Перспективы модификации метода получения струвита из высококонцентрированных сточных вод

Введение. Рассматриваются исследования влияния примесей на кристаллизацию струвита при извлечении азота и фосфора из высококонцентрированных сточных вод (СВ). Показана практическая значимость учета ингибирующих и интенсифицирующих факторов для повышения выхода и чистоты продукта.

Материалы и методы. Обобщаются рецензируемые публикации 2006–2025 гг. на русском и английском языках, отобранные по поиску в крупных библиографических базах. Анализируются типы СВ и условия процесса (диапазон кислотности, соотношение магния, аммония и фосфата, применение затравок, режимы работы реакторов) и влияние неорганических и органических примесей.

Результаты. Выделяются основные ингибиторы: кальций (перевод фосфора в фосфаты кальция), железо (III) (конкурирующее осаждение железофосфатов), тяжелые металлы (дефекты решетки и замедление роста), карбонатная система и растворенный углекислый газ (снижение доступности магния и доли фосфат-ионов), а также высокомолекулярные органические вещества (комплексообразование и пассивация поверхности). В качестве интенсификаторов описываются малые дозы алюминия с коагулирующим эффектом, использование твердых частиц как затравок и оптимизация ионной силы.

Выводы. Для устойчивого образования струвита в реальных СВ необходимы предварительная подготовка (снижение кальция и железа, удаление тяжелых металлов и органических примесей) и управление пересыщением (контроль кислотности, удаление углекислого газа, введение затравок). Учет состава примесей повышает степень извлечения фосфора и аммонийного азота и улучшает качество продукта.

1. Kozik A., Hutnik N., Piotrowski K., Mazienczuk A., Matynia A. Precipitation and crystallization of struvite from synthetic wastewater under stoichiometric conditions // Advances in Chemical Engineering and Science. 2013. Vol. 3. Issue 4. Pp. 20–26. DOI: 10.4236/aces.2013.34B004

2. Saidou H., Korchef A., Moussa S.B., Amor M.B. Study of Cd2+, Al3+, and SO42– ions influence on struvite precipitation from synthetic water by dissolved CO2 degasification technique // Open Journal of Inorganic Chemistry. 2015. Vol. 5. Issue 3. Pp. 41–51. DOI: 10.4236/ojic.2015.53006

3. Yan J., Ma M., Li F. Phosphorus recovery via struvite crystallization in batch and fluidized-bed reactors: Roles of microplastics and dissolved organic matter // Journal of Hazardous Materials. 2024. Vol. 476. P. 135108. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.135108

4. Wang S., Sun K., Xiang H., Zhao Z., Shi Y., Su L. et al. Biochar-seeded struvite precipitation for simultaneous nutrient recovery and chemical oxygen demand removal in leachate: From laboratory to pilot scale // Frontiers in Chemistry. 2022. Vol. 10. DOI: 10.3389/fchem.2022.990321

5. Krishnamoorthy N., Nzediegwu C., Mao X., Zeng H., Paramasivan B., Chang S.X. Biochar seeding properties affect struvite crystallization for soil application // Soil & Environmental Health. 2023. Vol. 1. Issue 2. P. 100015. DOI: 10.1016/j.seh.2023.100015

6. Yan H., Shih K. Effects of calcium and ferric ions on struvite precipitation: A new assessment based on quantitative X-ray diffraction analysis // Water Research. 2016. Vol. 95. Pp. 310–318. DOI: 10.1016/j.watres.2016.03.032

7. Aleta P., Parikh S.J., Silchuk A.P., Scow K.M., Park M., Kim S. The effect of organic matter on the removal of phosphorus through precipitation as struvite and calcium phosphate in synthetic dairy wastewater // Membrane Water Treatment. 2018. Vol. 9. Issue 3. Pp. 163–172. DOI: 10.12989/mwt.2018.9.3.163

8. Wu Y., Li J., Ma J., Xu L., Song X., Ding J. et al. Effects of ferric chloride on waste activated sludge and slaughterhouse waste anaerobic co-digestion // Renewable Energy. 2025. Vol. 239. P. 122121. DOI: 10.1016/j.renene.2024.122121

9. Perwitasari D.S., Muryanto S., Schmahl W.W., Jamari J., Bayuseno A.P. A kinetic and structural analysis of the effects of Ca- and Fe ions on struvite crystal growth // Solid State Sciences. 2022. Vol. 134. P. 107062. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2022.107062

10. Muryanto S., Bayuseno A.P. Influence of Cu2+ and Zn2+ as additives on crystallization kinetics and morphology of struvite // Powder Technology. 2014. Vol. 253. Pp. 602–607. DOI: 10.1016/j.powtec.2013.12.027

11. Wang W., Xin X., Li B., Huang H., Liu X., Song L. et al. Effect of organics on Cu and Cr in recovered struvite from synthetic swine wastewater // Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 360. P. 132186. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.132186

12. Kabdaşlı I., Parsons S.A., Tünay O. Effect of major ions on induction time of struvite precipitation // Croatica Chemica Acta. 2006. Vol. 79. Issue 2. Pp. 243–251.

13. Dewar A.B., Mack G.E., Swansburg K.B. Effect of sodium hexametaphosphate on quality and the development of struvite in “chicken haddie” // Technical Report No. 6. Halifax (NS) : Applied Research and Development Laboratory, Inspection Branch, Department of Fisheries and Forestry; Ottawa : Queen’s Printer for Canada, 1970. 22 p.

14. Chen R.F., Liu T., Rong H.W., Zhong H.T., Wei C.H. Effect of organic substances on nutrients recovery by struvite electrochemical precipitation from synthetic anaerobically treated swine wastewater // Membranes. 2021. Vol. 11. Issue 8. P. 594. DOI: 10.3390/membranes11080594

15. Wei L., Hong T., Cui K., Chen T., Zhou Y., Zhao Y. et al. Probing the effect of humic acid on the nucleation and growth kinetics of struvite by constant composition technique // Chemical Engineering Journal. 2019. Vol. 378. P. 122130. DOI: 10.1016/j.cej.2019.122130

16. Zhang Q., Zhao S., Ye X., Xiao W. Effects of organic substances on struvite crystallization and recovery // Desalination and Water Treatment. 2016. Vol. 57. Issue 23. Pp. 10924–10933. DOI: 10.1080/19443994.2015.1040850

17. Song Y., Dai Y., Hu Q., Yu X., Qian F. Effects of three kinds of organic acids on phosphorus recovery by magnesium ammonium phosphate (MAP) crystallization from synthetic swine wastewater // Chemosphere. 2014. Vol. 101. Pp. 41–48. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2013.11.019

18. Saidou H., Korchef A., Ben Moussa S., Ben Amor M. Struvite precipitation by the dissolved CO2 degasification technique: Impact of the airflow rate and pH // Chemosphere. 2009. Vol. 74. Issue 2. Pp. 338–343. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2008.09.081

19. Korchef A., Saidou H., Ben Amor M. Phosphate recovery through struvite precipitation by CO2 removal: Effect of magnesium, phosphate and ammonium concentrations // Journal of Hazardous Materials. 2011. Vol. 186. Issue 1. Pp. 602–613. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.11.045

20. Hassan P., Mavinic D.S., Rezania B., Kelly H., Lo K.V. ANAMMOX combined with struvite crystallization: A sustainable solution for nitrogen and phosphorus removal and recovery from side stream processes // Proceedings of the Water Environment Federation. 2013. Issue 4. Pp. 318–327. DOI: 10.2175/193864713-813525572