磷回收：技術(shù)與政策
磷是動植物生長必不可少的營養(yǎng)元素，也是不可再生的有限資源，而城市化后的現(xiàn)代衛(wèi)生排水設(shè)施使其斷了回歸土地之路，導致其呈直線流動形式從陸地逐漸流向海洋。磷危機已經(jīng)出現(xiàn)，沒了磷便意味著人類食物從此會斷檔，這個時間很快，最多也就100年的功夫。前幾期推送已向大家介紹了農(nóng)村地區(qū)應(yīng)堅守“糞尿返田”，以源分離技術(shù)恢復有機農(nóng)業(yè)等相關(guān)內(nèi)容。對于城市集中式污水處理設(shè)施，可以通過磷回收方式遏制磷的匱乏現(xiàn)象。為了最大限度遏制磷的匱乏速度，歐洲國家早已率先開發(fā)出從污水/污泥、動物糞尿中回收磷的技術(shù)并應(yīng)用于工程實踐中。實現(xiàn)污水磷回收還意味著將防治水體富營養(yǎng)化與磷的可持續(xù)利用合二為一，具有一石二鳥的作用。本期回顧2016年發(fā)表文章，詳細介紹國際上各種磷回收工藝特點及磷回收效果，同時還闡述歐盟有關(guān)磷回收的政策，以期為我國推動磷回收提供借鑒與參考。
01 磷回收技術(shù)動態(tài)
從市政污水中回收磷的環(huán)節(jié)
在污水處理過程中，可從以下幾個環(huán)節(jié)中回收磷：1)含磷水相。如厭氧池富磷上清液及污泥消化液；2)含磷固相。如消化污泥或脫水后消化污泥；3)焚燒灰分。如污泥焚燒后的灰燼。
從液相中回收磷，回收率約為40%-50%；從污泥或焚燒后灰燼中回收磷，總回收率可達到90%。污水處理過程中磷回收的最適宜點位如圖1所示。
富磷上清液/污泥消化液磷回收技術(shù)
1、BCFS工藝
以反硝化除磷菌(DPB)作用原理為設(shè)計依據(jù)，從厭氧區(qū)末端引出富磷上清液，以側(cè)流方式進行磷回收。回收磷后的上清液再回到主流生物處理流程，接著完成生物脫氮除磷功能。BCFS工藝最大的特點是將化學除磷宏量效果好與生物除磷微量效果佳的優(yōu)點合二為一，特別適合于低碳源污水除磷、脫氮。
2、Anphos與Phospaq工藝
均以完全混合(CSTR)反應(yīng)器回收污泥消化液中磷為目的，Anphos工藝將曝氣單獨在CSTR之外設(shè)置，而Phospaq工藝則將曝氣與結(jié)晶反應(yīng)同置于CSTR之中。第一步通過曝氣方式首先去除消化液中的CO2，以提升消化液pH值。第二步向消化液中投加MgO，并控制pH值在8.2-8.3，以獲得鳥糞石(MAP)沉淀。
3、NuRe Sys工藝
NuRe Sys工藝為連續(xù)運行，采用兩個反應(yīng)器回收污泥厭氧消化液中的磷。結(jié)晶槽(CSTR)配備了全自動控制系統(tǒng)，以保證MAP最優(yōu)反應(yīng)pH值得以實現(xiàn)。控制系統(tǒng)還可以根據(jù)濃度調(diào)整攪拌強度，使MAP結(jié)晶不會被葉片打碎。
3、NuRe Sys工藝
NuRe Sys工藝為連續(xù)運行，采用兩個反應(yīng)器回收污泥厭氧消化液中的磷。結(jié)晶槽(CSTR)配備了全自動控制系統(tǒng)，以保證MAP最優(yōu)反應(yīng)pH值得以實現(xiàn)。控制系統(tǒng)還可以根據(jù)濃度調(diào)整攪拌強度，使MAP結(jié)晶不會被葉片打碎。
4、Phosnix工藝
氧污泥消化液從流化床反應(yīng)器底部進入；Mg(OH)2和NaOH以1∶1比例投入反應(yīng)器，調(diào)節(jié)pH值至8.2-8.8；反應(yīng)器從底部曝氣，一則吹脫CO2，二來增加提升與攪拌作用。回收的鳥糞石結(jié)晶顆粒大小在0.5-1.0mm之間，可通過離心機分離后作為肥料。
