СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АЗОТА И ФОСФОРА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ОСАЖДЕНИЕМ ИХ ИОНОВ В ФОРМЕ СТРУВИТА

Название	СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АЗОТА И ФОСФОРА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ОСАЖДЕНИЕМ ИХ ИОНОВ В ФОРМЕ СТРУВИТА
Разработчик (Авторы)	Кузнецова Юлия Вячеславовна, Вольхин Владимир Васильевич, Пермякова Ирина Александровна, Черных Ирина Андреевна, Леонтьева Галина Васильевна, Исмагзамова Лилия Ильгизовна
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2756807
Дата регистрации	05.10.2021
Правообладатель	федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Область применения (класс МПК)	C02F 1/58 (2006.01) C01B 25/45 (2006.01) C01F 5/00 (2006.01) C05B 17/00 (2006.01) C05C 3/00 (2006.01) C02F 101/10 (2006.01) C02F 101/16 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к химической технологи утилизации отходов на основе принципа рецикла азота и фосфора с получением гексагадрата магнийаммонийфосфата.

Регенерация азота и фосфора из сточных вод осаждением их ионов - NH₄⁺ и PO₄^3- в форме струвита (гексагидрата магнийаммонийфосфата, MgNH₄PO₄ 6H₂O), являющегося комплексным удобрением пролонгированного действия, позволяет возвращать регенерированные биогенные элементы в виде удобрения в природный круговорот веществ, а также способствовать решению проблемы предотвращения эвтрофикации природных водоемов за счет удаления азота и фосфора из промышленных и сельскохозяйственных стоков.

Известные способы решения задачи осаждения ионов NH₄⁺ и PO₄^3- из сточных вод в форме струвита представлены в следующих патентах.

Известен способ получения гранулированного карбамида, включающего в качестве модификатора магнийаммонийфосфата, полученного при очистке сточных вод от фосфат-ионов (см. патент РФ, RU №2 285 684 C1, С05С 9/00, B01j/2/28, 09.06.2005).

Недостатками известного способа является то, что он не предусматривает совместное извлечение ионов NH₄⁺и PO₄^3- из сточной воды и, допуская изменение содержания ингредиентов в составе осадка струвита в очень широких пределах (вес, %): MgO от 4,9 до 29,4; P₂O₅ от 8,7 до 51,7; NH₃ от 2,1 до 12,4; H₂O - остальное, он не дает рекомендаций по достижению высокого содержания питательных элементов в струвите как удобрении.

Известен способ получения фосфата из фосфорсодержащих сточных вод по технологии осаждения струвита (см. патент Китая, CN 102 690000 А, 11.05.2012). Предназначен для извлечения ионов РО₄^3- из сточных вод при отсутствии в них ионов Mg²⁺и NH₄⁺. Поэтому для осаждения струвита в сточную воду дополнительно вводится необходимое количество магния в виде MgCl₂ и необходимое количество азота - в виде NH₄Cl. В сточной воде устанавливается молярное соотношение Mg: N: Р, которое при разных вариантах осуществления способа составляет: 1,2:1,1:1; 1,5:1:1; 1:1,5:1; 1,3:1,2:1, и рН устанавливают на уровне 8,2. Лучшие результаты по снижению остаточной концентрации фосфора в сточной воде получены при введении в нее избытка как ионов Mg²⁺ так и ионов NH₄⁺ по отношению к РО₄^3-, участвующему в образовании струвита.

Недостатком известного способа является его применение только для регенерации фосфора из фосфорсодержащих сточных вод и необходимость для наиболее полного извлечения ионов РО₄^3- обязательно вводить в сточную воду достаточно высокий избыток ионов NH₄⁺, сточная вода после очистки сохраняет избыточные ионы NH₄⁺, что нецелесообразно при решении задачи предотвращения эвтрофикации водоемов.

