BG113637A - Метод за рекуперация на фосфор от калова вода под формата на струвит - Google Patents
Метод за рекуперация на фосфор от калова вода под формата на струвит Download PDFInfo
- Publication number
- BG113637A BG113637A BG113637A BG11363722A BG113637A BG 113637 A BG113637 A BG 113637A BG 113637 A BG113637 A BG 113637A BG 11363722 A BG11363722 A BG 11363722A BG 113637 A BG113637 A BG 113637A
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- struvite
- magnesium
- sludge
- phosphorus
- phosphate
- Prior art date
Links
- 229910052567 struvite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 61
- CKMXBZGNNVIXHC-UHFFFAOYSA-L ammonium magnesium phosphate hexahydrate Chemical compound [NH4+].O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[O-]P([O-])([O-])=O CKMXBZGNNVIXHC-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 9
- MXZRMHIULZDAKC-UHFFFAOYSA-L ammonium magnesium phosphate Chemical compound [NH4+].[Mg+2].[O-]P([O-])([O-])=O MXZRMHIULZDAKC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 28
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 28
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 14
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 9
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 9
- 239000010865 sewage Substances 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 claims description 2
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 abstract 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 abstract 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 19
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 16
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 10
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 7
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 239000002367 phosphate rock Substances 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 3
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000209149 Zea Species 0.000 description 2
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 2
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 2
- 238000005276 aerator Methods 0.000 description 2
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 2
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 229960001484 edetic acid Drugs 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K iron(3+) phosphate Chemical compound [Fe+3].[O-]P([O-])([O-])=O WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 2
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical class [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound C1CN(CC2=NNN=C21)CC(=O)N3CCN(CC3)C4=CN=C(N=C4)NCC5=CC(=CC=C5)OC(F)(F)F LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BHELIUBJHYAEDK-OAIUPTLZSA-N Aspoxicillin Chemical compound C1([C@H](C(=O)N[C@@H]2C(N3[C@H](C(C)(C)S[C@@H]32)C(O)=O)=O)NC(=O)[C@H](N)CC(=O)NC)=CC=C(O)C=C1 BHELIUBJHYAEDK-OAIUPTLZSA-N 0.000 description 1
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 ammonium ions Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002361 compost Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910000398 iron phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000399 iron(III) phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- DHRRIBDTHFBPNG-UHFFFAOYSA-L magnesium dichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[Cl-].[Cl-] DHRRIBDTHFBPNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012254 magnesium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000021962 pH elevation Effects 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 229910052585 phosphate mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- 238000001637 plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Fertilizers (AREA)
Abstract
Изобретението се отнася до метод за рекуперация (възстановяване) на фосфор от калова вода под формата на струвит. Каловата вода се формира при процесите на обезводняване на утайки в пречиствателните станции за пречистване на битово-фекални отпадъчни води. Изобретението се отнася до метод за получаване, под формата на утаяване, на струвит при използване на специфичен източник на магнезий, без корекция на рН. Изобретението се отнася и до използването на получения магнезиево-амониев фосфат, MgNH4P04.6H20 (струвит), като продукт за наторяване.
Description
МЕТОД ЗА РЕКУПЕРАЦИЯ НА ФОСФОР ОТ КАЛОВА ВОДА ПОД ФОРМАТА НА СТРУВИТ
ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА
Изобретението се отнася до метод за рекуперация (възстановяване) на фосфор от калова вода под формата на струвит. Каловата вода се формира при процесите на обезводняване на утайки в пречиствателните станции за пречистване на битово-фекални отпадъчни води. Изобретението се отнася до метод за получаване, под формата на утаяване, на струвит при използване на специфичен източник на магнезий, без корекция на pH. Изобретението се отнася и до използването на получения магнезиево-амониев фосфат хексахидрат, MgNH4PO4.6H2O (струвит) като продукт за наторяване.
ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА
Проблемът с фосфора (Р) привлича вниманието на света в два аспекта, а именно еутрофикацията, причинена от замърсяването с хранителни вещества (в частност Р) и изчерпването му като важен хранителен елемент. Ефектите от еутрофикацията са следните: намаляването на кислорода може да убие дивата природа или да принуди животните да напуснат засегнатата зона; неблагоприятно въздействие върху качеството на водата; вторично замърсяване. Основното безпокойство е, че хранителните вещества (включително фосфор) могат да изтласкат водните екосистеми отвъд естествените прагове, причинявайки необратими промени в структурата на екосистемите.
