城市污水污泥中磷回收技術(shù)發(fā)展及前景

對(duì)目前國(guó)內(nèi)外污水和污泥回收磷技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。污水處理過(guò)程中，可以從污泥脫水清液、消化后濃縮污泥和污泥焚燒飛灰中進(jìn)行磷回收，回收率最高可以達(dá)到90%以上。磷回收的產(chǎn)品主要有磷酸銨鎂、磷酸鈣、磷酸等，可以進(jìn)一步加工成化肥或者用作磷化工原料。對(duì)上海市污水處理廠的研究表明，典型進(jìn)水中磷含量在5.0~6.0 mg/L，有污泥消化工藝污水處理廠的污泥脫水清液中磷含量在89.5~112.7 mg/L，無(wú)污泥消化工藝污水處理廠的污泥脫水清液中磷含量在5.5~27.5 mg/L。污泥焚燒飛灰中磷元素含量（以P2O5計(jì)）在11.8%~21.4%，同樣經(jīng)消化后污泥的焚燒飛灰中磷含量最高。結(jié)合上海市污水和污泥的現(xiàn)狀和規(guī)劃，論述了磷回收的應(yīng)用前景。

磷回收技術(shù)研究進(jìn)展

1.1 總體研究現(xiàn)狀

國(guó)外機(jī)構(gòu)和學(xué)者已經(jīng)對(duì)從污水和污泥中回收磷進(jìn)行了大量的研究，已經(jīng)有較多成熟的磷回收技術(shù)及工程應(yīng)用。特別是在歐洲，由于磷礦資源稀缺，進(jìn)口依賴度高，歐盟及其成員國(guó)率先頒布了各種法規(guī)、政策以及項(xiàng)目計(jì)劃，有效推動(dòng)了一大批磷回收與再利用項(xiàng)目的推廣和實(shí)施。德國(guó)于2017 年10月3日通過(guò)了對(duì)《污水污泥條例》的修訂，其核心內(nèi)容是要求從污水、污泥或其焚燒灰中回收磷。國(guó)內(nèi)目前對(duì)此關(guān)注度也在日漸提高，但是由于缺少政策的支持和市場(chǎng)環(huán)境等原因，在該領(lǐng)域的研究尚停留在學(xué)術(shù)研究階段，鮮有工程性的實(shí)踐案例。

污水中磷回收一般情況下是生物和化學(xué)相結(jié)合的綜合性方法，圖1給出了污水和污泥處理過(guò)程中可以進(jìn)行磷回收的各個(gè)環(huán)節(jié)：

• 污泥脫水清液；

• 厭氧消化后的濃縮污泥；

• 污泥單獨(dú)焚燒飛灰。

各種方法處理的對(duì)象、工藝路線、回收效率、消耗和成本、產(chǎn)物質(zhì)量均不相同。其中從污泥或者飛灰中回收磷的效率可以達(dá)到90%以上。由此，EGLE等和AMANN等建立了一種基于全生命周期的綜合分析方法，對(duì)各種技術(shù)從環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，以期對(duì)不同技術(shù)進(jìn)行比較。總體認(rèn)為從液相中回收是一種相對(duì)環(huán)境友好和節(jié)能的技術(shù)，但缺點(diǎn)是回收率相對(duì)較低；從污泥焚燒飛灰中回收磷的效率最高，但是能耗相對(duì)較高。

1.2 脫水清液中回收

從液相中回收磷元素是最早被研究和應(yīng)用的污水中磷回收技術(shù)。在生物除磷過(guò)程中，污水中90%以上的磷會(huì)轉(zhuǎn)移到污泥中。富集在污泥細(xì)胞中的磷，會(huì)在厭氧情況下再次釋放到液相中，大大提高了液相中磷的濃度，使磷的回收在經(jīng)濟(jì)上存在可能。因此在采用生物除磷工藝且同時(shí)有污泥厭氧處理的污水處理廠，污泥液中磷的濃度可以達(dá)到205~289mg/L，適合采用從液相中回收磷的方式。這種情況下，經(jīng)厭氧后污泥的濃縮液或者脫水清液則是實(shí)施磷回收的最好的對(duì)象。當(dāng)液相中磷的含量需達(dá)到50~60mg/L，被認(rèn)為在經(jīng)濟(jì)上可行。

目前比較成熟的工藝包括混合式和流化床?；旌鲜桨≒hospaq、Anphos、Nuresys等工藝，流化床包括Phosnix、Pearl、Wasstrip、Crystalactor等工藝。上述工藝磷的回收率在70%~90%不等。一般都先進(jìn)行充氣進(jìn)行CO2吹脫，可以初步提高pH，同時(shí)降低碳酸鹽對(duì)磷酸鹽沉淀的抑制作用。然后添加MgO、Mg(OH)2或者M(jìn)gCl2，輔以NaOH將反應(yīng)pH控制在8.0~8.8。MgO的優(yōu)點(diǎn)在于可以同時(shí)作為pH的調(diào)節(jié)手段，但缺點(diǎn)在于其溶解度很低，需要先制備成漿液后投加，并且需要更大的反應(yīng)容積。最終形成磷酸銨鎂沉淀，經(jīng)加工處理成為產(chǎn)品后續(xù)利用。李超群等對(duì)不同工藝條件下磷酸銨鎂沉淀的顆粒粒徑進(jìn)行了研究。

其他從液相中回收磷的工藝還包括離子交換法和膜分離法等，但實(shí)質(zhì)上是對(duì)磷進(jìn)行了富集，仍需要后續(xù)工藝將磷轉(zhuǎn)化為可使用的產(chǎn)品。

1.3 濃縮污泥中回收

早些年，人們發(fā)現(xiàn)在一些設(shè)有污泥厭氧消化的污水處理廠中，脫水系統(tǒng)前后的管道和泵經(jīng)常因?yàn)榇罅拷Y(jié)垢而堵塞或者損壞。對(duì)這些結(jié)垢物的分析表明，其成分主要是磷酸銨鎂及小部分的磷酸鈣。針對(duì)此問題，主要開發(fā)了AirPrex和Seaborne等磷回收技術(shù)，在解決結(jié)垢問題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)磷元素的回收。

AirPrex工藝由兩個(gè)反應(yīng)器組成。第一個(gè)反應(yīng)器由一個(gè)外筒和一個(gè)內(nèi)筒組成，空氣在內(nèi)筒下方鼓入，使得濃縮污泥被提升并形成循環(huán)，然后在內(nèi)外筒之間區(qū)域進(jìn)行沉淀。鼓入空氣也是對(duì)CO2的吹脫，可以提高污泥液pH。然后在反應(yīng)器中投加MgCl2，促進(jìn)磷酸銨鎂鹽不斷生成和析出，最終大顆粒產(chǎn)物沉淀并排出反應(yīng)器。然后濃縮污泥進(jìn)入下一個(gè)反應(yīng)器，進(jìn)一步對(duì)磷酸銨鎂進(jìn)行沉淀和分離。分離出來(lái)的磷酸銨鎂通過(guò)洗砂設(shè)備進(jìn)行清潔和提純，可以使其有機(jī)物含量降至0.5%以下。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)上述工藝處理后的污泥液的脫水效率可以提升3%左右，從而降低了后續(xù)處理處置的成本。80%~90%的磷可以從污泥液中以磷酸銨鎂的形態(tài)進(jìn)行回收，經(jīng)加工處理后作為肥料進(jìn)行應(yīng)用。這些以磷酸銨鎂工藝為基礎(chǔ)的大型商業(yè)裝置已成功在德國(guó)Monchengladbach-Neuwerk污水處理廠、德國(guó)柏林 Wa β mannsdorf 污水處理廠和荷蘭阿姆斯特丹污水處理廠得到應(yīng)用。在中國(guó)天津津南污泥處理廠，也已采用AirPrex 磷回收處理工藝作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程進(jìn)行了實(shí)踐。

