宋永会：城市生活污水中沉睡着战略资源“磷”

时间：2013-05-31 09:36:37 作者：张晓丽 　来源：辽宁日报

核心提示

大自然中的不可再生资源在经济快速发展的今天，都面临着资源枯竭的隐忧。磷资源也是如此，不过科学的进步也使得磷资源的回收利用成为可能。回收磷，不仅仅能够重拾宝贵资源，也为污水处理减轻一定的经济负担，更使环境远离磷污染。不过，如此一举多得的技术为什么没能得到广泛应用？我们请水环境研究所所长宋永会为我们解读。

专家档案

宋永会 博士生导师，中国环境科学研究院研究员，水环境研究所所长，城市水环境科技创新基地首席专家，长期从事水污染防治技术研究。

近日有报道称，国内一家研究机构首创含磷工业废水生产缓释微肥的工艺，能够从污水中回收磷，并将其制成可供植物生长需要的微量元素高效缓释肥料。

磷矿资源只够维持百年20年后就会供不应求

记者：您是否了解从废水中生产缓释微肥的这些工艺？

宋永会：从污水中回收磷的实质是将水中溶解态的磷固定下来，使其与污水分离，变成类似磷矿石的产物，用于磷酸盐工业生产或用作农肥。目前从污水中回收磷的工艺主要为磷酸钙沉淀法和磷酸铵镁结晶法。前者使磷酸根与钙离子结合生成磷酸钙沉淀，从水相析出；后者使磷酸根与镁离子和铵根离子共同结合，形成磷酸铵镁晶体（俗称鸟粪石），与水相分离，这一工艺同时能回收污水中的部分铵。

一般认为，从污水中回收的磷酸钙可以被用作磷矿石的替代产品，而回收的磷酸铵镁可被用作缓释磷肥。

记者：磷作为一种自然资源，并不像煤、铁、石油等资源在工业生产中有着举足轻重的作用，也没有得到同等的重视。我们想了解，磷矿资源在地球上的储备如何？

宋永会：磷元素是所有生物生命活动所必需的，因此磷是一种宝贵的资源。磷资源在自然界中主要以天然磷酸盐矿石的形式存在。

目前全球磷矿总储量约500亿吨，工业储量约为180亿吨，主要分布在非洲、北美、亚洲、中东、南美等60多个国家和地区。全球共有30多个国家生产磷矿石，生产能力约为1.72亿吨，年产量约1.38亿吨；但只有为数不多的国家拥有品位高、经济价值较大的磷矿资源，主要集中分布在摩洛哥、美国、中国、俄罗斯等国，以上四国的产量约占全球总产量的67%。

记者：我们日常接触的洗涤剂中含有磷，磷资源的主要用途都有哪些？

宋永会：世界范围内所生产的磷矿约80%用于生产各种磷肥，5%用于生产饲料添加剂，12%用于生产洗涤剂，其余用于制造黄磷、磷酸及其他磷酸盐类产品，在化工、轻工、国防等工业部门广泛应用。

记者：原来大部分磷资源用于生产磷肥了，农业生产所需的磷肥总量较大，如今科学家们已经开始研究从污水中回收磷资源，是否意味着磷资源出现了短缺现象？

宋永会：以目前的消耗速率，全世界磷矿资源储量据估计只能够维持利用100年左右，而2033年以后就会呈现供不应求的局面。

每天处理10万吨污水一年能收回200吨磷

记者：磷虽然是一种宝贵的资源，但会造成水资源污染。近日，中央电视台有报道称黄浦江爆发绿萍，就是水体中富含磷、氮等元素造成的。含磷污水是磷污染的主要来源吗？

宋永会：大量未经妥善处理的含磷污水的排放，已造成世界许多国家地表水的严重富营养化，其中包括北美、欧洲、亚洲50%以上的湖泊。被列为国家水环境保护重点的“三湖”（太湖、滇池、巢湖）由于富营养化经常爆发藻华，成为湖泊保护急需解决的问题。

未经妥善处理的工业废水、生活污水，畜禽养殖废水，农田暴雨径流等均是水体磷污染的来源，以上各种污染源所占比例因流域而异。

记者：以往提到磷，我们首先想到它混合在洗化用品中，最终随着生活污水排走了，却从来没想过这些含磷污水都是怎么处理的。

宋永会：目前，全球生产的磷矿约12%用于生产洗涤剂，而洗涤剂在制造过程一般加入一定量的三聚磷酸钠作为助洗剂。有研究表明，排入水体中的磷有约64%来自生活污水，而洗涤剂排磷量占整个生活污水磷排放量的19%左右。

生活污水是磷污染的一个主要来源，将污水中的磷除去，是根治水体富营养化的长远措施。为有效遏制水体富营养化，我国对磷排放的限制标准日益严格。为了达到排放标准，越来越多的城市污水处理厂引入了强化生物除磷工艺。其原理主要是利用聚磷菌一类的微生物，在好氧条件下从污水中摄取磷，并将其以聚合态贮藏在菌体内，形成高磷污泥沉淀，通过泥水分离，使污水得到净化，实现出水磷的达标排放。