Най-често срещаните методи за отстраняване на фосфор от отпадни води са два: а) химично отстраняване на фосфор и б) биологично отстраняване на Р. Предимството на химичното отстраняване е, че може да се достигне ниско остатъчно ниво на Р; а недостатъците са: увеличен обем на утайката; намалена наличност на Р инсталация; ограничено Р възстановяване. Предимствата на биологичното отстраняване на фосфор са следните: много е икономично; с добра възможност за възстановяване на Р от течност за обезводняване на утайки като струвит; а недостатък е отстраняване на Р до 60%.
За химично утаяване на фосфор от отпадъчни потоци (води и утайки) могат да се добавят дву- или тривалентни метални соли, които формират слабо разтворими фосфати, които се утаяват като тежка фракция. Обикновено се използват хлориди или сулфати на Fe (II, III), или на Al (III). За утаяване на фосфора под формата на калциеви фосфати може да се използва Са(ОН)2. Тези продукти обаче имат недостатъка да са практически неразтворими и не биха могли да се използват като наторителен продукт съдържащ фосфор (Р).
Понастоящем в селското стопанство се използват органични (например оборски тор, компост, биогаз и други) и неорганични торове на основата на фосфатни скали. Поради ограничената наличност на ресурси от фосфатни скали и нестабилните цени на фосфатните скали, утайките от отпадъчни води се превърнаха в интересен вторичен фосфатен ресурс. Една от най-обещаващите технологии е утаяването на фосфор като магнезиево-амониев фосфат, MgNH4PO4.6H2O (струвит), който има функцията да бъде тор с бавно освобождаване на хранителни вещества (азот, фосфор, магнезий) в почвата; и се използва за наторяване на трева, дървесни разсади, декоративни растения, зеленчуци, цветя и тревни градини.
Азотът и фосфорът са полезни хранителни вещества за много екосистеми. Битовите и животновъдните отпадъчни води съдържат относително високи концентрации на амоняк и фосфат и отпадните потоците могат да бъдат алтернативен източник на фосфор. Високите нива на фосфат и амоняк, съдържащи се в битовите отпадъчни води и утайки, могат да бъдат понижени до определена концентрация чрез кристализация на струвит. Р под формата на фосфат се прилага като селскостопански тор за подбряване на растежа на растенията.
Една възможност да се получаване на торова маса с добри характеристики от отпадъчни потоци съдържащи фосфор и азот е синтезът на струвит. Струвитът е фосфатен минерал от групата на ортофосфатите, изграден от магнезий, амоний и фосфат в моларно съотношение 1: 1: 1 и шест водни молекули (MgN^PCED EO) с молекулно тегло 245,41 g/mol. Физически струвита представляват фин бял прах, който се разтваря слабо във вода (0,018 g/100 ml □ във вода при 25 °C) при неутрално pH, но по-лесно в кисели разтвори (0.178 g/100 ml при 25 °C в 0.01 N солна киселина).
Струвитът може да се използва като тор в селското стопанство (Bridger et al., 1962, Johnston and Richards, 2003), като чрез неговото използване се избягва потенциалната заплаха за устойчивото земеделие свързано с наличието на тежки метали. При избор на оптимални условия на утаяване степента на включване на тежки метали в кристалната маса на струвита е относително ниска (Ciba-Geigy, 1977).
Един от основните параметри определящи ефективността на утаяването на фосфора във водна среда при наличие на трите основни компонента (Р, N и Mg) е pH. По принцип струвита се утаява в широк pH интервал, между 7 и 11 (Doyle и Parsons, 2002), с минимална разтворимост при pH 9 (Munch и Barr, 2001; Nelson et al., 2003). Освен това, pH може също да повлияе на морфологията на кристалите на струвита. Демонстрирано е, (Matynia et al. 2006), че повишаването на pH до 11 може значително да намали средния размер на кристалите от струвит, образуван в синтетични разтвори. При излишък на 2 амоняк в обработвания флуид, наличието на фосфор е определящо за утаяването на струвита. Степените на внасяне на магнезий в случай на кристализация на струвит влияят върху процеса на утаяване като трябва да се имат пред вид скоростите на разбъркване, за да не се получи локално пренасищане по отношение на магнезия водещо до формиране на фини кристали (Adnan et al., 2004).