Seaborne工藝適用于采用熱電聯(lián)產(chǎn)工藝的污水處理廠，其特點(diǎn)是在磷回收的同時(shí)進(jìn)行了重金屬的去除。該工藝首先向污泥中投加硫酸來(lái)溶解重金屬物質(zhì)，然后通過(guò)離心和過(guò)濾進(jìn)行分離，分離出的固體進(jìn)行干化和焚燒。在脫水清液中通入富含硫元素的消化沼氣，將重金屬通過(guò)沉淀去除，與此同時(shí)沼氣的品質(zhì)由于硫元素的降低而得到了提高。然后在液體中加入NaOH調(diào)節(jié)pH至堿性，再投加Mg(OH)2生成磷酸銨鎂沉淀。水中的氨則通過(guò)吹脫和硫酸吸收的方式產(chǎn)生硫酸銨，處理完的水則回到污水處理廠進(jìn)水端。該工藝的產(chǎn)物磷酸銨鎂和硫酸銨都可以作為肥料使用，該工藝在德國(guó)已經(jīng)有工程性的應(yīng)用，對(duì)于氮和磷的回收率在90%左右。

1.4 飛灰中回收

當(dāng)污泥采用單獨(dú)焚燒工藝時(shí)，由于磷本身不可揮發(fā)的特性，富集在污泥中的磷將全部轉(zhuǎn)移到焚燒的最終產(chǎn)物飛灰中（Sewage Sludge Ash, SSA），使得污泥焚燒飛灰具有相當(dāng)高的磷含量，這為磷的回收創(chuàng)造了良好的條件。但是有研究表明，污泥中20%的Hg、93%的As、和幾乎100%的Cd、Pb會(huì)在焚燒后留在飛灰中。由于未經(jīng)處理的焚燒飛灰中含有重金屬，同時(shí)磷元素的生物可直接利用效率較低，因此焚燒飛灰一般不能直接進(jìn)行農(nóng)用。

從污泥焚燒飛灰中回收磷的方式主要有兩種，分別為干式的熱處理工藝和濕式的化學(xué)處理工藝。濕式化學(xué)處理工藝是通過(guò)酸溶液或者有機(jī)溶液將磷從飛灰中溶解出來(lái)，然后從溶液中通過(guò)沉淀分離回收磷。干式熱處理工藝是將污泥焚燒飛灰高溫加熱熔融后將磷元素分離出來(lái)。污泥焚燒飛灰同樣可以作為磷工業(yè)中磷礦石的替代材料用以生產(chǎn)白磷等產(chǎn)品。

比較成熟的熱處理磷回收技術(shù)有Ash Dec和Thermphos。Ash Dec工藝將污泥單獨(dú)焚燒后產(chǎn)生的飛灰，與MgCl2和CaCl2混合后被加熱到1 000℃以上，維持20~30 min以生產(chǎn)可利用的磷產(chǎn)品。在此溫度下，汞、鎘、鉛、銅、鋅等重金屬與鹽反應(yīng)被固化或者變成氣體然后揮發(fā)掉。去除了重金屬后的飛灰可以與其他營(yíng)養(yǎng)物混合制成顆粒肥料。經(jīng)煅燒生成的新磷酸鹽礦物形態(tài)被證實(shí)有利于提高磷的生物利用效率，其在pH＜7的酸性土壤中相比傳統(tǒng)磷肥顯得更為高效。荷蘭的Thermphos是一家世界最大的磷產(chǎn)品加工企業(yè)，通過(guò)電熱工藝用磷礦石生產(chǎn)白磷。它與荷蘭一座名叫SNB (Sewage sludge incineration plant of Noord-Brabant)的歐洲最大污泥焚燒廠進(jìn)行了長(zhǎng)期的合作，將每年約6 000t污泥焚燒飛灰作為磷礦石的替代品用于磷產(chǎn)品的生產(chǎn)，也因此成功的降低其磷礦石的進(jìn)口成本。

