên của sự phục hồi phosphor là việc khai thác hoặc lọc các phốtpho từ bùn thải hoặc bùn nước thải được đốt (ISSA) sử dụng một axít như axít sulfuric hoặc axít clohiđric. Siêu âm trộn thúc đẩy việc lọc hóa chất ướt bằng cách tăng sự chuyển giao khối lượng giữa các axit và ISSA để một sự lọc đầy đủ của phốt pho đạt được nhanh chóng. Một bước điều trị trước khi sử dụng axit ethylenediaminetetraacetatic (EDTA) có thể được sử dụng để cải thiện thủ tục khai thác.
-
- Lượng mưa phốt pho
Kết tinh siêu âm tăng cường lượng mưa phosphat đáng kể bằng cách tăng các điểm gieo hạt và tăng tốc sự hấp phụ và tập hợp các phân tử để tạo thành một pha lê. Lượng mưa siêu âm của phốt pho từ nước thải và ISSA có thể đạt được ví dụ, bằng cách sử dụng Magnesium hydroxide và amoni hydroxit. Kết tủa là struvite, một hợp chất tạo thành từ magiê, amoni, phốt pho và ôxy.
Sonocrystallization của Struvite
Siêu âm phân tán thúc đẩy sự chuyển giao khối lượng giữa các giai đoạn và bắt đầu tạo mầm và pha lê tăng trưởng cho phosphat (ví dụ, struvite/MAP).
Lượng mưa nội tuyến siêu âm và kết tinh của struvite cho phép điều trị khối lượng lớn trên quy mô công nghiệp. Vấn đề xử lý dòng bùn thải lớn có thể được giải quyết bằng một quá trình siêu âm liên tục, làm tăng tốc độ kết tinh của struvite và cải thiện kích thước tinh thể tạo ra các hạt phosphate nhỏ hơn, đồng nhất. Sự phân bố kích thước của các hạt kết tủa được xác định tỷ lệ tạo mầm và tốc độ tăng trưởng pha lê tiếp theo. Tăng tốc và ức chế sự phát triển là những yếu tố chính cho sự kết tủa của các hạt phosphate cristalline, tức là struvite, trong một dung dịch nước. Ultrasonication là một quá trình tăng cường phương pháp cải thiện pha trộn để có được sự phân bố đồng nhất các ion phản ứng.
Lượng mưa siêu âm được biết là cung cấp cho phân bố kích thước hạt hẹp hơn, kích thước tinh thể nhỏ hơn, hình thái điều khiển và cũng như tốc độ mầm nhanh.
Tinh thể struvite kết tủa từ nước thải lợn (nguồn: kim et al. 2017)
Kết quả lượng mưa tốt có thể đạt được ví dụ với PO3-4 : NH+4 : Mg2 + với tỷ lệ 1:3: 4. Phạm vi pH từ 8 đến 10 dẫn đến phát hành tối đa phosphate P
Ultrasonication là một quá trình hiệu quả cao tăng cường kỹ thuật để thúc đẩy sự kết tủa của các vật liệu có giá trị như canxi phosphate, magiê ammonium phosphate (MAP) và hydroxyapatite (HAP), hydroxyapatite canxi, octacalcium phosphate, trorphcium phosphate, và diamxi phosphate dihydrat từ nước thải. Bùn thải, phân bón và thải sữa được gọi là nước thải giàu chất dinh dưỡng, phù hợp để sản xuất các vật liệu có giá trị qua kết tủa ultrasonically hỗ trợ.
Thành hệ pha lê struvite:
Mg2 + + NH+4 + HPO2-4 + H2các –> Không có4Po4 ∙ 6H2O + H+
Bộ vi xử lý siêu âm công suất cao từ phòng thí nghiệm đến thí điểm và quy mô công nghiệp.