5、Crystalactor工藝
這一磷回收反應(yīng)器的核心是在柱狀反應(yīng)器內(nèi)填充適當數(shù)量的晶種，如砂粒或礦粒。富磷上清液由底進入反應(yīng)器內(nèi)，并在水流的作用下處于流化狀態(tài)。通過投加化學試劑來調(diào)整pH值，使PO43-在晶種上結(jié)晶析出。可以選擇并控制最佳工藝條件，最大限度減少雜質(zhì)析出，保證生成高純度的磷酸鈣[Ca3(PO43)2]。
污泥中磷與污泥灰分磷回收技術(shù)
1、Air Prex工藝
用于回收消化污泥里的PO43-，以減少輸送消化污泥管道的結(jié)垢現(xiàn)象。消化污泥進入反應(yīng)器后投加適量的MgCl2，并在里層進行曝氣使其與污泥充分混合，以形成鳥糞石結(jié)晶并予以回收；污泥隨后進入單層不曝氣的第二個反應(yīng)器，使較小粒徑鳥糞石結(jié)晶、沉淀，以提高磷回收效率。
2、Ash Dec工藝
主要分兩步進行。第一步是焚燒污泥，以去除污泥中有機污染物。第二步為熱化學處理，往灰燼中加入MgCl2和CaCl2，并維持1000℃高溫20-30min，使得重金屬變?yōu)闅鈶B(tài)從灰燼中揮發(fā)，最后剩下的含磷灰燼可以直接用于磷肥生產(chǎn)。
從牲畜糞尿中回收磷
近年來，除從市政污水中回收磷的技術(shù)，從牲畜糞便中回收磷的技術(shù)也得到了長足的發(fā)展，主要以美國北卡羅萊納州豬糞尿磷回收工藝及荷蘭Putten牛糞尿磷回收工藝為代表。
美國豬糞尿磷回收工藝首先對豬糞尿進行固、液分離，利用含磷量較高的廢液進行消化，以去除可能干擾磷回收的碳酸氫根離子，然后再投加藥劑回收PO43-，磷回收效率可達94%；荷蘭牛糞尿磷回收工藝先將收集廢液做脫氮處理，剩下的富PO43-廢液再投加MgO，以MAP形式回收，磷回收效率達95%。
02 磷回收政策——
《歐盟肥料監(jiān)管提案》
目前歐盟只有5%生物廢料(污水/污泥或動物糞尿)實現(xiàn)磷回收，如果有更多生物廢料實施磷回收，這將可以替代30%磷肥，歐盟對PO43-進口量將減少600萬t/a。在2016年，歐盟提出了《肥料管理提案》草案。按發(fā)布的草案，歐盟又制定了堆肥和消化產(chǎn)物標準。與此同時，還啟動了以歐盟聯(lián)合研究中心(JRC)為首的研究項目，旨在制定鳥糞石以及其它從污泥焚燒灰燼中回收營養(yǎng)物質(zhì)的標準、規(guī)范。
滿足管理條例標準的回收產(chǎn)物將被視為“產(chǎn)品”，且這些回收產(chǎn)物將被允許在歐盟各國流通和貿(mào)易。同時《廢物框架指令》和《動物產(chǎn)品監(jiān)管條例》也將被修改，以滿足《肥料管理提案》的相關(guān)標準。
03 結(jié)語
應(yīng)對已經(jīng)出現(xiàn)的磷危機，以歐盟為首的國家已開發(fā)出很多從污水/污泥或動物糞尿中回收磷的工藝并用于工程實際。這些工藝著手于污水、污泥處理過程中的富磷液相環(huán)節(jié)，主要集中于生物除磷工藝厭氧區(qū)污泥上清液和消化污泥分離液。同時動物糞尿及養(yǎng)殖廢水亦是富磷之地，可采用類似方法予以回收。
磷回收技術(shù)與設(shè)備并不復雜，難的是磷回收產(chǎn)物需要有政策和標準支持方能獲得二次再生利用。在此方面，歐盟制定了專門針對從污水/污泥或動物糞尿中回收磷的《歐盟肥料管理提案》，使回收產(chǎn)物既有保障又有出路，打通了從污水處理廠到餐桌之磷的人工循環(huán)，回歸我們祖先創(chuàng)造的原生態(tài)文明之路。
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