回收率80！污水处理厂磁铁回收昂贵磷矿颜料 磷矿以磷酸盐为主，80%用于生产磷肥，剩余20%用于生产洗涤剂、动物饲料等产品。主要的磷生产国是中国、美国、摩洛哥和俄罗斯。芬兰是欧洲唯一拥有磷矿的国家，但储量十分有限。 近两年全球新冠肺炎疫情和日益紧张的国际关系让欧盟意识到，在特殊时期，最坏情况下全球货物和原材料流动可能在一夜之间中断。“无磷使用”绝对是欧盟国家无法想象的场景，因此将磷酸盐列入20种关键原料清单，并在过去10年积极寻找替代磷源，污水处理厂是重点关注的问题之一。最近，荷兰科学家表示，他们已经找到了一种从污水厂高效回收磷的方法--只需使用磁铁。这项技术已被一家大公司收购并申请专利。他们是怎么做到的？让我们在本期《水星漫谈》中一起来看看吧。 磷矿是不可再生的有限资源，这些磷酸盐中约20%最终进入污水厂产生的污泥中。过去，污泥的农业利用在欧洲国家比较流行，但随着对污泥中有害物质的担忧，荷兰、德国等国家转向焚烧处理污泥。 除了焚烧，欧美多家公司正在探索如何从污水中回收磷，并将其转化为商业产品。在这背后，许多欧洲国家改变了政策并予以支持--例如，瑞典。事实上，早在2002年，瑞典环保局就设定了2015年污水厂磷再利用率为60的目标。瑞士还要求污泥和屠宰场从20回收磷，并给出了10年的过渡期。德国则在2017年通过了《污水污泥条例》(-ABFKL？RV）修正案，要求所有规模超过5万人口当量的污水厂在规定的过渡期（12年或15年）后，从污泥或污泥焚烧灰中回收磷，并禁止污泥的土地利用。这些政策促进了磷回收技术 欧洲的商业化。 在欧洲，化学除磷(CPR)和强化生物除磷(EBPR)是污水中常用的两种除磷手段。后者以鸟粪石形式回收污泥中的磷，回收率约为10-30%。化学除磷一般采用铁盐或铝盐除磷，其中铁与可溶性磷酸盐结合，可转化为不溶性磷酸铁沉淀，最终进入污泥。此外，污水处理厂采用铁盐作为混凝剂，增强初沉池沉淀效果，防止硫化氢排放。据统计，欧洲污水厂每年产生的污泥中约含37万吨磷。 化学除磷是一项已有50多年历史的技术。然而，在这么长的时间里，很少有人问过一个问题。这些磷酸铁沉淀是什么？ 2018年，正在攻读博士学位的菲利普·威尔弗特博士在荷兰的TU Delft和Westus（可持续水技术卓越中心），他找到了答案--他使用X射线衍射和穆斯堡尔谱（M？SSBAUER谱）和电子显微镜观察发现，污泥中的大部分磷酸盐与一种磷酸盐铁矿结合，这种矿物被称为薇薇安矿。 他当时的博士研究题为“从含有磷酸铁的污水污泥中回收磷酸盐”，他的导师包括TU Delft的Mark van Loosdrecht教授、Geert-Jan Witkamp教授（环境生物技术小组）、Peter Rem教授（资源和回收小组）和Wetsus的Leon Korving。值得一提的是，威尔弗特博士曾是一名海洋生物学家。据介绍，他是在马克的介绍下进入污水处理(dA)（坑）领域的。 蓝色铁矿（薇薇安矿），顾名思义，是一种蓝色矿物，化学式为Fe3(PO4)2(H2O)8。公元1817年。 沃纳是以英国矿物学家约翰·维维安的名字命名的，他首先在英国康沃尔发现了蓝色铁矿石。它出名的另一个原因是它经常被艺术家使用，比如荷兰画家约翰内斯·维米尔，他是这种油漆的狂热粉丝。除了隐藏在污泥中，这种矿物质还存在于泥炭等其他地方。威尔弗特的博士论文封面图片用的是蓝色铁矿石，这款油漆取自荷兰文洛污水厂（欧洲博士生历来非常重视博士论文封面）。 菲利普·威尔弗特博士论文封面来源：图代尔夫特 你觉得这个颜色很贵吗？除了赏心悦目的颜色，铁磁性是这种矿石的另一大优势。因为这意味着可以简单分离--利用矿业现有的成熟设备，通过磁铁将其与污泥分离。 TU Delft和Wetsus在这方面进行了进一步合作，并将其命名为Vivimag。顾名思义，ViviMag是磷酸铁磁选工艺的大型研究项目。该工艺是针对厌氧消化后的污水污泥。这是因为厌氧消化首先减少了污泥体积，可以以沼气的形式回收能量。厌氧消化过程中，Fe(III)被还原为Fe(II)，导致蓝宝石的形成。 蓝铁矿分离后，可与钾肥液溶解，生成液态钾肥磷肥。在这一溶解过程中，还形成了可用于铁盐生产的氧化铁。这些盐可以回用于污水处理厂的除磷工艺中。 分离取决于蓝色铁矿石的顺磁性（下图左）。在项目中试阶段，他们将使用来自德国Outotecs研发中心的SLon磁选机（下图和右图）来测试分离效果。 在这一阶段，他们实现了60的回收率，这 给了项目中试的信心。 该试点项目由Wetsus在荷兰布雷达Nieuwveer污水厂牵头，为期10个月（2018年9月1日至2019年6月30日）。结果表明，回收率高达80%，浓缩磷产品中蓝铁矿含量高达800mg/g，含磷量98mg/g。 作为荷兰顶尖的水研究机构，Wetsus（可持续水技术卓越中心）和荷兰图代尔夫特工业大学对污水的资源化利用进行了深入研究。早在8年前，他们就为此开展了联合研究，还拉拢芬兰化工巨头凯米拉加入。 Wetsus总部位于荷兰列瓦顿，这里被誉为欧洲水科技之都。他们一直致力于将水科学研究成果转化为商业应用。因此，联合球队能够吸引凯米拉也就不足为奇了。 Wetsus磷回收研究组主任莱昂·科文（Leon Korving）在接受采访时表示：“科学基础研究需要提出新的思路，与产业界合作可以让研究更接地气，增加快速拓展的可能性。”据悉，凯米拉公司于2020年6月购买了ViviMag的专利权。在小编看来，这应该算是产学研合作的典范。 值得一提的是，2020年，科文先生还在自己的推特上分享了以下图片。他说，这是ViviMag的衍生项目，他们正在调查蓝色铁矿石沉淀能否用于控制湖泊和河流中的藻华。没想到污水厂的磷回收技术最终还能用于水环境治理，小编就手动为这些脑洞大开的科学家点赞。 捷创新实验室回归企名网查看更多