磷是人类和其他生物生命活动不可缺少的元素,磷肥是农业生产不可缺少的肥料。
在淡水中,磷含量是有限的。 一旦水中磷酸盐含量超过一定浓度,必然会造成植物过度生长。
这也是水体富营养化发生的原因。
但我们今天说的不是除磷。 这些工艺和技术已经分析得足够多了。 小编最近比较关心的是磷的短缺问题。
鲁迅说,磷就像水一样,是一切现代经济不可或缺的元素。 如果我们像关注全球水资源一样关注全球磷资源,人们的担忧就会突然增加。 令人费解的是,磷资源却没有得到更多重视。
目前人类利用磷矿资源的方式是不可持续的:不断开采不可再生的磷矿资源,使用部分磷元素,其余的则排放到水环境或污泥中……
坏消息是,按照目前的消费水平,世界磷矿资源将在100年内耗尽。
好消息是我们已经等不及磷耗尽的那一天了。
从污水中“获取”磷
也许他们已经醒悟了,或者也许他们觉得自己想为子孙后代留下一些资源。 总之,各国都开始想办法遏制磷的消失。
2008年,荷兰政府研究组织STOWA(荷兰水研究基金会)提出了NEWs框架,其中N代表养分循环利用。 在此框架内,荷兰许多污水处理厂开始大规模应用磷回收工艺,受到前所未有的关注。
2016年,瑞士出台政策,强制从污水/污泥、动物粪便、动物骨粉中回收磷,并以此作为生产磷肥的原料,让其再次进入土地并被利用作为农作物肥料,形成磷元素闭循环系统。
英国、法国和德国作为欧洲三驾马车,在磷回收方面也不甘落后。 他们推出了自己的磷回收政策和计划,如苏格兰的“零废弃”计划、法国的“磷回收网络系统”和德国的“污泥监管改革”。 修正案”等
当然,还有很多其他相关政策。 如果您有兴趣,可以查看一下。
既然政策已经到位,我们怎样才能从污水中“获取”磷呢?
其实,污水磷回收的本质很简单:就是将水中的磷固定下来,从污水中分离出来,变成类似磷矿的产品,可以用于磷酸盐行业或者作为农业肥料。
目前,研究和试验较多的磷回收工艺是磷酸钙沉淀法和磷酸镁铵结晶法。
前者使磷酸根与钙离子结合,形成磷酸钙沉淀,从水相中沉淀出来; 后者将磷酸盐与镁、铵离子结合,形成磷酸镁铵晶体(俗称鸟粪石),从水相中分离出来。 该过程还使污水中的部分铵结晶。
虽然原理并不复杂,但由于污水成分复杂,且同时存在干扰成分,特别是碳酸盐、有机酸等可与磷酸盐竞争钙、镁离子的成分,该工艺实施起来并不那么容易。
一般认为,从污水中回收的磷酸钙可以作为磷矿的替代产品,而回收的磷酸镁铵可以作为缓释磷肥。
关于废水磷回收有许多小规模和中试规模的研究。 荷兰和日本已经拥有大规模废水磷回收试点工厂。 例如,荷兰污水处理厂采用石英砂作为磷酸钙晶体的晶种,使回收的磷包裹在石英砂中,形成类似于磷矿的粒状产品。 该产品已被当地磷酸盐生产企业使用。
磷回收途径
直接利用土地回收磷
污泥直接土地利用是最经济的污泥处置方法之一。
该方法直接利用富氮、富磷污泥作为土地肥料。 其成本低廉,无需额外处理即可回收磷元素。
缺点是污泥中含有有毒重金属、有机污染物和病原体,严重限制了其直接用作肥料。
所以这个方法虽然方便又经济,但是二次污染太严重了,PASS!
从污泥消化液中回收磷
污泥消化液中的磷一般可以通过混凝沉淀和结晶的方法去除。
混凝沉淀法是利用铁盐、铝盐等与废水反应生成无定型磷酸盐沉淀物,然后进行固液分离,达到除磷的目的。
混凝沉淀除磷的优点是除磷效率高且稳定可靠。 其缺点是化学品成本高、污泥产量大、沉淀产物成分复杂,无法实现磷的可持续利用。
与凝聚和沉淀相比,消化液中磷回收应用最广泛的方法是结晶。
废水中的磷以磷酸盐矿物质的形式结晶和沉淀。 主要沉淀形式为鸟粪石、羟基磷灰石等。
结晶沉淀法的最大优点是可以高效、高质量地从废水中获取磷酸盐矿物质。 形成的矿物质大部分重金属含量极低,可直接用于农业。
尤其是鸟粪石,其溶解度很低。 即使大量使用,也不会释放过多的磷而污染环境。
鸟粪石是磷酸镁铵,分子式为·6H2O,英文缩写为MAP。 回收的MAP中磷元素含量折算成P2O5标准量可达51.8%(P2O5含量不低于30%,属富磷矿)。
因此,MAP结晶法不仅可以同时去除氮、磷污染物,而且所得结晶产品MAP磷含量较高,可作为高效缓释肥料重复使用。
但考虑到结晶法直接在废水中形成沉淀,很可能将有毒有害的有机污染物或病原体带入沉淀中。 因此,在进行沉淀反应之前应对污水进行处理,以避免这些有害物质对沉淀的污染。
从污水污泥焚烧残渣中回收磷
近年来,从污水污泥焚烧灰中回收磷的方法也引起了广泛关注。
污泥中的磷含量约为1%~5%,而灰分中的磷含量高达5%~11%,远高于污泥中的磷含量。
数据显示,污泥中磷含量约为0.12g/L,灰分含量约为70~134g/Kg。
这样一比较,灰烬确实比污泥要好。
虽然从污泥焚烧灰中回收磷的效率比直接从污泥或沼渣中回收磷的效率高5至10倍,但污泥焚烧消耗大量能源,只能在一些大型污水处理厂使用。
丹麦一家公司利用酸溶解焚烧后污泥中的磷酸盐和重金属,并将混合溶液通过四层离子交换膜,将重金属和磷酸盐分离。 恢复效果非常好。
国外典型磷回收案例、入侵、删除
终于
事实上,随着科学技术的发展,磷回收已经不再有太多的技术难点。 需要的是政府立法支持、鼓励和补贴,否则磷回收市场将难以带动。
随着时间的推移,磷矿资源的日益枯竭,在未来的某一天,人们对磷矿资源的关注将超过对能源的关注。 但到那时,会不会太晚了?