Thiết bị siêu âm công nghiệp cho lọc và lượng mưa
Hệ thống siêu âm và lò phản ứng hiệu suất cao được yêu cầu để điều trị các loại bùn nước thải bị thiêu đốt (ISSA) và bùn thải trên quy mô công nghiệp. Hielscher Ultrasonics chuyên về thiết kế và sản xuất thiết bị siêu âm công suất cao – từ phòng thí nghiệm và băng ghế dự bị đến các đơn vị công nghiệp đầy đủ. Hielscher ultrasonicators là mạnh mẽ và được xây dựng cho các hoạt động 24/7 dưới tải đầy đủ trong các môi trường đòi hỏi. Các phụ kiện như lò phản ứng di động dòng chảy với các hình học khác nhau, sonotrodes (đầu dò siêu âm) và sừng tăng cường cho phép thích ứng tối ưu của hệ thống siêu âm cho các yêu cầu quy trình. Để xử lý các luồng âm lượng lớn, Hielscher cung cấp các đơn vị siêu âm 4kW, 10kW và 16kW, có thể được kết hợp dễ dàng cùng với các cụm siêu âm.
Ultrasonicators tinh vi của Hielscher tính năng hiển thị cảm ứng kỹ thuật số cho hoạt động dễ dàng và kiểm soát chính xác các thông số quá trình.
Thân thiện với người dùng và một hoạt động dễ dàng, an toàn là các tính năng chính của ultrasonicators Hielscher. Điều khiển trình duyệt từ xa cho phép vận hành và kiểm soát hệ thống siêu âm qua PC, điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng.
Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:
| batch Khối lượng | Tốc độ dòng | Thiết bị khuyến nghị |
|---|---|---|
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL / phút | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 đến 20L | 00,2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | lớn hơn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!
Văn học / Tài liệu tham khảo
- Dodds, John A.; Không tên, Fabienne; Louisnard, Olivier; Grossier, Romain; David, Rene; Hassoun, Myriam; Baillon, Fabien; Gatumel, Cendrine; Lyczko, Nathalie (2007): ảnh hưởng của siêu âm đối với quá trình kết tủa kết tinh: một số ví dụ và mô hình phân biệt mới. Hệ thống hạt và hạt đặc tính, Wiley-VCH Verlag, 2007, 24 (1), pp. 18-28
- Kharbanda, A.; Prasanna, K. (2016): khai thác các chất dinh dưỡng từ nước thải từ sữa dưới dạng bản đồ (Magnesium ammonium phosphate) và HAP (hydroxyapatite). Rasayan tạp chí hóa học Vol. 9, số 2; 2016.215-221.
- Kim, D.; Jin min, K.; Lee, K.; Yu, M. S:; Công viên, K.Y. (2017): Ảnh hưởng của độ pH, tỷ lệ Mol và tiền điều trị phục hồi phốt pho thông qua kết tinh struvite từ nước thải của anaerobically tiêu hóa lợn. Nghiên cứu kỹ thuật môi trường 22 (1), 2017. 12-18.
- Rahman, M., Salleh, M., Ahsan, A., Hossain, M., ra, C. (2014): sản xuất phân bón pha lê phát hành chậm từ nước thải thông qua kết tinh struvite. Ả rập. J. Chem. 7, 139 – 155.
Sự kiện đáng biết
Lượng mưa siêu âm hoạt động như thế nào?
Ultrasonication tác động mầm và tăng trưởng pha lê, một quá trình được gọi là sonocrystallization.
Thứ nhất, việc áp dụng siêu âm cho phép ảnh hưởng đến tỷ lệ tạo mầm, nơi có tinh thể rắn hình thành từ một giải pháp chất lỏng. High-Power ultrasond tạo ra cavitation, đó là sự tăng trưởng và nổ của bong bóng chân không trong một môi trường lỏng. Sự nổ của bong bóng chân không giới thiệu năng lượng vào hệ thống và làm giảm năng lượng tự động dư thừa quan trọng. Qua đó, các điểm gieo hạt và mầm được bắt đầu với tốc độ cao và vào thời gian sớm nhất. Tại giao diện giữa bong bóng cavitation và giải pháp, một nửa của một phân tử chất tan được bao bởi dung môi, trong khi nửa còn lại của bề mặt phân tử được bao phủ bởi bong bóng cavitation, do đó tỷ lệ solvation giảm. Việc tái giải thể của các phân tử chất tan được ngăn chặn, trong khi sự đông máu của các phân tử trong dung lượng được tăng lên.
