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磷回收综合利用可推进污水处理资源化发展

2017-5-15 10:43| 发布者: candy| 查看: 1617| 评论: 0|来自: 中宜环科环保产业研究

在污水处理和污泥处理过程中,提取磷并且进行综合利用有利于污水资源化,并且带动可持续发展模式。目前磷回收工艺多种多样,如何更有效地利用污水或者污泥中的磷资源,加拿大Ostara公司的磷回收技术在多个国家和地区得到了广泛应用。


磷是地球上一种不可再生的有限自然资源,同时,全球普遍存在着陆地磷矿资源日益匮乏与水环境中磷含量过高而导致水体富营养化这一矛盾。资源与环境的矛盾正推动着回收磷的理念快速传播,并同时推进了一系列研发技术的实际应用。

除此之外,从污水或污泥中提取磷并且对其进行合理农业利用的综合技术方向愈来愈受到重视。本文将从磷回收的技术角度切入,并以加拿大Ostara公司的磷回收技术为案例,解析磷回收技术如何与农业种植完成产业融合,从而通过污水资源化带动可持续发展模式。

磷回收的现状

磷回收工艺多种多样,包括化学沉淀法、强化生物除磷工艺与化学沉淀结合工艺、结晶法、吸附/解吸法等传统方法,还包括源分离技术、MBR工艺、动物粪尿回收磷技术、生物质磷回收技术、污泥及焚烧灰回收磷以及纳米技术等新型技术。

 以前磷回收多数是在污水或污泥脱水上清液内进行,但现在可以直接在消化污泥内进行磷回收。对消化污泥进行磷回收之后,可以有效提高后续脱水污泥的含固量,从而大幅度降低污泥处置费用。

原则上说,在污水处理厂的各污水处理和污泥处理工段内都可以进行磷回收。包括:

在污泥脱水机房的回流工艺水(污泥脱水后的上清液)内进行磷回收

在污泥消化塔和污泥脱水机房之间的消化污泥内进行磷回收

从单污泥焚烧炉的污泥灰烬内进行磷回收

在上述提及的磷回收情况中,应用最为广泛的是从市政污泥固体物质或污泥灰烬内定向抽提回收营养物质。主要原因是在污水处理或污泥处理过程中所产生的固体物质内含有很高浓度的营养物质。但从固体物质回收磷的处理工艺十分繁琐昂贵,必须事先采用生物、化学和机械方法,将和污泥或灰烬结合在一起的磷转化成溶解性的正价态磷元素之后才能进行磷回收。

与此相反,虽然液相内的磷含量浓度较低,但在液相内进行磷回收的处理工艺则明显简单容易。此时采用的磷回收工艺利用了沉淀结晶原理,可以快速简单地整合安装在污水处理厂内。这些处理工艺在近些年来已经变得十分成熟,目前已在全球许多大型污水处理厂内获得成功应用。

磷回收的主要产品形式为磷酸铁、磷酸铝、鸟粪石(简称MAP)和羟磷灰石等磷酸盐沉淀物。在各种磷酸盐回收产物中鸟粪石倍受青睐,原因在于鸟粪石中P含量折算成P2O5标准量后可达51.8%,而目前世界上最高品质的磷矿石含量为46%(P2O5≥30%即被定义为富磷矿)。由此可见,以鸟粪石形式回收磷无异于发现了富磷矿。更重要的是,鸟粪石可以直接或间接被用作农业、林业优质肥料。

Ostara的磷回收工艺

Ostara公司总部位于加拿大温哥华,专注于帮助污水厂实现营养物质回收和资源的产品化。主推的磷回收工艺是Pearl反应器。其营养物质管理方案能够使污水厂在处理污水的过程中有效回收磷、氮等营养物质,并将其加工成为高效环保的生态化肥产品,使有可能破坏生态环境平衡的氮磷等营养物质进入健康可持续的生态循环之中。这种方式不但能帮助污水厂达到排放标准,提高出水水质,同时也通过资源回收实现了减少能耗,降低运行和生产成本的目标。Ostara公司的营养物质回收系统目前在北美、欧洲等国家和地区的污水厂中使用。

Pearl工艺

Pearl工艺是Ostara公司专门针对鸟粪石的综合性专利解决方案。该技术主要是基于在液化床反应器中控制化学结晶程度,使鸟粪石转化成高纯度的结晶颗粒。

Pearl工艺主要用于直接对污泥水进行磷回收。在一个流化床反应器内,通过投加氯化镁和氢氧化钠(反应器内pH值被调节设置在7.2和8.0之间),可在反应器内沉淀形成MAP。被处理的污泥水从下向上穿流反应罐。作为补充,一部分污泥水进行内部环流,产生流化效应。也因为这一原因,这一处理工艺所需要的反应器体积和相应投资费用就变得很大。

MAP的长晶,或者说MAP圆形大颗粒的形成是在反应器内鸟粪石结晶种基础上形成。在流化床内,晶种始终不断地与新沉淀的MAP相接触,并逐渐变大。直到晶体直径长大至6mm时,因为颗粒本身重量原因下沉至反应器底部,此时MAP以产品形式排出装置。这些MAP产品后续还必须进行干燥处理。

Pearl工艺可以使污水厂取得高达85%的磷去除率,还能去除污泥脱水消化液中40%的氨氮负荷。同时,污水厂还实现了营养物质回收和资源产品化,其出产的化肥以CrystalGreen®品牌进入市场。

CrystalGreen®磷肥

CrystalGreen®磷肥完全由Pearl工艺产生,不含有机微量污染物质和治病微生物,重金属含量甚至低于传统的磷肥标准。CrystalGreen®磷肥的市场销售目前是由Ostara公司自己进行。

传统的化肥只有在经过灌溉或有水的情况下才会释放营养成分,CrystalGreen®磷肥却可以直接根据植物根部的需求在整个生长季节稳定持续地释放磷、氮、镁等营养物质,同时防止因雨水冲刷等因素造成的营养物质流失,提高了有效地促进农作物生长和成熟。

根据Pearl工艺对结晶过程的控制,CrystalGreen®磷肥可以形成四种不同的颗粒尺寸,分别用于草皮种植、观赏植物培育、园艺、和农业应用。CrystalGreen®磷肥适应现有的农业基础设施,允许直接替代传统的磷酸盐肥料。

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