Ammonia Recovery From Industrial Scrubbing Effluent By BPMED

Nitrogen, making up 78% of Earth's atmosphere, is largely inaccessible to most life until converted into compounds like ammonia. The Haber-Bosch process, introduced in 1909, revolutionized ammonia production, boosting agriculture but also leading to environmental and health issues from excessive nitrogen use. Addressing these challenges while harnessing nitrogen's potential, through wastewater treatment, precision farming, and its use in clean energy, is a critical scientific task of our time. This study delves into the recovery of Nitrogen from wastewater, characterized by heightened nitrogen concentrations, utilizing Bipolar Membrane Electrodialysis (BPMED). Employing a feed solution comprising 50 g/L of ammonium sulfate, the methodology yielded valuable acid and base products, specifically sulfuric acid and ammonium hydroxide. The research primarily underscores the ramifications of different current densities on the BPMED process, specifically in terms of energy consumption and product purity during the treatment of ammonium sulfate. An exhaustive experimental paradigm, incorporating both duplicate and triplicate trials, was deployed to probe the effects of four distinct current densities: 25% LCD, 50% LCD, 75% LCD, and 100% LCD. These densities were examined in relation to ammonium diffusion to acid compartments, the rate of ammonium and sulfate removal from the feed wastewater, and the energy expenditure per unit removal and recovery of ammonium and sulfate. Ion chromatography (IC) served as the analytical tool for quantifying the concentrations of ammonium and sulfate, and it demonstrated a commendable standard deviation below 5%. A salient observation from the study posits that the energy requisites for both ammonium and sulfate removal escalate with intensifying applied current densities. This trend was substantiated by the almost 50% differential in energy consumption when current density surged from 25% LCD to 100% LCD. Conversely, a notable decrease in ammonium leakage to the acid compartment was observed with augmented current densities; with leakage approximating 0.57 g/L for the entire 100% LCD experiment, in contrast to about 1.3 g/L at 25% LCD. The diminished leakage at elevated current densities can be attributed to the reduced experimental duration associated with higher current densities relative to their lower counterparts.

L'azoto, che costituisce il 78% dell'atmosfera terrestre, è in gran parte inaccessibile alla maggior parte delle forme di vita finché non viene convertito in composti come l'ammoniaca. Il processo Haber-Bosch, introdotto nel 1909, ha rivoluzionato la produzione di ammoniaca, potenziando l'agricoltura ma portando anche a problemi ambientali e di salute a causa dell'uso eccessivo di azoto. Affrontare queste sfide, pur sfruttando il potenziale dell'azoto attraverso il trattamento delle acque reflue, l'agricoltura di precisione e il suo utilizzo nell'energia pulita, rappresenta un compito scientifico critico della nostra epoca. Questo studio approfondisce il recupero dell'azoto dalle acque reflue, caratterizzato da elevate concentrazioni di azoto, utilizzando l'Electrodialisi a Membrana Bipolare (BPMED). Impiegando una soluzione di alimentazione composta da 50 g/L di solfato di ammonio, la metodologia ha prodotto preziosi prodotti acidi e basici, nello specifico acido solforico e idrossido di ammonio. La ricerca sottolinea principalmente le ripercussioni delle diverse densità di corrente sul processo BPMED, in termini di consumo energetico e purezza del prodotto durante il trattamento del solfato di ammonio. Un esauriente paradigma sperimentale, che incorpora sia prove duplicate che triplicate, è stato adottato per indagare gli effetti di quattro distinte densità di corrente: 25% LCD, 50% LCD, 75% LCD e 100% LCD. Queste densità sono state esaminate in relazione alla diffusione dell'ammonio nei compartimenti acidi, alla velocità di rimozione di ammonio e solfato dalle acque reflue di alimentazione e alla spesa energetica per unità di rimozione e recupero di ammonio e solfato. La cromatografia ionica (IC) è stata utilizzata come strumento analitico per quantificare le concentrazioni di ammonio e solfato, dimostrando una lodevole deviazione standard inferiore al 5%. Una significativa osservazione dello studio afferma che i requisiti energetici per la rimozione sia dell'ammonio che del solfato aumentano con l'intensificarsi delle densità di corrente applicate. Questa tendenza è stata confermata dalla differenza quasi del 50% nel consumo energetico quando la densità di corrente è aumentata dal 25% LCD al 100% LCD. Al contrario, è stato osservato un notevole decremento delle perdite di ammonio nel compartimento acido con densità di corrente aumentate; con perdite che si avvicinano a 0,57 g/L per l'intero esperimento 100% LCD, rispetto a circa 1,3 g/L al 25% LCD. La ridotta perdita ad elevate densità di corrente può essere attribuita alla ridotta durata sperimentale associata a densità di corrente superiori rispetto alle loro controparti inferiori.