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杜安環(huán)保
【中國環(huán)保在線 污水處理】在污水處理和污泥處理過程中，提取磷并且進(jìn)行綜合利用有利于污水資源化，并且?guī)涌沙掷m(xù)發(fā)展模式。目前磷回收工藝多種多樣，如何更有效地利用污水或者污泥中的磷資源，加拿大Ostara公司的磷回收技術(shù)在多個國家和地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。
磷回收破局水體富營養(yǎng)化 推進(jìn)污水處理資源化發(fā)展
磷是地球上一種的有限自然資源，同時，普遍存在著陸地磷礦資源日益匱乏與水環(huán)境中磷含量過高而導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化這一矛盾。資源與環(huán)境的矛盾正推動著回收磷的理念快速傳播，并同時推進(jìn)了一系列研發(fā)技術(shù)的實際應(yīng)用。
除此之外，從污水或污泥中提取磷并且對其進(jìn)行合理農(nóng)業(yè)利用的綜合技術(shù)方向愈來愈受到重視。本文將從磷回收的技術(shù)角度切入，并以加拿大Ostara公司的磷回收技術(shù)為案例，解析磷回收技術(shù)如何與農(nóng)業(yè)種植完成產(chǎn)業(yè)融合，從而通過污水資源化帶動可持續(xù)發(fā)展模式。
磷回收的現(xiàn)狀
磷回收工藝多種多樣，包括化學(xué)沉淀法、強化生物除磷工藝與化學(xué)沉淀結(jié)合工藝、結(jié)晶法、吸附/解吸法等傳統(tǒng)方法，還包括源分離技術(shù)、MBR工藝、動物糞尿回收磷技術(shù)、生物質(zhì)磷回收技術(shù)、污泥及焚燒灰回收磷以及納米技術(shù)等新型技術(shù)。
以前磷回收多數(shù)是在污水或污泥脫水上清液內(nèi)進(jìn)行，但現(xiàn)在可以直接在消化污泥內(nèi)進(jìn)行磷回收。對消化污泥進(jìn)行磷回收之后，可以有效提高后續(xù)脫水污泥的含固量，從而大幅度降低污泥處置費用。
原則上說，在污水處理廠的各污水處理和污泥處理工段內(nèi)都可以進(jìn)行磷回收。包括：
在污泥脫水機(jī)房的回流工藝水(污泥脫水后的上清液)內(nèi)進(jìn)行磷回收
在污泥消化塔和污泥脫水機(jī)房之間的消化污泥內(nèi)進(jìn)行磷回收
從單污泥焚燒爐的污泥灰燼內(nèi)進(jìn)行磷回收
在上述提及的磷回收情況中，應(yīng)用為廣泛的是從市政污泥固體物質(zhì)或污泥灰燼內(nèi)定向抽提回收營養(yǎng)物質(zhì)。主要原因是在污水處理或污泥處理過程中所產(chǎn)生的固體物質(zhì)內(nèi)含有很高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)。但從固體物質(zhì)回收磷的處理工藝十分繁瑣昂貴，必須事先采用生物、化學(xué)和機(jī)械方法，將和污泥或灰燼結(jié)合在一起的磷轉(zhuǎn)化成溶解性的正價態(tài)磷元素之后才能進(jìn)行磷回收。
與此相反，雖然液相內(nèi)的磷含量濃度較低，但在液相內(nèi)進(jìn)行磷回收的處理工藝則明顯簡單容易。此時采用的磷回收工藝?yán)昧顺恋斫Y(jié)晶原理，可以快速簡單地整合安裝在污水處理廠內(nèi)。這些處理工藝在近些年來已經(jīng)變得十分成熟，目前已在許多大型污水處理廠內(nèi)獲得成功應(yīng)用。
磷回收的主要產(chǎn)品形式為磷酸鐵、磷酸鋁、鳥糞石(簡稱MAP)和羥磷灰石等磷酸鹽沉淀物。在各種磷酸鹽回收產(chǎn)物中鳥糞石倍受青睞，原因在于鳥糞石中P含量折算成P2O5標(biāo)準(zhǔn)量后可達(dá)51.8%，而目前世界上高品質(zhì)的磷礦石含量為46%(P2O5≥30%即被定義為富磷礦)。由此可見，以鳥糞石形式回收磷無異于發(fā)現(xiàn)了富磷礦。更重要的是，鳥糞石可以直接或間接被用作農(nóng)業(yè)、林業(yè)肥料。
