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前几年在德国因为费用和处理容量原因,市政污泥的热法处置主要是通过水泥厂,尤其是在煤电厂的混烧而得到处理量的扩展,但现在情况有了很大变化。因为近些年来再生能源不断发展,煤电厂规模逐步缩小, 市政污泥的混烧比例也相应下降。而在新建的煤电厂内一般配置现代化的锅炉材料,因为设备质保原因,业主单位在质保期内不希望进行垃圾混烧处理。
在近些年来,建造了一些新的单污泥焚烧装置,这种单污泥焚烧装置正在朝各种分散型装置发展。这一技术发展趋势对于磷回收来说是十分有利的:一般来说,混烧产生的灰烬只能作为建筑材料被回收利用;而市政污泥内含有较高浓度的磷, 单污泥焚烧之后的灰烬内磷含量几乎和磷矿含量差不多,因此这些灰烬可以作为各种磷回收工艺的原始材料。
2.2植物吸收利用性能
市政污泥的农用处置主要是建立在市政污泥的肥效基础之上。市政污泥主要含磷,其次是含有钙和氮以及有机物质。但在污水处理过程中,市政污泥汇集了各种有害物质,例如重金属、药物残留物质、有害的有机化学物质等。除了必须权衡市政污泥的肥料益处和污染危害之间的关系之外,还必须考虑市政污泥内磷化合物的植物可利用性能。
在评估磷回收工艺技术是否适合时,除了考察磷回收效率的本身性能之外,还必须检查所抽提获得的磷化合物是否能被植物吸收利用。因为植物在将不同类型的磷化合作为营养物质吸收利用时, 效果差异很大。
在土壤内,磷可以不同磷结构形式存在:有机磷酸盐(例如植酸盐)、无机磷酸盐(例如磷灰石形式)和吸附性磷酸盐 (多数情况下吸附在Fe-/Al-和 Mn-氧化物和氢氧化物的羟基表面之上)。为了使得植物能够吸收磷元素, 必须事先转变成正态磷(PO43-)。对于不同磷化合物来说,其转变成正态磷的释放转变速率差异很大。此外,磷供给状态还和土壤pH-值以及植物本身性能有关。特别是对于市政污泥来说,植物可利用性能还和以下因素有关:
污泥的性质 (在沙土或者泥土内对过磷酸钙和过磷酸盐的研究显示,潮湿污泥中磷被植物吸收利用的效率明显高于干化污泥)
土壤中的pH-值或者市政污泥中的石灰含量 (含石灰的污泥在酸性土壤内具有较好的磷吸收性能, 但如果pH-值上升太高反而使得磷和微量营养物质的吸收能力下降)
除磷方式 (采用各种沉淀剂的化学除磷方式, 生物除磷方式)
不同的磷化合物形式 (在土壤内各种磷酸钙化合物的溶解性差异很大,从一代磷酸钙Ca(H2PO4)2、二代磷酸钙CaHPO4、磷酸钙Ca3(PO4)2至磷灰石(apatit) 溶解性明显下降)
市政污泥中的Fe/P-比例 (Fe/P-比例大于 2:1 时,磷吸收性能会明显变差,可供植物利用的磷酸盐浓度变得很低) 。因为在许多市政污水厂都投加铁盐除磷,当投加量超过一定数值之后磷盐将无法被植物吸收利用,这些市政污泥实际无法作为肥料被利用。
因为影响因素很多,在对生物除磷和/或化学除磷过程中,对所产生的不同磷化合物进行植物利用性能评估实际是很困难的。不同抽提试验和育苗试验之间的结果经常不能显示正相关。在评估市政污泥的肥效时,必须同时考虑现场的许多影响因素(例如土壤和植物类型,土壤的供磷水平)。尽管如此,一般的观点认为,化学除磷所占比例不应该超过20%,否则所产生的市政污泥含有太多Fe/Al物质,不适合作为农用肥料。
3 污水处理过程中进行磷回收
3.1可能进行磷回收的地点
以前市政污水处理领域内的磷回收主要是指污泥直接农用。因为可能含有有害物质和因为化学除磷,污泥中的磷化合物很难被植物吸收利用。近10年来在德国开发了许多磷回收工艺,来进一步解决以下问题:
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