记者：使用微生物除磷的方法听起来很环保，这些含磷污水的处理方法有没有实现对磷的回收利用？

宋永会：微生物除磷的本质是将磷从污水转移到了污泥中，从而达到对水质的净化目的。而处理后的污泥或直接土地利用（如作土壤调理剂）或被填埋，从资源利用的角度来说这是一种浪费。

一般而言，污水处理厂进水中总磷的浓度为4.0-10.0毫克/升。以一个处理能力10万吨/天的污水处理厂为例，若进水总磷浓度为6.0毫克/升，出水总磷浓度达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准 》（GB18918-2002）中的一级A标准，即总磷浓度为0.5毫克/升，那么每天将有0.55吨、每年高达200余吨的磷进入污泥，毫无疑问，污水处理厂的污水和污泥是磷的巨大“宝库”。

记者：除了污泥，还有没有一些特殊的地方污水含磷最多，最值得回收利用？

宋永会：除污泥外，畜禽养殖污水作为一类高浓度的有机废水，污水中总磷含量高达近百毫克/升；某些特殊的化工类废水，例如磷霉素制药废水中含有的高浓度有机磷更是达到近万毫克/升。

因此，在各种生物法污水除磷过程中，可以在某一工艺单元节点使磷酸盐富集在水相中；或先通过物理、化学方法将废水中高浓度有机磷转化为无机磷酸盐。然后采用磷酸钙沉淀法或磷酸铵镁结晶法进行磷酸盐固定化回收，实现废水中磷元素的资源化。

污水处理有了新思路由单纯去污变资源回收

记者：从污水中回收磷资源，会不会受到污水中其他物质的干扰？

宋永会：尽管污水磷回收的原理并不复杂，但由于污水成分复杂，共存干扰组分多，尤其是碳酸根、有机酸等组分能够与磷酸根竞争钙、镁离子，所以其回收工艺需要研究。同时，关于磷回收产品的形态和利用方式，也是研究的热点之一。

记者：国外是否有回收磷资源的应用？

宋永会：全世界的磷矿资源主要分布在摩洛哥、美国、南非、中国等国家。在一些磷矿资源匮乏的国家和地区，如欧洲和日本，磷矿资源主要依赖进口。自上世纪90年代末以来，在欧洲和日本等地，基于资源和环境两个方面的压力，从污水中回收磷得到了科技界、磷酸盐工业界、水工业界以及政府的高度重视和支持。

污水磷回收的小试和中试研究有很多，荷兰和日本已经有污水磷回收的大规模试验厂。荷兰的Geestmerambacht污水处理厂以石英砂为磷酸钙结晶的晶种，使回收的磷包裹在石英砂上，形成类似磷矿石的粒状产品，其产品已经被当地磷酸盐生产企业使用。日本北九洲Hiagari污水处理厂，安装有1个中试流化床鸟粪石沉淀反应器，处理污泥脱水上清液，使用海水作为鸟粪石沉淀的镁源，大约70%的溶解性磷酸盐通过曝气可以在反应器内完成沉淀，而不需投加额外的化学药剂。

总体而言，污水磷回收的研究仍处于工艺开发、不同规模工艺和装置的试验阶段，也有为数不多的大规模生产示范厂；科研方面，研究较多的是工艺条件的控制与优化、磷酸盐结晶晶种的选择、产品的利用方式等问题。

记者：如果能够在处理污水的过程中，顺便回收利用磷资源，将有利于工业与环境的平衡发展。

宋永会：在城市污水处理的发展历程中，由传统的“必须从污水中尽量去除各种污染物”逐步转变为“尽量从污水中回收各种资源和能源”，这是水环境保护工作循序渐进的发展过程。从污水中回收资源，将资源利用与环境保护结合起来，是水环境保护的高级阶段，也是可持续发展思想的具体体现。今后，我国将会进一步加强对水环境氮磷营养物污染的控制，尤其是在水环境保护的重点流域更是如此。如果能够将污水除磷和磷回收结合起来，并且能使回收的磷产品有一定经济收益，不仅有望降低污水处理的综合成本，而且节约了宝贵的磷矿资源。

记者：既然磷回收有着如此多的好处，为什么没有得到大规模的应用？

宋永会：目前，制约磷回收大规模产业化的障碍主要在于其成本较高，不能与普通磷矿石的价格进行竞争。如果不对回收的磷矿石采取特殊价格政策支持，这种局面将难以改变。但随着国际磷矿价格的持续上涨，这种现状或许在不久的将来会改变，污水磷回收会变成技术经济可行的磷资源回收方式。

我国已经将磷矿列为事关国家利益的战略资源，并于2011年开始在磷矿石出口方面作出了新规定。磷回收是缓解磷资源匮乏的、行之有效的方法，也是控制水体富营养化的重要手段，这符合我国的可持续发展战略。因此，结合我国当前的环境保护需求，制定磷矿资源利用、回收、循环再利用的策略是十分必要和紧迫的。