Giriş: Su Mühendisliğindeki Phosphorus Challenge

Phosphorus bitki ve mikrobiyoloji için temel bir besindir, ancak aşırı suya girdiği zaman - tarımsal runoff, belediye atıksu veya endüstriyel effluents - sıkı deşarj limitleri karşılamak için birincil bir sürücü haline gelir (toplamın altındaki 0.1 mg/Likasyonun altındaki yoğun elve çiçekli çiçekli) talepleri, su kaynaklarını öldürür, salıverir, toksinleri öldürür ve içme ve rekreasyon için su kaynakları.

Adorpsiyon, yüksek yüzey alanı için lider bir teknik olarak ortaya çıktı, yüksek verimlilik, operasyon kolaylığı ve aktif karbon, alumina, iki katli hidrojektör, biyoköpek ve metal-organik çerçeveler arasında, aynı zamanda aktif gelişim için de geçerlidir.Bu makale, aktif bir şekilde, mühendislik odaklı reklamların ve diğer pratik avantajların yanı sıra, bilgisayar destekli çift hidroxideslerin, biyokürelerin ve metal-organik çerçevelerinin değerlendirilmesi, biyoköpektif ve diğer pratik avantajların incelenmesini sağlar.

Zeolitler ve Reklamcılar Nedir?

Zeolitler: Doğal ve S Sentetik Aluminosilicates

Zeolitler, oksijen atomları ile bağlantılı bir tetrahedra çerçevesi olan mikrogözlü kristal aluminosilicate minerallerdir. Normal porselen yapısı (tipik olarak 0.3-1.0 nm çapında) çok ucuz bir alan oluşturur - 300-800 m2/g - bu, fiziksel ad absorpsiyon ve iyon değişimi.

Fosforus kaldırılması için anahtar özellik, yüzey değişikliğinden sonra fosfata dayalı doğal zeolitler (CEC), bu da yerli cations (e.g., Na+, K+, Ca2+, Mg2+) ile değiştirilmesi için temel özelliktir. - Notlu doğal zeolitler net bir şekilde negatif yüzey yüküne sahiptir ve tercih edilir ve fosfat ad absorpsiyonu sınırlıdır.

Diğer Ortak Reklamlar

Zeolitler ötesinde, mühendisler fosfat adsorpsiyonu için sayısız malzeme test ettiler:

  • [FONT:0) Karbon[[Dönetici: 1): Biyokütlerden, kömürden veya Şok kabuklarından imal edilen, aktif karbon yüksek bir yüzey alanı ( 1500 m2/g) sahiptir ve fosfatları kaldırabilir, ancak performansı işlevsel olmayan metal destekli malzemelere daha düşük.
  • [0]Alumina (Al2O3)): Aktif bir alumina iyi fosfat yakınlığı sunar, özellikle nötr pH aralıklarına asitli olarak, flororide ve fosfat için içme suyu tedavisi yaygın olarak kullanılır.
  • [FONT:0) Metal Oksitler ve Hidroxides[Dönetici: Demir oksitler (örneğin, hematite), alüminyum oxyhidrxides ve lanthanum tabanlı malzemeler iç-süresel kompleksasyon nedeniyle yüksek fosfat bağlayıcı sabitleri vardır. Granular ferric hidroxide filtre sütunlarında kullanılan bir ticari üründür.
  • [FONT:0)Layered Double Hydroxides (LDHs)[Dönetici: Ayrıca hidrotalcite benzeri bileşikler olarak da bilinir, LDHs, Interstore anions ile olumlu şekilde tabakalardan oluşur. yüksek iyon-exchange kapasiteleri onları fosfat için etkili hale getirir.
  • [FONT=0)Biochar[[[Dönetici:))): pirolyating tarım kalıntıları veya kanalizasyon çamuru tarafından üretilen, biyochar fosfat adsorpsiyonunu artırmak için magnezyum veya demir ile değiştirilebilir.
  • [FONT=0) Metal-Organic Frameworks (MOFs)[Dönetici: Bu kristal nanomalzemeler ultra yüksek yüzey alanları ( 7000 m2/g) ve değiştirilebilir kimya. Zirconium-based MOFs, UiO-66 gibi, olağanüstü fosfat konsantrasyonlarda bile seçicilik sunar.