Известен способ переработки аммиачно-азотных сточных вод с получением струвита (см. патент Китая, CN 103 848540 А, 10.01.2014). Предназначен для извлечения ионов NH₄⁺ из сточной воды, которая не содержит ионы Mg²⁺ и PO₄^3-, эти ионы дополнительно вводят в сточную воду в количествах, необходимых для образования струвита. В одном из вариантов применения способа предусмотрено в качестве источников магния и фосфора использовать соответственно MgO и Н₃РО₄. В других вариантах - MgCl₂ и Na₂HPO₄ или NaH₂PO₄. Мольные соотношения Mg : N : Р в сточной воде при осаждении струвита устанавливали равными 1:1:1; 1,2:1:1; 1,2:1:0,8 и 1,4:1:0,8, и рН в сточной воде поднимали с помощью NaOH от 7,4 (иногда ниже) до 8,5.

Результаты по степени извлечения ионов NH₄⁺ из сточных вод самые низкие оказались в варианте с MgO и H₃PO₄ - только 70%. В других вариантах с использованием MgCl₂ и Na₂HPO₄ или NaH₂PO₄, в порядке выше перечисленных соотношений Mg : N : Р, степень извлечения ионов NH₄⁺ составила (%): 86, 89, 95-96 и 94. Самое высокое из них значение получено при отношении Mg : N : Р 1,2:1:0,8 и рН 9,2. Степень извлечения ионов NH₄⁺ оказалась в сильно выраженной зависимости от исходной концентрации ионов аммония в сточной воде, что подтверждается следующими экспериментальными данными согласно известному патенту:

Соответственно, чем ниже содержание ионов NH₄⁺, тем труднее и в меньшей степени происходит их выделение из сточной воды. Такой результат является существенным недостатком известного способа, так как большинство типов сточных вод имеют содержание ионов аммония ниже 500 мг/л. Известный способ не предусматривает одновременное извлечение ионов NH₄⁺ и РО₄^3- из сточных вод.

Известен способ получения композиции удобрений, обеспечивающей медленное (за счет струвита) и быстрое (за счет моноаммонийфосфата) высвобождение фосфора, а также и других необходимых для питания растений веществ и микроэлементов (см. патент США, US 2016/0130191 А1 05.12.2016). Получение композиции основывается на включении в ее состав струвита, образующегося при очистке сточных вод. За счет струвита композиция становится устойчивым источником фосфора на весь период вегетации растений, но по причине умеренной растворимости струвита предотвращается «обжигание» корней растений и сокращаются потери Mg, N и Р из почвы под действием дождей, поливов. Обнаружено также благоприятное влияние магния - повышение эффективности поглощения фосфора из почвы растениями.

Недостатком известного изобретения является ограниченность характеристики состава струвита, как продукта осаждения из сточных вод, представленной лишь ссылкой на его химическую формулу, и при этом не раскрываются условия, которые могут обеспечить образование в сточной воде струвита с составом, близким к его стехиометрии, и не приводятся остаточные концентрации ионов NH₄⁺ и РО₄^3- в сточной воде после осаждения струвита, и не показана степень их извлечения из сточной воды при осаждении струвита.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ регенерации азота и фосфора в форме струвита из сточной воды производства полупроводников (см. публикацию: Warmadewanthi, J.С. Liu. Recovery of phosphate and ammonium as struvite from semiconductor wastewater. Separation and purification technology, - 2009, vol. 64, p. 368-373). Известный и предлагаемый способы предназначаются для одновременного извлечения ионов NH₄⁺ и РО₄^3- из сточных вод путем осаждения их в форме струвита, который является комплексным удобрением пролонгированного действия, и его последующее использование по назначению позволяет осуществить рецикл азота и фосфора и внести вклад в экономию энергетических и минеральных ресурсов. К тому же, удаление биогенных элементов (N и Р) из сточных вод способствует предотвращению эвтрофикации водоемов. Исходя из одного и того же назначения известный способ выбран в качестве прототипа.

Основные недостатки известного способа, принятого за прототип, сводятся к следующему. В известном способе не удалось решить задачу выбора условий, обеспечивающих достаточно полное извлечение ионов NH₄⁺ и РО₄^3- из сточной воды при их одновременном осаждении в форме струвита. Так, эффективность извлечения ионов РО₄^3- возрастает в последовательности повышения рН: 48,7% при рН 8, 84,2% при рН 9 и 93,2% при рН 10. Однако повышение рН, по крайней мере выше 8, приводит к снижению степени извлечения ионов NH₄⁺ из сточной воды. Например, при рН 9 степень извлечении ионов NH₄⁺ составляет лишь 33,5%.

