Ανάκτηση φωσφόρου από επεξεργασμένα αστικά λύματα Αξιολόγηση εναλλακτικών διεργασιών

Ανάκτηση φωσφόρου από επεξεργασμένα αστικά λύματα Αξιολόγηση εναλλακτικών διεργασιών 1525-ΒΕΤ-2013 PhoReSΕ: Ανάκτηση φωσφόρου από τη δευτεροβάθμια εκροή εγκαταστάσεων επεξεργασίας αστικών λυμάτων ΠΡΑΞΗ ΕΘΝΙΚΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ «Πρόγραμμα Ανάπτυξης Βιομηχανικής Έρευνας και Τεχνολογίας (ΠΑΒΕΤ) 2013» Μανασσής Μήτρακας, Δρ. Χημικός Μηχανικός Επίκουρος Καθηγητής Χημικών Μηχανικών ΑΠΘ

Είναι γνωστό ότι ο φωσφόρος είναι: Essential element Μη ανανεώσιμος - Περιορισμένα αποθέματα με Ρ 2 Ο 5 > 25%κβ - Επαρκή αποθέματα με 10 < Ρ 2 Ο 5 < 20 %κβ - Απουσία πηγών φωσφόρου στην Ευρώπη!!

Μη ορθολογιστική διαχείριση: Ρύπανση των επιφανειακών και υπόγειων νερών Ευτροφισμός Στόχοι φωσφόρου: Μείωση κατανάλωσης Ανακύκλωση μέγιστου δυνατού ποσοστού

Εναλλακτικές δυνατότητες επαναχρησιμοποίησης φωσφόρου: 1. Διάθεση βιολογικής λάσπης για λίπανση αγρών: Πλεονεκτήματα: Υψηλή θρεπτική αξία (C/Ν/Ρ) μεγάλη βιοδιαθεσιμότητα Μειονεκτήματα: Παρουσία οργανικών μικρο-ρύπων Σταδιακή πρόκριση του σεναρίου: Καύση ανάκτηση Ρ από την τέφρα 2. Ανάκτηση του φωσφόρου από τα ρεύματα λάσπης με τη μορφή στρουβίτη: Λίπασμα αργής αποδέσμευσης Ν-Ρ-Mg Βελτίωση της ποιότητας εκροής Νομικά προβλήματα προς το παρών σχετικά με την εφαρμογή του

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΠΛΕΥΡΑ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Αστικά λύματα: Συγκέντρωση φωσφόρου: 15±5 mg P/L Απόδοση διεργασιών απομάκρυνσης: Συμβατική βιολογική επεξεργασία : 30-50 % Βιολογική απομάκρυνση φωσφόρου : έως και 66% Ανάκτηση ΡΟ 4 από τα ρεύματα λάσπης : > 80 % Η βιολογική επεξεργασία δεν επαρκεί για την: Επίτευξη του στόχου διάθεσης σε ευαίσθητους αποδέκτες Αντιμετώπιση της αναμενόμενης μείωσης του ορίου

Σημερινή πρακτική μείωσης Ρ στην εκροή: Προσθήκη αλάτων Fe(III) &Al(III) μείωση SS στην εκροή Διήθηση (μικρο/υπερ-διήθηση) Χαρακτηριστικά: Χαμηλό πάγιο κόστος Δόκιμη λύση εστιασμένη στην απομάκρυνση ΡΟ 4 και όχι στην ανάκτηση

ΣΚΟΠΟΣ Αξιολόγηση εναλλακτικών διεργασιών ανάκτησης φωσφόρου από επεξεργασμένα αστικά λύματα

ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 1. Αξιολόγηση διεργασιών με βάση : Την υπολειμματική συγκέντρωση (< 1 mg P/L < 3 mg PO 4 /L ) Τη συγκέντρωση Ρ στο ίζημα ( >> 50 g P/kg ιζήματος) Βιοδιαθεσιμότητα φωσφόρου 2. Διεργασίες που μελετήθηκαν: Χημική ιζηματοποίηση Προσρόφηση αναγέννηση ανάκτηση από το ρεύμα αναγέννησης

ΑΝΑΚΤΗΣΗ ΦΩΣΦΟΡΟΥ Διεργασίες Ιζηματοποίησης: Μόνο ορθοφωσφορικά Διαθέσιμη μορφή για ιζηματοποίηση ΡΟ 4 Ευνοείται από το αλκαλικό περιβάλλον Δυσδιάλυτα φωσφορικά άλατα: Ca Mg Fe Al Ευσεβής ( ) πόθος η ανάκτηση ως στρουβίτη (!)

Θερμοδυναμική προσέγγιση διαλυτότητας στρουβίτη Διαλυτότητα στρουβίτη σε διάφορες τιμές ph ph MgNH 4 PO 4, M ph MgNH 4 PO 4, M 7 1,3*10-7 10 3,54*10-10 8 6,14*10-9 11 4,13*10-10 9 8,05*10-10 12 2,18*10-9 Απαιτούμενη συγκέντρωσηnh 4+ για το σχηματισμό στρουβίτη ση δευτεροβάθμια εκροή ph MgNH 4 PO 4, Μ Ρ-PO 4, mg/l Mg 2+, mg/l NH 4+, mg/l 9 8,05*10-10 1 100 > 50 Απαιτούμενη συγκέντρωσηnh 4+ για το σχηματισμό στρουβίτη ση δευτεροβάθμια εκροή ph MgNH 4 PO 4, Μ Ρ-PO 4, mg/l NH 4+, mg/l Mg 2+, mg/l 9 8,05*10-10 1 0.6 > 10 4

