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Phosphorus recovery from synthetic anaerobic fermentation supernatant via vivianite crystallization: Coupling effects of various physicochemical process parameters

结晶 过饱和度 成核 化学工程 化学 发酵 材料科学 有机化学 工程类
作者
Jiashun Cao,Suna Wang,Runze Xu,Jingyang Luo,Bing‐Jie Ni,Fang Fang
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:897: 165416-165416 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.165416
摘要

Recovery of phosphorus (P) via vivianite crystallization is an effective strategy to recycle resources from the anaerobic fermentation supernatant. However, the presence of different components in the anaerobic fermentation supernatant (e.g., polysaccharides and proteins) might alter conditions for optimal growth of vivianite crystals, resulting in distinct vivianite characteristics. In the present study, the effect of different components on vivianite crystallization was explored. Then, the reaction parameters (pH, Fe/P, and stirring speed) for P recovery from synthetic anaerobic fermentation supernatant as vivianite were optimized using response surface methodology, and the relationship between crystal properties and supersaturation was elucidated using a thermodynamic equilibrium model. The optimized values for pH, Fe/P, and stirring speed were found to be 7.8, 1.74, and 500 rpm respectively, resulting in 90.54 % P recovery efficiency. Moreover, the variation of reaction parameters did not change the crystalline structure of the recovered vivianite but influenced its morphology, size, and purity. Thermodynamic analysis suggested the saturation index (SI) of vivianite increased with increasing pH and Fe/P ratio, leading to a facilitative effect on vivianite crystallization. However, when the SI was >11, homogenous nucleation occurred so that the nucleation rate was much higher than the crystal growth rate, causing a smaller crystal size. The findings presented herein will be highly valued for the future large-scale application of the vivianite crystallization process for wastewater treatment.
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