佛罗里达大学高斌团队：基于当前除磷技术对废水中磷的回收与利用
导读：美国佛罗里达大学高斌团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“基于当前除磷技术对废水中磷的回收与利用（Recovery of phosphorus from wastewater: A review based on current phosphorous removal technologies; 2023, 53(11): 1148-1172）”的综述。
磷（P）是生命所必需的营养元素，是维持食物与农产品生产力的关键。然而，若无视磷在废水中的污染，会导致水体富营养化，从而产生严重的生态后果。虽然已经开发了许多技术来除去废水中的磷，但对于磷的回收与利用却关注较少。本文对废水处理科学与工程中现有的除磷技术进行了综合评价，重点分析了沉淀、生物处理、膜分离和吸附等四种典型的水和废水处理工艺的机制、去除效率和回收潜力。对每种技术的设计原理、可行性、流程参数、优缺点等进行了分析和比较。最后，从可持续水处理技术的角度，提出了磷去除和回收的展望，并对该领域的未来研究提供有价值的见解（图1）。
图1 图文摘要（Graphic Abstract）
主要内容
根据Web of Science数据库，本文对近十年间关于废水中磷的去除和回收的出版物进行了总结（图2）。目前的除磷技术，包括吸附、膜工艺、生物处理和沉淀等，它们在从废水中去除磷的有效性和技术机制方面存在差异。在废水处理过程中，磷的去除、回收和再利用是评估的关键步骤。从废水中将磷转移到浓缩物或污泥中对磷的去除和回收都至关重要。在吸附和离子交换工艺过程中，磷可以通过再生溶液从废弃吸附剂中提取出来。膜过程和混合技术即可以实现传统的净水目的，又可以回收生物能源并将废水中的磷富集到高浓度液体溶液中。这些废水液体溶液中的磷最终可以回收到磷产品中。
图2 与磷去除和回收相关的出版物数量（2011–2021）。关键词“磷酸盐去除和回收”（A），以及具有磷去除与回收特定技术（B）
化学沉降，电凝聚或电辅助沉淀和重结晶等技术可以直接从富磷的高浓度液体流中回收磷。通常情况下，传统的性污泥废水处理工艺中的增强生物磷去除（EBPR）技术能浓缩污水厂进水中约90%的磷在淤泥之中，大约占到淤泥总质量的2-3%，是最浓缩的磷源头之一。然而，从污泥中回收磷面临着成本和污染物去除方面的诸多挑战。就废水回收的磷产品而言，一些消耗低成本吸附剂，例如富磷生物炭和富磷污泥，可以直接用作肥料或土壤改良剂进行土地应用（图3）。此外，通过从浓缩液中结晶获得的磷酸镁和富含Mg/Ca的矿物质可以用作缓释肥料。
图3 工程生物炭在从二级处理后的废水中回收磷的应用
总结与展望
可持续水处理技术的范式转变要求不仅回收洁净水，还要从废水中回收有价值的资源。在政策制定和成本效益分析的背景下，新的技术开发研究对实现这一目标至关重要。尽管从废水中回收磷并制成增值改良剂或肥料是可持续和有前途的，但必须实施政策和教育策略，使磷回收得到社会支持和补贴。此外，仍需要进一步研究发展当前废水处理技术，以实现磷的同时去除和回收。我们强调以下方面：1）需要开发具有高和稳定的除磷效率的新型先进技术，以直接回收磷；2）目前的除磷技术需要某些升级，以增强废弃物流中的磷可利用性，提高磷回收潜力；3）建议采用低成本的磷回收技术，以产生高质量、最小磷损失和环境问题的回收产品。需要进一步研究找到可持续的方法来重复使用这些产品；4）鼓励结合和融合当前的磷处理技术，通过整合物理、化学、生命、社会和经济科学的跨学科贡献来解决磷可持续性面临的复杂挑战；5）机器学习和人工智能可以提供机会，分析和比较当前和新开发的废水处理技术的磷回收可行性、成本和生命周期或足迹；6）从废水处理的角度，强烈推荐采用循环经济或圆锥经济方法，倡导磷的可持续去除、回收和重复使用。
