SCOPUS
SCIE
Electricity production and phosphorous recovery as struvite from synthetic wastewater using magnesium-air fuel cell electrocoagulation
저자
Kim, Jung Hwan ; An, Byung min ; Lim, Dae Hwan ; Park, Joo Yang
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2018
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
200-210(11쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>This research was based on the investigation of a major principle, regarding the effects of NaCl and KH<SUB>2</SUB>PO<SUB>4</SUB> concentrations on struvite recovery, with electricity production using magnesium-air fuel cell electrocoagulation, in accordance with the concentration of phosphorous and chloride. The weight ratio of N:P in the synthetic wastewater was in the range of 1.2–21. The concentration of NH<SUB>4</SUB>Cl was fixed at 0.277 M (approximately 3888 ppm as NH<SUB>3</SUB>-N and 5000 ppm as NH<SUB>4</SUB>), while PO<SUB>4</SUB>-P was in the range of 0.006–0.1 M. In addition, the concentrations of NaCl as electrolyte were 0, 0.01, and 0.1 M. Phosphate removal increased linearly with the Mg:P ratio, up to approximately 1.1 mol mol<SUP>−1</SUP>, irrespective of the initial concentrations of phosphate and NaCl. The one-to-one reaction as mole ratio between phosphate and the dissolved Mg ions resulted in phosphate removal, with the production of a one-to-one magnesium/phosphate mineral, such as struvite. The average removal rate of phosphorous in experiments without a dose of NaCl was 4.19 mg P cm<SUP>−2</SUP> h<SUP>−1</SUP>, which was lower than the relative values of 5.35 and 4.77 mg P cm<SUP>−2</SUP> h<SUP>−1</SUP>, in experiments with 0.01 and 0.1 M NaCl. The dissolution rate of Mg with electro-oxidation determined the rate of phosphorous removal with struvite recovery. The average removal rates of phosphorous with dose concentrations of 0.006, 0.01 and 0.02 M KH<SUB>2</SUB>PO<SUB>4</SUB> were 4.02, 5.54, 6.9 mg P cm<SUP>−2</SUP> h<SUP>−1</SUP>, respectively, which increased with the increase in KH<SUB>2</SUB>PO<SUB>4</SUB> dose. However, in experiments with a dose of 0.05 and 0.1 M KH<SUB>2</SUB>PO<SUB>4,</SUB> the average removal rates of phosphorous decreased to 4.84 and 2.51, respectively. The maximum power densities in the electrolyte mixture of 0.05 M KH<SUB>2</SUB>PO<SUB>4</SUB>/0.277 M NH<SUB>4</SUB>Cl, 0.01 M NaCl/0.05 M KH<SUB>2</SUB>PO<SUB>4</SUB>/0.277 M NH<SUB>4</SUB>Cl, and 0.1 NaCl/0.05 KH<SUB>2</SUB>PO<SUB>4</SUB>/0.277 M NH<SUB>4</SUB>Cl were 25.1, 26.4, and 33.2 W/m<SUP>2</SUP>, respectively. The increase in the NaCl dose concentration resulted in an increase in the maximum power density and current density. A dose above 0.05 M KH<SUB>2</SUB>PO<SUB>4</SUB> resulted in the decrease of the maximum power densities. However, when the dose was below 0.05 M KH<SUB>2</SUB>PO<SUB>4</SUB>, the maximum power density increased with the increase in KH<SUB>2</SUB>PO<SUB>4</SUB> dose.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Mg-air fuel cell electrocoagulation recovered struvite with electricity production. </LI> <LI> One-to-one mole reaction between the phosphate and Mg ions removed phosphate. </LI> <LI> Dissolution rate of Mg<SUP>2+</SUP> was the rate determining step for struvite synthesis. </LI> <LI> Mg-air fuel cell electrocoagulation have potential for replacement conventional EC. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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