Кристаллизация и осаждение фосфатов из сточных вод свиноводства путем коррозии металлического магния.

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 16601 (2015) Цитировать эту статью

3747 Доступов

14 цитат

3 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой статье представлен уникальный подход к дозировке магния при осаждении струвита в результате коррозии металла Mg. Результаты экспериментов показали, что оптимальным режимом работы для дозирования магния является использование воздушно-барботажной колонны, наполненной металлическим магнием и гранулами графита, что позволяет значительно ускорить коррозию таблеток металлического магния из-за присутствия гранул графита. Эксперименты по механизму реакции показали, что pH раствора можно использовать в качестве индикатора кристаллизации струвита в этом процессе. Увеличение дозировки металлического магния, массового соотношения графита и металлического магния (G:M) и скорости воздушного потока может быстро повысить pH раствора. При всех трех условиях: 10 г/л, 1:1 и 1 л/мин соответственно эффективность восстановления фосфатов достигала 97,5%. Для достижения высокого уровня автоматизации процесса извлечения фосфатов был спроектирован реактор непрерывного действия с погруженной в него графит-магниевой воздушно-барботажной колонной для сбора фосфата из реальных сточных вод свиноводства. В условиях периодического добавления небольших количеств гранул металлического магния примерно 95% фосфата можно было стабильно извлечь в виде струвита с чистотой 95,8% (±0,5). Экономический анализ показал, что предложенный процесс технически прост и экономически осуществим.

Хорошо известно, что фосфор (Р) является не только важным элементом, присутствующим во всех живых организмах, но и основным питательным веществом, вызывающим эвтрофикацию водоемов1. В то же время фосфор, полученный из фосфоритной руды, представляет собой невозобновляемый ресурс с ограниченными запасами, который ежегодно постепенно истощается из-за огромного потребления в сельскохозяйственном и промышленном производстве. Некоторые исследователи предсказывают, что известные запасы фосфоритной руды в мире будут исчерпаны в течение 100 лет, если нынешняя повышенная скорость истощения останется неизменной2,3. Чтобы защитить этот важный невозобновляемый ресурс, некоторые из основных стран-производителей фосфатов, такие как Китай и США, причислили фосфоритную руду к стратегическим ресурсам и внедрили систему контроля за экспортом4. За последние несколько лет цена на фосфоритную руду на международном рынке быстро выросла по разным причинам. Поэтому извлечение фосфатов из сточных вод имеет большое значение для предотвращения эвтрофикации и защиты фосфоритной руды.

Сточные воды свиней являются типичным типом сточных вод, содержащих высокие концентрации фосфатов5,6. P в сточных водах обычно присутствует в виде ортофосфата (PT) с большим потенциалом эвтрофикации. Чтобы предотвратить эвтрофикацию общественных водоемов, свиноводческие хозяйства вынуждены снижать уровень фосфора, поступающего в поверхностные воды, и соблюдать установленные законодательством нормативы качества воды. С этой целью используются различные биологические и химические процессы, такие как усиленное биологическое удаление фосфора 7, кристаллизация фосфата кальция (Cax(PO4)y, CP)/струвита (MgNH4PO4 · 6H2O)8,9,10, биосорбция морскими макроводорослями (Kappaphycus alvarezii)11 и адсорбция активированного оксида алюминия1. Среди этих процессов кристаллизация струвита признана идеальным процессом для восстановления фосфатов из-за его высокой скорости реакции и эффективности восстановления фосфора. Из-за дефицита Mg2+ в сточных водах свиней MgCl2 и MgSO4 часто используются в качестве источников магния для осаждения струвита. Хотя высокая степень удаления фосфатов могла быть достигнута при использовании этих солей в качестве источников магния, их дозировку и регулирование pH раствора было трудно контролировать из-за колебаний концентрации фосфатов в сточных водах; использование этих солей также быстро увеличивало соленость сточных вод, подавляя микробную активность в последующем процессе биологической очистки12,13. Кроме того, чтобы снизить стоимость восстановления фосфатов, в качестве источников магния также использовались некоторые недорогие источники магния, такие как низкосортный MgO и Mg(OH)214,15. К сожалению, было обнаружено, что эти реагенты значительно снижают чистоту собранного струвита из-за избытка добавленного MgO/Mg(OH)2.