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宋永會：城市生活污水中沉睡著戰略資源“磷”
時間：2013-05-31 09:36:37 作者：張曉麗 來源：遼寧日報
大自然中的不可再生資源在經濟快速發展的今天，都面臨著資源枯竭的隱憂。磷資源也是如此，不過科學的進步也使得磷資源的回收利用成為可能�；厥樟祝粌H僅能夠重拾寶貴資源，也為污水處理減輕一定的經濟負擔，更使環境遠離磷污染。不過，如此一舉多得的技術為什么沒能得到廣泛應用？我們請水環境研究所所長宋永會為我們解讀。
宋永會 博士生導師，中國環境科學研究院研究員，水環境研究所所長，城市水環境科技創新基地首席專家，長期從事水污染防治技術研究。
近日有報道稱，國內一家研究機構首創含磷工業廢水生產緩釋微肥的工藝，能夠從污水中回收磷，并將其制成可供植物生長需要的微量元素高效緩釋肥料。
記者：您是否了解從廢水中生產緩釋微肥的這些工藝？
宋永會：從污水中回收磷的實質是將水中溶解態的磷固定下來，使其與污水分離，變成類似磷礦石的產物，用于磷酸鹽工業生產或用作農肥。目前從污水中回收磷的工藝主要為磷酸鈣沉淀法和磷酸銨鎂結晶法。前者使磷酸根與鈣離子結合生成磷酸鈣沉淀，從水相析出；后者使磷酸根與鎂離子和銨根離子共同結合，形成磷酸銨鎂晶體（俗稱鳥糞石），與水相分離，這一工藝同時能回收污水中的部分銨。
一般認為，從污水中回收的磷酸鈣可以被用作磷礦石的替代產品，而回收的磷酸銨鎂可被用作緩釋磷肥。
記者：磷作為一種自然資源，并不像煤、鐵、石油等資源在工業生產中有著舉足輕重的作用，也沒有得到同等的重視。我們想了解，磷礦資源在地球上的儲備如何？
宋永會：磷元素是所有生物生命活動所必需的，因此磷是一種寶貴的資源。磷資源在自然界中主要以天然磷酸鹽礦石的形式存在。
目前全球磷礦總儲量約500億噸，工業儲量約為180億噸，主要分布在非洲、北美、亞洲、中東、南美等60多個國家和地區。全球共有30多個國家生產磷礦石，生產能力約為1.72億噸，年產量約1.38億噸；但只有為數不多的國家擁有品位高、經濟價值較大的磷礦資源，主要集中分布在摩洛哥、美國、中國、俄羅斯等國，以上四國的產量約占全球總產量的67%。
記者：我們日常接觸的洗滌劑中含有磷，磷資源的主要用途都有哪些？
宋永會：世界范圍內所生產的磷礦約80%用于生產各種磷肥，5%用于生產飼料添加劑，12%用于生產洗滌劑，其余用于制造黃磷、磷酸及其他磷酸鹽類產品，在化工、輕工、國防等工業部門廣泛應用。
記者：原來大部分磷資源用于生產磷肥了，農業生產所需的磷肥總量較大，如今科學家們已經開始研究從污水中回收磷資源，是否意味著磷資源出現了短缺現象？
宋永會：以目前的消耗速率，全世界磷礦資源儲量據估計只能夠維持利用100年左右，而2033年以后就會呈現供不應求的局面。
記者：磷雖然是一種寶貴的資源，但會造成水資源污染。近日，中央電視臺有報道稱黃浦江爆發綠萍，就是水體中富含磷、氮等元素造成的。含磷污水是磷污染的主要來源嗎？
宋永會：大量未經妥善處理的含磷污水的排放，已造成世界許多國家地表水的嚴重富營養化，其中包括北美、歐洲、亞洲50%以上的湖泊。被列為國家水環境保護重點的“三湖”（太湖、滇池、巢湖）由于富營養化經常爆發藻華，成為湖泊保護急需解決的問題。
未經妥善處理的工業廢水、生活污水，畜禽養殖廢水，農田暴雨徑流等均是水體磷污染的來源，以上各種污染源所占比例因流域而異。
記者：以往提到磷，我們首先想到它混合在洗化用品中，最終隨著生活污水排走了，卻從來沒想過這些含磷污水都是怎么處理的。
宋永會：目前，全球生產的磷礦約12%用于生產洗滌劑，而洗滌劑在制造過程一般加入一定量的三聚磷酸鈉作為助洗劑。有研究表明，排入水體中的磷有約64%來自生活污水，而洗滌劑排磷量占整個生活污水磷排放量的19%左右。
生活污水是磷污染的一個主要來源，將污水中的磷除去，是根治水體富營養化的長遠措施。為有效遏制水體富營養化，我國對磷排放的限制標準日益嚴格。為了達到排放標準，越來越多的城市污水處理廠引入了強化生物除磷工藝。其原理主要是利用聚磷菌一類的微生物，在好氧條件下從污水中攝取磷，并將其以聚合態貯藏在菌體內，形成高磷污泥沉淀，通過泥水分離，使污水得到凈化，實現出水磷的達標排放。