Другой недостаток. При осаждении струвита желательно иметь молярное соотношение [Mg²⁺] : [NH₄⁺] : [РО₄^3-] в сточной воде, близким стехиометрическому в составе струвита. Но такое соотношение ионов при использовании способа согласно прототипу оказалось малоэффективным, что потребовало введения в сточную воду достаточно большого избытка ионов Mg²⁺ и/или NH₄⁺ против содержания в виде ионов РО₄^3-. Так, при отношениях [Mg²⁺] : [РО₄^3-], равных 1:1 и 2:1, степень извлечения ионов NH₄⁺ из сточной воды достигла лишь 1,9% и 40% соответственно. Показано, что увеличение отношений [NH₄⁺] : [PO₄^3-] в сточной воде от 4,8:1 до 15:1 повышает степень извлечения ионов PO₄^3- до 92,5%. Поскольку избыток в сточной воде любого иона, входящего в состав струвита, делает неизбежным его накопление в форме остаточной концентрации после осаждения струвита, такой путь повышения эффективности извлечения ионов РО₄^3- или NH₄⁺ представляется нецелесообразным с позиции экологии и экономики.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявленного решения:

• осаждение струвита проводят непосредственно в сточной воде;

• при этом решается задача приблизить отношение [Mg²⁺] : [NH₄⁺] : [РО₄^3-] в сточной воде к 1:1:1, которое соответствует стехиометрии этих ионов в составе струвита;

• поддержание оптимального для осаждения струвита интервала рН от 8,0 до 9,5;

• выполнение осаждения струвита путем введения в сточную воду дополнительно ионов тех элементов, содержание которых недостаточно для образования гексагидрата магнийаммонийфосфата;

• в случае необходимости проводят предподготовку сточной воды с учетом особенностей ее состава.

Задача заявленного способа - повысить степень извлечения ионов NH₄⁺ и РО₄^3- из сточных вод при одновременном осаждении ионов аммония и фосфата в форме струвита, включая использование способа при осаждении струвита из сточных вод с разной концентрацией ионов NH₄⁺, в том числе, относительно низких, и при установлении в сточной воде молярного отношения [Mg²⁺] : [NH₄⁺] : [РО₄^3-], близкого к стехиометрическому в составе струвита, то есть не прибегая при осаждении струвита к значительным избыткам относительно друг к другу ионов элементов, входящих в его состав, обеспечить при этом наиболее полное насыщение струвита ионами NH₄⁺, не допуская появления в составе осажденного продукта примеси других фаз кроме струвита.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе регенерации азота и фосфора из сточных вод осаждением их ионов в форме струвита, включающем осаждение струвита непосредственно в сточной воде при исходном молярном отношении [Mg²⁺] : [NH₄⁺] : [РО₄^3-], близким стехиометрическому составу струвита, при рН сточной воды в диапазоне от 8,0 до 9,5, путем введения в сточную воду дополнительных ионов тех элементов, содержание которых недостаточно для образования струвита, в случае необходимости проводят предподготовку сточной воды с учетом особенностей ее состава, согласно изобретению недостающие для образования струвита ионы Mg²⁺ и РО₄^3- вводят в сточную воду в виде промежуточного продукта, который получают смешением высококонцентрированных растворов, а именно раствора соли магния, используя растворимую соль магния, например, хлорид или сульфат в количестве, позволяющем получать в сточной воде молярное отношение Mg²⁺/NH₄⁺ от 1,1 до 1,2, и раствора фосфатов натрия или калия, включая Na₃PO₄ или K₃PO₄ и Na₂HPO₄ или K₂HPO₄ в таком количестве и соотношении, которые позволяют устанавливать в сточной воде рН в диапазоне, рекомендованном для осаждения струвита, и молярное отношение РО₄^3-/NH₄⁺ близкое 1,0, растворы солей смешивают и используют для получения промежуточного продукта при температуре от 25 до 70°С, общее содержание солей в расчете на массу безводных солей и воды в расчете на массу добавленной воды и воды кристаллогидратов при приготовлении промежуточного продукта характеризуется массовым отношением соли : вода в интервале от 1:3,2 до 1:8,7, полученные растворы смешивают при интенсивном перемешивании в течение 1-2 мин для приготовления промежуточного продукта и полученный промежуточный продукт, и непосредственно после приготовления вводят в сточную воду при ее перемешивании, что вызывает образование струвита, полученную суспензию перемешивают в течение 15-20 мин, отстаивают осадок в течение 20-30 мин и осветленную воду отделяют от осадка декантацией.

