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4.1 从污泥水中进行磷回收
为了能够快速有效地在市政污水厂进行磷回收,德国学术界曾多次讨论,是否将所有污水处理工艺都改成增强型生物除磷工艺(Bio-P),放弃采用铁盐或铝盐的化学除磷工艺。其理由是,在厌氧状态下,即使在不投加化学药剂(化学水解)情况下,污泥细胞中储存多聚磷会产生返溶现象, 产生大量溶解性正态磷,因此可以定向沉磷,然后进行磷回收。此外,在污泥浆液或污泥脱水液内除了正态磷之外还存在氨氮, 从而可以产生磷酸铵镁(MAP-)沉淀结晶物质。作为缺少的反应组成份,只需要投加镁离子 (氧化镁MgO) 或者氯化镁 MgCl2)以及采用氢氧化钠 (NaOH) 将溶液内的pH-数值稍微提高一些即可。
一种利用污泥水进行这种MAP沉淀的磷回收工艺是加拿大Ostara PEARL-工艺 (图3)。这一处理工艺已经在全球许多大型污水处理厂获得应用。与其他磷回收工艺相比较,从污泥水中进行磷回收的处理工艺相对比较简单,十分容易在市政污水处理厂内整合实施。
图 3: PEARL-MAP-结晶装置的工艺流程图[ESEMAG, 2006; 有更改]
每年在德国市政污水处理厂进水中的磷质流量是大约 72.000 吨 P,假如以磷去除效率 91 % [DWA 2012]计算,则每年在市政污水处理厂内存在大约 65.500 吨 P/a 可供回收利用。
在这里可采用2003年德国污水协会 DWA 的污泥产量数据,来自生物除磷(Bio-P)市政污水厂 (大约占德国人口当量数值的6 %; [DWA 2005]) 总污泥磷产量大约为 4.300 吨 P/a 可供磷回收工艺使用。
因为采用MAP工艺只能从污泥水中返溶产生的溶解性正态磷进行反应, 如果考虑到所采用工艺的处理效率或磷回收效率 (当市政污泥进行定向返溶处理时,相对于市政污水处理厂的进水而言只有30 %被回收), 这些装置的潜在磷回收产量是大约 1.300 吨P/a (表 2)。
如果将污水厂处理工艺转换成生物除磷工艺,则根据德国污水协会的调查,最多可扩展至37 % 全国人口当量的污水可通过增强型生物方式来除磷。此时潜在的污泥磷产量是大约 26.600吨 P/a。考虑到磷回收效率,每年磷回收产量大约是 8.000 Mg P (表 2), 约占目前德国整个矿化磷肥使用量的 6,5 %。
表 2: 德国生物除磷市政污水厂内的年磷回收产量
但事实上,将许多市政污水处理厂改造成生物除磷(Bio-P)工艺很不现实。主要原因是, 许多运转单位害怕采用生物除磷(Bio-P)工艺之后会产生运转故障和/或需要扩建额外的池容, 而许多市政污水处理厂根本没有地方。
但是,从污泥水中进行MAP结晶沉淀法具有明显优点, 即运转操作十分简单,所产生的回收产品MAP 已经证明可被植物直接吸收利用。这类工艺也是目前使用最为广泛的磷回收处理工艺。
即使在采用增强型生物除磷工艺的市政污水处理厂内,如果只是在污泥水内进行磷回收,则根据目前市政污泥规范 (参见章节2),还不能满足污泥混烧所要求的前提条件。采用这一工艺还无法达到 50 %的磷回收效率(相对进水磷浓度而言), 在一般情况下,污泥中的磷含量也不可能下降至 20 g/kg DS以下。这也就是说, 如果需要污泥混烧处置,则采用这一液体磷回收工艺之后还必须对市政污泥进行磷回收(化学水解, 章节4.2) 或者后面只能市政污泥单焚烧处置方法 (章节4.3)。
4.2 从市政污泥中进行磷回收
在消化污泥内,磷是以生物和/或化学结合形式存在。也就是说,在进行磷回收之前必须事先定向从污泥混合物内将磷元素抽提取出。根据磷结合形式,此时采用的方法也是不一样的。此外,要求分离获得的磷回收产品不能含有有害物质,并最好能被植物直接有效利用。
根据目前的知识,相对于市政污水处理厂进水来说,采用化学水解方法时所能获得的磷回收效率大约为 43 %。对于市政污泥本身来说,其中磷含量可以下降大约 50 %。经过优化处理,估计还有可能获得更高的磷回收效率。
通过采用Stuttgart 和 Budenheim-磷回收工艺,可以达到目前德国市政污泥规范 (AbfKlärV,2014) 所确定的处理要求。这种污泥磷回收工艺即可应用在配置生物处理也可用于配置化学除磷的市政污水处理厂内。目前对纯铝盐沉淀污泥,还没有进行试验研究,但在生物除磷污泥和铁盐除磷污泥上已经进行了广泛研究,详细的工艺描述可以阅读Steinmetz et al.的报道[2013]。
