全球百座污水磷回收工程案例与分析
编者按 : 污水处理过程磷回收在我国学界已喊了20年，但因至今无政治压力和政策配套，至工程应用鲜有案例。尽管如此，我们认为它必将成为我国的政治议题并像“双碳”一样付诸实施。因此，我们根据国际知名磷资源共享平台ESPP（European Sustainable Phosphorus Platform）发布的污水处理设施中运行与在建设磷“回收与再循环”设施清单，整理出上百座已投产或在建的全球磷回收工程案例，并对清单的数据进行了视觉化分析总结。旨在为我国今后污水磷回收工程应用提供参考。
污水处理设施中运行或正在建设的
磷“回收/再循环”设施清单
该清单总结了自1989年以来的磷回收工程案例，包括已投产和计划中的案例，共计122项。这些磷回收工程案例共分布于17个国家（图1），其中美国、日本、德国和荷兰四个国家就贡献了71%（87座）的工程案例，各有26、23、21、17座，其余零星分布于丹麦、中国等国家。从其回收磷的装机容量上看，现有回收设施每年可回收31828.5吨（注：并不是以纯的磷计，而是以回收的含磷产品计，下同），美国占比最大，共计14705 t磷/年，荷兰其次，装机容量为4070 t磷/年。磷回收工程案例集中于欧盟、美国、日本等地区，这得益于该地区或国家对磷资源重要性的认识较早。早在2017年，欧盟就已将P纳入了“Critical Raw Materials List”，部分欧盟成员国并规定了强制磷回收情景。相比之下，我国污水磷回收工程案例只有5个，对磷的回收规模非常低。
图1 各国运行/在建磷回收设施案例数量(左)/装机容量(右)占比
图2展示了全球磷回收工程案例的发展演变，自1989年日本开始了工程化污水磷回收起，污水厂（或焚烧灰分磷回收）磷回收工程案例逐年增多。2008年以前，磷回收的工程案例数量增长较为平和，但之后污水磷回收工程数量快速增加，一直保持增长至今。从磷矿石的价格来看，2007/2008年前后磷矿石价格增长了900%，这归因于当年食物价格上涨和对磷肥需求增大的缘故。大概也正因如此，给了污水处理厂运营方最大的经济回报刺激，推动了磷回收工程的推广。从磷回收规模上来看（图3），磷回收工程的装机容量不断增长，16年涨幅巨大，装机容量是15年的2.28倍，预计23年磷回收工程的总装机容量能达到45409.5吨/年。图4为OSTARA PEARL®工艺各年份所建设施的装机总容量，就单一工艺分析，近年来的磷回收设施的规模就以往而言也明显增大。
图2 运行/在建磷回收设施工程案例总数
图3 运行/在建磷回收设施工程装机总量
图4 PEARL® (OSTARA) 工艺装机量
表中工程案例的磷回收实施技术名称五花八门，但实际上回收原理并不复杂，具体可参考我们最近的推文（国外主流磷回收技术与政策）。从列表工程案例的回收产品来看，包括羟基磷灰石、鸟粪石、磷酸钙、磷酸等，其中以鸟粪石为主要回收产品的案例数占比最大，超过80%的设施都以鸟粪石为产品进行磷回收（图5），用于回收鸟粪石的设施的装机容量占比甚至达到了所有磷回收设施的98%。可见，现如今全球的磷回收仍以鸟粪石为主，但是对于生成鸟粪石条件的控制和纯度需要特别关注（磷回收无需聚焦鸟粪石）。实际上，荷兰代尔夫特理工大学近年来开发了蓝铁矿为产品的污水磷回收技术并即将工业化应用。另外，从表格列表可进一步看到，从污泥灰分中提取磷越来越受青睐，多座灰分磷回收设施将在23-26年建设完成，预计总装机容量达到584.3吨/年。鉴于中国目前对于污泥处理处置的重视及大城市焚烧处置路径逐渐得到关注，配合以污泥灰分磷回收设施，或许是值得的考虑的选择。
图5 已建/在建磷回收设施产品数量占比(左)/装机容量占比(右)
参考文献
Mariana Cardoso Chrispim, Miklas Scholz, Marcelo Antunes Nolasco. Phosphorus recovery from municipal wastewater treatment: Critical review of challenges and opportunities for developing countries. Journal of Environmental Management.Volume 248,2019,109268. ISSN 0301-4797. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109268.