В качестве растворов фосфатов натрия или калия используют раствор продуктов нейтрализации фосфорной кислоты, который получают в ходе приготовления промежуточного продукта, используя для нейтрализации в количестве до 3 моль NaOH или KOH на 1 моль H₃PO₄, или используя 1 моль Na₂CO₃ или K₂CO₃ на 1 моль H3PO4 и до 1 моль NaOH или KOH на 1 моль H₃PO₄, нейтрализацию проводят при 45 - 70°С в течение 60 мин.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа: использование для осаждения струвита в сточной воде промежуточного продукта, включающего недостающие для осаждения струвита ионы Mg²⁺и РО₄^3-, который получают смешением в определенных соотношениях высококонцентрированных растворов солей и воды, а именно: раствора соли магния, используя растворимую соль магния, например, хлорид или сульфат, и раствора фосфатов натрия или калия, или фосфорной кислоты, нейтрализованной гидроксидом натрия или последовательно карбонатом натрия и далее - гидроксидом натрия. Для нейтрализации фосфорной кислоты возможно использование калиевых аналогов - K₂CO₃ и KOH, если это требуется для получения комплексного удобрения на основе струвита.

При получении промежуточного продукта необходимо соблюдать ограничения по количеству используемой воды. Поэтому высококонцентрированные растворы солей магния и фосфата получают при температурах 25-70°С и отношении по массе между солями (в расчете на безводные соли) и водой (в расчете на воду кристаллогидратов и добавленную воду), которое допустимо в пределах от 1: 3,2 до 1: 8,7. Увеличение температуры выше 25(способствует лучшей растворимости солей при меньших допустимых значениях доли воды в смеси. Но количество воды меньшее, чем рекомендовано в этом диапазоне,, ограничивает возможность растворения солей, и поэтому не рекомендуется, но верхний предел по количеству воды ограничен более строго, так как избыток воды приводит к понижению активности промежуточного продукта при осаждении струвита. Полученные растворы смешивают при интенсивном перемешивании (при скорости вращения мешалки до 600 об/мин) в течение 1-2 мин, смесь приобретает некоторую вязкость, и полученный продукт после смешения готов для введения в сточную воду. Его вводят в сточную воду для осаждения струвита непосредственно после приготовления.

Согласно заявленному способу предусмотрена возможность замены при получении промежуточного продукта источников ионов Mg²⁺ и ионов РО₄^3- на более дешевые и доступные реагенты, а именно: реактива MgCl₂⋅6H₂O на природный минерал бишофит, основным компонентом которого является гексагидрат хлорида магния, но возможны примеси и отклонения по составу кристаллизационной воды, и солей Na₃PO₄⋅12H₂O и Na₂HPO₄⋅12H₂O экстракционной 68%-ной фосфорной кислотой, нейтрализованной с помощью Na₂CO₃ и NaOH с образованием солей Na₃PO₄⋅12H₂O и Na₂HPO₄⋅12H₂O в заданном соотношении. При необходимости нейтрализацию Н₃РО₄ можно проводить с помощью K₂CO₃ и KOH.

Как показали примеры осуществления заявляемого способа, замена реактива MgCl₂⋅6H₂O бишофитом практически не влияет на его эффективность как источника ионов Mg²⁺ при осаждении струвита из сточной воды при условии контроля фактического содержания в этом материале ионов Mg²⁺.

