ΑΝΑΚΤΗΣΗ ΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ ΜΕ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΣΕ ΥΔΡΟΞΥ-ΟΞΕΙΔΙΑ ΣΙΔΗΡΟΥ ΑΠO ΤΗΝ ΕΚΡΟΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΛΥΜΑΤΩΝ. Κυριακή Καλαϊτζίδου MSc Χημικός Μηχανικός

Transcript

1 ΑΝΑΚΤΗΣΗ ΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ ΜΕ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΣΕ ΥΔΡΟΞΥ-ΟΞΕΙΔΙΑ ΣΙΔΗΡΟΥ ΑΠO ΤΗΝ ΕΚΡΟΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΛΥΜΑΤΩΝ Κυριακή Καλαϊτζίδου MSc Χημικός Μηχανικός

2 Φώσφορος Θεωρητικό Μέρος Παρουσιάζεται: Ορυκτά Ανθρώπινα απεκκρίμματα Άλλες οργανικές πηγές Εφαρμογές: Βιολογικό ρόλο Λιπάσματα-Εντομοκτόνα Μεταλλουργία Απόρρυπαντικά Σπίρτα

3 Φώσφορος στα απόβλητα Θεωρητικό Μέρος Ο φώσφορος στα απόβλητα περιέχεται σε ΜΕΓΑΛΕΣ ΠΟΣΟΤΗΤΕΣ!!!! Απομάκρυνση από τα απόβλητα Φυσικές Διήθηση Τεχνολογία Μεμβρανών Χημικές Καταβύθιση Άλλες(κυρίως προσρόφηση) Βιολογικές Βιολογική επεξεργασία

4 Περιεχόμενα Πειραματικού Μέρους

5 Προκαταρκτικά πειράματα σε φυσικό νερό Μελέτη Χημικής Καταβύθισης με: MgO (5 100 mg/l) Ca(OH) 2 (5 100 mg/l) CaMg 3 (CO 3 ) 4 (5 100 mg/l) FeClSO 4 (1 10 mg Fe 3+ /L) NaAlO 2 (1 10 mg Al 3+ /L Όριο μελέτης 1 mg P-PO 4 /L Τα συγκεκριμένα αντιδραστήρια επιλέχθηκαν με σκοπό τη παραγωγή αδιάλυτων ιζημάτων του φωσφόρου. Σκοπός Απομάκρυνση και Ανάκτηση

6 Προκαταρκτικά πειράματα σε φυσικό νερό Χημική Ανάλυση Νερό ύδρευσης Θεσσαλονίκης Απόβλητο Αίνεια ph 7,40 7,5±0.1 Αγωγιμότητα μs/cm Όξινα ανθρακικά (HCO ) mg/l 335,5 524,6 Σκληρότητα o F 30,3 78,4 Νιτρώδη (ΝΟ 2- )mg/l ND 0,45 Αμμωνιακά (ΝΗ 4+ )mg/l ND 0,6 Φωσφορικά (PO 4 ) mg/l 0,055 15±4 Ca 2+ mg/l Mg 2+ mg/l

7 Προκαταρκτικά πειράματα σε φυσικό νερό Χημική Καταβύθιση σε φυσικό νερό NaOH MgO Ca(OH) 2 CaMg 3 (CO 3 ) 4 FeClSO 4 NaAlO 2

8 Προκαταρκτικά πειράματα σε φυσικό νερό Χημική Καταβύθιση σε φυσικό νερό Το 90% της αντίδρασης γίνεται τα πρώτα 10 min. Η απομάκρυνση με την προσθήκη Ca 2+ και Mg 2+ γίνεται σε ph>9 Η απομάκρυνση των PO 4 αποδίδεται στα συστατικά του νερού λόγω της αλλαγής του ph Με την αύξηση του ph έχουμε καλύτερη απομάκρυνση με την προσθήκη Ca 2+ και Mg 2+ Με την μείωση του ph έχουμε καλύτερη απομάκρυνση με την προσθήκη Fe 3+ και Al 3+ WiseStir JT-M6C

9 Πειράματα σε απόβλητο Στρουβίτης Εναμμώνιοφωσφορικό μαγνήσιο, NH 4 MgPO 4 6H 2 O Ισομοριακήαναλογία (1:1:1) PO 4 : NH 4+ : Mg 2+ Θερμοδυναμικά αδύνατος ο αυθόρμητος σχηματισμός Μεγάλες ποσότητες NH 4+

10 Πειράματα σε απόβλητο Χημική Καταβύθιση στη δευτεροβάθμια εκροή NaOH 0,1Ν ml/l ph MgO mg/l 715 and 48 ml/l NaOH Ca(OH) 2 mg/l 485 CaMg 3 (CO 3 ) 4 mg/l 715 and 59 ml/l NaOH C o P-PO 4, mg/l C e P-PO 4, mg/l P-PO 4, κ.β.% στο ίζημα HCl ml/l to ph Χαμηλά ποσοστά PO 4 στο ίζημα Αυξημένο κόστος διεργασίας

11 Πειράματα σε απόβλητο Χημική Καταβύθιση στη δευτεροβάθμια εκροή Fe 3+ Al 3+ Δόση, mg/l ph in ph equil C o P-PO 4, mg/l 4 4 C e P-PO 4, mg/l P-PO 4, κ.β% στο ίζημα 8 7 Ικανοποιητικά ποσοστά PO 4 στο ίζημα Ικανοποιητική απομάκρυνση PO 4 στη καταβύθιση με προσθήκη Fe 3+ Μη ικανοποιητική απομάκρυνση PO 4 στη καταβύθιση με προσθήκη Al 3+

