创新的磷回收技术

从活性污泥中回收磷酸盐的新技术

文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:18 发布时间:2019-03-20
尽管将减少天然磷矿产量的2030年被称为“磷峰值年”,但许多专家认为,不论是从战略意义的角度,还是从磷酸盐质量的角度来看,从污水处理厂的废水中回收磷都非常有意义,目前能够从污水中回收磷的工艺技术大约有70种。
创新的磷回收技术

德国和瑞士越来越多地从活性污泥中回收磷酸盐了,一方面为了减少对磷的战略性依赖,另一方面为了解决日益严重的磷酸盐污染。目前70余种从污水中回收磷的工艺技术,涉及到了不同的技术方法,目前只有其中少数几种实现了工业化应用,也满足了经济性和法律法规的有关规定。

原料的次级来源 

进入食物链的磷酸盐大部分是以植酸盐(C6H18O24P6)的形式存在。在缺少植酸酶的情况下,植酸盐是不能被人体分解和吸收的。若植酸盐不能被吸收,则只能被原封不动地排出体外。在污水净化处理厂中,植酸盐遇到细菌的植酸酶活性物质,将释放出了磷酸盐。如果不在污水净化处理中及时清除,则成为水体营养化的一个重要因素。而典型的磷酸盐清除方法就是在后续的生物净化阶段加入磷酸盐结合剂。

原料的次级来源 
从污水处理厂到农田,用污水处理后的活性污泥做肥料是一个艰巨的挑战

如果不能采用生物除磷法(Bio-P),通常就要采用铁盐和铝盐,或者使用钙盐(如石灰)来沉淀。污水中含有的磷酸盐也就反应成磷酸铁(FePO4)、磷酸铝(AlPO4)以及磷酸钙(Ca3(PO4)2),沉淀到活性污泥中,而沉淀剂的阴离子则保留在水中。因此,活性污泥是磷酸盐原料的第二来源。但是由于上述盐形式的磷酸盐是不溶于水的,因此不能直接作为肥料用于农作物施肥。

从活性污泥和活性污泥灰中回收磷的挑战是,活性污泥是污水净化过程中产生的污染物综合物,其中含有像重金属之类的回收中不需要的成分。在化学磷回收过程中,不溶于水的磷酸铁和磷酸铝也被回收起来,而这些磷酸盐不能直接用作植物肥料,需要费时费力地加以处理。此外,活性污泥中的磷含量和其他杂质的含量都有着季节性的波动。

所有回收方法生产出来的产品都是含有磷酸或者磷成分的肥料衍生物,它们需要一个能够重返物质循环的市场。这样的市场对肥料和磷酸来讲是不成问题的,但现有的市场都有自己的市场利价格。在基于市场机制的情况下,例如在供与求的关系中,回收磷酸盐的价格只能部分由机制所决定。事实上,利用回收的磷酸盐生产的含磷产品不会有更高的销售价格。当然,有机农业市场会对给再生磷肥给出高于平均水平的价格,但这是少数情况。因此,从长远发展的观点来看,能够轻松生产易销品(例如磷酸)的工艺技术有着明显的优势。

目前70余种回收工艺都有一定的缺点和不足,因为所有的方案都首要考虑是否具有很好的经济性,所以绝大多数技术方法无法满足可持续发展原则。

创新的回收项目

一个最有发展前途的技术就是Tetraphos项目——汉堡的Vera活性污泥焚烧厂项目,由汉堡城市污水净化处理厂和Remondis Aqua公司合作运营。该试点项目每年从活性污泥灰中回收1 600 t磷。为实施这一项目,活性污泥焚烧厂得到了政府环境部环保创新项目300万欧元的资金支持。该项目的污泥焚烧炉每年焚烧125 000 t活性污泥。焚烧后的污泥会含有浓度较高的磷,由于原来一直没有合适的磷回收技术,因此只好将焚烧后的污泥灰埋在垃圾填埋场里。

在Tetraphos工艺技术的帮助下,Vera焚烧厂能够用在污泥灰中加酸的方法分步从污泥灰中溶解磷,同时也将其他无用的污染物与磷分离开来。除了化肥行业以外,回收磷的买家还有汽车、电镀和建材企业。回收后残留的污泥灰量明显减少,可以方便地填埋起来。

这一项目具有开创性意义。截止2029年,项目将会完成5万居民的活性污泥磷回收任务。如果项目成功,可以在整个污水净化处理行业中加以推广。