Magnezyum amonyum fosfat (MAP) çöktürmesi ile atıksulardan azot ve fosfor giderimi

Abstract

Özellikle nütrient gideriminin de gerçekleştirildiği atıksu arıtmatesislerinde struvite (MgNH4PO4.6H2O) çökelmesi oldukça önemli işletmeproblemlerinin doğmasına neden olmaktadır. Struvite çökeltileri asitleyıkama yoluyla veya manuel olarak temizlenebilmekle beraber buyöntemler ya oldukça karışık veya zaman alıcı olmaktadır. Öte yandanarıtma tesislerinde struvite çökelmesini engellemek oldukça pahalı birişlemdir. Struvite oluşumu nedeniyle ortaya çıkan işletme problemlerininönlenmesinin alternatif bir yolu da struvitin ayrı bir reaktördeçöktürülmesini sağlamak yolu ile kontrol edilmesidir. Bu önlem yanlızcastruvitin arıtma tesisi içerisinde istenilmeyen bölgelerde birikmesiniönlemekle kalmayacak aynı zamanda hem nütrient giderimi sağlanacakhem de faydalı bir yan-ürün de elde edilmiş olacaktır. Struvite yavaşserbestleşen bir gübre olarak, fosfat endüstrisinde ham madde olarak,yangına dayanıklı panel üretiminde ve çimentoda bağlayıcı madde olarakkullanılabilmektedir. Struvitin arıtma tesislerinde hangi şartlar altındaçöktüğü genel olarak bilinmekle beraber optimum oluşum koşulları vereaksiyonda etkili olan faktörler hakkında sınırlı bilgi bulunmaktadır. Bunedenle, bu çalışmanın amacı struvitin çökelmesini kontrol eden olasıkimyasal proseslerin incelenmesi, optimizasyonu ve böylece bir atıksuiiarıtma tesisinden struvite geri kazanım prosesinin geliştirilmesineyardımcı olacak verilerin üretilmesidir. Mg:N ve N:P molar oranı, pH,farklı Mg kaynakları, Ca2+, HCO3- varlığının struvite kristalizasyonuüzerindeki etkilerini incelemek amacıyla kesikli deneyler yapılmıştır.Deneysel sonuçlar sabit bir Mg:N:P = 1:1:1 oranında optimum pH'ın 9olduğunu ve bu pH da N ve P giderme verimlerinin sırasıyla %79.4 ve%88.4 olarak gerçekleştiğini göstermiştir. N ve P için bu arıtma verimleriMg:N oranının 1.25:1'e çıkarılmasıyla sırasıyla %87.6 ve %99.1'eyükseltilmiştir. N:P oranının 1:1.15'e çıkarılması da N giderme verimini%96.4'e yükseltmiş fakat P giderme verimini de %96.1'e düşürmüştür.%96'nın üzerinde N ve P giderme verimleriyle en etkin Mg kaynağınınMgCl2.6H2O olduğu bulunmuştur. Çözeltide Ca2+ bulunması N gidermeverimini önemli ölçüde azaltmıştır. Çözeltiye 1000 mg/L Ca2+ ilaveedildiğinde verim >%96'dan %68.6'ya düşmüştür. Yapılan XRD analiziçökeltinin MAP olduğunu göstermiştir. Ca2+ ise amorf bir yapı oluşmaınaneden olmuştur. Sivas çöp deponi sahası sızıntı suları üzerinde yürütülençalışmalar optimum Mg:N:P oranının ve pH'ın sırasıyla 1,5:1:1,5 ve 9olduğunu göstermiştir. Sonuçlar da göstermektedir ki struvitekristalizasyonu nütrient giderimi açısından değerlendirildiğinde geçerliliğiyüksek bir prosestir. Bununla beraber, elde edilen çökeltinin gübreözellikleriyle ilgili olarak ek çalışmalar yürütülmelidir.Anahtar Sözcükler: Anaerobik çamur çürütücüler, gübre, kalsiyum,nütrient giderimi, Sivas, struvite.iii

Struvite (MgNH4PO4.6H2O) precipitation in wastewater treatment plants(WTPs), especially in those including nutrient removal, has causedsubstantial operational problems. Struvite deposits can be removedsuccessfully by acid washing or manually but these processes are eithercomplex or time consuming. On the other hand, preventing struviteaccumulation in a WTP can be a formidable and costly task. Analternative approach to prevent the problems caused by the formation ofstruvite in WTPs would be to encourage its precipitation in a dedicatedreactor. This would not only avert costly build-up problems and providenutrient removal but a potentially useful by-product would also beobtained. At present, several potential markets that could utilize struvitehave been identified. They can be used as a slow release fertilizer, as a rawmaterial to the phosphate industry, for use in making fire resistant panelsand as a binding material in cements. The conditions under which struvitehas been observed to form in a WTP have been well documented, butthere is limited information regarding its optimum formation conditionsand the driving forces in the reaction. The objective of this study is,therefore, to investigate and understand some of the chemical processesiicontrolling the precipitation of struvite and then to optimize theseconditions to assist the development of a bench scale struvite recoverysystem from a WTP. Batch experiments have been conducted to examinethe influence of a number of parameters such as Mg:N and N:P molarratio, pH, various Mg sources, existence of Ca2+, on struvitecrystallization. Based on the experimental results, an optiumum pH of 9was selected with N and P removal efficiencies of 79,4% and 88,4%respectively at a constant Mg:N:P molar ratio of 1:1:1. These efficiencyvalues were increased up to 87,6% and 99,1% for N and P respectivelywhen the Mg:N molar ratio was increased to 1,25:1. An increase in N:Pmolar ratio to 1: 1,15 promoted N treatment efficiency to 96,4%, however,decreased P removal to 96,1%. The most effective Mg source was found tobe MgCl2.6H2O with N and P removal efficiencies of more than 96%. Theexistence of Ca2+ in the solution significantly reduced the N treatmentefficiency. The efficiency decreased from more than 96% to 68,6% when1000 mg/L Ca2+ was added into the solution. The experiments carried outon the Sivas landfill leachate have shown that the optimum Mg:N:P ratioand pH was 1,5:1:1,5 and 9 respectively. It is clear from the results thatthe struvite crystallization is a promising method for nutrient removal.However, further study should be carried out on the fertilizing capacity ofthe precipitate obtained.Keywords: Anaerobic sludge digesters, calcium, fertilizer, nutrientremoval, Sivas, struvite.