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表4 四种物质中所含磷元素的特性参数
在过去的十年里,德国进行了大量关于磷回收的研究。然而,要想从出污水中去除磷,就必须对所有的污水进行处理,这也就是为什么迄今为止这项技术还没有得到广泛应用。相比之下,污泥、污泥回流液的体量就会小很多,而污泥灰分的体量是最小的。这也就是为什么有这么多研究都将重点放在了污泥以及污泥灰分上,因为它们是技术可行性最高的。
1、从污泥中回收磷
由于高昂费用的原因,在德国,截止到2011年只有吉夫霍恩有一座污水处理厂采用了较大规模的磷回收工艺。该水厂的处理能力是50000PE。在吉夫霍恩,“Seaborne Process”被用来进行消化污泥处理,这个技术分为三个步骤:
——酸浸泡;——去除重金属;
——沉淀;
图10 吉夫霍恩的Seaborne process流程图
在酸浸泡阶段,消化污泥与H2SO4相混合,用以降低pH。此时,重金属和磷酸盐就会被溶解。在此过程中,可以加入氧化剂。两小时以后,离心机就可以将非溶解态物质分离出来。
被分离出的含有溶解态磷酸盐、氮和重金属的液相将进入重金属去除阶段。这个过程中,需加入Na2S,重金属便会以硫化物的形式沉淀析出。
接下来并且是最重要的步骤,就是加入氢氧化镁,沉淀的磷酸盐将形成鸟粪石,鸟粪石是一种非常好的肥料。鸟粪石或者硫酸铵镁(MgNH4PO4×6H2O)中的Mg2+, NH4+ 和 PO43- 的含量比例是1:1:1,它也被称作MAP,形成过程见以下方程式:
HPO42- + NH4+ + Mg2+ + OH– + 6 H2O → MgNH4PO4×6H2O
在吉夫霍恩,该水厂的总投资是700万欧元,而平时的产出大约是1.3吨的N-P肥料。至今为止,其成本投入仍然是回报资金的好几倍。
2、从污泥灰分中回收磷
只有当污泥只经过焚烧一道工序时,磷回收才会有一定的意义。否则的话,磷的含量会非常低。在德国,大约有20%的污泥将会被用来单独焚烧,焚烧会将污水中的磷浓缩并转移至污泥灰分中。污泥灰分会分解为有机物,包括一些潜在的毒性有机物。因此,灰分中的磷不再适宜用于植被肥料等。污泥灰分包括大约17%的P2O5。根据原水性质不同,污泥灰分将有可能含有不同的重金属。这也就是为什么灰分再用于农业生产之前必须经过适当处理的原因。
迄今为止,德国只有一座小规模污水处理试验厂在实验此技术,这座水厂属于欧盟SUSAN工程(Sustainable and Safe Re-Use of Municipal Sewage Sludge for Nutrient Recovery)。此技术是将污泥灰分与含氯物质(e.g., MgCl2)掺混在一起,放入炉中加热至850-1000ºC。此时,挥发性重金属氯化物将会以气态形式挥发至大气,同时,新的矿物质将会形成,并且磷的生物利用率将会增加。
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