驗(yàn)證與分析

郝曉地, 周  健，王崇臣

（北京建筑大學(xué)  城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中—荷未來(lái)污水處理研發(fā)中心，北京 100044）

摘  要：”₃(PO₄)₂·8H₂O），一種化學(xué)穩(wěn)定性很強(qiáng)、回收用途極為廣泛、經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高的磷酸鹽化合物。鑒于此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(xué)生成藍(lán)鐵礦可行性以及所需環(huán)境條件與限制因素。結(jié)果顯示，Fe³⁺在厭氧消化過(guò)程中會(huì)被異化金屬還原菌（DMRB）還原為Fe²⁺，與污泥細(xì)胞裂解釋放出的PO4^3-可以生成藍(lán)鐵礦，含量高達(dá)204 mg /g DS。進(jìn)言之，碳酸鹽（MCO₃）不會(huì)干擾藍(lán)鐵礦生成。Fe³⁺被生物還原時(shí)，DMRB會(huì)與產(chǎn)甲烷菌（MPB）爭(zhēng)奪電子供體（有機(jī)物），一方面會(huì)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(jìn)產(chǎn)CH₄過(guò)程；Fe³⁺對(duì)產(chǎn)CH₄過(guò)程的綜合影響為促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：磷回收；藍(lán)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(yíng)養(yǎng)物，磷（P）對(duì)人類生存與延續(xù)不可或缺；它主要來(lái)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(guò)后在地球上呈現(xiàn)“陸地→海洋”直線式流動(dòng)^[2]；大部分未被作物吸收的磷以及食物中未被人和動(dòng)物吸收的磷或以面源（地表沖刷徑流）或以點(diǎn)源（排放污水、糞尿）形式進(jìn)入地表水體，最后隨波逐流進(jìn)入海洋。進(jìn)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(zhì)演變期內(nèi)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(jì)儲(chǔ)量（約220億t^[3]）不夠人類再消費(fèi)100年時(shí)間^[4]，我國(guó)優(yōu)質(zhì)磷礦開采只有區(qū)區(qū)20年時(shí)間^[5]。因此，可怕的“磷危機(jī)”現(xiàn)象一瞬即來(lái)。

顯然，我國(guó)已到了必須考慮實(shí)施磷回收戰(zhàn)略的時(shí)刻，從污水/動(dòng)物糞便中回收磷的行動(dòng)已變得刻不容緩。就磷回收產(chǎn)物而言，國(guó)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(shí)上，鳥糞石回收因反應(yīng)條件苛刻，并不能直接施用，仍需進(jìn)行化工處理制作磷肥，這就為其應(yīng)用大打折扣^[6][7]。國(guó)際最新研究揭示，在厭氧消化污泥中發(fā)現(xiàn)存在一種藍(lán)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(jì)）的經(jīng)濟(jì)價(jià)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(jià)值。

鑒于此，擬對(duì)厭氧消化污泥中藍(lán)鐵礦存在、成因、過(guò)程、影響等方面問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以確認(rèn)新的磷回收形式之理論基礎(chǔ)與應(yīng)用價(jià)值。

詳見(jiàn)：中國(guó)給水排水2019年中國(guó)城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)（第十屆） 論文集