濕式化學(xué)法采用強(qiáng)酸將飛灰進(jìn)行溶解并形成磷酸產(chǎn)物，已有大量的研究和應(yīng)用案例。由于硫酸便宜易得，被廣泛采用。FRANZ的研究表明濃度硫酸在12%~14%，固液比在1∶2為最適宜的反應(yīng)條件。浸出過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硫酸鈣水合物（石膏），通過(guò)過(guò)濾的方式進(jìn)行分離。分離出來(lái)富含磷酸的液體，可以進(jìn)一步通過(guò)添加石灰，將pH調(diào)節(jié)至10以上，生成磷酸鈣沉淀物以回收磷。OLIVER等對(duì)不同污水廠獲得的8個(gè)飛灰樣品浸出試驗(yàn)表明，用硫酸和鹽酸進(jìn)行浸出的回收效率分別在76%和61%左右；FRANZ的研究給出的回收率在90%左右。濕式化學(xué)法回收磷的過(guò)程中，重金屬也會(huì)不可避免地隨之浸出，多數(shù)學(xué)者在研究中都注意到了這一問題。FRANZ采用了離子交換和硫化物沉淀的方法去除浸出液中的重金屬，此后回收的磷產(chǎn)品被證明可以滿足瑞士的化肥相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。TAKAHASHI等則采用了不同pH（2、4和10）分階段浸出的方法，來(lái)降低回收磷中重金屬的含量。FRANZ應(yīng)用此方法獲得的磷產(chǎn)品與商品磷肥進(jìn)行了對(duì)比，證明該回收的磷產(chǎn)品的肥效不低于商品磷肥，并且在使用過(guò)程中并未表現(xiàn)出對(duì)植物生長(zhǎng)有任何不良的負(fù)面作用。

從焚燒飛灰中回收磷不需要對(duì)現(xiàn)有的污水和污泥設(shè)施進(jìn)行改造，但需要避免鐵鹽在污水處理中的使用。因?yàn)檠芯勘砻鬟^(guò)高的鐵元素含量會(huì)產(chǎn)生一種磷鐵的副產(chǎn)物而降低磷元素的回收效率，飛灰中鐵和磷的摩爾比需要控制在0.3以下。磷工業(yè)要求磷礦石原料中的鐵含量低于1%。由于磷酸銨鎂在高溫煅燒過(guò)程中會(huì)釋放氨氣，因此不適合用于電熱工藝，需要先將其中的NH₃分解出來(lái)。

2 磷回收產(chǎn)物及其應(yīng)用

一般的，通過(guò)結(jié)晶和沉淀的工藝可以從消化后的濃縮污泥或者污泥脫水清液中回收磷酸鈣，是磷礦石的主要成分，可以用作磷化工原料；或者是磷酸銨鎂水化物，俗稱鳥糞石，是一種緩釋的肥料；從污泥的焚燒灰中，通過(guò)熱處理法可以回收煅燒狀態(tài)的磷；通過(guò)濕式浸出法可以獲得磷酸或者磷酸鈣。

2.1 磷酸鈣［Ca₃(PO₄)₂］

鈣鹽沉淀法具有成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。磷酸鈣根據(jù)其沉淀過(guò)程各種控制參數(shù)的差異，可以形成多種多樣的形式。其影響因素包括溶液中鈣離子濃度、磷酸根離子濃度、過(guò)飽和度、反應(yīng)溫度、pH和反應(yīng)時(shí)間等，其中pH的影響最為明顯。不同的pH對(duì)應(yīng)不同的沉淀產(chǎn)物，在pH小于7的情況下，主要生成CaHPO₄及其水化物，如反應(yīng)方程式（1），而在pH高于7的情況下，產(chǎn)物以Ca5OH(PO₄)₃及其水化物為主，如反應(yīng)方程式（2）：

Ca²⁺+HPO₄^2-→CaHPO₄（1）

5Ca²⁺+4OH^-+3HPO₄^2-→Ca₅OH(PO₄)₃+3H₂O（2）

水中的碳酸鹽會(huì)降低鈣離子的濃度，從而降低磷酸鈣的生成效率，但是這一影響在pH≥9時(shí)不再顯著。但碳酸鹽在pH≥9時(shí)碳酸鈣會(huì)共同沉淀，從而降低磷酸鈣產(chǎn)物的純度?？偟膩?lái)說(shuō)，提高pH值和Ca/P的比例有利于降低碳酸鹽對(duì)磷酸鈣沉淀形成的影響。磷酸鈣是磷礦石的主要有效成分，因此回收的磷酸鈣可以替代磷礦石用作磷化工行業(yè)的原材料。

2.2 磷酸銨鎂(MgNH₄PO₄·6H2O)