От патент US3320048A е известно, че струвит може да се получи чрез смесване на различни химични инградиенти съдържащи разтворими фосфати, амониев азот и йонно разтворим магнезий (такива като фосфорна киселина, воден разтвор на амоняк и Mg(OH)2. Патент CN103896237 цели повишаване на степента на гранулация на струвита чрез алкализиране до pH 8-10.5 и последяващо подкиселяване до pH 7.5-10 на фосфор/азот съдържащи отпадъчни води.
При вода и утайки със съдържание на желязо от пречиствателните станции за пречистване на битово-фекални отпадъчни води, фосфорът се „заключва“ под формата на утайка от железен фосфат РеРОд с ниска разтворимост и не е подходящ като продукт за наторяване. Fe-P съединенията имат изключително ниско произведение на разтворимост, което практически „заключва“ фосфора в утайки от пречиствателни съоръжения и го прави неподходящ за екстракция и последващо утилизиране.
Цел на настоящото изобретение е контролираното образуване на струвит в пречиствателните станции за отпадъчни води, което не само предоставя възможност за възстановяване на хранителни вещества, но също така съответства на валоризиране на отпадъците.
Освен това възстановяването на хранителни вещества от отпадъчни води чрез утаяване на струвит намалява количеството произведена утайка. По този начин проблемът с изхвърлянето на утайки може да бъде елиминиран с помощта на тази техника.
ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО
Целта на изобретението се постига с метод за рекуперация (възстановяване) на фосфор от калова вода без наличие на желязо получена при процесите на обезводняване на утайки в пречиствателните станции за пречистване на битово-фекални отпадъчни води. Изобретението се отнася до метод за получаване, под формата на утаяване, на струвит при използване на специфичен източник на магнезий, без корекция на pH. Изобретението се отнася и до използването на получения струвит като продукт за наторяване.
Целта на разкритието е да опише условията за утаяване на струвит като метод за устойчиво отстраняване на фосфора от калова вода при използване на специфичен η 3 източник утаяващ агент, носител на магнезий. Представени са резултати относно ефекта от промяната на основни параметри на процеса, такива като молно отношение N:P:Mg и pH при процеси на кристализация на струвита в реактор с периодично действие.
Целите се постигат чрез последователни процеси на корекция на pH на каловата вода без наличие на желязо, фиксиране на модното съотношение Mg2+ : РО43', разбъркване и фаза на утаяване.
Методът за възстановяване на фосфор под формата на струвит от калова вода, получена при процесите на обезводняване на утайки в пречиствателните станции за пречистване на битово-фекални отпадъчни води, включва следните стъпки:
а. Обезводняване на смесена утайка от първичен и вторичен утаител;
б. Корекция на pH в диапазона pH 8.3-8.6 чрез барбутиране на въздух с пневматичен аератор през воден стълб на каловата вода, съдържаща РО43' и NH4+ съответно в диапазон 90-150 mg/L и 290-360 mg/L;
в. Добавяне на морска луга с концентрация на Mg2+ и Са2+ при молно съотношение Mg : РО4 ' в диапазона от 1:1 до 6:1;
г. Разбъркване във флокулатор в продължение на 15 минути при скорост на разбъркване 50 rpm; и
д. Сепарация на кристалната маса.
Обезводняването на смесената утайка може да бъде извършено чрез центрофугиране, използване на вакуум филтрация или използване на филтър преса, след което течната фаза (фугат) се използва като обект на утаяване.
