废水污泥回收磷现曙光

 图注:丹麦的磷回收厂每天通过利用从污水中滤出的堵塞管道的含磷“鸟粪石”,生产出 50 公斤(110 磅)的干粒肥料。 “这是个新事业,我们终于能用废水处理的产物赚钱了。 同时减少了运营成本,降低了能耗,污泥量也少了。 好得让人不敢相信,”处理厂的 Claus Homann 说道。
磷的挑战

全球食品供应的前景不明朗,污泥成了保障农业生产的意外之选。

丹麦的创新回收工序意味着现在可以从废水中分离出重要的农用矿物磷。 这样就能生产不可或缺的高纯度肥料,用来培育作物,供应人类的粮食。

磷对人的生存至关重要。 这也是一种有限资源,目前尚未发现替代品。 人体中含有 800 克(1.8 磅)左右的磷,是仅次于钙的生命组分。 每个细胞中都有磷的存在,它在人的新陈代谢、神经系统和骨骼中也扮演着重要角色。 其重要性同样体现在植物体中,把其它养分转换成生长所需的构筑单元。

世界上 90% 的矿物磷最终都变成了必不可少的肥料。 到 2050 年,全球人口会迈向 90 亿大关,必须保证磷肥供应才能产出足够的粮食。

地球上磷的确切藏量尚不明确。 这是近年来专家们热议的话题。 有人说,磷资源会在 50 到 100 年内耗尽,2030 年将达到产量峰值,然后会不断下降;也有人说,磷藏量足以使用数百年。 美国地质调查所(United States Geological Survey)在2012 年时曾预测,磷酸盐矿石(即磷的无机形式)的总藏量为 670 亿吨,该年度的全球开采能力是 2.1亿吨。

正如欧佩克掌控着世界上 75% 的原油资源,约 90% 的磷矿都集中在少数几个国家,分别是: 阿尔及利亚、中国、约旦、摩洛哥、南非、叙利亚和美国。 包括西撒哈拉地区在内的摩洛哥,磷占有量比其余各国的总和还多。 部分国家和地区,例如西欧和印度,完全依赖进口。

废水中的磷

农业对磷如饥似渴,污水处理厂却要想方设法把它除净。 以避免淡水系统富营养化。 水体中营养物质过多,会导致水生植物疯长,尤其是水藻。 由此而产生的细菌将消耗水中绝大部分氧气,令鱼类和其它水生物窒息而死。

除磷工序本身也有问题。 磷酸盐,也就是含磷的无机盐,和镁、铵共同形成鸟粪石,这种产物会堵塞管道、泵和其它设备。 导致生产中断,增加检修成本。

2011 年,丹麦奥尔胡斯市(Aarhus)政府经营的奥尔胡斯水厂(Aarhus Water)联合领先泵制造商格兰富和 Norconsult 技术咨询公司,开始着手攻克这一难题。 三方开发的方案新颖特别且卓有成效,那就是:通过独立反应装置从废水中回收磷和氮。 之所要用到反应装置,是因为污水中的磷氮含量较低。 为了增加产量,

人们通过将污水引入反应装置,,然后再加入镁盐。 通过析出工序,可提取较纯的磷,去除重金属和有害环境的物质。 最终产物为含磷、氮、镁的颗粒物,做肥料正合适。

图注:奥尔胡斯水厂首席运营官 Claus Homann 介绍了反应装置如何每天产出 50 公斤优等肥料

2013 年 11 月,丹麦奥比(Aaby)的奥尔胡斯水厂成为了迄今为止首家采用这项技术的磷回收厂。每天的磷肥产量达 50 公斤。

“这是项新事业,我们终于能用废水处理的产物赚钱了,”奥尔胡斯水厂首席运营官 Claus Homann 说。 “同时减少了运营成本,降低了能耗,污泥量也少了。 好得让人不敢相信。”

有商业价值的回收工作

照格兰富业务开发经理 Per Krøyer Kristensen 所说,二十世纪八十年代就出现了磷回收技术,但当时没有申请专利。 “现在,这项技术已具备商业可行性,值得人们为此修建回收厂了,”他说。 “磷的价格上涨,全世界都在关注节能和养分的再利用。”

为了实施奥尔胡斯项目, 格兰富提供了 7 台 SEV 废水处理泵, 6 台 DME 375 数字计量泵 以及 1 台 KD 型混合器进行氯化镁的处理。

丹麦要进口 11,000吨磷肥用于农业生产。 但 Kristensen 称,回收厂可以扭转现状。 “如果丹麦在 50 座大型废水处理厂再建类似的回收设施,每年就能产出 3,000吨纯磷,解决本国 25% 的磷肥需求。”他说。

从污泥中分离磷还有一个好处。 农民常常把污泥运回田里施用。 但这种污泥没有净化处理,可能损害特定作物,而且只能用作牲畜料草的肥料。
另外,污泥中的磷会与铁、铝形成化合物,使得分离相当困难。

新的回收系统给奥尔胡斯水厂创造了良好商机。 低运营成本加上肥料销售的收入,不到七年便可收回投资。 Kristensen 表示,这对联合设计项目的格兰富和 Norconsult 而言也是绝佳的机会。

“在建的第二座回收设施位于海宁水厂(Herning Water),丹麦的海宁市政府经营;我们还在欧洲其它地区谋求新的合作关系,”他说。

点击此处详细了解格兰富废水处理装置。

图注:2013 年 11 月,丹麦环保部前部长 Ida Auken 为奥尔胡斯的磷回收厂揭幕

奥尔胡斯水厂简介

奥尔胡斯水厂主要进行雨水处理、饮水净化与输送、废水输送与处理、私有储罐清理,以及水循环系统的平衡与健康维护。 年废水处理量达 3000 万立方(7.9亿美加仑)。





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