Подтвердилась также возможность замены готовых фосфатов натрия на продукты нейтрализации Н₃РО₄. Использованы два варианта нейтрализации фосфорной кислоты: в первом для нейтрализации 1 моль Н₃РО₄ расходовали до 3 моль NaOH, и, во втором, нейтрализацию проводили в две стадии - на первой расходовали 1 моль Na₂CO₃ и на второй - использовали дополнительно до 1 моль NaOH, при нейтрализации поддерживали температуру 45-70°С, общая продолжительность операции до 60 минут при умеренном перемешивании смесей. В большинстве случаев в качестве продукта необходима смесь солей Na₃PO₄ и Na₂HPO₄ и поэтому не требуется проводить полную нейтрализацию Н₃РО₄. Уместно отметить, что согласно предлагаемому способу полученные при нейтрализации фосфаты натрия нет необходимости выделять в индивидуальном виде - они так и остаются в промежуточном продукте.

Используемые для приготовления промежуточного продукта компоненты, значения массовых отношений солей и воды в составе промежуточного продукта и результаты выделения ионов NH₄⁺ из сточной воды при использовании полученных образцов промежуточного продукта в расчете на 1 л сточной воды представлены в таблице 1.

Полученные данные подтверждают, что нижний предел по содержанию воды в промежуточном продукте строго не ограничен и определяется лишь способностью солей растворяться, и возможностью снижения излишней вязкости полученного продукта, однако превышение верхнего предела по содержанию воды, соответствующего массовому отношению безводные соли : вода, равному 1:8,7, приводит к снижению активности промежуточного продукта при осаждении ионов NH₄⁺ из сточной воды в форме струвита.

Проведена проверка также результатов выделения ионов NH₄⁺ из сточной воды при использовании двух вариантов нейтрализации фосфорной кислоты: в первом, для нейтрализации 1 моль Н₃РО₄ использовали до 3 моль NaOH, и, во втором, нейтрализацию Н₃РО₄ осуществляли в две стадии - использовали Na₂CO₃ в количестве 1 моль Н₃РО₄ на первой стадии и до 1 моль NaOH на второй, при нейтрализации поддерживали температуру 45-70°С, продолжительность операции до 60 минут при умеренном перемешивании. Расход NaOH на нейтрализацию и, следовательно, требуемая степень нейтрализации Н₃РО₄ зависит от рН сточной воды.

При разработке способа с использованием двух вариантов нейтрализации Н₃РО₄ проверялось также, как может отразиться на результаты процесса очистки сточной воды значение исходной концентрации в ней ионов NH₄⁺, которое приняли равным 180 мг/л в первом варианте и 540 мг/л во втором. Соответственно использовали разные количества MgCl₂⋅6H₂O в расчете на 1 л воды: 2,003 г и 6,090 г, при этом в обоих вариантах при осаждении струвита в сточной воде получили соотношение [Mg²⁺] : [NH₄⁺] : [РО₄^3-], близкое 1:1:1. Полученные данные, отнесенные к обработке 1 л сточной воды, представлены в таблице 2.

Полученные результаты подтверждают возможность использования Н₃РО₄ как источника ионов фосфата при получении промежуточного продукта и возможность проведения операции ее нейтрализации в двух вариантах без изменений других условий приготовления промежуточного продукта.

При получении промежуточного продукта предусматривается также выбор соотношения между кислотными и щелочными компонентами. Поддержание необходимого уровня рН для осаждения струвита достигается за счет регулирования соотношения компонентов в промежуточном продукте между фосфатами и гидрофосфатами, например, между Na₃PO₄ (0,5 М раствор имеет рН ~ 12,1) и Na₂HPO₄ (0,5 М раствор имеет рН ~ 8,9). При нейтрализации Н₃РО₄ нужного результата можно достигнуть, используя разное количество NaOH или KOH на заключительной стадии нейтрализации фосфорной кислоты, так как это позволяет устанавливать разное соотношение между фосфатом и гидрофосфатом в продуктах нейтрализации, что необходимо для регулирования значения рН в сточной воде.

