工艺技术 德国磷回收潜力方法及回收情况

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磷回收潜力及方法

鉴于上述情况，德国多年来一直致力于开发合适的磷回收技术。早在2004～2011年，作为德国联邦政府资源保护倡议的一部分，联邦教育与研究部和当时的联邦环境、自然保护与核安全部开展了磷回收技术的工艺开发以及大规模实施。此时，考虑的物质流是市政污水污泥、市政污水、剩余粪肥等。

德国不同物料流的理论磷回收潜力



2013年联邦政府决定停止将污水污泥用作肥料，而要求从中回收磷和其他养分，强调了污水、污水污泥和污水污泥焚烧灰作为磷回收技术的发展重点。在各种研究项目中，开发了湿式化学法、热化学等工艺以从污水污泥、污泥液和污水污泥灰中回收磷。

磷回收大多采用湿式化学法，如采用沉淀工艺回收磷酸铵镁（MAP，俗称鸟粪石）。湿式化学法通常可回收污水处理厂进水中5%～30%的磷，因在大多数情况下仅回收污泥液中的部分磷。该方法实施起来往往相对简单，成本也较低，且作为氮磷化肥具有良好的植物吸收性。

与湿式化学沉淀工艺相比，热处理工艺在技术上相对较为复杂，成本相对较高。但该方法都能使污水处理厂进水中磷的回收率高达90%以上，而且在污水污泥焚烧过程中焚毁了污水污泥中的有机污染物。

磷回收物料的植物吸收性因采用工艺不同而有很大差异。污水污泥的单独焚烧相对占优，因为该磷回收技术取得磷的浓度相对较高，且重金属等污染物浓度可控。如德国对近180万t/年的污水污泥的焚烧完全基以单独焚烧，并对后续磷进行回收，那么理论上每年可从焚烧灰中回收5万t左右的磷。这相当于当前农业矿物磷消耗量的40%。由于污水污泥焚烧灰是合法认可的肥料，只要符合《肥料条例》限值要求，便可直接用作肥料。

除单独焚烧以外，污水污泥的气化、热解或碳化也经过了多年的发展，并进行了大规模的试验以回收污水污泥中的磷。但到目前为止，尚不能确定磷的回收程度。

下表给出了全球磷回收工艺的概况，其中诸多在德国开发。但迄今为止，大多数工艺尚仅在实验室或中试装置中进行，工业规模实施的还较少。

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德国经济型磷回收情况

磷回收技术可使各种“废物流”中的磷实现回收并予以利用。德国在该领域的研究和发展处于领先地位。而加拿大、日本和美国等国则在大规模工程实施方面处于领先地位，如Ostara珍珠工艺等多种工艺已经大规模实施并已成功运行了若干年。

在德国也有大量不同的磷回收技术以从污水污泥、污泥液和污水污泥灰中回收磷，但大多数工艺尚处于试验阶段。表4描述了德国磷回收技术的部分统计情况。

德国磷回收部分统计情况（统计至2018年）





采用磷回收技术回收的磷肥中的镉、铀含量比磷矿中少得多。

研究表明，使用铁盐作为沉淀剂所引起的高铁含量对植物生长具有负面影响。使用生物除磷工艺的污水处理厂的磷回收物证明具有提供良好的植物吸收性。通常，沉淀过程中的磷回收物比污水污泥灰中的磷回收物有更好的植物吸收性，但污水污泥灰中的磷回收物不含残存有机物。磷回收物的肥效取决于土壤类型、植物种类、污水处理中磷沉淀类型等因素。

目前，大多数含磷再生物的回收成本比磷肥的市场价格高出许多倍，尚只有湿式化学沉淀法才能相对经济运行。

下表简要比较了湿式化学法和热回收法磷回收工艺的优缺点。




目前污水污泥利用途径的优缺点

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；



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。