Cristalização e precipitação de fosfato de esgoto de suínos por corrosão do magnésio metálico

Scientific Reports volume 5, Número do artigo: 16601 (2015) Citar este artigo

3747 acessos

14 Citações

3 Altmétrica

Detalhes das métricas

Este artigo apresenta uma abordagem única para a dosagem de magnésio na precipitação de estruvita por corrosão do metal Mg. Os resultados experimentais mostraram que o uso de uma coluna de borbulhamento de ar preenchida com Mg metal e pastilhas de grafite para a dosagem de magnésio foi o modo de operação ideal, o que pode acelerar significativamente a corrosão das pastilhas de Mg metálico devido à presença de grânulos de grafite. Os experimentos do mecanismo de reação revelaram que o pH da solução pode ser usado como indicador para a cristalização da estruvita pelo processo. Aumentos na dosagem de Mg metálico, proporção de massa de grafite e magnésio metálico (G:M) e taxa de fluxo de ar podem aumentar rapidamente o pH da solução. Quando todas as três condições foram de 10 g L–1, 1:1 e 1 L min–1, respectivamente, a eficiência de recuperação de fosfato atingiu 97,5%. Para alcançar um alto nível de automação para o processo de recuperação de fosfato, um reator de fluxo contínuo imerso na coluna de borbulhamento de ar de grafite-magnésio foi projetado para colher o fosfato de efluentes suínos reais. Sob condições de suplementação intermitente de pequenas quantidades de grânulos de Mg metálico, aproximadamente 95% do fosfato pode ser recuperado de forma estável como estruvita de 95,8% (±0,5) de pureza. Uma análise econômica indicou que o processo proposto era tecnicamente simples e economicamente viável.

Sabe-se que o fósforo (P) não é apenas um elemento essencial presente em todos os organismos vivos, mas um dos principais nutrientes causadores de eutrofização em corpos d'água1. Ao mesmo tempo, o P derivado da rocha fosfática é um recurso não renovável com reservas limitadas, que se esgota progressivamente devido ao grande consumo na produção agrícola e industrial, anualmente. Alguns pesquisadores previram que as reservas conhecidas de rocha fosfática no mundo se esgotarão em 100 anos se a atual taxa de depleção aumentada permanecer inalterada2,3. Para proteger este importante recurso não renovável, alguns dos principais países produtores de fosfato, como China e Estados Unidos, classificaram a rocha fosfática como um recurso estratégico e implementaram uma gestão de controle de exportação4. Nos últimos anos, o preço do mercado internacional de rocha fosfática aumentou rapidamente por vários motivos. Portanto, a recuperação de fosfato de águas residuais é de grande importância na prevenção da eutrofização e na proteção da rocha fosfática.

Efluentes suínos são um tipo típico de águas residuais contendo altas concentrações de fosfato5,6. O P no efluente está geralmente presente na forma de ortofosfato (PT), com grande potencial de eutrofização. Para evitar a eutrofização dos corpos de água públicos, as granjas de suínos são obrigadas a reduzir os níveis de P que entram nas águas superficiais e se manter dentro dos padrões estabelecidos pela legislação de qualidade da água. Para esse fim, vários processos biológicos e químicos, como remoção biológica aprimorada de P 7, cristalização de fosfato de cálcio (Cax(PO4)y, CP)/estruvita (MgNH4PO4 · 6H2O)8,9,10, biossorção de macroalgas marinhas (Kappaphycus alvarezii)11 e adsorção de óxido de alumínio ativado1, foram investigados. Dentre esses processos, a cristalização de estruvita é reconhecida como um processo ideal para recuperação de fosfato devido à sua alta taxa de reação e eficiência de recuperação de P. Devido à deficiência de Mg2+ em águas residuais de suínos, MgCl2 e MgSO4 são freqüentemente usados ​​como fontes de magnésio para a precipitação de estruvita. Embora um alto grau de remoção de fosfato pudesse ser alcançado usando esses sais como fontes de magnésio, sua dosagem e o ajuste do pH da solução eram difíceis de controlar bem devido à flutuação na concentração de fosfato nas águas residuais; o uso desses sais também aumentou prontamente a salinidade do efluente, inibindo a atividade microbiana no processo de tratamento biológico que se seguiu12,13. Além disso, para reduzir o custo da recuperação de fosfato, algumas fontes de magnésio de baixo custo, como MgO e Mg(OH)2 de baixo teor, também foram utilizadas como fontes de magnésio14,15. Infelizmente, esses reagentes diminuíram significativamente a pureza da estruvita colhida devido ao excesso de MgO/Mg(OH)2 adicionado.