Процесът на кристализация на струвит е постигнат с помощта на фугат, получен чрез обезводняване на луга от утайки от пречиствателна станция за отпадъчни води. Процесът на утаяване се провежда чрез смесване на предварително алкализиран фугат (pH = 9,5) и морски концентрат (саламура, луга) или магнезиев дихлорид хексахидрат като източници на магнезий, като се цели различно моларно съотношение Mg : Р (в диапазона от 1:1 до 6:1). Освен магнезий, морската луга съдържа калций, калий, натрий, хлорид и сулфат. Високото съотношение магнезий/калций е важно за ефективното утаяване на струвита. При излишък на калций производството на струвит може да бъде потиснато поради паралелния синтез на калциев фосфат. Морската луга съдържа 60 g Mg2+/L и е събрана от зоната за производство на Морска сол близо до град Поморие, България.
Смесена утайка от първичен и вторичен утаител на конвенционална станция за пречистване на битово-фекални отпадъчни води (ПСОВ) се центрофугира, след което 4 течната фаза (фугат) се използва като обект на утаяване на струвита. Съдържанието на РО4 ' и NH4 е съответно 195 mg/L и 521 mg/L. Следва барбутиране на въздух (50L/m .h) с пневматичен аератор през воден стълб на каловата вода с минимална височина 50 cm с което се цели да се повишаване pH до 8.6. Към каловата вода се добавя морска луга (получена при кристализация на Черноморска вода), с концентрация на Mg2+ и Са2+ съответно от 60.1 g/L и 3.5 g/L. Прилагат се три молни съотношения Mg2+ : РО43' , а именно 1:1; 2:1; 3:1. Концентрацията на амониевите йони не се контролира, тъй като те са представени във висок излишък. Следва разбъркване на флокулатор (Jar Test) за 15 минути, скорост от 50 rpm. Като показател за степента на утаяване на струвита се използва остатъчното съдържание на фосфати в течната фаза преди и след процеса на утаяване на крайния продукт (Peeva et al., 2020).
pH на разтвора се измерва с многопараметърен сензор (HQ40d Portable).
Използван е спектрофотометър DR 3900 Hach (US) за определяне на орто-фосфати (РО4). Пробите са тествани за съдържание на магнезий чрез комплексометричния метод на етилен-диамин-тетраоцетна киселина (EDTA) и плазмена атомно-емисионна спектроскопия (ICP-OES).
По разкрития метод се получава утаечен материал, включващ магнезиево-амониев фосфат, MgNH4PO4.6H2O под формата на струвит с контролирано съдържание на магнезий, амоний и фосфат, с молни съотношения Mg : РО4 в диапазона от 1:1 до 6:1, и с размер на кристалите под 10 mm (изследвани чрез SEM).
Сканираща електронна микроскопия (SEM) е приложена за характеризиране на струвитни частици (вид, размер на кристалите) чрез сканиране на повърхността с фокусиран лъч от електрони под вакуум. SEM анализът показва, че оптималните условия за типично образуване на струвитни кристали са моларно съотношение 2:1 - висока степен на утаяване и по-ниска остатъчна концентрация на фосфор в матерния разтвор.
Струвитът получен по описания методи осигурява потенциални икономии на ефективност и ползи за околната среда в сравнение с конвенционалните торове поради ниската си разтворимост. Като по-малко разтворим тор с „бавно освобождаване“, може да осигури по-дългосрочен източник на Р за растежа на културите, отколкото лесно разтворимите форми на Р, като по този начин отговаря по-точно на търсенето на Р на растенията покъсно през вегетационния сезон и повишава ефективността му от използване. По-бавното разтваряне на струвита може също да намали количеството тор Р, което се адсорбира върху почвените частици или се освобождава в земния отток. Следователно тези ползи биха могли потенциално да се използват или за увеличаване на добивите на културите, 5 или за позволяване на намалени нива на приложение на Р, като същевременно се поддържат или увеличават добивите с минимално въздействие върху околната среда: всичко това би било икономически изгодно за селскостопанската индустрия, тъй като тя се движи към устойчива интензификация в бъдеще.
Възстановеният продукт е ценен както с това, че е тор с бавно освобождаване, така и с ниското си съдържание на тежки метали в сравнение с широко използваните минерални торове.
Полученият струвит има значително предимство пред малко разтворимите съединения на база желязо (FePO4, Ее(ОН)з-Р) свързано с постепенното и сравнително бавното му разтваряне в почвена среда. Това определя поддържането в дълъг период на устойчиво високи нива на разтворен фосфор (РО43’) в съответната коренова система.
