Typen talteenotto ammoniumioneja sisältävistä jätevesistä kalvoerotuksella ja absorptiolla

Thumbnail Image

Files

Pihlajamäki_Luukas_2025.pdf (1.18 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-05-24

Department

Major/Subject

Kemian tekniikka ja prosessit

Mcode

CHEM3050

Degree programme

Kemiantekniikan kandidaattiohjelma

Language

fi

Pages

34

Series

Abstract

Tässä työssä tehtiin kirjallisuuskatsaus erilaisista hydrofobisista erotuskalvoista, joita voidaan käyttää typen talteenotossa ammoniumioneita sisältävistä jätevesistä ja käytiin lyhyesti läpi käytettävä absorbentti. Tämän lisäksi työssä simulointiin Visual MINTEQ -ohjelmistoa hyödyntäen ammoniumkloridia sisältävien jätevesiliuoksen kaasu–neste-tasapainoja. Kirjallisuuskatsauksen tavoitteena oli arvioida hydrofobisten kalvojen soveltuvuutta ammoniakin talteenottoon ja simulointi-osuudessa tavoitteena oli arvioida lämpötilan ja pH:n vaikutusta ammoniakin siirtymiseen kaasufaasiin. Kirjallisuuskatsauksessa havaittiin, että erilaiset hydrofobiset ontelokuitukalvot, jotka oli valmistettu polypropeenista (PP), polytetrafluorieteenistä (PTFE) ja poly-vinyylideenifluoridista (PVDF), soveltuvat kalvoerotusyksiköissä käytettäviksi erilaisten typpipitoisten jätevesien käsittelyyn, joiden kokonaistyppipitoisuus vaihteli noin 100–4700 mg/L välillä. Tämän lisäksi polymetyylipenteeni (PMP) ja muokatut kalvot, joiden haluttuja ominaisuuksia on parannettu, todettiin toimiviksi kalvomateriaaleiksi. Edelleen havaittiin, että kalvoerotusyksiköt ovat varteenotettavia vaihtoehtoja perinteisille haihdutin–strippaus-menetelmille. Haasteena on kalvojen likaantuminen, jota voidaan ennaltaehkäistä jätevesien esikäsittelyllä ja kalvojen happopesulla. Rikkihappo todettiin käytettäväksi absorbentiksi. Simuloinnin tuloksista havaittiin, että ammoniakin osapaine kasvoi pH:n ja lämpötilan noustessa, kun vastaavasti ammoniakin osuus nestefaasissa kasvoi ja ammoniumionien osuus nestefaasissa väheni. Tämän lisäksi havaittiin, että pH:n nostaminen 11:stä 12:een vaikutti marginaalisesti ammoniakin ja ammoniumionien konsentraatioon nestefaasissa ja ammoniakin osapaineeseen kaasufaasissa. Ammoniakki- ja ammoniumionikonsentraatio sekä ammoniakin osapaine kaasufaasissa muuttuivat likimain samassa suhteessa, vaikka ammoniumkloridipitoisuus kymmenkertaistui.

In this thesis, a literature review was conducted on various hydrophobic membranes that can be used for nitrogen recovery from wastewater containing ammonium ions. Additionally, the usable absorbent was briefly discussed. This thesis also included simulations using Visual MINTEQ software to examine gas-liquid equilibria in wastewater solutions containing ammonium chloride. The aim of this literature review is to evaluate the suitability of hydrophobic membranes for ammonia recovery from wastewaters, while the goal of the simulation section was to assess the effect of temperature and pH on the transfer of ammonia into the gas phase. The literature review conducted revealed that various hydrophobic hollow fiber membranes made from polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinylidenefluoride (PVDF) are suitable for use in membrane contactors treating different types of nitrogen-containing wastewaters, with total nitrogen concentrations ranging from approximately 100 to 4800 mg/L. Furthermore, polymethylpentene (PMP) and modified membranes with enhanced desired properties were also found to be effective membrane material candidates. It was further observed that membrane separation units represent a viable alternative to traditional evaporation-stripping methods. A major challenge is membrane fouling, which can be mitigated through wastewater pre-treatment and acid washing of the membranes. Sulfuric acid was found to be a suitable absorbent. The simulation results showed that the partial pressure of ammonia in the gas phase increased with rising pH and temperature. Accordingly, the concentration of ammonia increased in the liquid phase, while the concentration of ammonium ions decreased. It was also observed that increasing the pH from 11 to 12 had only a marginal effect on the concentrations of ammonia and ammonium ions in the liquid phase and on the partial pressure of ammonia in the gas phase. The concentrations of ammonia and ammonium ions, as well as the partial pressure of ammonia in the gas phase changed approximately in the same ratio, even though the concen-tration of ammonium chloride was increased tenfold.

Description

Supervisor

Aromaa, Jari

Thesis advisor

Louhi-Kultanen, Marjatta

Keywords

typpi, ammoniakki, talteenotto, erotuskalvot, ontelokuitukalvot, kalvoprosessit

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506245217

Collections

[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM