Синтез пролонгованих добрив шляхом адсорбції елементів живлення цеолітом з комунальних стоків

Abstract

Мета дослідження — на основі експериментальних даних розробити рекомендації щодо оптимальних умов осадження амонійного азоту з регенерату іонного обміну для його подальшого використання в якості амонійного добрива. У проведених дослідженнях іонообмінний матеріал, природний цеоліт Сокирницького родовища (Закарпаття), насичували іонами амонію з модельних стоків у колонному апараті до досягнення проскоку, після чого іонообмінний матеріал регенерувався шляхом прокачування через нього NaCl концентрацією 30 г/л. Максимальне насичення іонообмінного матеріалу визначали за зростанням електропровідності розчину на виході з колони.

Аналізи проводились за різного молярного співвідношення іонів магнію та фосфат-іонів та значеннях рН. Отримані дані порівнювалися з початковими концентраціями в модельному розчині відповідних іонів для визначення ефективності осадження. Встановлено, що максимальна ефективність видалення амонійного азоту за початкової концентрації його в регенераті 470 мг/л досягається з pH близько 8,5 та зі співвідношенням Mg2+ : NH4+ : PO43- = 1,5 :1 :1,5.

За умов кращих варіантів проводилось осадження реальних концентратів іонного обміну. При цьому ступінь осадження іону NH4+ -N для концентрату, вилученого з цеоліту складав 93,91 %, тобто результати мало відрізняються від значень модельних концентратів,

Встановлено вологість отриманого мінерального добрива шляхом сушіння продукту. За значеннями вологості осаду визначили формулу кристалогідрату, яка близька за кількістю молекул води до формули мінерального добрива струвіт MgNH4PO4 × 4,5H2O. Проведено порівняльний термічний аналіз продуктів хімічного осадження та чистого струвіту. Встановлено оптимальні умови, за яких забезпечується максимальна ефективність одночасного вилучення амонійного азоту та фосфат-іонів зі стоків з утворенням MgNH4PO4· 4,5 ÷ 6H2O. Розроблені рекомендації щодо застосування отриманого продукту як мінерального добрива.

The purpose of this study is to develop, based on experimental data, recommendations on the optimum conditions for the deposition of ammoniacal nitrogen from ion exchange regenerator for its further use as ammonium fertilizer.

In these studies, ion-exchange material natural zeolite of the Sokirnitsky deposit until a breakthrough was reached, after which the ion-exchange material was regenerated by pumping 30 g/l NaCl through it. The maximum saturation of ion-exchange material was determined by increasing the electrical conductivity of the solution at the exit from the column.

The analyses were done at various molar ratios of magnesium and phosphate ions and at various pH values. The obtained data was compared to the initial concentrations in the model solution of the corresponding ions to determine the deposition efficiency. It was established that the maximum efficiency of ammonium nitrogen removal at its initial concentration in the regenerate 470 mg/l is achieved at approx. 8,5 pH level with Mg2+ : NH4 +: PO43– = 1,5 : 1 : 1,5 correlations.

Based on the results of the best options, deposition of real concentrates of ion exchange was carried out. The degree of NH4+-N ion deposition for concentrate extracted from zeolite was 93,91%, that means, that results almost not differ from the values of samples concentrates.

Moisture level was set during mineral fertilizersdrying. Based on the values of the moisture we determined content of the precipitate, which is close to the number of water molecules to the formula of fertilizer MgNH4PO4× 4,5H2O. The comparative thermal analysis of chemical precipitation products and pure struvite was performed. The optimal conditions were identified to experience the maximum efficiency of simultaneous removal of ammonium nitrogen and phosphate ions from wastewater, forming MgNH4PO4 · 4,5 ÷ 6H2O. Recommendations on the use of the obtained product as a fertilizer were elaborated.

Целью исследования является разработка на основе экспериментальных данных рекомендаций по оптимальным условиям осаждения аммиачного азота из ионообменного регенерата для его дальнейшего использования в качестве аммиачного удобрения. В проведенных исследованиях ионообменный материал, природный цеолит Сокирницкого месторождения (Закарпатье), насыщался ионами аммония из модельных стоков до проскока, после чего ионообменный материал регенерировался путем прокачки через него 30 г/л NaCl.

Анализы проводились при различном мольном соотношении ионов магния и фосфат-ионов, а также при различном рН. Полученные данные сравнивались с начальными концентрациями в модельном растворе соответствующих ионов для определения эффективности очищения. Установлено, что максимальная эффективность удаления аммонийного азота при его начальной концентрации в регенерате 470 мг/л достигается приблизительно при рН 8,5 с соотношением Mg2+ : NH4+: PO43– = 1,5 : 1 : 1,5.

Исходя из результатов лучшего варианта, проведено осаждение реальных концентратов ионного обмена. Степень осаждения иона NH4+-N для концентрата, выделенного из цеолита, составила 93,91 %, а это означает, что результаты мало отличаются от значений модельных концентратов.

Определена влажность полученного минерального удобрения методом высушивания продукта. Исходя из значений влажности, определена формула кристаллогидрата, близкая по числу молекул воды к формуле минерального удобрения струвит MgNH4PO4× 4,5H2O. Проведен сравнительный термический анализ продуктов химического осаждения и чистого струвита. Определены оптимальные условия, при которых наблюдается максимальная эффективность одновременного извлечения аммонийного азота и фосфат-ионов из стоков с получением MgNH4PO4 · 4,5 ÷ 6H2O. Разработаны рекомендации для применения полученного продукта как минерального удобрения.