12 Πειράματα σε απόβλητο Χημική Καταβύθιση στη δευτεροβάθμια εκροή Διεργασία με Κόστος Αντιδραστηρίου, /tn Κόστος /1.000 m 3 C e P-PO 4, mg/l Καταβύθιση σε ph 10 NaOH 50% κ.β ,1 MgO ,23 Ca(OH) ,13 CaMg 3 (CO 3 ) ,26 Καταβύθιση στο ph του αποβλήτου FeClSO ,5 12.5% κ.β. Fe 3+ NaAlO 2 13,2% κ.β. Al ,3

13 Προσρόφηση Προσροφητικό Υλικό Υδροξυ οξείδια του σιδήρου Ρητίνη Purolite Εμπορικά διαθέσιμα: GFH με κύρια φάση τον ακαγκανεϊτη Bayoxideμε κύρια φάση τον γκαιτίτη AquAsZeroμε κύρια φάση τον σβερτμανίτη Παρασκευάστηκαν στο εργαστήριο: Υδροξυ οξείδιο σιδήρου σε ph σύνθεσης 3 Υδροξυσιδήρου σε ph σύνθεσης 4 Υδροξυσιδήρου-μαγγανίου σε ph σύνθεσης 4

14 Προσρόφηση PO 4 PO 4 PO 4 PO 4 PO 4 NO HCO 3 - SO 4 2- PO 4 PO 4 HCO 3 - Cl - Cl - SO 4 2- HCO 3 - Cl - SO 4 2- Cl - Cl -

15 Προσρόφηση Σύγκριση προσροφητικών υλικών σε στήλες RSSCT Υψηλές προσροφητικές ικανότητεςγιατα υδροξυ οξείδια του σιδήρου συγκεκριμένα το δ-fe 0.76 Mn 0.24 OOH (q = 11 mg P- PO 4 /g προσ. )

16 Προσρόφηση Αναγέννηση προσροφητικών υλικών Αναγέννηση σε ~ 4 ώρες ph 12,5 για τα υδροξυ οξείδια εκτός από το GFH ph 13 με χρήσηαλκαλικού διαλύματος NaOH

17 Πειράματα στην εκροή της αναγέννησης Χημική καταβύθιση στην εκροή της αναγέννησης Καταβύθιση με Ca 2+ Ιόντα Περιεκτικότητα % P-PO 4 17 Ca 2+ 12,7 Mg 2+ 0,9 Fe 2+ 4,1 Καταβύθιση με Mg 2+ Ιόντα Περιεκτικότητα % P-PO 4 6,4 Ca 2+ 0,05 Mg 2+ 23,5 Fe 2+ 0,75 Καταβύθιση σε αναλογία 1:1 Ευνοείται από το υψηλό ph~12,3

18 Πειράματα βιοδιαθεσιμότητας Βιοδιαθεσιμότητα ιζημάτων Ίζημα από την καταβύθιση C o (P/kg εδάφους ) Όξινο έδαφος με Fe 3+ (στη Δευτεροβάθμια εκροή) μεca 2+ (στο διάλυμα αναγέννησης) μεmg 2+ (στο διάλυμα αναγέννησης) Αλκαλικό Έδαφος μεfe 3+ (στη Δευτεροβάθμια εκροή) μεca 2+ (στο διάλυμα αναγέννησης) μεmg 2+ (στο διάλυμα αναγέννησης) C 5η (μετά από5 ημέρες) (P/kg εδάφους )

19 Πιλοτική μονάδα στην ΑΙΝΕΙΑ Απομάκρυνση των PO 4 με τη μέθοδο της προσρόφησης Προσυγκέντρωση των PO 4 στο διάλυμα της εκροής της αναγέννησης Χημική καταβύθιση των PO 4 σε φωσφορικά άλατα του μαγνησίου ή του ασβεστίου Αξιολόγηση των ιζημάτων για τη χρήση τους ως εδαφοβελτιωτικά 2) Στήλη προσρόφησης 1) Φιλτράρισμα με μεμβράνες 3) Αναγέννηση με NaOH 4) Χημική καταβύθιση 5) Συλλογή ιζήματος

20 Συμπεράσματα Στη δευτεροβάθμια εκροή έχουμε ικανοποιητική απομάκρυνση PO 4 με χρήση FeClSO 4 Το FePO 4 παρουσιάζει αργή αποδέσμευση στο έδαφος Η ρητίνη Puroliteδεν παρουσιάζει καλή προσροφητική ικανότητα στη στήλη Η διεργασία της προσρόφησης PO 4 με υδροξυ οξείδια του σιδήρου παρουσιάζει καλές προσροφητικές ικανότητες Με χρήση αλκαλικού διαλύματος NaOHγίνεται αναγέννηση του προσροφητικού υλικού και είναι δυνατή η επαναχρησιμοποίηση του Το διάλυμα της εκροής της αναγέννησης του προσροφητικού υλικού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καταβύθιση των PO 4 με τη χρήση αλάτων Ca 2+ και Mg 2+ Ηδιεργασία μεταφέρθηκε σε μεγαλύτερη κλίμακα στη πιλοτική μονάδα στην επεξεργασία λυμάτων ΑΙΝΕΙΑ

21 Ευχαριστίες Η έρευνα υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Ανάκτηση φωσφόρου από τη δευτεροβάθμια εκροή εγκαταστάσεων επεξεργασίας αστικών λυμάτων» (ΠΑΒΕΤ) Project (PhoReSe) (1525-ΒΕΤ- 2013) και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. Η παρούσα εργασία έγινε με την έγκριση της Διεύθυνσης Λειτουργίας και Συντήρησης Εγκαταστάσεων και Περιβαλλοντικών Ελέγχων της ΕΥΑΘ Α.Ε, την οποία ευχαριστούμε.