Prototype-scale demonstration of Struvite growth on the substrate surface: Recovery of Nitrogen from Wastewater
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Förevisning av struvit-tillväxt på substratytan i prototyp-skala : Återvinning av kväve från avloppsvatten (Swedish)
Abstract [en]
This study investigated Struvite crystallization by introducing Newberyite as a magnesium and phosphate source on stainless steel mesh for the recovery of nitrogen from wastewater, aiming to prevent eutrophication caused by excess ammonia in water bodies. In addition, Struvite has a high market demand as a fertilizer in the agricultural field; thus, its recovery will generate profits. The main factors that had high impacts on Struvite recovery percentages on the mesh surface areas are mesh counts and layering, recirculation direction of the solid in the reactor, agitation speed, and Sodium Hydroxide (NaOH) dosing. The results that show good performance were:
The higher mesh counts perform better because the small holes in the mesh are able to capture the Struvite seeds, which will then continue growing on the mesh surface areas. In addition, layering the mesh will enhance the capture of the Struvite seed that got through the first layer. Furthermore, the solid recirculation hose pointing at the mesh forces Struvite seed to attach to the mesh and encourages it to grow on the mesh.
The slow agitation speed was suitable because it creates less water turbulence in the reactor, which allowed Struvite to attach more effectively to the mesh surface areas. High water turbulence would otherwise wash the Struvite off the mesh.
The dosing of NaOH increased the Supersaturation ratio of the system by increasing the pH of the system to the high pH zone, which is favorable for Struvite crystallization, but if the Supersaturation ratio was too high, Struvite preferred forming small particles in the suspended solid (SS) form than growing on the mesh.
In conclusion, identifying the optimal balance between mesh design, agitation speed, and NaOH dosing is a significant area for further research.
Abstract [sv]
Denna studie undersökte Struvite-kristallisation genom att introducera Newberyite som en magnesium- och fosfatkälla på rostfritt stålnät för återvinning av kväve från avloppsvatten, i syfte att förhindra eutrofiering orsakad av överskott av kväve i vattnen. Dessutom har Struvite en hög efterfrågan på marknaden som gödningsmedel inom jordbruket; varför återvinning skulle kunna generera vinster. De huvudsakliga faktorerna som hade stor inverkan på Struvite-återvinningsprocenten var tätheten hos siktnätet recirkulationsriktningen för det fasta ämnet i reaktorn, omrörningshastighet samt dosering av natriumhydroxid (NaOH). De resultat som visade bra prestandavar:
Större täthet hos siktnätet presterade bättre eftersom de mindre hålen i nätet kunde fånga in Struvit-fröna, som sedan fortsatte att växa påsiktnätet. Skiktningen med flera nät kommer att förbättra fångsten av Struvite-frön som kom genom det första lagret. Dessutom tvingar det solida återcirkulationsröret som pekar mot nätet att Struvite-frön fäster på nätet och uppmuntrar det till att växa på nätet.
Den långsamma omrörningshastigheten är lämplig eftersom den skapar mindre vattenturbulens i reaktorn, vilket gör att Struvite kan fästa mer effektivt till nätytorna. Hög vattenturbulens skulle annars tvätta bort Struviten från nätet.
Doseringen av NaOH ökar systemets övermättnadsförhållande genom att öka systemets pH till högt ph zonen, vilket är gynnsamt för Struvite-kristallisation, men om övermättnadsförhållandet är för högt, kommer det att bildas små partiklar istället i det suspenderade materialet (SS) snarare än att växa på nätet.
Sammanfattningsvis gäller det att identifiera den optimala balansen mellan nätdesign, omrörningshastighet och NaOH-dosering som ett viktigt område för vidare forskning.
Place, publisher, year, edition, pages
2024.
Series
TRITA-ABE-MBT ; 24440
Keywords [en]
Struvite, Newberyite, Ammonium, Phosphate, Crystallization
Keywords [sv]
Struvit, Newberyite, Ammonium kväve, Fosfat, Kristallisering
National Category
Water Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-348665OAI: oai:DiVA.org:kth-348665DiVA, id: diva2:1877910
External cooperation
EasyMining
Educational program
Degree of Master - Environmental Engineering and Sustainable Infrastructure
Supervisors
2024-06-262024-06-262024-06-26Bibliographically approved