Αλκαλική ιζηματοποίηση [Ca(OH) 2,MgO, CaMg 3 (CO 3 ) 4, NaOH] Επιθυμητή υπολειμματική συγκέντρωση ΡΟ 4 σε ph>9 Απαίτηση υψηλής δόσης Χαμηλή συγκέντρωση Ρ-ΡΟ 4 στο ίζημα (< 5%) Ανάκτηση? Απαίτηση διόρθωσης ph για διάθεση στον αποδέκτη υψηλό κόστος Καθοριστική η συμμετοχή των ιόντων του νερού

Ιζηματοποίηση σε ουδέτερο περιβάλλον [Fe(III), Al(III)] Στοιχειομετρική αντίδραση Μείωση της συγκέντρωσης στα επιθυμητά επίπεδα Ικανοποιητική συγκέντρωση Ρ-ΡΟ 4 στο ίζημα Fe(III) (> 8%) Ανάκτηση Χαμηλή διαλυτότητα φωσφορικού σιδήρου Βιοδιαθεσιμότητα??

Επίδραση της θερμοκρασίας Μη ουσιαστική επίδραση της θερμοκρασίας στο χρόνο και την απόδοση της ιζηματοποίησης C Υπολειματική PO 4, mg/l 6 5 4 3 2 1 15 20 35 0 0 10 20 30 Time t, min

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (1 ου μέρους) ΑΔΙΕΞΟΔΟ ως προς τους επιθυμητούς στόχους καθώς: Η ιζηματοποίηση σε αλκαλικό περιβάλλον συνδύαζε: Υψηλό λειτουργικό κόστος Χαμηλή συγκέντρωση Ρ στο ίζημα λόγω συγκαταβύθισης αλάτων του νερού Η καταβύθιση P με Fe(III) παράγει ίζημα χαμηλής βιοδιαθεσιμότητας??

Συμπεράσματα AquAsZero Ισχυρή χημειορόφηση As(V) από FeOOH Προσροφητική ικανότητα ανάλογη του επιφανειακού φορτίου Ισχυρή παρεμπόδιση φωσφορικών λόγω όμοιας στερεοχημικής δομής Αναγέννηση σε αλκαλικό περιβάλλον Δυνατότητα εφαρμογής του σεναρίου στην απομάκρυνση ΡΟ 4?

Εφαρμογή FeOOH σε δευτερογενή εκροή λυμάτων: Μείωση συγκέντρωσης ΡΟ 4 < 1 mg/l? Επαρκής προσροφητική ικανότητα? Δυνατότητα αναγέννησης ΟΠΩΣΔΗΠΟΤΕ!!!!

ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ ΣΕ FeOOH Οι ισόθερμες προσρόφησης επιβεβαίωσαν: Τη δυνατότητα μείωση συγκέντρωσης ΡΟ 4 < 1 mg/l Την υψηλή προσροφητική ικανότητα Ενδόθερμη προσρόφηση ΔH ο 12±2 kj/mol Φυσιο-ρόφηση!!! As(V): ΔH ο 45 kj/mol!!!

ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ ΣΕ FeOOH RSSCTs έδειξαν σε περιβάλλον δευτερογενούς εκροής λυμάτων: Μείωση συγκέντρωσης P-ΡΟ 4 < <1 mg/l Επαρκής χωρητικότητα για scale-up (EBCT 5-10 min) Μείωση προσροφητικής ικανότητας με την αναγέννηση Breakthrough concentration, mg/l 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 Adsorption capacity (q), mg/mg

ΕΚΡΟΦΗΣΗ - ΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ ΑΠΟ RSSCTs FeOOH Αποτελεσματική εκρόφηση (ουάου!) ΡΟ 4 σε ph>12 Σε χρόνο αναγέννησης που δεν υπερβαίνει τις 4 ώρες Αποτελεσματική ανάκτηση ΡΟ 4 σε μορφή αλάτων Ca & Mg

FeClSO 4 %κβ Ρ-ΡΟ 4 9 Ca 0.3 Mg 0.4 Fe 28 ΑΝΑΚΤΗΣΗ ΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ Ca 2+ %κβ Ρ-ΡΟ 4 17 Ca 13 Mg 1 Fe 4 Mg 2+ %κβ Ρ-ΡΟ 4 6 Ca 0.1 Mg 23 Fe 1 Επαρκής συγκέντρωση φωσφορικών Βιοδιαθεσιμότητα ικανή για άλατα ασβεστίου - μαγνησίου

Διάγραμμα ροής πιλοτικής μονάδας

ΠΙΛΟΤΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΚΤΗΣΗΣ ΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ ΑΠΟ ΤΗ ΔΕΥΤΕΡΟΒΑΘΜΙΑ ΕΚΡΟΗ «ΑΙΝΕΙΑ»

Ευχαριστίες Η παρούσα έρευνα έχει συγχρηματοδοτηθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση και από εθνικούς πόρους μέσω του Προγράμματος: ΠΡΑΞΗ ΕΘΝΙΚΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ «Πρόγραμμα Ανάπτυξης Βιομηχανικής Έρευνας και Τεχνολογίας (ΠΑΒΕΤ) 2013»

Ευχαριστώ για την προσοχή σας