Thứ hai, sonication thúc đẩy sự tăng trưởng tinh. Siêu âm trộn thúc đẩy sự phát triển của tinh thể bằng incresing chuyển khối lượng và tập hợp các phân tử.
Các kết quả đạt được bởi sonication có thể được điều khiển bởi chế độ sonication:
Sonication liên tục:
Xử trị siêu âm liên tục của giải pháp tạo ra nhiều trang web tạo mầm, do đó một số lượng lớn các tinh thể nhỏ được tạo
Pulsed sonication:
Các ứng dụng của sonication xung/cycled cho phép kiểm soát chính xác hơn kích thước tinh
Sonication để bắt đầu tạo mầm:
Khi siêu âm được áp dụng chỉ trong khi bắt đầu quá trình kết tinh, một số hạt nhân hữu hạn được hình thành, sau đó được phát triển đến một kích thước lớn hơn.
Sử dụng ultrasonication trong quá trình kết tinh, tốc độ tăng trưởng, kích thước, và hình dạng của các cấu trúc pha lê có thể bị ảnh hưởng và kiểm soát. Các tùy chọn khác nhau của sonication làm cho quá trình kết tinh Sono chính xác kiểm soát và lặp lại.
cavitation siêu âm
Khi siêu âm cường độ cao vượt qua một môi trường lỏng, áp suất cao (nén) và sóng áp suất thấp (rarefaction) được xen kẽ qua chất lỏng. Khi áp suất âm gây ra cho một sóng siêu âm qua một chất lỏng đủ lớn, khoảng cách giữa các phân tử của chất lỏng vượt quá khoảng cách phân tử tối thiểu cần thiết để giữ nguyên chất lỏng, và sau đó chất lỏng bị phá vỡ để chân không bong bóng hoặc khoảng trống được tạo ra. Những bong bóng chân không còn được biết là Cavitation Bong bóng.
Bong bóng cavitation được sử dụng cho các ứng dụng siêu âm điện như trộn, Phân tán, phay, Khai thác vv xảy ra dưới cường độ siêu âm cao hơn 10 WCM2. Các bong bóng cavitation phát triển qua nhiều âm thanh áp suất thấp/áp suất cao chu kỳ cho đến khi họ đạt đến một kích thước, nơi họ không thể hấp thụ nhiều năng lượng. Khi một bong bóng cavitation đã đạt đến kích thước tối đa của nó, nó thứ dữ dội trong một chu kỳ nén. Các collaps bạo lực của một bong bóng cavitation thoáng qua tạo ra điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ rất cao và áp suất, áp suất rất cao và chênh lệch nhiệt độ và máy bay phản lực chất lỏng. Các lực lượng là nguồn cho các hiệu ứng hóa học và cơ học được sử dụng trong các ứng dụng siêu âm. Mỗi bong bóng bị sụp đổ có thể được coi là một lò phản ứng trong đó nhiệt độ của vài nghìn độ và áp suất cao hơn 1000 khí quyển được tạo ra ngay lập tức [Suslick et al 1986].
Khai thác bằng siêu âm dựa trên cavitation âm thanh và lực cắt thủy động của nó
Phospho
Phốt pho là một tài nguyên thiết yếu, không thể tái generable và các chuyên gia đã dự đoán rằng thế giới sẽ nhấn “phosphor đỉnh”, tức là thời gian mà từ đó cung cấp không còn có thể đáp ứng nhu cầu tăng lên, trong khoảng 20 năm. Ủy ban châu Âu đã được phân loại phốt pho như là một nguyên liệu quan trọng.
