2022年水處理材料生產廠家從磷污水中回收藍鐵礦

　　2022年水處理材料廠家從磷污水中回收藍鐵礦。

　　丨文章亮點丨

　　藍鐵礦在所有投加鐵除磷的污水廠中檢出

　　•消化污泥中鐵含量越多藍鐵礦中結合的磷酸根越多(結合率可高達70-90%)

　　•eSEM-EDX表明藍鐵礦顆粒以游離顆粒的形式存在

　　•污泥中游離的順磁性藍鐵礦顆粒可以從污泥中分離，例如用磁性分離器

　　•藍鐵礦是一個磷回收新技術的起點

　　丨文章簡介丨

　　未來，磷資源須以可持續的方式進行利用，包括從可再生資源中進行回收。污水污泥就是一種富含磷的可再生資源。然而，現有的磷回收技術在回收效率、應用性方面存在諸多缺陷。污泥的農業應用是一種回用污泥中營養成分的簡易途徑，但該途徑受限于運輸條件并存在污染物入田的憂慮。從污泥焚燒的灰分中回收磷資源有較高的回收效率，但焚化高昂的價格成本有待降低，才能使污泥焚燒技術全面普及。雖然以鳥糞石為產物的磷回收技術被學界廣泛認可，但其實際回收效率相對較低(約10%-50%)。因此，研究低成本、高效率的污泥磷回收新技術仍有廣闊的市場。

　　含有磷酸鐵鹽的藍鐵礦(Fe2(PO4)3×8H2O)主要是厭氧系統在處于含硫化物較少且鐵和磷酸根較多的情況下產生。這種水質條件存在于市政污水廠中，特別是在污泥消化階段,很多研究者發現了藍鐵礦的存在跡象。然而，很少有研究對藍鐵礦的產生進行量化。

　　我們的最新研究假設，藍鐵礦中結合的磷酸根量與消化污泥中的鐵磷比(Fe:P)可能呈正相關。在正常條件下的厭氧消化反應器中，藍鐵礦在熱力學上可能是污泥中最穩定的磷酸鹽形態。而且藍鐵礦的生成速率能夠很快：大量的藍鐵礦在采用化糞池污水作為反應物的實驗中，隨著鐵離子的減少可在48小時內快速生成。藍鐵礦更可以直接在中性pH的溶液環境下形成結晶。如果能夠從污泥中分離出藍鐵礦，理論上是能夠獲得比鳥糞石回收途徑更高的磷回收效率。更多研究表明，大量的藍鐵礦在剩余污泥厭氧消化階段之前就已經生成。此外，污水處理設施的管道中也屢次發現藍鐵礦結晶生成。然而，相關文獻鮮有報道在污泥厭氧消化前后階段，污泥中藍鐵礦的大小、純度、組分和磷酸根結合到藍鐵礦中的百分比，以及藍鐵礦生成的機理。

　　在本研究中，我們從歐洲幾家含有不同鐵磷比(Fe:P)的大型市政污水廠和投加二價鐵鹽Fe(II)或三價鐵鹽Fe(III)的污水廠中進行污泥樣品的取樣和分析，旨在對以下兩種假設進行驗證：1)磷酸根被結合到藍鐵礦中是由于污泥中的固定的鐵磷比(Fe:P)的存在;2)即使在有大量三價鐵Fe(III)投加的情況下，厭氧消化階段前的剩余污泥中已有大量藍鐵礦生成。本研究證明了在消化污泥中藍鐵礦(Fe2(PO4)3×8H2O)的存在，以及藍鐵礦可以作為污泥中磷酸鹽主要的存在形態。因此，我們建議藍鐵礦可以作為磷回收的一種重要選擇。Mössbauer spectroscopy的結果表明，在厭氧消化前的剩余污泥中，超過50%的鐵離子是亞鐵離子。XRD和Mössbauer spectroscopy結果顯示，剩余污泥中被藍鐵礦結合的磷酸根量與鐵含量沒有明確的相關性。在消化污泥中，超過85%的鐵以亞鐵離子形式存在。在消化污泥中，被藍鐵礦結合的磷酸根會隨著鐵含量的增加而增加，并逐漸趨于平穩。其中，污泥中的磷酸根在最高的鐵含量(Fe:P=2.5)的條件下有70%-90%能夠被結合生成藍鐵礦。eSEM-EDX分析表明藍鐵礦以游離顆粒的形式存在，即理論上可將其從污泥中分離，并且與鳥糞石回收途徑相比具有更高的回收率。因此，非常有必要獲取更多有關在污泥中藍鐵礦生成的信息(密度、雜質含量、粒徑分布、自由藍鐵礦顆粒的百分比)，這將使其形成更大的晶體以助于能夠更好的分離。未來，我們應當著手研究影響生成藍鐵礦形狀、大小和雜質含量的變量。

　　圖1、不同Fe:P下，藍鐵礦結合的總磷量

　　圖2、eSEM-EDX觀察到的游離藍鐵礦顆粒

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