На основе экспериментальных данных установлено, что для очистки типичных сточных вод, характеризующихся нейтральными и слабощелочными значениями рН в диапазоне 6-8, соотношение между фосфатами и гидрофосфатами в промежуточном продукте целесообразно устанавливать на уровне 80%\20%. В случае кислых вод, характеризующихся значениями рН 4-6, долю гидрофосфатов в составе промежуточного продукта рекомендуется понизить до 10%.

Установлено также, что при разных исходных концентрациях ионов NH₄⁺ в сточной воде, включая относительно высокую (540 мг/л) и низкую (180 мг/л), и соответственно разных количеств необходимого для осаждения струвита промежуточного продукта, не повлияло на степень извлечения ионов NH₄⁺ из сточной воды, она составила 96,7-96,8%.

Согласно известному способу переработки аммиачно-азотных сточных вод с получением струвита (см. патент Китая, CN 103848540 А, 10.01.2014) эффективность извлечения из них ионов NH₄⁺ существенно зависит от исходных концентраций извлекаемых ионов в воде, поэтому данная зависимость была более детально исследована в условиях, когда аналогичная задача решается с помощью заявленного способа. В серии опытов все условия приготовления промежуточного продукта и осаждения струвита из сточной воды оставлены без изменения. Различия касаются содержания ионов аммония в сточной воде и соответственно количеств промежуточного продукта, и количеств реагентов для его приготовления. Полученные экспериментальные данные, отнесенные к 1 л сточной воды, представлены в таблице 3.

Полученные результаты подтверждают, что использование заявляемого способа позволяет извлекать ионы NH₄⁺ из модельных сточных вод при варьировании в них исходных концентрации [NH₄⁺] от 180 до 2320 мг/л, и при этом степень извлечения ионов аммония сохраняется в диапазоне от 95,6 до 98,5%. Установлено также, что при получении промежуточного продукта, потребность в минимальном количестве воды, выраженном через массовое отношение соли: вода, может минимизироваться при увеличении масштабов производства.

Как показывает анализ результатов использования известных способов извлечения ионов РО₄^3- из сточных вод при их осаждении в форме струвита, степень извлечения фосфат-ионов существенно зависит от избытка ионов Mg²⁺ в сточной воде против стехометрического соотношения Mg/PO₄, равного ионов РО₄^3-, и одновременно ионов NH₄⁺, из сточной воды в зависимости от исходного молярного соотношения ионов [Mg²⁺] : [NH₄⁺] : [PO₄^3-] в воде при осаждении струвита по заявленному способу была определена в диапазоне этих соотношений от 0,933:1:1 до 1,5:1:1. Эксперименты проведены на базе модели сточной воды, соответствующей по составу сточной воде, перерабатываемой по способу согласно прототипу. При извлечении ионов NH₄⁺ и РО₄^3- из воды все операции проводили согласно заявленному способу и при этом контролировали остаточные концентрации ионов аммония и фосфатов в сточной воде после осаждения струвита, степени извлечения этих ионов из сточной воды, а также рН сточной воды в конце процесса осаждения. Полученные результаты представлены в таблице 4.

Судя по результатам, полученным при использовании способа извлечения ионов NH₄⁺ и РО₄^3- из сточной воды при осаждении струвита, даже небольшой недостаток ионов Mg²⁺ против стехиометрического соотношения в составе струвита (0,933:1:1) заметным образом снижает степень извлечения ионов [РО₄^3-] (до 86,2%) при соотношении, соответствующему стехиометрическому в составе струвита (1:1:1), степень извлечения [РО₄^3-] повышается до 95,0%. Избыток ионов Mg²⁺ (1,1:1:1) приводит к некоторому дополнительному росту степени извлечения ионов [РО₄^3-] - до 96,5%, при этом остаточная концентрация ионов [РО₄^3-] в сточной воде после осаждения струвита понижается с 7,46 до 6,39 мг/л. Дальнейшее увеличение избытка ионов Mg²⁺ (1,2:1:1) повышает степень извлечения ионов [PO₄^3-] до 97,2% и приводит к снижению остаточной концентрации ионов [РО₄^3-] до 5,75 мг/л. Одновременно показано, что избыток ионов Mg²⁺ при осаждении струвита приводит к некоторому повышению степени извлечения также ионов NH₄⁺ из сточной воды.

