Ανάκτηση ανόργανων φωσφορικών από αστικά υδατικά λύματα

Thumbnail Image
Date
2013-10-11
Authors
Ματσούκη, Νίκη
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
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.
Description
Keywords
Ανάκτηση φωσφόρου, Στρουβίτης
Citation