Ostara的磷回收工藝
Ostara公司總部位于加拿大溫哥華，專注于幫助污水廠實現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)回收和資源的產(chǎn)品化。主推的磷回收工藝是Pearl反應(yīng)器。其營養(yǎng)物質(zhì)管理方案能夠使污水廠在處理污水的過程中有效回收磷、氮等營養(yǎng)物質(zhì)，并將其加工成為環(huán)保的生態(tài)化肥產(chǎn)品，使有可能破壞生態(tài)環(huán)境平衡的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入健康可持續(xù)的生態(tài)循環(huán)之中。這種方式不但能幫助污水廠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，提高出水水質(zhì)，同時也通過資源回收實現(xiàn)了減少能耗，降低運行和生產(chǎn)成本的目標(biāo)。Ostara公司的營養(yǎng)物質(zhì)回收系統(tǒng)目前在北美、歐洲等國家和地區(qū)的污水廠中使用。
Pearl工藝
Pearl工藝是Ostara公司專門針對鳥糞石的綜合性解決方案。該技術(shù)主要是基于在液化床反應(yīng)器中控制化學(xué)結(jié)晶程度，使鳥糞石轉(zhuǎn)化成高純度的結(jié)晶顆粒。
Pearl工藝主要用于直接對污泥水進(jìn)行磷回收。在一個流化床反應(yīng)器內(nèi)，通過投加氯化鎂和氫氧化鈉(反應(yīng)器內(nèi)pH值被調(diào)節(jié)設(shè)置在7.2和8.0之間)，可在反應(yīng)器內(nèi)沉淀形成MAP。被處理的污泥水從下向上穿流反應(yīng)罐。作為補充，一部分污泥水進(jìn)行內(nèi)部環(huán)流，產(chǎn)生流化效應(yīng)。也因為這一原因，這一處理工藝所需要的反應(yīng)器體積和相應(yīng)投資費用就變得很大。
MAP的長晶，或者說MAP圓形大顆粒的形成是在反應(yīng)器內(nèi)鳥糞石結(jié)晶種基礎(chǔ)上形成。在流化床內(nèi)，晶種始終不斷地與新沉淀的MAP相接觸，并逐漸變大。直到晶體直徑長大至6 mm時，因為顆粒本身重量原因下沉至反應(yīng)器底部，此時MAP以產(chǎn)品形式排出裝置。這些MAP產(chǎn)品后續(xù)還必須進(jìn)行干燥處理。
Pearl工藝可以使污水廠取得高達(dá)85%的磷去除率，還能去除污泥脫水消化液中40%的氨氮負(fù)荷。同時，污水廠還實現(xiàn)了營養(yǎng)物質(zhì)回收和資源產(chǎn)品化，其出產(chǎn)的化肥以CrystalGreen®品牌進(jìn)入市場。
CrystalGreen®磷肥
Crystal Green®磷肥完全由Pearl工藝產(chǎn)生，不含有機(jī)微量污染物質(zhì)和治病微生物，重金屬含量甚至低于傳統(tǒng)的磷肥標(biāo)準(zhǔn)。Crystal Green®磷肥的市場銷售目前是由Ostara公司自己進(jìn)行。
傳統(tǒng)的化肥只有在經(jīng)過灌溉或有水的情況下才會釋放營養(yǎng)成分，Crystal Green®磷肥卻可以直接根據(jù)植物根部的需求在整個生長季節(jié)穩(wěn)定持續(xù)地釋放磷、氮、鎂等營養(yǎng)物質(zhì)，同時防止因雨水沖刷等因素造成的營養(yǎng)物質(zhì)流失，提高了有效地促進(jìn)農(nóng)作物生長和成熟。
根據(jù)Pearl工藝對結(jié)晶過程的控制，Crystal Green®磷肥可以形成四種不同的顆粒尺寸，分別用于草皮種植、觀賞植物培育、園藝、和農(nóng)業(yè)應(yīng)用。Crystal Green®磷肥適應(yīng)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，允許直接替代傳統(tǒng)的磷酸鹽肥料。