Her reklam türü maliyetle ticaretle gelir, adsorbent kapasitesi, pH işletim aralığı, yenilenme potansiyeli ve çevresel etki.Seçim, siteye özgü su kimyası, deşarj hedefleri ve bütçeye bağlıdır.

Phosphorus Yokluğu

Bağlanma Prensipleri

Sudaki Phosphorus öncelikle ortofozofiyonlar (H2PO4 – HPO42 - PO43 -), pH tarafından yönetilen spektralasyon ile yapılır. Katı yüzeylere olan adsorbatlar iki ana yol boyunca gerçekleşir:

  1. [FONT:0]Electrostatik (outer-sphere) çekim[Dönergeler)[Dönetici:0)))))[değiştir | kaynağı değiştir]: Phosphate anions, reklamlarorbent'ta olumlu şarj siteleri için çizilir. Bu, iyonik güç ve rakip anions (e.g.
  2. [FONT=0)Ligand exchange (iç-süresel karmaşıklaşma)[Dönetici: Fosiller Hidrokyl veya su molekülleri yüzey metal iyonları ile koordineli olarak üretilir (örneğin, Fe-OH, Al-OH) bu mekanizma büyük ölçüde normal koşullar altında geri dönüşümlüdür - fosfatlar kimyasal olarak yeniden dönüştürülür.

Zeolitler için, metal modifikasyonu sonrası birincil mekanizma, yüklenen metaldeki fosfat ve yüzey hidroxyl grupları arasında ligand değişimdir.Reksiyon, şematik olarak yazılabilir:

⁇ Fe-OH + H2PO4 - → ⁇ Fe-H2PO4 + OH-

Bu mekanizma, klorür veya nitrat gibi monovalan anorasyonlar için yüksek seçicilik sağlar ve yüzeyin protonlu olduğu yerde biraz asitli olarak çalışır.

Kaldırma Verimliliği Etkileyen Anahtar Faktörleri

  • [FONT:0]pH[DÜT:1): Metal-oksit bazlı reklamlarorbents için maksimum fosfat 4-6'da meydana gelir. Daha yüksek pH'da, hidroxyl iyonları adorpsiyon siteleri için rekabet eder, kapasiteyi azaltır.
  • [FONT:0)İletişim zamanı[DÜT:1): Phosphate adorpsiyon başlangıçta hızlı (yüzlü tepki) takip edilen standart temas süreleri 10 ila 60 dakika boş yatak temas süresine kadar (EBCT) ile.
  • [FONT:0]Temperature[[[Dönetici: FİLMİŞE 1:0)[[Dönetici:0))[[Dönetici: FİLMİŞİMC) daha yüksek sıcaklıklar (20–40C) kapasiteyi mütevazı bir şekilde geliştirmek, ancak pratik sistemler çevre su sıcaklıklarında çalışır.
  • [FONT:0)Initial fofofofosit konsantrasyonu[[Dönetici: Yüksek konsantrasyonlar sürüş kuvvetini arttırır, aynı zamanda daha hızlı saturate siteleri de saturate siteleri daha hızlı. Langmuir ve Freundlich, diğerms model dengesi için kullanılır.
  • [FONT=0)[[[Döneticiler)[[Dönderler, biyokarbonat ve organik madde bazı reklamlara karşı fosfatları önemli ölçüde azaltabilir (özellikle de ışık ve demir oksitler). Zeolitler silikat ile daha az hassasiyet gösterir.
  • [FONT:0]Surface alanı ve porosity[DÜT:1): Mesoffer malzemeler (2-50 nm gözenekler) saf mikro göz ardı edilebilirlerden daha iyi performans gösterir çünkü fosfat iyonları (size ~0.4 nm) difüzyon sınırlaması olmadan iç siteleri kullanabilir.

