Chemical precipitation in the simultaneous removal of NH<sub>4</sub>−N and PO<sub>4</sub>−P from wastewaters using industrial waste materials

Myllymäki, Pekka (2020-03-27)
 
Avaa tiedosto
Lataukset: 


Myllymäki, Pekka
University of Oulu
27.03.2020
Tämä Kohde on tekijänoikeuden ja/tai lähioikeuksien suojaama. Voit käyttää Kohdetta käyttöösi sovellettavan tekijänoikeutta ja lähioikeuksia koskevan lainsäädännön sallimilla tavoilla. Muunlaista käyttöä varten tarvitset oikeudenhaltijoiden luvan.
Näytä kaikki kuvailutiedot
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:9789526225722

Kuvaus

Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in the Ulappa auditorium of Kokkola University Consortium Chydenius (Talonpojankatu 2B) on 6 April 2020, at 12 noon
Tiivistelmä

Abstract

According to the European Union’s circular economy strategy, the use of industry waste materials and side flows should be more effective. In general, the objective of the strategy is to increase the recycling and reuse of products and waste materials. This thesis addresses the reuse of Ca-containing paper mill sludge originating from paper mills, Ca- and Mg-containing fly ash originating from power plants, and Ca- and Mg-containing sieved fractions of dolomite provided from lime quarries. These waste materials were used as chemical precipitants in the simultaneous removal of NH4−N and PO4−P from synthetic wastewater and from the wastewater of anaerobic digestion plants and agricultural sludge.

Experiments were started using synthetic wastewater and commercial salts, CaO and MgO, as precipitants to generate experimental comparative data. Next, the previously mentioned waste material precipitants were used with synthetic wastewater. Finally, waste material precipitants were used with authentic wastewater. Commercial precipitants, calcined paper mill sludge, and fly ash removed almost 100% of NH4−N and PO4−P from the synthetic wastewater. Even though NH4−N reduction was 100% in the case of calcined paper mill sludge, it was caused by ammonia volatilization into air, not by precipitation. Using calcined dolomite as a precipitant, 70% NH4−N and 60% PO4−P reduction was achieved.

Based on the experimental results, the used waste materials quite effectively removed both NH4−N and PO4−P from nutrient containing, authentic wastewater. Calcined paper mill sludge removed 17−97% of NH4−N and 73−74% of PO4−P. Fly ash removed 43−74% of NH4−N and 34−59% of PO4−P. Using calcined dolomite achieved 70% PO4−P reduction.

Formed precipitates contained valuable compounds, such as monetite, CaHPO4, hydroxyapatite, Ca5 (PO4)3 (OH), and struvite, MgNH4PO4∙6H2O.

 

Tiivistelmä

Euroopan unionin kiertotalousstrategian tavoitteena on lisätä teollisuuden jätemateriaalien ja sivuvirtojen uudelleenkäyttöä. Tämä väitöskirjatyö käsittelee paperiteollisuuden Ca- pitoisen kuitusavilietteen, voimalaitoksen Ca- ja Mg- pitoisen lentotuhkan sekä kalkkikivilouhoksen Ca- ja Mg- pitoisen dolomiitin seulontafraktion uudelleenkäyttöä. Näitä jätemateriaaleja käytettiin saostuskemikaaleina NH4−N:n ja PO4−P:n samanaikaiseen poistoon sekä synteettisestä että autenttisista jätevesistä, kuten biokaasulaitoksen jätevedestä ja maataloudesta peräisin olevasta lietteestä.

Kokeet aloitettiin synteettisellä jätevedellä käyttäen kaupallisia saostuskemikaaleja CaO ja MgO, kokeellisina vertailumateriaaleina. Seuraavaksi jätemateriaaleilla saostettiin synteettistä jätevettä. Lopuksi kokeissa saostettiin autenttisia jätevesiä jätemateriaaleilla. Kaupalliset saostinkemikaalit, kalsinoitu kuitusaviliete sekä lentotuhka poistivat synteettisestä jätevedestä NH4−N ja PO4−P lähes 100 %. Hyvä NH4−N:n reduktio johtui pääasiassa NH4−N:n haihtumisesta ilmaan ammoniakkikaasuna, ei saostumisen seurauksena. Kalsinoidulla dolomiitilla aikaansaatu NH4−N- reduktio oli 70 % ja PO4−P- reduktio oli 60 %.

