摘要 :地球磷危机时代已经来临,唯有发掘“第二磷矿”才能有效遏制磷的匮乏速度。剩余污泥焚烧灰分是污水的磷汇,是实施磷回收的最佳位点。因灰分中重金属含量较高,实施磷回收需要将其分离并加以利用。否则,回收磷难以与矿物磷形成竞争。比较各种灰分磷回收方法发现,热化学法中的Ash Dec工艺可利用金属氯化物实现重金属挥发分离,且可在尾气净化系统中实现重金属回收,从而同步获得具有高生物利用度的富磷相。为此,首先介绍Ash Dec工艺原理;继而讨论重金属挥发限制性因素、列举欧洲Ash Dec工艺案例以及目前法规与政策、阐述焚烧灰分作为磷肥生产原料的潜力;最后,探讨Ash Dec从尾气净化系统中回收重金属的可行性与研究现状。
郝晓地,博士,教授,从事市政与环境工程专业教学与科研工作,主要研究方向为污水生物脱氮除磷技术、污水处理数学模拟技术、可持续环境生物技术。现为国际水协期刊《Water Research》区域主编(Editor)。
Ash Dec工艺原理
图 1 6种重金属氯化物的气体馏分
重金属挥发限制因素
图 2 影响挥发性重金属化合物挥发的可能限制步骤
Ash Dec工艺应用案例
图 3 Ash Dec工艺与物料流程
表 1 Ash Dec工艺磷回收小/中试汇总
热处理污泥灰作为磷肥潜力
表 2 SSA-Ca和SSA-Mg中重金属含量及所含磷在水中和2%柠檬酸中的溶解度
通常在 800℃下,对含磷量足够的污泥灰分进行适当处理就可以获得一个商用肥料的有效磷水平 。一般以商业三过磷酸钙( TSP)肥力标准来评估热处理后的污泥焚烧灰分是否能真正取代现有矿物肥料。与三过磷酸钙(含量> 90%)相比,热处理污泥焚烧灰分水溶解度非常低(0.1%~6.4%)。Ash Dec工艺热处理污泥灰分的中性柠檬酸溶解度在23%~85%之间 。此外,研究表明,在酸性沙土上经过 Ash Dec处理的污泥灰磷肥率为20%~30% 。盆栽试验证明,在相似施用水平下,经过 Ash Dec处理的污泥灰分在磷素植物有效性和促进植物生长方面的表现与TSP相似 。
为了确保污水污泥灰分中磷的可用性,进一步研究 Ash Dec 工艺焚烧灰对碱性土壤的有效性,另一种新型的污泥灰热化学处理工艺得到发展。即在还原条件下,用碱性添加剂(硫酸钠、碳酸盐和氢氧化钠等)代替碱土金属氯化物对污泥灰进行热化学处理,使含磷矿物相转化为植物可用磷酸盐。同时, As以及Cd、Hg、Pb和Zn等金属通过废气处理系统被去除。生成的产品生物利用度高,有毒微量元素质量分数低于《德国肥料条例》的限值,亦可满足磷肥施用的要求。
尾气净化系统回收重金属
结论
郝晓地 1 ,郭小媛 1 ,时琛 1 ,吴远远 2
( 1.北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室 中-荷未来污水处理技术研发中心,北京 100044;2.北京首创生态环保集团股份有限公司,北京 100044)
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