Selektiv ionbytning af phosphat Ved civilingeniør Flemming Dahl, COWI A/S 1
Almindelig ionbytning: Her fjernes alle ioner i vandet 2
Ionbytningsprincip 3
Hvad er selektiv ionbytning? Ved selektiv ionbytning kan man tilbageholde specifikke ioner i vandet, selv om der er andre ioner til stede. Selektiviteten vil dog afhænge af ionernes koncentrationer i vandet Metoden anvendes bl.a. til efterrensning af tungmetalholdigt spildevand efter kemisk fældning Metoden kan også anvendes til fjernelse af arsen i drikkevand, og da arsen og phosphor ligner hinanden rent kemisk er det ikke overraskende at samme harpiks kan tilbageholde både arsenationer og phosphationer 4
Lewatit FO 36 er en selektiv resin fra Lanxess 5
Erfaringer fra Lanxess 6
Laboratorieopstilling for selektiv IX 10-20 BV/h FO 36 Urenset vand Slangepumpe Renset vand Forsøgsopstilling IX-kolonne og slangepumpe Kolonne har en indvendig diameter på 32 mm. Den er fyldt med 200 ml harpiks svarende til en fyldhøjde på 220 mm. 7
Oversigt over forsøg Kolonneforsøg med phosphat i DI-vand tilsat chlorid, sulfat og bicarbonat Kolonneforsøg med efterrensning af spildevand fra Stavnsholt renseanlæg Kolonneforsøg med rensning af vand fra Stavnsholt renseanlæg tilsat ekstra phosphat Kolonneforsøg med postevand tilsat 100 mg/l phosphat for at opnå en hurtig mætning af harpiksen Kolonneforsøg med postevand tilsat polyphosphat Isotermforsøg med en varierende koncentration af phosphat i såvel DI-vand som i vand fra Stavnsholt renseanlæg. Regenerationsforsøg. 8
Spildevand fra Stavnsholt renseanlæg tilsat ekstra phosphat BV/h Gennemløb BV PO 4, mg/l P, mg/l ph µs/cm HCO 3 mg/l SO 4 mg/l SiO 2 mg/l Cl, mg/l Startprøve 0,30 0,10 8,1 1334 332 90 28 209 Øjebliksprøve 10 2,5 0,02 0,007 Øjebliksprøve 10 10 0,08 0,026 Øjebliksprøve 10 17,5 0,13 0,042 FA2-MIX 10 0-20 0,05 0,016 7,06 1392 203 5 14,4 237 Øjebliksprøve 15 2,5 0,05 0,016 Øjebliksprøve 15 10 0,02 0,007 Øjebliksprøve 15 17,5 0,02 0,007 FA1-MIX 15 0-20 0,05 0,016 6,96 1412 166 10 9,5 274 Øjebliksprøve 19 2,5 0,08 0,026 Øjebliksprøve 19 10 0,06 0,020 Øjebliksprøve 18 17,5 0,02 0,007 FA3-MIX 18 0-20 0,04 0,013 7,07 1379 215 10 19,5 212 9
Isotermforsøg 10
Kapacitet af FO 36 ud fra isotermforsøg Ligevægtskoncentration Kapacitet af PO 36 PO 4, mg/l P, mg/l DI-vand Postevand/spildevand g PO 4 /l eq/l g PO 4 /l eq/l 0,01 0,0033 5,0 0,16 0,5 0,02 0,05 0,016 7,5 0,24 1,2 0,04 0,1 0,033 9 0,28 2,0 0,06 0,5 0,163 13 0,41 5,5 0,17 1 0,33 17 0,54 8 0,25 5 1,63 24 0,76 21 0,66 11
Mætningsforsøg 12
Regenerering trin Fase Vand Flow Volumen Note BV/h l/h BV liter 1 Skyl DI-vand 18 3,6 6 1,2 2 Regeneration DI+NaCl+NaOH 5 1,0 5 1,0 40 g/l NaCl + 40 g/l NaOH 3 Skyl DI-vand 18 3,6 10 2,0 4 Konditionering DI+HCl+NaCl 18 3,6 5 1,0 Recirkulation i 12 h, NaCl = 40 g/l, ph=4,5 5 Skyl DI-vand 18 3,6 10 2,0 13
Kapacitet og renseeffekt I spildevand med mange salte kan man forvente en phosphorfjernelse ned til 0,03 mg/ total-p Også polyphosphat kan fjernes ned til ca. 0,5 mg/l total-p Ved regenereringen blev der i vort forsøg frigivet total 149 meq heraf 62 meq phosphat svarende til 310 meq pr. liter resin. Det er 9,9 g phosphat eller 3,2 g phosphor pr. liter resin. I praksis kan vi nok forvente en kapacitet på ca. 0,5 eq/l, hvor almindelige resiner har en kapacitet på 1,0-1,5 eq/l. Størst kapacitet kan opnås med 2 kolonner i serie, hvor kun første kolonne regenereres, hvorefter der skiftes rækkefølge. 14
Hvor kan metoden bruges? Phosphat fra ionbytnings eluatet kan fældes som calciumphosphat eller struvit, der kan bruges som gødning, men det er en dyr proces sammenlignet med en direkte struvitfældning på rejectvand Selektiv ionbytning har måske bruges til fjernelse af phosphat i specielle typer industrispildevand Selektiv ionbytning kan måske også bruges til fjernelse af phosphat i recipienter og derved forhindre algevækst Selektiv ionbytning kan måske også bruges til efterrensning (polering) af spildevand, der skal udledes til en meget følsom recipient Selektiv ionbytning kan bruges til fjernelse af polyphosphat i spildevand, idet polyphosphat ikke kan fældes med calcium eller jern. 15
Fældningsanlæg til calciumphosphat 16
Økonomi ved fældning som calciumphosphat Et anlæg til rensning af rejectvand fra at renseanlæg på 20.000 pe vil koste ca. 1,8 mio kr. Driftsudgifterne fremgår af tabellen: Forbrug (rejektvand): Pr. reg Pr. dag Pr. år kr/enhed kr/år DI-vand 11,0 9,2 3.357 20 67.141 NaOH, 27,65%, kg 80 66,9 24.415 2,00 48.830 HCl, 30%, kg 22,7 19,0 6.918 2,50 17.294 NaCl, kg 120 100,3 36.622 2,00 73.245 Total 206.510 HCl 30% til neutralisering, kg 67,23 56,21 20.517 2,0 41.034 CaCl2(13,33% Ca), kg 3,24 1.183 3,5 4.140 Total 247.543 kr/kg Genvundet P, kg 1,728 630,72 392,48 17