Autenttisten koetulosten perusteella tutkimuksessa käytetetyt jätemateriaalit poistivat melko tehokkaasti sekä NH4−N että PO4−P ravinnepitoisista, todellisista jätevesistä. Paperitehtaan kalsinoidulla kuitusavilietteellä aikaansaatiin 17−97 % NH4−N- reduktio sekä 73−74 % PO4−P- reduktio. Voimalaitoksen lentotuhkalla aikaansaadut reduktiot olivat NH4−N:n osalta 43−74 % sekä PO4−P:n osalta 34−59 %. Kalsinoidulla dolomiitilla aikaansaatu PO4−P- reduktio oli 70 %.

Muodostuneet saostumat sisälsivät arvokkaita kierrätyslannoitekäyttöön soveltuvia yhdisteitä, kuten monetiittia CaHPO4, hydroksyyliapatiittia, Ca5 (PO4)3 (OH), sekä struviittia, MgNH4PO4∙6H2O.

 

Original papers

Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

  1. Myllymäki, P., Pesonen, J., Romar, H., Hu, T., Tynjälä, P., & Lassi, U. (2019). The Use of Ca- and Mg-Rich Fly Ash as a Chemical Precipitant in the Simultaneous Removal of Nitrogen and Phosphorus—Recycling and Reuse. Recycling, 4(2), 14. https://doi.org/10.3390/recycling4020014

    Self-archived version

  2. Pesonen, J., Myllymäki, P., Tuomikoski, S., Vervecken, G., Hu, T., Prokkola, H., … Lassi, U. (2019). Use of Calcined Dolomite as Chemical Precipitant in the Simultaneous Removal of Ammonium and Phosphate from Synthetic Wastewater and from Agricultural Sludge. ChemEngineering, 3(2), 40. https://doi.org/10.3390/chemengineering3020040

    Self-archived version

  3. Myllymäki, P., Pesonen, J., Nurmesniemi, E.-T., Romar, H., Tynjälä, P., Hu, T., & Lassi, U. (2019). The Use of Industrial Waste Materials for the Simultaneous Removal of Ammonium Nitrogen and Phosphate from the Anaerobic Digestion Reject Water. Waste and Biomass Valorization. https://doi.org/10.1007/s12649-019-00724-8

    Self-archived version

  4. Myllymäki, P., Pesonen, J., Romar, H., Hu, T., Tynjälä, P., & Lassi, U. (in press). The use of calcined paper mill sludge as a chemical precipitant in the simultaneous removal of ammonium and phosphate − paper mill waste recycling and reuse. Desalination and Water Treatment. https://doi.org/10.5004/dwt.2020.25385

    Self-archived version

 

Osajulkaisut

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon.

  1. Myllymäki, P., Pesonen, J., Romar, H., Hu, T., Tynjälä, P., & Lassi, U. (2019). The Use of Ca- and Mg-Rich Fly Ash as a Chemical Precipitant in the Simultaneous Removal of Nitrogen and Phosphorus—Recycling and Reuse. Recycling, 4(2), 14. https://doi.org/10.3390/recycling4020014

    Rinnakkaistallennettu versio

  2. Pesonen, J., Myllymäki, P., Tuomikoski, S., Vervecken, G., Hu, T., Prokkola, H., … Lassi, U. (2019). Use of Calcined Dolomite as Chemical Precipitant in the Simultaneous Removal of Ammonium and Phosphate from Synthetic Wastewater and from Agricultural Sludge. ChemEngineering, 3(2), 40. https://doi.org/10.3390/chemengineering3020040

    Rinnakkaistallennettu versio

  3. Myllymäki, P., Pesonen, J., Nurmesniemi, E.-T., Romar, H., Tynjälä, P., Hu, T., & Lassi, U. (2019). The Use of Industrial Waste Materials for the Simultaneous Removal of Ammonium Nitrogen and Phosphate from the Anaerobic Digestion Reject Water. Waste and Biomass Valorization. https://doi.org/10.1007/s12649-019-00724-8

    Rinnakkaistallennettu versio

  4. Myllymäki, P., Pesonen, J., Romar, H., Hu, T., Tynjälä, P., & Lassi, U. (in press). The use of calcined paper mill sludge as a chemical precipitant in the simultaneous removal of ammonium and phosphate − paper mill waste recycling and reuse. Desalination and Water Treatment. https://doi.org/10.5004/dwt.2020.25385

    Rinnakkaistallennettu versio

 
Kokoelmat