驗證與分析

郝曉地, 周  健，王崇臣

（北京建筑大學  城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點實驗室/中—荷未來污水處理研發(fā)中心，北京 100044）

摘  要：”₃(PO₄)₂·8H₂O），一種化學穩(wěn)定性很強、回收用途極為廣泛、經(jīng)濟價值更高的磷酸鹽化合物。鑒于此，通過實驗驗證污泥厭氧消化條件下， Fe³⁺生物還原至Fe²⁺、與污泥釋放PO₄^3-化學生成藍鐵礦可行性以及所需環(huán)境條件與限制因素。結果顯示，Fe³⁺在厭氧消化過程中會被異化金屬還原菌（DMRB）還原為Fe²⁺，與污泥細胞裂解釋放出的PO4^3-可以生成藍鐵礦，含量高達204 mg /g DS。進言之，碳酸鹽（MCO₃）不會干擾藍鐵礦生成。Fe³⁺被生物還原時，DMRB會與產(chǎn)甲烷菌（MPB）爭奪電子供體（有機物），一方面會抑制厭氧消化產(chǎn)甲烷（CH₄），另一方面，Fe³⁺也提供了MPB所必需的Fe元素，可刺激酶活，反能促進產(chǎn)CH₄過程；Fe³⁺對產(chǎn)CH₄過程的綜合影響為促進作用。

關鍵詞：磷回收；藍鐵礦；剩余污泥；厭氧消化；異化金屬還原菌；甲烷菌

作為人類賴以生存不可缺或的營養(yǎng)物，磷（P）對人類生存與延續(xù)不可或缺；它主要來源于地殼中磷礦，是一種難以再生的非金屬礦資源^[1]。磷被人類開采后主要用于化肥生產(chǎn)（>80%），使用過后在地球上呈現(xiàn)“陸地→海洋”直線式流動^[2]；大部分未被作物吸收的磷以及食物中未被人和動物吸收的磷或以面源（地表沖刷徑流）或以點源（排放污水、糞尿）形式進入地表水體，最后隨波逐流進入海洋。進入海洋的磷僅極為少量（海鳥糞便、海洋捕撈）可回歸陸地，絕大多數(shù)磷在人類可目擊到的地質演變期內很難再回歸陸地。因此，磷和煤、石油等一樣都屬于不可再生的寶貴自然資源。平均而言，全球磷礦經(jīng)濟儲量（約220億t^[3]）不夠人類再消費100年時間^[4]，我國優(yōu)質磷礦開采只有區(qū)區(qū)20年時間^[5]。因此，可怕的“磷危機”現(xiàn)象一瞬即來。

顯然，我國已到了必須考慮實施磷回收戰(zhàn)略的時刻，從污水/動物糞便中回收磷的行動已變得刻不容緩。就磷回收產(chǎn)物而言，國際上目前似乎趨之若鶩的仍然是鳥糞石（MAP, MgNH₄PO₄·6H₂O）為主的磷酸鹽化合物^[2][4]。事實上，鳥糞石回收因反應條件苛刻，并不能直接施用，仍需進行化工處理制作磷肥，這就為其應用大打折扣^[6][7]。國際最新研究揭示，在厭氧消化污泥中發(fā)現(xiàn)存在一種藍鐵礦（Vivianite，Fe₃(PO₄)₂·8H₂O）形式的磷酸鹽化合物^[8][9]。這種磷酸鹽化合物廣泛出現(xiàn)在深水湖泊、海洋底部沉積物中^[10]，是一種非常穩(wěn)定的磷-鐵化合物（K_sp = 10^-36）^[11][12]；其單位重量（P計）的經(jīng)濟價值不菲^[13]，除了能用作磷肥原料外，還可作為鋰電池合成原料^[14]，大顆粒、高純度晶體還具很高收藏價值。

鑒于此，擬對厭氧消化污泥中藍鐵礦存在、成因、過程、影響等方面問題進行實驗研究，以確認新的磷回收形式之理論基礎與應用價值。

詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術與應用高級研討會（第十屆） 論文集