Struviitin saostusprosessin skaalaus laboratoriotasolta pilot-mittakaavaan : reaktorigeometria ja sekoituksen optimointi

Abstract

Työn tavoitteena oli skaalata laboratoriossa toimivaksi todettu struviitin saostusprosessi te-ollisempaan mittakaavaan ja tuottaa struviittia ravinteiden talteenottoon. Tavoitteena oli tunnistaa reaktorigeometrian, sekoituksen ja erotusvaiheen keskeiset tekijät, jotka varmista-vat prosessin operoinnin ja tuotteiden muodostamisen mittakaavan kasvaessa. Menetelmä yhdisti kirjallisuuskatsauksen ja vaiheittaisen kokeellisen pilotoinnin pienestä sekoitusjär-jestelmästä koetehtaan reaktoriin, jolloin arvioitiin virtausdynamiikkaa, pH-ohjausta ja sopi-via erotusratkaisuja.

Tulokset osoittivat, että skaalaus on toteutettavissa, kun geometrinen samankaltaisuus ja sekoituksen tunnusluvut sovitetaan laiterajoitteisiin ja kun erotusmenetelmä valitaan syöt-teen ominaisuuksien mukaan. pH-ohjaus todettiin olennaiseksi sekä saostumisreaktion hallinnassa, että vaahdon ehkäisyssä, mikä paransi operoinnin varmuutta.

Johtopäätöksenä työ tarjoaa käytännön suuntaviivat sekoituksen mitoittamiseen, pH-ohjauksen toteutukseen ja erotusvaiheen valintaan, jotta teollisuuden ja biotalouden sivu-virtoja voidaan hyödyntää struviitin tuotannossa osana kiertotaloutta.

Aim of the thesis work was to scale a laboratory-proven mixing and struvite-precipitation process toward an industrial scale to produce struvite for nutrient recovery. The objectives were to identify the key factors in reactor geometry, mixing, and solid-liquid separation that ensure operability and product formation the scale increases. The approach combined a literature review with staged experimental piloting from a small mixing system to a pilot-plant reactor, assessing flow dynamics, pH control, and suitable separation options.

The results show that scale-up is feasible when geometric similarity and mixing dimensionless numbers are reconciled with equipment constraints, and when the separation method is selected according to feed characteristics. pH control proved essential both for governing the precipitation reaction and for suppressing foam, thereby improving operational reliability.

In conclusion, the work provides practical guidelines for sizing mixing, implementing pH control, and selecting the separation stage to enable the use of industrial and biorefinery side streams in struvite production as part of the circular economy.