Примери за изпълнение на изобретението
Пример 1
2+ 3
Молно съотношение Mg : РО4 -1:1
Резултати: Остатъчна концентрация на РО4 ' - 45 mg/L
Струвитни кристали - не се наблюдават типични удължени кристали. Образуват се кристални формации с малки размери (под 0.1 mm);
Пример 2 - оптимални условия
Молно съотношение Mg : РО4 '-2:1
Резултати: Остатъчна концентрация на РО43’- 28 mg/L
Тежки метали: Под 5 pg/kg струвит (за всеки от елементите Cu; Mn; Ni; Co; As; Cd и Pb), тоест под съответния стандарт.
Струвитни кристали - размер 0.265 mm (изследвани чрез SEM), типична, удължена форма на кристалите.
Анализите на тежките метали показват, че полученият материал може да се използва като селскостопански тор.
Пример 3 2+ 3
Молно съотношение Mg : РО4 ‘-3:1
Резултати: Остатъчна концентрация на РО4 ' - 29 mg/L
Струвитни кристали - размер 0.211 mm (изследвани чрез SEM), типична, удължена форма на кристалите
Пример 4
Извършена е агротехническа оценка на струвита, произведен от лабораторен утаител. Агротехническите характеристики на получения струвит са сравнени с амониев нитрат и карбамид по отношение на продуктивните ефекти върху царевичен хибрид Р9241. Резултатите показват, че ефективността на струвит и някои търговски торове е доста близка. Най-висок добив в опита е постигнат при внасяне на карбамид плюс амониев нитрат (амониева селитра) (56,64 kg/ha), само амониев нитрат (55.87 kg/ha), а при приложение само на струвит е 54,60 kg/ha. Най-високо съдържание на протеин в царевицата (9,7%) се наблюдава при приложение на струвит/амониев нитрат.
Ефективността на струвитните и търговските торове е доста близка.
Възстановяването на Р от отпадъчни води може да осигури набор от ползи: (1) постигане на ограниченията за Р в отпадъчни води, изисквани от законодателството (2) намаляване на проблемите с еутрофикацията; и (3) осигуряване на потенциален източник на тор със земеделска и икономическа стойност. Последното същевременно намалява зависимостта от неорганични (извлечени от скален Р) торове в селското стопанство. По отношение на намаляващото количество естествени Р скали, канализационните отпадъчни води и утайките и животинският тор могат да се разглеждат като важен вторичен източник на фосфор.
Преципитатът или утаечният материал притежава предимства спрямо предшестващото състояние, свързани с получаване от отпадъчна материя на вещество с контролирано съдържание на магнезий, амоний и фосфат (MgNH4PO4.6H2O) и без наличие на желязо. Веществото е получено при прилагане на безреагентна корекция на pH и използване на достъпен продукт с ниска цена като източник на магнезий. Предимството на магнезиевоамониевият фосфат е че това е евтин продукт, чиито качества са подобни на конвенционалните торове. Освен това струвитът може да се използва като алтернативен и неизчерпаем източник на фосфор и азот в процеса на утаяване.
Claims (5)
1. Метод за рекуперация на фосфор под формата на струвит от калова вода, получена при процесите на обезводняване на утайки в пречиствателни станции за пречистване на битово-фекални отпадъчни води, включващ следните стъпки:
а. Обезводняване на смесена утайка от първичен и вторичен утаител;
б. Корекция на pH в диапазона pH 8.3-8.6 чрез барбутиране на въздух през обема на калова вода, съдържаща РОд3' и NH4+ съответно в диапазона 90-150 mg/L и 290-360 mg/L;
в. Добавяне на морска луга до концентрация на Mg и Са при молно съотношение Mg2+ : РО43' в диапазона от 1:1 до 6:1;
г. Разбъркване във флокулатор в продължение на 15 минути при скорост на разбъркване 50 rpm; и
д. Сепарация на кристалната маса.
2. Метод съгласно претенция 1, където обезводняването на смесената утайка се извършва чрез центрофугиране, използване на вакуум филтрация или използване на филтър преса.
