【图表分析】新型膜技术回收污水氮磷营养物质-北极星水处理网

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2050年全球人口预计将在现有基础上再增加23亿，这意味着全球农业化肥消耗将年均增加约4%。然而，目前化肥的生产主要是基于不可再生资源的消耗，如磷肥的生产将在2030年达到顶峰，随后磷矿资源将被逐步耗尽。有研究估算，人类生产生活过程中消耗的化肥，其中30%的氮和16%的磷最终会进入污水系统。

目前污水处理是一个相对高能耗的过程。美国污水处理占全美用电量的4%。污水处理中77%的能耗出现在活性污泥法的硝化过程，去除每公斤氮大约消耗45MJ的能量，而且这些氮也仅仅是被转化为氮气溢出。传统的脱氮工艺除了能耗高以外，还会加剧温室效应，处理每立方污水约会产生0.9Kg二氧化碳。因此，从污水中回收营养物质有着相当重大的环境和能源效益。

以鸟粪石（MgNH4PO4.6H2O)沉淀的形式从污水中回收营养盐已被广泛接受。以往的研究已经表明可以从污水系统、污泥消化液、以及尿液中以鸟粪石的形式回收氮和磷，但该工艺存在两大挑战：

1、磷浓度是限制因素

有研究表明，如果想要有效形成鸟粪石，磷的浓度需要在100mg/L以上。磷浓度低将减少磷的回收率（小于40%）和增长鸟粪石沉淀的形成时间。然而，一般来说，污水系统和污泥消化液中的磷浓度通常分别为6mg/L和56mg/L。

2、重金属和新型污染物

污水中的重金属和新型污染物也会影响鸟粪石的质量。研究发现，部分鸟粪石产品中砷含量高达570mg/kg，这将显著影响鸟粪石后续的土地利用。

利用一些选择性更佳的技术，可以提高回收产品的质量。如通过膜蒸馏可以将污水中的氨氮回收成为10%的氨溶液；利用电渗析技术可以将污水中的磷回收为磷酸。纳滤（NF）和反渗透（RO）技术可以回收污水中的氨氮、磷、钾等资源，但由于工艺是基于压力驱动，膜污染往往很难避免。基于以上各种技术的优缺点分析，在这里总结了正渗透（FO），膜蒸馏（MD），电渗析（ED）及其组合工艺在污水资源回收方面的研究进展。

正渗透（ForwardOsmosis）

基于渗透压驱动机制的正渗透膜比传统依靠压力驱动的膜更能有效抵抗膜污染。因此，正渗透技术能在高浓度的处理液中应用，如厌氧污泥消化液等。研究人员Xie等对正渗透回收营养盐做了概念设计及验证。当使用MgCl2作为汲取液（Drawsolution）时，在母液（FeedSolution）中添加Mg离子，促成鸟粪石沉淀形成。

原标题：新型膜技术回收污水氮磷营养物质

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