Mühendislik Uygulamaları

Atıksu Tedavisi Santralleri

Belediye atıksu arıtma tesisleri (WWWWTPs) genellikle biyolojik fosfor çıkarılması (enhanced biyolojik fosfor çıkarılması, EBPR) takip edilen kimyasal yağış veya ferric klorür ile takip edilir. Ancak, adorpsiyon filtreleri kullanarak adımlar ultradüşük deşarj seviyelerini (örneğin, <0.05 / L). Zeolit bazlı silücsüz filtreler, sık sık sık sık sık sık sık sık sık lanthanum veya demir-modize edilen hidroksit ile yapılır.

Yapın Wetlands

Sualtı alanları, bitki örtüsüne güvenen pasif tedavi sistemleridir, mikro-mikrilmiş zeolit, patlama çamuru veya reaktif kumlar için substratlar - uzun vadeli bir lavabo ile ıslak toprak substratını yeniden yükleyin veya değiştirir, böylece ıslak toprakların işletmesini medya değiştirmeden önce genişletin.

Endüstriyel Effluent Tedavisi

Veteriner üretim, gıda işleme ve yarı iletken üretim deşarjı gibi sanayiler, ultrasforus-faşlı su gereksinimleri genellikle yerel deşarj limitlerine uymalı; özelleştirilmiş medya ile bağlantı kurma sistemleri (örneğin, mühendisler bu şekilde elde ederler).

Aquaculture Systems

Aquaculture sistemlerini (RAS) yem ve balık atıklarından bir araya getirir, kaldırılmamışsa su kalitesi bozulmaya yol açar. Zeolit filtreler balıkları yakalamak için kullanılır, ancak değiştirilmiş zeolit aynı zamanda fosfat kaldırır, iki amaçlı da ticari ürünler "PhosEater" (günlüklenmiş bir çamur)

Fırtınasu ve Tarım Runoff

Tarım alanlarından ve şehir fırtına sularından gelen kaynak kirliliği, suların sulara karşı önemli bir fosfor yükü katkıda bulunur.Inpoint source Zhou from tarımsal fields and city fırtınawater provides ash, or iron-modified zeolites or at fırtına suları ile dolu.

Avantajları ve Challenges

Avantajları Avantajları Avantajları Avantajları

  • Yüksek kaldırma verimliliği: Modified zeolites ve diğer reklamlarorbents phosphorus'u <0.1 mg/L'ye kadar, sıkı deşarj standartlarını karşılayabilir.
  • [FONT=0]Cost-t-tamamlık[[Dönetici: Doğal zeolitler bol ve ucuz (genellikle $ 10-0.50/kg) Sentetik versiyonlar daha pahalıya mal olabilir, ancak birçok kez daha üretilebilir, yaşam döngüsü maliyetinin düşük.
  • [FONT:0)Environmental arkadaşlıklar[Dönler: Spent adsorbentss, fosfor'da zenginler potansiyel olarak yavaş serbest yayın gübreleri olarak kullanılabilir, örneğin fosfat yüklenmiş biyokar toprak doğurganlıkını artırır.
  • [FONT:0]Siksi ve düşük enerji): Pasif adsorpsiyon sistemleri minimum operasyonel gözetim gerektirir ve pompalanmanın ötesinde enerji girişi gerektirmez.

