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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/6042 |
| Date | 07 June 2013 |
| Creators | Μαυρίκου, Θεανώ |
| Contributors | Κουτσούκος, Πέτρος, Mavrikou, Theano, Κουτσούκος, Πέτρος, Παρασκευά, Χριστάκης, Κορνάρος, Μιχάλης |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.003 seconds