图4 显示了在德国Offenburg 市政污水处理厂内的Stuttgart中试装置 [Steinmetz et al., 2014],是由二个批式罐体和一个沉淀池, 一台板框脱水机以及各种药液(氢氧化钠, 柠檬酸, 硫酸, 氧化镁,絮凝剂)的储存箱和投药装置共同组成。整个装置是批式运转, 回收产品主要是磷酸胺镁。
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2024年3月,四川省生态环境保护督察组发现,攀枝花市部分县(区)生活污水收集不全、处理不到位,生活污泥处置不规范等问题较为突出。一、基本情况攀枝花市地处长江上游金沙江流域,是万里长江上游第一城。截至2023年,全市常住人口121.8万,城镇化率70.78%,居全省第二。《四川省城镇生活污水和城乡生
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越来越多的污水处理厂在实践营养物回收,其中磷是最常见的回收物质之一。除了应对日益严格的出水磷浓度之外,污水厂除磷的动机还包括解决管道和工艺设备的鸟粪石结垢的问题(污水处理设备常常会在长期运行中积累了大量鸟粪石形态的矿物质附着物,对管道和设备造成破坏),还能变成可销售的肥料,成为污水
编者按:从污水中回收磷的理论与实践始于上世纪末的欧洲,当时只是学术界和工业界的“自发兴趣”或“业余爱好”。当磷危机进一步逼近之时,普遍没有磷矿的欧洲意识到了问题的严重性,遂纷纷开始制定有关磷回收的政府条例。特别是当污泥焚烧逐渐演变为欧洲终极污泥处置大趋势后,各国均强调更高的磷回收
摘要:地球磷危机时代已经来临,唯有发掘“第二磷矿”才能有效遏制磷的匮乏速度。剩余污泥焚烧灰分是污水的磷汇,是实施磷回收的最佳位点。因灰分中重金属含量较高,实施磷回收需要将其分离并加以利用。否则,回收磷难以与矿物磷形成竞争。比较各种灰分磷回收方法发现,热化学法中的AshDec工艺可利用金
[文章亮点]剩余污泥焚烧灰分磷回收过程中伴随着(重)金属(Al3+和Fe3+等)去除。海水淡化副产品——卤水中富含阴离子Cl-与SO42-。灰分中阳离子(Al3+和Fe3+)与卤水中阴离子(Cl-和SO42-)耦合可以生产混凝剂。将灰分中Al3+与卤水耦合获得液体聚合氯化铝(PAC),具有良好混凝效果。不同废物利用创建
对目前国内外污水和污泥回收磷技术进行了总结。污水处理过程中,可以从污泥脱水清液、消化后浓缩污泥和污泥焚烧飞灰中进行磷回收,回收率最高可以达到90%以上。磷回收的产品主要有磷酸铵镁、磷酸钙、磷酸等,可以进一步加工成化肥或者用作磷化工原料。对上海市污水处理厂的研究表明,典型进水中磷含量
编者按:在最近一期有关“磷回收无需聚焦鸟粪石”观点下,其它形式磷回收产物研究亦有开展。在此方面,污泥厌氧消化过程中蓝铁矿引起国内外研究人员的兴趣。蓝铁矿(Fe3(PO4)2·8H2O),具有同鸟粪石P2O5含量不相上下的磷酸盐化合物,其化学稳定性很强、回收用途极为广泛、经济价值更高。基于此,本期将
编者按:磷危机导致磷回收研究与应用,这已是欧美国家在污水处理技术研发方面20多年的行动。起初,研究与应用多聚焦于鸟粪石(MgNH4PO46H2O),主要是因为污水中普遍含有镁、铵及其磷酸盐,且鸟粪石中P2O5含量高达51.8%(以MgNH4PO4计),比天然磷矿最高46%的P2O5含量还要高。大多数文献显示,鸟粪石通常在
磷是动植物生长必不可少的营养元素,也是不可再生的有限资源,而城市化后的现代卫生排水设施使其断了回归土地之路,导致其呈直线流动形式从陆地逐渐流向海洋。磷危机已经出现,没了磷便意味着人类食物从此会断档,这个时间很快,最多也就100年的功夫。前几期推送已向大家介绍了农村地区应坚守“粪尿返
编者按:近年,从视污水为一无是处的废物到把它当作全身是宝的话锋显得突变。尽管污水资源化实操还存在技术、经济问题,但一时间来势汹汹的学界态势确实说明污水处理技术未来发展方向将以资源化、能源化为主要目标。这种理念的转变显然是基于人类对自身发展模式的逐渐认识与否定,遂倡导可持续发展之模
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磷是生物体内一种必不可少的营养元素。人体内磷大约占体重的1/10,几乎参与到所有的生化反应;同时,磷也会通过促进脂肪与脂肪酸分解而调节人体酸碱平衡。
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