磷酸銨鎂在水中的溶解度較低，容易結(jié)晶和析出。污水的生物處理中，聚磷菌微生物在好氧情況下過(guò)度吸收污水中的磷，而在厭氧的情況下又將過(guò)度的磷釋放，使磷得到了富集。同時(shí)污水中有鎂和氨的存在，因此磷酸銨鎂很早就在有厭氧消化的污水處理廠中被發(fā)現(xiàn)，原因是其沉淀物對(duì)管道和設(shè)備造成的嚴(yán)重堵塞和損壞。磷酸銨鎂中磷含量折算成P₂O₅標(biāo)準(zhǔn)量后達(dá) 51.8%，并且同時(shí)含有氮磷 2 種營(yíng)養(yǎng)元素，是一種很好的緩釋肥。由于磷酸銨鎂的化肥效用，使得其在污水廠處理中被發(fā)現(xiàn)后引起了廣泛的關(guān)注。其反應(yīng)如化學(xué)式（3），n可以是0、1或者2：

Mg²⁺+NH₄⁺+HnPO₄n-3+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O+nH+（3）

磷酸銨鎂沉淀的生成主要受到pH、鎂離子濃度、其他離子的干擾和反應(yīng)時(shí)間等因素影響，有較多的學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究并給出了優(yōu)選的反應(yīng)條件。溶液的飽和度受到pH的影響，多數(shù)研究表明pH提高有利于磷酸銨鎂產(chǎn)物的生成。因此如果溶液沒有足夠的堿度，就需要添加堿或者通過(guò)CO2吹脫來(lái)提高pH。鮑小丹等的研究認(rèn)為最佳的pH應(yīng)當(dāng)控制在8~9；袁鵬等的研究認(rèn)為最佳pH范圍在9.5~10.5。但是，有學(xué)者對(duì)不同pH下產(chǎn)物進(jìn)行了元素分析，表明高pH下磷酸銨鎂的純度會(huì)急劇下降。

2.3 白磷（P4）

白磷在工業(yè)可上用于制備高純度的磷酸等，作為化工的原料使用。污泥焚燒的飛灰或者是回收的磷酸鈣，可以通過(guò)電熱的方法來(lái)生產(chǎn)白磷，以降低磷礦石的消耗，SCHIPPER等已經(jīng)進(jìn)行了成功的試驗(yàn)。其反應(yīng)如化學(xué)式（4）：

2Ca₃(PO₄)2+6SiO₂+10C→6CaSiO₃+4P+10CO（4）

前文提及的SNB廠也同樣采用了Geesterambacht污水處理廠產(chǎn)生的磷酸鈣產(chǎn)品作為生產(chǎn)原料。分析表明其P2O5的含量和銅、鋅、鐵等其他相關(guān)成分完全滿足磷工業(yè)的相關(guān)要求。

2.4 磷酸（H₃PO₄）

磷酸在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、食品和醫(yī)學(xué)中是一種重要的原材料，有著廣泛的應(yīng)用。濕式化學(xué)浸出法可以獲得磷酸產(chǎn)物，其反應(yīng)如化學(xué)反應(yīng)式（5）和（6）：

Ca₃(PO₄)₂+4H₃PO₄→3Ca(H₂PO₄)₂（5）

3Ca(H₂PO₄)₂+3H₂SO₄→3CaSO₄+6H₃PO₄（6）

該方法獲得的磷產(chǎn)品的一個(gè)問題在于，在浸出過(guò)程中重金屬同樣會(huì)溶解析出，影響產(chǎn)品的出路。對(duì)此，TAKAHASHI等和PETZET等學(xué)者進(jìn)行了嘗試性的研究，對(duì)飛灰進(jìn)行了不同pH下分階段的浸出，在分離出重金屬后得到了Al PO₄產(chǎn)物，然后用CaCl2進(jìn)一步置換成磷酸鈣和AlCl₃，后者是污水處理中經(jīng)常采用的混凝劑。但上述工藝復(fù)雜，仍處于試驗(yàn)階段。

3 上海市污水和污泥中磷回收

3.1 污水中的磷含量

根據(jù)上海市中心城區(qū)3座大型污水處理廠多年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以90%的累積頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)水中總磷統(tǒng)計(jì)值和出水排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

為了解決脫氮和除磷碳源爭(zhēng)奪的矛盾，上述污水處理廠水處理提標(biāo)都采用了生物除磷輔以化學(xué)深度除磷的處理方式，來(lái)達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)中TP低于0.5mg/L的要求。所選擇的藥劑均為聚合氯化鋁（PAC）。由磷的去除率可見，通過(guò)污水的處理過(guò)程，污水進(jìn)水中約90%以上的磷被轉(zhuǎn)移和富集到污泥中。

