欢迎来到四川省环境科学学会!欢迎加入我们!

首页 > 科普宣传 > 环保科技风向标

瑞典公司的污水磷回收新途径

[发布时间:2018-01-19 14:42:00] [来源:IWA国际水协会] [关闭]

磷酸岩是主要的磷来源,80%的磷矿石都用于生产磷肥,剩下的20%用作生产洗涤剂、动物饲料等其他用途。主要的磷生产国为中国、美国、摩洛哥和俄罗斯。而在欧洲,自2008年从Kemira Oyi手中得到芬兰的Siilinjarv矿场之后,雅拉(Yara)成为欧洲唯一的磷酸盐生产者。

磷酸盐岩是一种不可再生的有限资源,大部分磷最后落到动物粪便和城市垃圾中,主要是市政污水和屠宰场废料中。污泥农用在欧洲很多地区都禁用了,取而代之的是污泥焚烧(见下图)。

德国联邦统计局DESTATIS的污泥处置方式的趋势变化

 

欧美不少公司都在探索如何从污水中回收磷并变成商业产品,IWA微信公众号此前也有过不少磷回收技术公司的介绍。本期微信将再向大家介绍几家磷回收公司 

从污泥焚烧灰渣中回收磷

来自瑞典的磷回收公司EasyMining专门从各种原材料中提取磷资源,例如污水厂的污泥焚烧的灰渣、矿渣和磷灰石,开辟了磷资源循环回用的新途径。

污泥焚烧灰渣的磷含量约为7-10%,另外还有5-10%的铁和铝。EasyMining通过湿式化学工艺,在室温环境下,将灰渣溶解在酸液中,然后经过酸洗、碱分离和最终产品转化三步工序,来回收生产磷纯度很高的商品(61%P2O5 和12%N):磷酸一铵(MAP)和磷酸二铵(DAP)多用作肥料,而磷酸一氢钙和磷酸二氢钙则用作动物饲料添加剂等。这一从污泥焚烧后的灰渣中回收磷产品的技术被命名为Ash2®Phos。

这套工艺同时还能通过沉淀物的方式回收铝和铁,然后回流到污水厂作为沉降磷的铝盐(Al2(SO4)3)或铁盐(FeCl3或Fe2(SO4)3)。不需要的重金属则会分离出来分开处置(镉< 1mg Cd/Kg P)。除此以外,还能从中提取干净的石膏、氯化钙。

据该公司宣称其工艺的磷回收率超过90%,因为大部分工序都在室温进行,所以能耗相应较低。另外他们根据工序特点,在商业上开发了city-concept和industrial concept两种方案供用户选择。前者适合灰渣量较少的情况,反应停止在第二步生成的中间产物,后者是则是面向灰渣量大的用户的完全工序选择。

EasyMining已成立10年,位于瑞典首都斯德哥尔摩以北60km的Uppsala,是瑞典垃圾回收公司RagnSells的子公司。EasyMining还与总部位于丹麦的工程公司COWI合作,计划在在瑞典西南沿海的赫尔辛堡(Helsingborg)建造一个示范项目,并以此为起点,计划未来十年在欧洲建造更多的磷回收工厂。

 

EasyMining的Ash2Phos工艺流程图

 从灰渣中回收盐

除了磷,Easy Mining还能从对污泥焚烧后的飞灰(flyash)进行处理,并从中回收各种氯盐。飞灰中含有大量的水溶性氯化物和重金属,因此尽管污泥焚烧大大减少废物的体积和重量,焚烧厂依然需要为这些有害副产物进行后续处理,而这些后续处理往往非常棘手且价格不菲。在瑞典,这些飞灰需要运至特定的填埋场,或者运到邻国挪威作处理。EasyMining的Ash2Salt工艺能从飞灰残渣中回收商业级的氯化钾、氯化钠、氯化钙和液态铵溶液等,使得飞灰得到更安全的处置。目前Easy Mining的母公司RagnSells已经计划在瑞典城市Högbytorp(他们一个焚烧厂的所在地)兴建一个大规模的Ash2Salt处理工厂。

其他焚烧灰磷回收技术公司

EasyMining显然不是唯一一家从污泥焚烧灰中回收磷资源的公司,欧盟的P-REX与德国联邦材料研究和检测机构(BAM)对各种焚烧灰磷回收技术做过如下统计:

这份发表于2015年的报告显示,焚烧灰的磷回收技术主要是酸浸法和热化学处理法。但是,其中有工艺原理公开资料的都是P-REX旗下的项目,例如属于算浸法的Leachphos和EcoPhos,和属于热化学处理的MEPHREC和AshDec。

其中Mephrec工艺由德国公司Ingitec研发,专门针对污水污泥或焚烧灰渣的磷回收。脱水后的污泥(干物质含量DM>25%)进一步干化至80%的DM后制成泥饼。这些污泥或者灰渣泥饼在竖炉里进行1450℃的热处理(气化)。 重金属还原成零价态,像铬、汞、铅锌一类的挥发性金属以气态形式分离,其他非挥发性金属则以液态金属形式从熔渣分离。污泥中的磷最终转变成磷酸硅(跟托马斯磷肥类似)。另外这个工艺能通过ORC有机朗肯循环或者CHP热电联产的方式回收电能和余热。

市场前景

上述这些技术更多的是处于中试阶段或者小型的示范项目,德国Mephrec在纽伦堡污水厂的项目算是为数不多的最接近工程化应用的案例。在某程度而言,得益于欧洲多个国家在政策上的转变,相继颁布的关于强制污水厂磷回收的法规可能会加快这些技术的工程应用。例如瑞典,其实早在 2002 年,瑞典环保局就制定了2015 年污水厂60%磷回用率的目标。2013年瑞典环保局公布了新的目标建议,计划在 2018 年前,回收废弃物中至少 40% 的磷,并将其回归于耕地,其同时还提出了针对污泥的较为严格指标,主要是限制重金属和有毒物质的含量。因此也不难理解为何EasyMining会在瑞典成立。2016年开始,瑞士也开始要求污泥和屠宰场实施磷回收回用,并给予10年的过渡期。

在德国,经过十多年的修订,德国联邦内阁终于在2017年1月18日通过了《污水污泥条例修正案》(Klärschlammverordnung - AbfKlärV)。该内阁草案也在2016年9月由联邦环境部(BMUB)提交到欧盟委员会。新版规范明确规定, 在规定的过渡期(12年或15年)之后,所有规模超过5万人口当量的污水厂都必须从污泥或者污泥焚烧灰渣中进行磷回收,同时禁止污泥土地利用。这些政策都将对磷回收技术在德国的商业化带来重大影响。