記者：使用微生物除磷的方法聽起來很環保，這些含磷污水的處理方法有沒有實現對磷的回收利用？
宋永會：微生物除磷的本質是將磷從污水轉移到了污泥中，從而達到對水質的凈化目的。而處理后的污泥或直接土地利用（如作土壤調理劑）或被填埋，從資源利用的角度來說這是一種浪費。
一般而言，污水處理廠進水中總磷的濃度為4.0-10.0毫克/升。以一個處理能力10萬噸/天的污水處理廠為例，若進水總磷濃度為6.0毫克/升，出水總磷濃度達到國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準 》（GB18918-2002）中的一級A標準，即總磷濃度為0.5毫克/升，那么每天將有0.55噸、每年高達200余噸的磷進入污泥，毫無疑問，污水處理廠的污水和污泥是磷的巨大“寶庫”。
記者：除了污泥，還有沒有一些特殊的地方污水含磷最多，最值得回收利用？
宋永會：除污泥外，畜禽養殖污水作為一類高濃度的有機廢水，污水中總磷含量高達近百毫克/升；某些特殊的化工類廢水，例如磷霉素制藥廢水中含有的高濃度有機磷更是達到近萬毫克/升。
因此，在各種生物法污水除磷過程中，可以在某一工藝單元節點使磷酸鹽富集在水相中；或先通過物理、化學方法將廢水中高濃度有機磷轉化為無機磷酸鹽。然后采用磷酸鈣沉淀法或磷酸銨鎂結晶法進行磷酸鹽固定化回收，實現廢水中磷元素的資源化。
記者：從污水中回收磷資源，會不會受到污水中其他物質的干擾？
宋永會：盡管污水磷回收的原理并不復雜，但由于污水成分復雜，共存干擾組分多，尤其是碳酸根、有機酸等組分能夠與磷酸根競爭鈣、鎂離子，所以其回收工藝需要研究。同時，關于磷回收產品的形態和利用方式，也是研究的熱點之一。
記者：國外是否有回收磷資源的應用？
宋永會：全世界的磷礦資源主要分布在摩洛哥、美國、南非、中國等國家。在一些磷礦資源匱乏的國家和地區，如歐洲和日本，磷礦資源主要依賴進口。自上世紀90年代末以來，在歐洲和日本等地，基于資源和環境兩個方面的壓力，從污水中回收磷得到了科技界、磷酸鹽工業界、水工業界以及政府的高度重視和支持。
污水磷回收的小試和中試研究有很多，荷蘭和日本已經有污水磷回收的大規模試驗廠。荷蘭的Geestmerambacht污水處理廠以石英砂為磷酸鈣結晶的晶種，使回收的磷包裹在石英砂上，形成類似磷礦石的粒狀產品，其產品已經被當地磷酸鹽生產企業使用。日本北九洲Hiagari污水處理廠，安裝有1個中試流化床鳥糞石沉淀反應器，處理污泥脫水上清液，使用海水作為鳥糞石沉淀的鎂源，大約70%的溶解性磷酸鹽通過曝氣可以在反應器內完成沉淀，而不需投加額外的化學藥劑。
總體而言，污水磷回收的研究仍處于工藝開發、不同規模工藝和裝置的試驗階段，也有為數不多的大規模生產示范廠；科研方面，研究較多的是工藝條件的控制與優化、磷酸鹽結晶晶種的選擇、產品的利用方式等問題。
記者：如果能夠在處理污水的過程中，順便回收利用磷資源，將有利于工業與環境的平衡發展。
宋永會：在城市污水處理的發展歷程中，由傳統的“必須從污水中盡量去除各種污染物”逐步轉變為“盡量從污水中回收各種資源和能源”，這是水環境保護工作循序漸進的發展過程。從污水中回收資源，將資源利用與環境保護結合起來，是水環境保護的高級階段，也是可持續發展思想的具體體現。今后，我國將會進一步加強對水環境氮磷營養物污染的控制，尤其是在水環境保護的重點流域更是如此。如果能夠將污水除磷和磷回收結合起來，并且能使回收的磷產品有一定經濟收益，不僅有望降低污水處理的綜合成本，而且節約了寶貴的磷礦資源。
記者：既然磷回收有著如此多的好處，為什么沒有得到大規模的應用？
宋永會：目前，制約磷回收大規模產業化的障礙主要在于其成本較高，不能與普通磷礦石的價格進行競爭。如果不對回收的磷礦石采取特殊價格政策支持，這種局面將難以改變。但隨著國際磷礦價格的持續上漲，這種現狀或許在不久的將來會改變，污水磷回收會變成技術經濟可行的磷資源回收方式。
我國已經將磷礦列為事關國家利益的戰略資源，并于2011年開始在磷礦石出口方面作出了新規定。磷回收是緩解磷資源匱乏的、行之有效的方法，也是控制水體富營養化的重要手段，這符合我國的可持續發展戰略。因此，結合我國當前的環境保護需求，制定磷礦資源利用、回收、循環再利用的策略是十分必要和緊迫的。
