开拓视野│德国污水处理厂的磷回收

为了应付今后的缺磷状况，可以采用循环利用措施来解决。例如可以在市政污水处理过程中，再生回收各种磷化学物质。德国 2009 年的市政污泥量是 1.96  ×106t绝干污泥，假定污泥中平均磷含量是 2.4%，则理论上可回收的磷含量是47000 t P/a, 大约相当于每年矿化性磷肥消耗量的  45%。另外，欧盟委托的一项研究也显示，欧盟 27个国家在2010 年的市政污泥产量是11.56×106t。同样假定污泥磷含量是  2.4%，则欧盟磷肥替代潜在能力约占28%。

虽然污泥农用问题很多，但目前仍然有很多欧洲国家将直接农用作为污泥处置方法。而在德国, 污泥处置明显趋向于热法处置, 今后还将不断发展 (图 2  )。从欧洲层面来看，总的污泥处置也是按这一方向发展：在 2006 年污泥焚烧比例只有 20.2%, 而在2010年上升至 27%，预测在 2020  年将提高上升至 32%。但与此同时，2020 年的欧洲污泥农用比例也将会稍微上升至 44%, 这是因为至 2010年  仍然还有14%的市政污泥必须被填埋，但这一填埋比例至 2020 年之前必须减少一半。

图 2 德国各种市政污泥处置途径的发展情况

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：

降低重金属含量

去除有机有害物质

改善植物吸收利用性能

在图 3 内显示了以下各种物质流的特点，并在表格1内总结了磷回收效率(相对于进水磷质流量来说)：

延伸阅读：

【小白必备】水处理中详解----总磷