鳥糞石聽厭了？產(chǎn)鈣磷石的磷回收技術(shù)聽過嗎？

越來越多的污水處理廠在實(shí)踐營養(yǎng)物回收，其中磷是最常見的回收物質(zhì)之一。除了應(yīng)對日益嚴(yán)格的出水磷濃度之外，污水廠除磷的動機(jī)還包括解決管道和工藝設(shè)備的鳥糞石結(jié)垢的問題(污水處理設(shè)備常常會在長期運(yùn)行中積累了大量鳥糞石形態(tài)的礦物質(zhì)附著物，對管道和設(shè)備造成破壞)，還能變成可銷售的肥料，成為污水廠有力的宣傳素材。

CalPrex的磷回收技術(shù)據(jù)悉最初源自一家叫Nutrient Recovery & Upcycling（簡稱NRU）的公司，然后Centrisys/CNP公司從NRU那里獲得了該工藝技術(shù)的獨(dú)家授權(quán)。2019年底，水業(yè)雜志《TPO(處理廠運(yùn)營者)》采訪了NRU公司的創(chuàng)始人之一Menachem Tabanpour。在本期的微信專欄里，小編結(jié)合這篇采訪報(bào)道，和大家一起增加對CalPrex的了解。

CalPrex的發(fā)展史

NRU公司說，該工藝可以在污泥進(jìn)入?yún)捬跸髑盎厥粘^45%的總磷。方法是在厭氧消化前設(shè)置在一個(gè)特殊的反應(yīng)器，向剩余污泥和初級污泥的濃縮液投加氫氧化鈣，最終以鈣磷石（CaHPO4·2H2O，英文名為Brushite）的形式捕獲磷，將其干燥后可以制成肥料顆粒。

Tabanpour先生說他和CalPrex的故事可以從20年前說起。2002年，當(dāng)他還在讀中學(xué)的時(shí)候，他參加了威斯康星麥迪遜大學(xué)的Philip Barak教授的實(shí)驗(yàn)室暑期實(shí)習(xí)項(xiàng)目。Barak教授是CalPrex的最初發(fā)明人，不過他最初是研究如何用單分子膜結(jié)晶提取鳥糞石。

由于項(xiàng)目不斷發(fā)展，Tabanpour先生在讀本科的時(shí)候得以繼續(xù)參與此項(xiàng)目。項(xiàng)目組首先與位于麥迪遜的九泉污水處理廠(Nine Spring WWTP)開展合作，在處理工藝的不同位置進(jìn)行采樣，以確定最佳的除磷點(diǎn)。他們發(fā)現(xiàn)，在酸性消化池中(SRT基本為1.5天)，pH值的下降會使磷變得非常易溶和易于提取。2007年，他們決定放棄了對鳥糞石的研究，并開啟了鈣磷石回收的新方向。

2011年，為了加速其商業(yè)化進(jìn)程，團(tuán)隊(duì)成立了NRU公司。第一個(gè)中試項(xiàng)目位于伊利諾伊州Woodridge城的Greene Valley污水廠，該廠的管道也飽受鳥糞石結(jié)垢的困擾。他們一共在Woodridge做了兩期的中試，第一次是在2014-2015年，第二次是2017年。他們這項(xiàng)技術(shù)也受到行業(yè)的關(guān)注，2017年，美國圣騎士(Centrisys)的子公司CNP獲得了獨(dú)家授權(quán)，給這項(xiàng)技術(shù)注冊了 CalPrex的商標(biāo)名。之所以起這么個(gè)名字，是因?yàn)镃NP此前已經(jīng)有一款叫MagPrex的基于鳥糞石沉淀的磷回收技術(shù)，他們認(rèn)為CalPrex+MagPrex能給污水廠提供最高的磷回收率的解決方案。

在隨后的2018年，Centrisys/CNP和NRU新組成的團(tuán)隊(duì)更進(jìn)一步，在得到密爾沃基城市污水管理局(MMSD)、丹佛城市污水管理局(MWR)以及麻省水資源管理局(MWRA)的支持后，獲得了美國水研究基金會(WRF)的研究經(jīng)費(fèi)，繼而在九泉污水廠進(jìn)行更大規(guī)模的示范項(xiàng)目，來驗(yàn)證該工藝技術(shù)的規(guī)?；瘽摿?。