3.2 脫水清液中的磷含量

對(duì)ABC 3座污水處理廠污泥離心脫水機(jī)上清液中總磷含量進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果見表2。

其中A污水處理廠是亞洲最大的污水處理廠，設(shè)有污泥蛋形消化設(shè)施并運(yùn)行良好，結(jié)果表明其磷含量在89.54~112.68mg/L，均值為98.32mg/L，較之未設(shè)置厭氧消化設(shè)施的B廠和C高出很多。GARCIA等人研究表明，生物污泥厭氧消化污泥的清液中磷含量可以達(dá)到75~300mg/L，與A廠的結(jié)果相近。A廠也經(jīng)常發(fā)生消化污泥和脫水污泥液管道鳥糞石結(jié)垢的情況，如圖2所示。

3.3 污泥飛灰中的磷含量

上海市中心城區(qū)幾座主要污水處理廠2015-2016年污泥中磷元素的含量檢測(cè)結(jié)果見表3。

表中數(shù)據(jù)均以絕干基為基數(shù)，由表中數(shù)據(jù)可見，飛灰中P2O5含量在11.79%~21.36%。其中A污水處理廠污泥灰分中的磷含量最高，分析原因應(yīng)當(dāng)為該廠在2010年左右建成投運(yùn)了污泥厭氧消化工程，而厭氧消化污泥脫水后的清液全部回流至污水廠前端，造成了磷元素的內(nèi)循環(huán)富集。D廠灰分中P₂O₅含量較高的一個(gè)主要原因是其灰分較低。其他幾座廠污泥絕干基中的磷元素含量略低。STEEN的統(tǒng)計(jì)研究表明，飛灰中磷含量在10%~25%；瑞士的Basel污水處理廠和Winterthur污水處理廠分別為9%和21%；SCHIPPER等對(duì)荷蘭幾個(gè)處理量占50%左右的污泥焚燒廠飛灰調(diào)研的結(jié)果為平均16%；ANDERSON對(duì)英國(guó)的一座污泥焚燒廠的檢測(cè)結(jié)果為12%；有文獻(xiàn)報(bào)道香港污泥焚燒項(xiàng)目飛灰中磷的含量在4%左右（折合P2O5為9.16%左右），總體低于上海的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

磷礦的P₂O₅含量一般在5%~40%，P₂O₅含量為30%以上的為富磷礦，而我國(guó)磷礦的平均品味僅17%左右。污泥焚燒飛灰中的磷含量低于富磷礦，但是部分污水處理廠污泥灰成分中的磷含量已經(jīng)高于我國(guó)磷礦平均品位，具備磷回收的條件。

3.4 上海市磷回收建議

根據(jù)《上海市污水處理系統(tǒng)及污泥處理處置規(guī)劃（2017-2035年）》，上海市污水共分為六大片區(qū)，各片區(qū)服務(wù)范圍、服務(wù)人口、規(guī)劃水量、規(guī)劃污泥量統(tǒng)計(jì)見表4。

上海市已經(jīng)確立了以干化焚燒為主的污泥處理處置路線。其中，石洞口和白龍港片區(qū)污泥全部采用獨(dú)立焚燒；竹園一期為獨(dú)立焚燒，二期為干化后電廠摻燒；郊區(qū)則以干化后摻燒為主，但如青浦、松江、嘉定等區(qū)域也陸續(xù)有獨(dú)立焚燒項(xiàng)目上馬。上海市污泥獨(dú)立焚燒占污泥處理處置的比例正逐年上升。污泥焚燒后體積減量化明顯，大大降低了運(yùn)輸?shù)某杀?，使得將臨近多個(gè)污水處理廠污泥焚燒飛灰集中到一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行磷回收成為可能，可實(shí)現(xiàn)集約化處理和規(guī)模效應(yīng)。由此，對(duì)于上海市已有污泥消化的污水處理廠，可以先在上清液中進(jìn)行磷的回收以降低水處理系統(tǒng)的負(fù)荷，而全市以焚燒為主的格局為從污泥焚燒飛灰中回收磷創(chuàng)造了良好的條件。選擇合適的地方集中的建設(shè)從飛灰中回收磷的設(shè)施，是一條最適合上海市現(xiàn)狀的磷回收路徑。完成磷回收后的飛灰，可以作為水泥或者混凝土建材的添加劑，或者作為制磚或者陶瓷產(chǎn)品的原料。