Meydanlar

  • [FONT:0]Saturation over time[Döneticiler: Tüm reklamlarorbents son derece kapasiteye sahiptir.Repsiyon siteleri işgal edildiğinde, medya değiştirilmesi veya yenileme gerektiren. yüksek akış uygulamaları için, bu sık ve pahalı olabilir.
  • [FONT:0]Rejenerasyon ve tasarruf[Dönetici: Kimyasal Yenilenme (örneğin NaOH veya HCl kullanarak) daha ileri tedavi veya önceden belirlenmiş olan fosfat çözümü üretir.
  • [FONT=0) Seçicilik ve müdahale[Dönetici: Doğal sularda organik madde, silik ve diğer anions, fosfat kaldırılması için rekabet edebilir, bazı malzemeler (örneğin, lanthanum-modifiye edilmiş bentonite) yüksek seçicilik gösterir ancak pahalıdır.
  • [FONT=0]=H kısıtlamaları[[Dönetici: Metal tabanlı reklamlarorbents nötr koşullara en iyi asit yapar. alkali atık sularda (örneğin, beton endüstrisi effluentler), kapasite keskin bir şekilde gerekli olabilir.
  • [FONT:0]Scale-up ve hidrolik kısıtlamalar): Lab-scale toplu çalışmalar genellikle dolu yataklarda, kanallama, fouling ve biofilm büyümenin iletişim verimliliğini azalttığı yerde aşırı derecede fazla bir şekilde aşırı derecede fazla bir araya gelir.

Future Perspektifleri

Nanoyapılı ve Kompozit Malzemeler

Nanoteknolojideki yatırım, son derece yüksek yüzey-to-volume oranları ile reklamlara sahiptir. Örneğin, nanoscale zero-valent demir (nZVI) bir zeolit desteğine göre daha hızlı kinetics ve daha yüksek kapasiteye sahip grafikleren oksit kompozitler ile La (OH)3 nanopartiküller 200 mg P /g kapasiteye ulaşabilir, geleneksel malzemelerden daha fazla zorluk içerir.

Yeniden nesil ve Reuse Strategies

Düşük ücretli yenilenme yöntemleri sürdürülebilirlik için önemlidir. Gelişen yaklaşımlar şunlardır: [Dönetici:0] [Düzdüşükümlülükler)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli))[Dönemli bir şekilde değiştirilebilir.

Bütünleşik Tedavi Sistemleri

Future Engineering muhtemelen farklı reklamlarorbentsları seri veya membran süreçleri ile karıştıracak (örneğin, membran biyoreactors in-line adorpsiyon) C ⁇ reaksiyon-transport denklemleri kullanarak modelleme, medya derinliğini, akış oranlarını optimize edebilir ve belirli yem koşulları için yenileme döngüleri.

Politika ve Düzenleme Sürücüler

Daha katı besin deşarjı sınırlarına yönelik küresel eğilimler - AB Su Çerçeve Yönergesi ve ABD EPA'nın önerilen sınırları gibi - ek olarak, fosfor sforus karite endişeleri (Avrupa'nın en çok fosforu ithal) en çok kullanılan kurtarma stratejileri, hangi adsorpsiyonun önemli bir bileşeni olduğuna devam edecektir.

Daha fazla okuma için, aşağıdaki dış kaynaklar yazara dayalı veriler ve rehberlik sağlar:

  • [FONT=0)US EPA Nutrient Kirlilik Sayfa[Döntilmiş: 1) düzenleyici bağlam ve mevcut teknolojiler.
  • [0]"Phosphate kaldırılması, değiştirilmiş bir zeolit tarafından kaldırıldı: bir inceleme)Water Science and Technology)[değiştir | kaynağı değiştir]
  • [FONT:0)"Lanthanum tabanlı adsorbents for fosfat kaldırılması için kullanılmaktadır."[Dönetici:0)"Lanthanum tabanlı reklamlarorbents for zıvır kaldırma için spert.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Zeolphoites - özellikle metal oksit modifikasyonu sonrasında - en pratik reklamcılardan biri olarak, mühendislik uygulamalarından nefret eden tek bir malzeme değil. Yüksek kapasiteleri, düşük maliyet ve çeşitli su matrisleri ile uyumluluk, biyokar, MOFs ve lanthanitler, verimli ve endof-yaşamlayıcıları için bir seçenek haline gelir.