3. Утаечен материал, получен по метода, съгласно претенция 1 или 2, включващ магнезиево-амониев фосфат, MgNH4PO4.6H2O под формата на струвит с контролирано съдържание на магнезий, амоний и фосфат с молни съотношения Mg2+: РО43· в диапазона от 1:1 до 6:1, и с размер на кристалите под 10 mm.
4. Утаечен материал, съгласно претенция 3, включващ струвит с молно съотношение Mg2+ : РО4 3’ = 2:1.
5. Използване на магнезиево-амониев фосфат, MgNH4₽O4.6H2O (струвит) съгласно претенция 3 или 4 като продукт за наторяване.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG113637A BG113637A (bg) | 2022-12-23 | 2022-12-23 | Метод за рекуперация на фосфор от калова вода под формата на струвит |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG113637A BG113637A (bg) | 2022-12-23 | 2022-12-23 | Метод за рекуперация на фосфор от калова вода под формата на струвит |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG113637A true BG113637A (bg) | 2023-04-18 |
Family
ID=89033745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG113637A BG113637A (bg) | 2022-12-23 | 2022-12-23 | Метод за рекуперация на фосфор от калова вода под формата на струвит |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG113637A (bg) |
-
2022
- 2022-12-23 BG BG113637A patent/BG113637A/bg unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| El Diwani et al. | Recovery of ammonia nitrogen from industrial wastewater treatment as struvite slow releasing fertilizer | |
| Yan et al. | Effects of calcium and ferric ions on struvite precipitation: A new assessment based on quantitative X-ray diffraction analysis | |
| Kataki et al. | Phosphorus recovery as struvite: Recent concerns for use of seed, alternative Mg source, nitrogen conservation and fertilizer potential | |
| Krishnamoorthy et al. | Engineering principles and process designs for phosphorus recovery as struvite: A comprehensive review | |
| Kumar et al. | Assessing the feasibility of N and P recovery by struvite precipitation from nutrient-rich wastewater: a review | |
| Moriyama et al. | Development of artificial seed crystal for crystallization of calcium phosphate | |
| Jordaan et al. | Phosphorus removal from anaerobically digested swine wastewater through struvite precipitation | |
| Darwish et al. | Ammonium-nitrogen recovery from wastewater by struvite crystallization technology | |
| Münch et al. | Controlled struvite crystallisation for removing phosphorus from anaerobic digester sidestreams | |
| Liu et al. | A review on the incorporation and potential mechanism of heavy metals on the recovered struvite from wastewater | |
| Shen et al. | Abating the effects of calcium on struvite precipitation in liquid dairy manure | |
| Song et al. | Effective removal of ammonia nitrogen from waste seawater using crystal seed enhanced struvite precipitation technology with response surface methodology for process optimization | |
| Li et al. | MAP precipitation from landfill leachate and seawater bittern waste | |
| US20090013742A1 (en) | Compositions and methods for wastewater treatment | |
| Luo et al. | Effect of flocculation pre-treatment on membrane nutrient recovery of digested chicken slurry: Mitigating suspended solids and retaining nutrients | |
| Moragaspitiya et al. | Effect of Ca: Mg ratio and high ammoniacal nitrogen on characteristics of struvite precipitated from waste activated sludge digester effluent | |
| Zhang et al. | Phosphorus recovery by struvite crystallization from livestock wastewater and reuse as fertilizer: A review | |
| CN103951113A (zh) | 一种去除废水磷回收产品中四环素类抗生素的方法 | |
| Perera et al. | Recovery of nitrogen and phosphorous as struvite from swine waste biogas digester effluent | |
| Li et al. | A model of extracellular polymeric substances on crystal growth and morphogenesis of struvite: Effects of sodium alginate | |
| Xu et al. | Comparison on anaerobic phosphorus release and recovery from waste activated sludge by different chemical pretreatment methods: Focus on struvite quality and benefit analysis | |
| Uysal et al. | The fertilizer effect of struvite recovered from dairy industry wastewater on the growth and nutrition of maize plant | |
| Otieno et al. | Struvite recovery from anaerobically digested waste-activated sludge: A short review | |
| Kılıç et al. | Nutrient recovery from anaerobic digester supernatant using a fluidized-bed reactor | |
| BG113637A (bg) | Метод за рекуперация на фосфор от калова вода под формата на струвит |