根據(jù)規(guī)劃，全市2035年污泥產(chǎn)量2 250 tDS/d，按照上述幾座廠的檢測(cè)數(shù)據(jù)平均值，灰分按35%、磷含量按15.8%（P2O5計(jì)）和90%磷回收率估算，全年可回收約4萬(wàn)t磷（P₂O₅計(jì)），是相當(dāng)可觀的磷資源替代品。目前，在磷回收技術(shù)或者經(jīng)濟(jì)尚未可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的階段，對(duì)污泥焚燒飛灰進(jìn)行單獨(dú)填埋，以便在將來(lái)?xiàng)l件成熟后可以重新予以利用。德國(guó)已經(jīng)在2017年就污泥的單獨(dú)焚燒和飛灰的單獨(dú)填埋進(jìn)行了立法。OTTAVIA等針對(duì)奧地利全國(guó)磷的生產(chǎn)和消耗建立了一個(gè)物質(zhì)流量模型，認(rèn)為通過(guò)加強(qiáng)各種磷回收技術(shù)的應(yīng)用，可以回收相當(dāng)于70%左右化石磷肥的消耗，降低50%磷進(jìn)口依賴度。

4 結(jié)論和建議

（1）磷是造成了水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要污染物，但同時(shí)又是一種日益緊缺的不可再生資源。隨著磷資源需求的增加和開采量的增大，富磷礦在可以預(yù)見的幾十年內(nèi)將開采殆盡，將水處理中傳統(tǒng)的除磷觀念轉(zhuǎn)變?yōu)榛厥樟祝瑥暮胸S富磷資源的污水和污泥中回收磷勢(shì)在必行。

（2）歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)磷回收已經(jīng)做了大量的研究和工程性實(shí)踐，被證明磷回收在技術(shù)上是可行的。然而，經(jīng)濟(jì)的可行性、法律的合規(guī)性和政策的支持成為影響磷回收技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的重要制約因素。歐洲國(guó)家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，政府在磷回收工作中應(yīng)當(dāng)扮演重要的角色，應(yīng)當(dāng)為磷回收建立一套可持續(xù)的市場(chǎng)環(huán)境和激勵(lì)機(jī)制，并建立相應(yīng)的法律法規(guī)。

（3）磷可以在污水和污泥處理流程中的脫水清液、消化后濃縮污泥、或者污泥焚燒飛灰中進(jìn)行回收。從脫水清液中回收工藝相對(duì)簡(jiǎn)單易行，投資較低；從污泥或者焚燒飛灰中回收的效率較高，但往往需要較高的能耗和藥劑消耗，并且投資較高。由于各地區(qū)或國(guó)家的自然環(huán)境和市場(chǎng)環(huán)境不同，應(yīng)當(dāng)因地制宜選用。

（4）上海市中心城區(qū)主要污水處理廠的檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，典型污水處理廠進(jìn)水中磷含量在5.0~6.0mg/L，有污泥消化工藝污水處理廠的污泥脫水清液中磷含量在89.5~112.7mg/L，無(wú)污泥消化工藝污水處理廠的污泥脫水清液中磷含量在5.5~27.5mg/L，污泥焚燒飛灰中磷元素含量（以P2O5計(jì)）在11.8~21.4%。污泥脫水上清液、污泥飛灰中磷元素含量相當(dāng)高，均能滿足相應(yīng)磷回收工藝的要求。

（5）對(duì)于上海市已有污泥消化的污水處理廠，可以先在上清液中進(jìn)行磷的回收以降低水處理系統(tǒng)的負(fù)荷，而全市以焚燒為主的格局為從污泥焚燒飛灰中回收磷創(chuàng)造了良好的條件，選擇合適的地方集中的建設(shè)從飛灰中回收磷的設(shè)施，是一條最適合上海市現(xiàn)狀的磷回收路徑。