东华大学舒诗湖团队、中科院地理所孙思奥团队合作最新研究成果：中国城市污水处理磷回收现状、未来潜力及可持续发展路线图
成果简介
近日，东华大学环境科学与工程学院舒诗湖团队与中国科学院地理科学与资源研究所孙思奥团队合作在Journal of Water Process Engineering（IF:6.3）上发表题为“Phosphorus recovery from urban wastewater treatment in China: Current status, future potential and a roadmap for sustainable development”的研究论文。本文对典型的磷回收技术进行了简要综述，总结了其优缺点。同时，本文利用高分辨率的污水处理厂级别、城市级别的数据对污水处理中磷回收的现状和潜力进行了定量评估。研究结果可为全国城市污水磷回收路线制定提供一定的科学参考。
引言
磷是一种至关重要且不可再生的资源，正面临着日益严峻的枯竭风险。对废水中的磷回收，不仅能缓解资源枯竭危机，同时也能改善水环境质量。我国是全球最大的磷肥生产和出口国之一，在工农业生产过程中向社会、环境中投入了大量磷资源，磷回收的步伐却相对较缓。在充分认识到当前状况的基础上，采用科学合理的手段处理并回收大量污水中的磷资源显得尤为迫切。该研究利用高分辨率的污水处理厂级别、城市级别以及区域级别数据，对中国污水处理中磷回收的现状和四种假设情景的回收潜力进行了定量评估。结果表明，当前主要通过污泥堆肥能够从污水中间接回收约21%的磷。但这一比例在不同地区存在很大的空间差异。文章进一步提出了四种不同的磷回收情景，以评估不同技术组合下的磷回收潜力，并强调了在经济发达城市优先开展污水中磷回收的重要性。研究结果可为全国城市污水磷回收路线制定提供一定的科学参考。
图文导读
图1显示了该研究的主要研究过程。该研究首先简要回顾了目前典型的磷回收技术，总结了它们在实际应用中的优缺点，并收集了液相、污泥以及焚烧灰分等回收介质下典型技术的回收效率、产品以及应用规模等信息。随后，收集官方公布的污水处理厂列表，涵盖中国大陆31个省份的337个城市的8000余个污水处理设施，收集相关信息包括处理能力、处理水平、所在位置等，该数据集为磷回收潜力的评估提供了充分详细的数据基础。
图1 本研究的主要研究过程
图2为不同规模的污水处理厂的空间分布。接着定量评估了中国污水处理中磷回收现状和四种假设情景下的回收潜力。估计中国目前通过市政污泥堆肥的方式每年回收约39000吨总磷，占污水处理厂处理总磷量的21%与2020年农业磷肥使用量的1.4%，凸显出当前磷回收对农业生产和减少矿物磷肥依赖较为有限的贡献。
图2 中国城市污水处理厂空间分布
图3显示了城市磷回收现状存在高度的空间差异，间接利用主要集中在东部的省会城市和中大型城市，其中北京、天津、青岛和沈阳等城市年回收量超过千吨，前20个城市合计贡献了全国磷回收量的50%以上。而西部地区的间接利用量较少，低于全国的平均水平。
图3 中国城市污水处理厂磷回收现状：（a）城市级别磷回收潜力，（b） 磷回收量排名前 20 的城市
图4显示了四种情景下中国城市污水处理中磷回收的潜力。情景1和2分别通过更严格的排放标准和液相磷回收技术，预计可增加15%和10%的磷回收量。情景3将液相结晶回收与土地施用联合进行，实现了磷回收量的翻倍。情景4则通过污泥焚烧灰分提取回收磷，回收量可增至当前水平的2.72倍，相当于超过5%的农业磷肥使用量，是四种情景中最理想的回收情况。此外，文章还分析了基于两种代表性技术（液相结晶回收与焚烧灰分提取回收）在工厂级别的磷回收潜力，发现不同工厂的磷回收潜力差异很大。位于东北地区的污水厂通常有相对较高的回收潜力，回收量排名前十的污水处理厂占全国总回收量的近7%。这些信息为制定磷回收策略提供了宝贵见解，特别为试点城市与试点工厂的选取提供了一定的参考。
图4 城市（a-d）和工厂级别（e）中国城市污水处理磷回收潜力：（a）情景1：污水排放标准提标后的污泥土地应用;（b）情景2：液相鸟粪石结晶回收;（c）情景3：液相回收后污泥土地应用;（d）情景4：污泥焚烧灰分中回收;（e）中国7大地理分区两种主流技术的污水处理厂个体回收量范围
小结
磷回收已经成为污水处理厂资源回收的焦点。本文研究中对中国8000多个污水处理厂当前和潜在磷回收率进行了定量评估。研究结果表明，中国通过土地利用进行磷回收是有限的，作物对总磷的恢复与吸收约为3.9万吨，这约占污水处理厂每年处理污水中的总磷21%，仅占全国磷肥消耗的0.6%。目前，磷的回收表现出较大的空间差异，主要集中在经济发达城市的少数大型污水处理厂。本研究建议制定全国磷回收路线图，优先在少数大型污水处理厂通过先进技术进行回收，然后在全国范围内推广实施。未来研究工作应侧重于推进开发具有成本效益的磷回收系统，并制定监管激励措施，以加强污水处理中的磷回收实践。