CalPrex的不同之處？

在被問到CalPrex工藝和其他磷回收工藝有什么本質(zhì)區(qū)別時(shí)，Tabanpour是這么回答的：“一個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別是，我們不生產(chǎn)鳥糞石，而是生產(chǎn)鈣磷石，后者是一種磷酸鈣礦物，而不是磷酸鎂氨礦物。同比其他已經(jīng)商業(yè)化的磷回收技術(shù)，CalPrex的回收率是它們的兩到三倍。一般來說，除磷率的關(guān)鍵是你能溶解多少磷。捕獲已經(jīng)溶解的磷進(jìn)行是除磷工藝最簡單的部分，難點(diǎn)是你能將污泥里多少的總磷變成可溶的形式？”

通常情況下，污水中的磷會被封存在污泥中。約10-20%的磷進(jìn)入初始污泥，其余大部分在剩余污泥中，出水還含有10%。Tabanpour說：“污泥經(jīng)濃縮后，基本就是一個(gè)磷匯(phosphorus sink)，它主要以細(xì)胞或顆粒態(tài)存在。為了進(jìn)行回收，你需要讓這些磷溶解出來。這就是發(fā)酵池的作用。在發(fā)酵池中，較低的pH值能釋放更多的磷，并且能保持在可溶的狀態(tài)。在離心機(jī)脫水后，你就得到高濃度可溶性磷的離心液，約為500ppm，并且TSS較低。這是后續(xù)磷沉淀的理想溶液?！?/p>

CalPrex反應(yīng)器

那么CalPrex反應(yīng)器究竟是如何回收磷的呢？Tabanpour是這么回答的：“我們加入氫氧化鈣（熟石灰），pH值從5.5升至6.5。形成的磷酸鈣礦物在斜板沉淀池中沉淀，然后用離心機(jī)將其脫水，再干燥后做成肥料。脫水后的離心液送回污水處理線?！?/p>

鈣磷石的特點(diǎn)

Tabanpour表示：鈣磷石和鳥糞石類似，也是一種非常好的緩釋肥料。純的鈣磷石的磷含量約18%，而鳥糞石的磷為12.6%，所以它是一種更高效的礦物磷肥，是市面其他磷肥的良好替代品。鳥糞石的形成會伴隨晶體過程，形成大的晶體或珍珠，但鈣磷石不會。后者形成150-300μm的顆粒。脫水后，它會形成一種糊狀物，看起來像厚厚的混凝土。干燥后則成為一種非白色或灰色的粉末，可以制成顆粒。

什么污水廠適用？

在被問到什么污水廠最適合選用此工藝。Tabanpour表示有四大類的污水廠可快速適配：

首先最合適的是已經(jīng)有預(yù)發(fā)酵水解工藝的污水廠；

第二種是需要在厭氧消化前去除大部分磷的污水廠，因?yàn)樗麄円话忝媾R非常嚴(yán)重的鳥糞石結(jié)垢問題，或是對污泥磷濃度有相關(guān)要求的污水廠；

第三種是有后置好氧消化器(PAD)的污水廠，因?yàn)镻AD能破壞堿度并降低pH，提高溶解磷含量而得以回收；

第四種是想提高生物固體肥料產(chǎn)量的污水廠。

另外，Tabanpour還提到，NRU有自己的鈣磷石肥料商品—— 2019 年秋季他們推出了一款名為 Steady State 的肥料品牌。銷售的肥料包括AirPrex裝置生產(chǎn)的鳥糞石和CalPrex裝置生產(chǎn)的鈣磷石，以及根據(jù)客戶需求定制的氮磷鉀混合肥料。

據(jù)悉，除了MMSD水務(wù)局的九泉污水廠，在丹佛污水廠的測試顯示在厭氧消化前加設(shè)的CalPrex系統(tǒng)去除大部分磷后，污泥中的氮磷比例更加合理，得到的磷肥質(zhì)量能更好地滿足農(nóng)用的氮需求，這也反過來提高了他們對鈣磷石肥料的信心。小編個(gè)人則認(rèn)為，隨著大家對活性污泥中的磷轉(zhuǎn)化機(jī)制認(rèn)識的加深，相信未來的磷回收技術(shù)的回收率有望進(jìn)一步提高。

由于小編水平有限，各位讀者如果想了解CalPrex更多細(xì)節(jié)，還是請查看WRF的報(bào)告原文。若有不對之處，請多多指正。