Таким образом, при извлечении ионов NH₄⁺ и РО₄^3- можно рекомендовать использовать положительный эффект избытка ионов Mg²⁺ в сточной воде при осаждении струвита, но заявленный способ позволяет ограничиться соотношением 1,1:1:1 и лишь при очень высоких требованиях к понижению остаточной концентрации ионов NH₄⁺ и РО₄^3- в сточной воде можно использовать соотношение вплоть до 1,2:1:1. Из практики работы с разными препаратами магния следует, что за счет их гигроскопичности всегда остается опасность получить недостаток ионов Mg²⁺ при осаждении струвита и поэтому приходится прибегать к небольшому избытку магния, чтобы избежать риска снижения эффекта очистки сточной воды.

Далее приведены примеры, показывающие эффективность извлечения ионов NH₄⁺ и РО₄^3- из моделей сточных вод при осаждении струвита с использованием заявленного способа. Представлены результаты очистки сточной воды не только аналогичной использованной в прототипе, но и примеры очистки сточных вод других типов, различающихся по составу.

Формула изобретения

1. Способ регенерации азота и фосфора из сточных вод осаждением их ионов в форме струвита, включающий осаждение струвита непосредственно в сточной воде при исходном молярном отношении [Mg²⁺]:[NH₄⁺]:[РО₄^3-], близком стехиометрическому составу струвита, при рН сточной воды в диапазоне от 8,0 до 9,5, путем введения в сточную воду дополнительных ионов тех элементов, содержание которых недостаточно для образования струвита, при наличии в сточной воде ионов фтора проведение предподготовки воды путем добавления карбоната кальция, осаждения и отделения осадка фторида кальция, отличающийся тем, что недостающие для образования струвита ионы Mg²⁺ и РО₄^3- вводят в сточную воду в виде промежуточного продукта, который получают смешением растворов, а именно раствора соли магния, используя растворимую соль магния хлорид или сульфат, в количестве, позволяющем получать в сточной воде молярное отношение Mg²⁺/NH₄⁺ от 1,1 до 1,2, и раствора фосфатов натрия или калия, включая Na₃PO₄ или K₃PO₄ и Na₂HPO₄ или K₂HPO₄, в таком количестве и соотношении, которые позволяют устанавливать в сточной воде рН в указанном выше диапазоне, необходимом для осаждения струвита, и молярное отношение РО₄^3-/NH₄⁺ равное 1,0, растворы солей смешивают и используют для получения промежуточного продукта при температуре от 25 до 70°С, общее содержание солей в расчете на массу безводных солей и воды в расчете на массу добавленной воды и воды кристаллогидратов при приготовлении промежуточного продукта характеризуется массовым отношением соли:вода в интервале от 1:3,2 до 1:8,7, полученные растворы смешивают при интенсивном перемешивании в течение 1-2 мин для приготовления промежуточного продукта и полученный промежуточный продукт непосредственно после приготовления вводят в сточную воду при ее перемешивании, что вызывает образование струвита, полученную суспензию перемешивают в течение 15-20 мин, отстаивают осадок в течение 20-30 мин и осветленную воду отделяют от осадка декантацией.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растворов фосфатов натрия или калия используют раствор продуктов нейтрализации фосфорной кислоты, который получают в ходе приготовления промежуточного продукта, используя для нейтрализации NaOH или KOH в количестве до 3 моль на 1 моль Н₃РО₄ или используя 1 моль Na₂CO₃ или K₂CO₃ на 1 моль Н₃РО₄ и до 1 моль NaOH или KOH на 1 моль Н₃РО₄, нейтрализацию проводят при 45-70°С при продолжительности до 60 мин.

Изобретение "СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АЗОТА И ФОСФОРА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ОСАЖДЕНИЕМ ИХ ИОНОВ В ФОРМЕ СТРУВИТА" (Кузнецова Юлия Вячеславовна, Вольхин Владимир Васильевич, Пермякова Ирина Александровна, Черных Ирина Андреевна, Леонтьева Галина Васильевна, Исмагзамова Лилия Ильгизовна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога