Spelling suggestions: "subject:"ανάκτηση φωσφόρου"" "subject:"ανάκτησης φωσφόρου""
1 |
Ανάκτηση ανόργανων φωσφορικών από αστικά υδατικά λύματαΜατσούκη, Νίκη 11 October 2013 (has links)
O φωσφόρος είναι ένα χημικό στοιχείο με πολλές λειτουργικότητες. Μία από τις βασικές χρήσεις του είναι ότι αποτελεί αναντικατάστατο λίπασμα ενώ επιπλέον είναι βασικό συστατικό του γενετικού υλικού, των κυτταρικών μεμβρανών, των οστών και των δοντιών, απαραίτητο στοιχείο της διατροφής ανθρώπων και ζώων κλπ. Η παρουσία υψηλών συγκεντρώσεων φωσφόρου στα υδάτινα οικοσυστήματα είναι ιδιαιτέρως βλαβερή καθώς αποτελεί την κύρια αιτία του ευτροφισμού. Αυξημένες ποσότητες φωσφόρου υπάρχουν στα αστικά υγρά απόβλητα, γεγονός που καθιστά αναγκαία την επεξεργασία τους για την απομάκρυνση του, πριν την τελική διάθεση τους στους υδάτινους αποδέκτες. Δεδομένου του ότι, ο φώσφορος προέρχεται από ορυκτά αποθέματα, τα οποία δεν είναι ανεξάντλητα, είναι επιβεβλημένη η ανάκτησή του, η οποία αποτελεί συμβολή στην αειφορία.
Μία από τις μεθόδους ανάκτησης του φωσφόρου η οποία κερδίζει όλο και περισσότερο ερευνητικό ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια, είναι η καταβύθιση του με την μορφή στρουβίτη. Ο στρουβίτης, (MgΝΗ4PO4.6H2O) είναι ένα λευκό κρυσταλλικό στερεό το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βραδέως αποδεσμευόμενο λίπασμα, εμπλουτίζοντας τις καλλιέργειες με τρία από πιο βασικά θρεπτικά συστατικά.
Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η καταβύθιση στρουβίτη από υπέρκορα διαλύματα, η σύσταση των οποίων, προσομοιώνει την αντίστοιχη των αστικών υδατικών λυμάτων ως προς την περιεκτικότητα σε φωσφόρο και αμμωνία, σε αντιδραστήρα συνεχούς λειτουργίας του 1L. Η κινητική της καταβύθισης μελετήθηκε σε συνθήκες σταθερού υπερκορεσμού, pH 9.00 στους 25οC. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε διαλύματα υπέρκορα ως προς στρουβίτη, στα οποία η στοιχειομετρική αναλογία των πλεγματικών ιόντων, ήταν 1:1:1 και 1:1:3 ως προς οποιοδήποτε από τα τρία ιόντα. Επίσης, μελετήθηκε καταβύθιση του στρουβίτη σε υπέρκορα διαλύματα παρουσία Na¬2SO4 και με διαβίβαση αέρα μέσω των διαλυμάτων. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν, ότι ο ρυθμός καταβύθισης του στρουβίτη στα υπέρκορα διαλύματά του, εξαρτάται κυρίως από τον αντίστοιχο υπερκορεσμό, ο οποίος αποτελεί και την κινούσα δύναμη. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων έγινε με την βοήθεια της κλασσικής θεωρίας πυρηνογένεσης. Η εξάρτηση του χρόνου επαγωγής, ο οποίος μεσολαβούσε μεταξύ της παρασκευής των υπέρκορων διαλυμάτων και της ανίχνευσης των πρώτων υπερκρίσιμων πυρήνων, από τον υπερκορεσμό, έδωσε τιμές για την επιφανειακή ενέργεια της σχηματιζόμενης φάσης ίσης με 15mJ/m2, ενώ ο αριθμός των δομικών μονάδων οι οποίες συγκροτούν τον κρίσιμο πυρήνα, βρέθηκε ίσος με 9. Επίσης, ο ρυθμός, φάνηκε να επηρεάζεται σε μικρό βαθμό από την σχετική αναλογία των πλεγματικών ιόντων. Συγκεκριμένα, όταν η αναλογία των ιόντων Mg :NH3 :P ήταν 3:1:1 ή 1:1:3, οι ρυθμοί οι οποίοι μετρήθηκαν ήταν μεγαλύτεροι σε σύγκριση με τους αντίστοιχους σε διαλύματα με αναλογία 1:1:1. Σε όλες τις περιπτώσεις, το βραδύ στάδιο στον μηχανισμό της καταβύθισης ήταν η επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων στους υπερκρίσιμους πυρήνες. Το αποτέλεσμα αυτό είναι σε συμφωνία με τα αντίστοιχα σε διαφορετικές τιμές pH, και υποδηλώνει και στην περίπτωση αυτή, τον καθοριστικό ρόλο της επιφάνειας στην οποία λαμβάνει χώρα η πυρηνογένεση. Η παρουσία άλλων ουσιών στο διάλυμα, όπως το Na¬2SO4, είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση του ρυθμού αυθόρμητης καταβύθισης του στρουβίτη στα υπέρκορα διαλύματά του. Η διαβίβαση αέρα μέσα από τα υπέρκορα διαλύματα, είχε ως αποτέλεσμα την επιτάχυνση του ρυθμού καταβύθισης σε βαθμό ανάλογο με τον αντίστοιχο παρουσία Na¬2SO4. / Phosphorus is a multifunctional chemical element. One of it’s significant uses is that it consists a non substituted fertilizer, moreover it is one of the basic components of DNA, of cell membranes, bones, teeth, an essential element in human and animal nutrition etc. Increased phosphorous concentration in water systems can be particularly damaging since it is the main cause of eutrophication. Increased amounts of phosphorous have been demonstrated in municipal wastewaters, so processing is required in order to remove phosphorous before final disposal to aquatic systems. Taking into consideration that phosphorus comes from mineral deposits that are not infinite, recovery is demanded, offering a contribution to sustainability.
One of the recovery methods that is attracting more and more researcher’s interest over the past years is phosphorous precipitation as struvite. Struvite (MgΝΗ4PO4.6H2O) is a white mineral that can be used as a slow-release fertilizer, enriching agricultures with three of the basic nutrients.
In the present study was investigated struvite precipitation in supersaturated solutions, with composition similar to that of municipal wastewaters in phosphorous and ammonia, in 1L continuously operated reactor. The kinetics of spontaneous precipitation was studied at constant solution supersaturation, pH 9.00 and 25οC. The experiments were carried out in supersaturated solutions with stoichiometric molar ratio of the ions 1:1:1 and 1:1:3 for any of the three ions. Struvite precipitation in supersaturated solutions was also studied in the presence of Na¬2SO4 and transmission of air in the solutions. The results showed that the rate of struvite precipitation in supersaturated solutions mainly depends on the supersaturation in respect to the precipitating solid, which is the driving force. Results analysis was performed in accordance to the classical nucleation theory. The dependence of the induction time, the period of time between the achievement of supersaturation and the formation of the first critical nucleus, from supersaturation, lead to surface energy for the newly formed phase 15mJ/m2, and the number of molecules in a critical nucleus was calculated p=9. The rate of struvite precipitation proved to have a minor dependence on the ratio of the ions. More specifically, when stoichiometric molar ratio of the ions Mg :NH3 :P was 3:1:1 or 1:1:3, the calculated rates were a bit higher compared to the ratios in supersaturated solutions with stoichiometric molar ratio 1:1:1. In all the cases the slow step in the mechanism of precipitation was surface diffusion of the solute molecules on the critical nuclei surface. The results are in accordance with those under different pH values and suggest the importance of the surface where nuclei formation takes place. The presence of other substances in the solution, such as Na¬2SO4, resulted in an increased rate of struvite spontaneous precipitation in supersaturated solutions. The transmission of air through the supersaturated solutions also increased the rate of precipitation in a way similar to that under the presence of Na2SO4.
|
2 |
Ανάκτηση φωσφόρου από αστικά υδατικά απόβλητα με τη χρήση ρευστοποιημένης κλίνηςΤσιμέκας, Γεώργιος 07 October 2011 (has links)
Ο Φώσφορος είναι από τα κυριότερα θρεπτικά συστατικά που συμβάλλουν στην ανάπτυξη των φυτών και άλλων βιολογικών οργανισμών. Η παρουσία του ωστόσο σε αυξημένα επίπεδα συγκεντρώσεων στα επιφανειακά ύδατα απορροής, συμβάλλει στην δημιουργία ανεπιθύμητου ευτροφισμού. Η επεξεργασία των αστικών υγρών αποβλήτων, πριν την τελική διάθεση τους στους υδάτινους αποδέκτες, για την απομάκρυνση του διαλελυμένου φωσφόρου, είναι απαραίτητη. Ουσιαστική ωστόσο συμβολή στην αειφόρο ανάπτυξη συνιστά η ανάκτηση του φωσφόρου με την μορφή προϊόντων τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως λιπάσματα. Αυτό αποτέλεσε και τον βασικό στόχο της παρούσας εργασίας.
Συγκεκριμένα, στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η δυνατότητα ανάκτησης των ανόργανων φωσφορικών από προσομοιωμένο αστικό υδατικό απόβλητο, με την κρυστάλλωση MgNH4PO4∙6H2O (Στρουβίτη). Διερευνήθηκε η δυνατότητα ανάκτησης του φωσφόρου με την μορφή στρουβίτη σε ρευστοποιημένη κλίνη με πληρωτικό υλικό πυριτικά στερεά. Η κρυστάλλωση έγινε σε υπέρκορα αλλά σταθερά διαλύματα και μελετήθηκε η μόνιμη κατάσταση η οποία μπορεί να αναπτυχθεί με συνεχή τροφοδοσία ανακύκλωσης του διαλύματος. Έγινε παραμετρική μελέτη των συνθηκών λειτουργίας της κλίνης με στόχο την μεγιστοποίηση της ανάκτησης φωσφόρου σε pH═6.5 και θ═25C. Το στερεό που καταβύθισθηκε από τα υδατικά διαλύματα, χαρακτηρίσθηκε με περίθλαση ακτίνων -Χ(XRD) και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Διερευνήθηκε ο μηχανισμός της ετερογενούς πυρηνογενέσεως και αναπτύξεως κρυστάλλων στρουβίτη στην επιφάνεια του πληρωτικού υλικού της ρευστοποιημένης κλίνης με μετρήσεις του ρυθμού κρυστάλλωσης συναρτήσει του υπερκορεσμού. Οι μετρήσεις αυτές έδειξαν ότι το καθορίζον την ταχύτητα στάδιο ήταν η διάχυση των δομικών μονάδων στην επιφάνεια των κρυσταλλιτών του πληρωτικού υλικού, το οποίο ήταν καιτο υπόστρωμα για την κρυσταλλική ανάπτυξη. Η κρυσταλλική ανάπτυξη του στρουβίτη, έγινε επιλεκτικά στους κρυσταλλίτες του πληρωτικού υλικού. / Phosphorus is one of the most essential nutrients for the growth of plants and other organisms. However, the presence at high concentrations in surface waters, contributes to the development of eutrophication.The treatment of municipal wastewaters, before final disposal in aquatic systems, is necessary for the removal of dissolved phosphorus. Alternatively, phosphorus recovery in the form of solids which may be used as fertilizers is a significant contribution to the sustainable development.In the present work, it was attempted to recover P from simulated municipal wastewater in the form of struvite (MgNH4PO4∙6H2O) by crystallization in a fluidized bed reactor(FBR).Silicates (quartz and silica gel) were used as substrates in the FBR.The FBR was fed with kinetically stable solutions, supersaturated with respect to struvite. The solutions were introduced in the silicate bed by a peristaltic pump and were recirculated through a reservoir. Measurements of the solution pH and of the concentrations of Mg and P were used to monitor the process and for the measurement of induction times and rates of precipitation. A parametric study of the operating conditions, in the FBR was carried out in order to investigate the possibilities of P recovery at pH 6.50 and θ═25C. The mechanism of heterogeneous nucleation and crystal growth of struvite crystals on the surface of the filling particles(quartz)of the FBR, was investigated from measurements of the crystallization rate as a function of the solution supersaturation.In all cases the crystalline material forming out of the supersatured solutions was struvite and was identified by X-Ray Diffraction (XRD)and Scanning Electron Microscopy (SEM). The kinetics results suggested that the rate determining step was the diffusion of the structural units on the surface of the substrate particles. The induction times preceding the onset of the selective crystallization of struvite on the quartz particls in the FBR were inversely proportional with the solution supersaturation.From this dependence a value of ca. 22mJm^-2 was calculated for the surface energy of the overgrowth. Induction times were shorter and crystal growth rates were faster the higher the fluid velocity in the FBR, in agreement with literature reports.
|
3 |
Ανάκτηση φωσφόρου από υδατικά απόβλητα σε ρευστοποιημένες κλίνεςΜαυρίκου, Θεανώ 07 June 2013 (has links)
O Φώσφορος είναι βασικό συστατικό των αστικών αποβλήτων, ο οποίος συγκεντρώνεται στους υδάτινους αποδέκτες προκαλώντας κυρίως προβλήματα ευτροφισμού. Τα παγκόσμια αποθέματα ορυκτού φωσφόρου μειώνονται λόγω της αυξημένης ζήτησης, έτσι κρίνεται απαραίτητο η κατά κάποιον τρόπο ανακύκλωση του.
Μια από τις εναλλακτικές και πολλά υποσχόμενες μεθόδους για την ανάκτηση του φωσφόρου από την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων είναι η δέσμευση του φωσφόρου, μέσω της κρυστάλλωσης, υπό την μορφή φωσφορικών αλάτων όπως ο στρουβίτης (ΜgNH4PO4.6H2O). O στρουβίτης χρησιμοποιείται απευθείας ως βραδέως αποδεσμευόμενο λίπασμα, το οποίο λόγω της χαμηλής του διαλυτότητας, εξασφαλίζει, την ελεγχόμενη παροχή θρεπτικών συστατικών φωσφόρου και αζώτου, απαραίτητων για την ανάπτυξη των φυτών.
Στη παρούσα εργασία, δοκιμάστηκαν δύο τύποι αντιδραστήρων, ένας αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης (FBR) και ένας αντιδραστήρας διαλείποντος έργου (Batch) με συνθετικό απόβλητο σε pH 6.50 στους 25οC. Η στοιχειομετρική αναλογία 1:1:1 των πλεγματικών ιόντων του στρουβίτη, Mg:N:P, διατηρήθηκε σε όλα τα πειράματα. Η καταβύθιση στρουβίτη σε υπέρκορα διαλύματα εξαρτάται κυρίως από τον υπερκορεσμό της καταβυθιζόμενης φάσης, τη θερμοκρασία και τη παρουσία ξένων ιόντων ή επιμολύνσεων.
Πραγματοποιήθηκαν πειράματα αυθόρμητης καταβύθισης του στρουβίτη σε συνθήκες σταθερού pH για τον καθορισμό του εύρους της μετασταθούς περιοχής. Η γνώση αυτή είναι απαραίτητη για τον καθορισμό των συνθηκών διεξαγωγής πειραμάτων. Τα αποτελέσματα από τους δύο τύπους αντιδραστήρων, δεν παρουσίασαν διαφορές στους χρόνους επαγωγής γεγονός το οποίο υποδεικνύει την αυξημένη σημασία της πυρηνογένεσης και την μικρότερη σημασία της ρευστοδυναμικής του συστήματος.
Στους δύο τύπους αντιδραστήρων μελετήθηκε ο ετερογενής σχηματισμός του στρουβίτη σε συνθήκες σταθερού pH 6.50, σε σταθερά υπέρκορα διαλύματα συνθετικού αποβλήτου, χρησιμοποιώντας ως φύτρα για την εκκίνηση της κρυσταλλικής ανάπτυξης, quartz, άμμο και στρουβίτη. Με υπόστρωμα quartz, παρατηρήθηκε μείωση του ρυθμού καταβύθισης αυξανομένης της ποσότητας τόσο σε αντιδραστήρα batch όσο και σε FBR, λόγω της επιβραδυντικής δράσης των πυριτικών ιόντων. Με υπόστρωμα άμμου, παρατηρήθηκε υπερδιπλάσια αύξηση του ρυθμού καταβύθισης για τη διπλάσια ποσότητα φύτρων, το οποίο συνηγορεί στην υπόθεση της δευτερογενούς πυρηνογένεσης. Τα μεγαλύτερα ποσοστά ανάκτησης φωσφόρου της τάξεως ~40% και καταβύθισης στρουβίτη από 70-100% είχαμε σε αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης με υπόστρωμα στρουβίτη. Η χρήση υποστρώματος άμμου είχε αποτελέσματα παραπλήσια με τα αντίστοιχα τα οποία ελήφθησαν με την χρησιμοποίηση φύτρων κρυσταλλικού στρουβίτη. Η εισαγωγή σωματιδίων quartz στα υπέρκορα διαλύματα για την δημιουργία πυρήνων κρυστάλλωσης στρουβίτη είχε ως αποτέλεσμα την συγκριτικά μικρότερη απομάκρυνση φωσφόρου και κρυστάλλωση στρουβίτη.