Bùn thải thường được sử dụng như là phân bón lây lan trên các lĩnh vực. Tuy nhiên, vì bùn thải không chỉ chứa phosphate có giá trị mà còn có hại kim loại nặng và các chất ô nhiễm hữu cơ, nhiều nước như Đức, hạn chế của pháp luật về lượng bùn thải có thể được sử dụng như là phân bón. Nhiều quốc gia như Đức có các quy định phân bón nghiêm ngặt, hạn chế sự ô nhiễm kim loại nặng. Kể từ khi phốt pho là một nguồn tài nguyên hữu hạn, các quy định bùn thải Đức từ 2017 đòi hỏi phải khai thác nhà máy nước thải để tái chế phosphat.
Phốt pho có thể được phục hồi từ nước thải, bùn thải, cũng như từ các tro của bùn thải thiêu đốt.
Phosphate
Một phosphate, một hóa chất vô cơ, là một muối của axit phosphoric. Phốt phát vô cơ được khai thác để lấy phốt pho để sử dụng trong nông nghiệp và công nghiệp. Trong hóa hữu cơ, một phosphate, hoặc organophosphate, là một ester của phosphoric acid.
Đừng nhầm lẫn tên phốt pho với các nguyên tố phốt pho (ký hiệu hóa học P). Họ là hai điều khác nhau. Một phi kim đa trị của nhóm nitơ, phốt pho thường được tìm thấy trong các đá phosphate vô cơ.
Phosphat hữu cơ là quan trọng trong hóa sinh và biogeochemistry.
Phosphate là tên của ion PO43-. Axít Phosphorous, mặt khác, là tên của axit nấc H3PO3. Đây là một sự kết hợp của 3 H+ ion và một photphit (PO33-ion.
Phốt pho là nguyên tố hóa học có ký hiệu P và số nguyên tử 15. Các hợp chất phốt pho cũng được sử dụng rộng rãi trong vật liệu nổ, các tác nhân thần kinh, các trận đấu ma sát, pháo hoa, thuốc trừ sâu, kem răng và chất tẩy rửa.
Của struvite
Struvite, cũng được gọi là magiê ammonium phosphate (MAP), là một khoáng chất phosphate với công thức hóa học NH4MgPO4· Giờ2O. Struvite kết tinh trong hệ thống trực thoi, như màu trắng đến vàng hoặc nâu hình kim tự tháp hoặc ở dạng platlet. Là một khoáng sản mềm, struvite có độ cứng Mohs 1,5 đến 2 và tỷ trọng riêng thấp của 1,7. Trong điều kiện trung tính và kiềm của struvite là khó tan, nhưng có thể dễ dàng hòa tan trong axit. Tinh thể struvite hình thành khi có một nốt ruồi để nốt ruồi với tỷ lệ nốt ruồi (1:1:1) magiê, amoniac và phosphate trong nước thải. Tất cả ba yếu tố – magiê, amoniac và phosphate – thường có mặt trong nước thải: magiê chủ yếu đến từ đất, nước biển và uống, amoniac được chia ra từ urê trong xử lý rác thải, và phosphate đến từ thực phẩm, xà giường và chất tẩy rửa vào nước thải. Với ba yếu tố này có mặt, struvite có nhiều khả năng hình thành hơn ở các giá trị pH cao hơn, độ dẫn điện cao hơn, nhiệt độ thấp hơn và nồng độ magiê, amoniac và phosphate cao hơn. Phục hồi phốt pho từ các luồng nước thải như struvite và tái chế các chất dinh dưỡng như phân bón cho nông nghiệp là hứa hẹn.
Struvite là một loại phân bón khoáng sản phát hành chậm có giá trị được sử dụng trong nông nghiệp, có lợi thế là chi tiết, dễ sử dụng và không mùi.