Σε λιγότερα από 700min λειτουργίας των αντιδραστήρων, στα υπέρκορα διαλύματα στα οποία είχαν εισαχθεί φύτρα στρουβίτη, η καταβυθιζόμενη ποσότητα στρουβίτη ήταν η μέγιστη δυνατή. Συγκρίσιμα αποτελέσματα ελήφθησαν με την εισαγωγή άμμου στα υπέρκορα διαλύματα. Το καταβυθιζόμενο στερεό χαρακτηρίστηκε με μεθόδους περίθλασης ακτίνων-X και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης. Στα πειράματα batch, το καταβυθιζόμενο στερεό ήταν στρουβίτης, ενώ στα FBR σε υπόστρωμα 20g quartz σε χαμηλό υπερκορεσμό καταβυθίστηκε μικρή ποσότητα φωσφορικού μαγνησίου και σε υπόστρωμα 5g στρουβίτη σε υπερκορεσμό Ω=1.65 παρατηρήθηκε μικρή ποσότητα newberyite. / Phosphorus is one of the main components in the municipal wastewater, which can lead to problems such as eutrophication in the water reservoirs. The known reserves of phosphorus rocks are decreasing because of the high worldwide demands. Thus, it is necessary to recycle phosphorus from wastewater.
Τhe crystallization of struvite is An attractive and new alternative method for phosphorus recovery. Struvite may be used as a slow-release fertilizer because of its relatively low solubility and the presence of both ammonia and phosphorus which through dissolution nutrients available to plants.
In the present work, two types of reactors, a fluidized bed reactor (FBR) and a stirred tank reactor were used for the investigation of phosphorus recovery in synthetic wastewater at pΗ 6.50, 25οC. The stoichiometric molar ratio at the constituent ions was 1:1:1 through out the experiments of the present work. The extent of struvite precipitation depends on the solution supersaturation with respect to the precipitating solid, the temperature and the presence of foreign ions or substrates in the solution.
The spontaneous precipitation of struvite was studied in both types of reactors at a constant pH 6.50 in order to determine the metastable zone width. This provided knowledge of the stable supersaturated solutions domain where heterogenous nucleation experiments can be done, in order to evaluate nucleation experiments can be done, in order to evaluate the relative ability of substrates to induce the crystallization of struvite. For the two type’s reactors, no significant differences were measured for the induction time, preceding precipitation. This suggested that hydrodynamics is not very important for the conditions of the present work.
The heterogeneous formation of struvite was investigated at constant supersaturation and of pH in synthetic wastewater in both types of reactors. The seeds included quartz, sand and synthetic struvite. A decrease in the rate of struvite precipitation was found in both reactors with the use of quartz seeds due to the retardation effect of silicon ions. The use of sand seeds increased the rate of precipitation, while increasing the amount of substrate, resulted in a disproportionate increase at the respective rates of precipitation, suggesting a secondary nucleation process. Phosphorus recovery reached almost 40% and precipitation of struvite from 70 to 100% in the FBR filled with struvite. Sand gave similar results with struvite. The recovery of phosphorus and precipitation with quartz seeds were low, perhaps because of the inhibition effect of the silicon ions.
Experiments, in which struvite seeds were used to seed supersaturated solutions, resulted in the precipitation the maximum amount of struvite in less than 700min. The experiments with sand seeds were quite close from the previous experiments especially in high supersaturation values.
Finally, the precipitated solid characterized with XRD and SEM. In the batch series, the precipitated solid was struvite but for the FBR experiments a small amount of magnesium phosphate, for supersaturation Ω= 1.65 with 20g quartz seeds and a small amount of newberyite for 5g struvite seeds in supersaturation value 1.65, were obtained. These findings suggested that the problem is complex and kinetic stabilization of metastable mineral phases may be formed at very specific conditions.
|
4 |
Ανάκτηση ανόργανων φωσφορικών από υδατικά διαλύματα / Phosphorus recovery from aqueous mediaΚοφινά, Αικατερίνη-Κανέλλα 11 March 2009 (has links)
Η δέσμευση του P με την μορφή του στρουβίτη θεωρείται από τις εναλλακτικές μεθόδους ανάκτησης του P από τα υγρά απόβλητα. Ο στρουβίτης χρησιμοποιείται ως αργά αποδεσμευόμενο λίπασμα, ως υλικό για την σταθεροποίηση αμμωδών εδαφών και συμβάλλει στην αειφόρο ανάπτυξη. Η καταβύθιση του στρουβίτη σε υπέρκορα διαλύματά του υπό σταθερή θερμοκρασία εξαρτάται από τον υπερκορεσμό και από την παρουσία ξένων ιόντων ή ουσιών. Στόχος της παρούσας διατριβής, ήταν η μελέτη της κινητικής της καταβύθισης του στρουβίτη σε συνθήκες σύστασης αντίστοιχες των αστικών αποβλήτων. Η θερμοδυναμική ανάλυση γίνεται με μοντελοποίηση του ειδομορφισμού της υδατικής φάσης ενώ η μελέτη της κινητικής με την μέθοδο του σταθερού υπερκορεσμού η οποία επιτρέπει την διερεύνηση του ρόλου των ιόντων Ca, των βαρέων μετάλλων και οργανικών υδατοδιαλυτών ενώσεων με μεγάλη ακρίβεια και επαναληψιμότητα. Επίσης, διερευνήθηκε ο ετερογενής σχηματισμός του στρουβίτη με την χρήση κρυσταλλικών φύτρων στρουβίτη, SiO2, CaCO3 και πυριτικής άμμου για την μελέτη της πρόσφυσης του καταβυθιζόμενου στερεού στα υποστρώματα αυτά. Προσδιορίστηκε επίσης το γινόμενο διαλυτότητας του στρουβίτη προσεγγίζοντας την ισορροπία από υπέρκορα και ακόρεστα διαλύματα σε διαφορετικές τιμές ιονικής ισχύος. Με την ενζυμική υδρόλυση πολυφωσφορικών οξέων από ειδικά ένζυμα, τις φωσφατάσες, και την σταδιακή απελευθέρωση φωσφορικών ιόντων επετεύχθη ελεγχόμενη καταβύθιση του στρουβίτη σε υψηλούς υπερκορεσμούς. Τέλος, μελετήθηκε η κινητική της διάλυσης του στρουβίτη σε ακόρεστα διαλύματα συνθετικού αποβλήτου και σε διαφορετικές τιμές pH. Από τα κινητικά αποτελέσματα, με βάση την κλασσική θεωρία τη πυρηνογένεσης, προέκυψαν στενά όρια μεταστάθειας του συστήματος και η επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων ότι είναι το βραδύ στάδιο, το οποίο ελέγχει την καταβύθιση. Το ποσοστό απομάκρυνσης φωσφόρου ήταν 60-65% και από τις δοκιμές συσσωμάτωσης, προέκυψαν ελαφρά σταθεροποιημένα δοκίμια κατάλληλα για εφαρμογές σε καλλιεργήσιμα εδάφη. / Phosphorus precipitated in the form of struvite is a new prospective alternative in phosphorus recovery from wastewaters. Struvite may be used as a slow-released fertilizer, as fitment for stabilization of sandy soil areas and contributing towards sustainable development. Struvite precipitation in supersaturate solution at constant temperature depends on the supersaturation and the presence of foreign ions or substrates. The aim of this thesis was the investigation of struvite precipitation kinetics at conditions similar to municipal wastewaters. The thermodynamic analysis had been done by suitable speciation of aqueous medium while the kinetics of precipitation was investigated with constant solution supersaturation method. This method provides reliable and highly reproducible kinetics results of the effect of calcium ions, heavy metals and organic soluble compounds on the spontaneous precipitation of struvite. The heterogeneous formation of struvite was also investigated in order to examine struvite precipitated adhesion at different substrates. Struvite crystals, SiO2, CaCO3, and silicate sand were used to inoculate the supersaturated solutions. The thermodynamic solubility product of struvite was determined once equilibrium had been attained, when undersaturated and supersaturated solutions were allowed to reach equilibrium, at different ionic strengths values. Controlled struvite precipitation in solutions highly supersaturated was also achieved by the slow evolution of the supersaturation when sufficient phosphate was released from the enzymic action through the phosphatase mediated decomposition of polyphosphates. Finally, the kinetics of struvite dissolution was examined in undersaturate synthetic wastewater solutions at different pH values. The kinetics results, according to the classical nucleation theory, showed that the system stability range was very narrow and a surface diffusion controlled mechanism. A phosphorus recovery corresponding to 60-65% of the initially present phosphorus is feasible. Laboratory experiments using loose sand packs showed mildly consolidated agglomerates that can be used properly for cultivable land.
|
Page generated in 0.0409 seconds