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文章信息：郝曉地,申展,李季,吳遠遠.國際上主要污水磷回收技術的應用進展及與之相關的政策措施[J/OL].環(huán)境工程學報:1-14[2022-11-04].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.5591.X.20221103.1456.004.html
文章亮點
1）歐洲、日本等國家和地區(qū)率先開啟從污水及固體廢棄物中回收磷的技術研發(fā)與工程應用，在政策/法律等層面也相繼出臺或修訂了一系列有利于磷回收產(chǎn)品順利進入市場的法規(guī)/條例。
2）從磷的源分離、濃縮液沉淀、污泥分離以及污泥焚燒灰分提取幾類技術，梳理分析了全球已研發(fā)并應用的污水處理磷回收技術的主要案例，并對比了各類技術的適用條件。
3）分析了磷回收產(chǎn)品進入市場并獲得競爭力的軟性障礙，并從政策、法律及稅收、補貼等層面介紹了個別國家和地區(qū)所采取的具體管理措施，以期為污水磷回收技術的應用與推廣提供參考。
主要內容
如今，磷回收技術已不再是限制其應用的卡脖子難題。未來的挑戰(zhàn)在于如何將磷回收產(chǎn)品納入市場并部分取代開采磷礦，以構建良性的磷回收產(chǎn)品市場。本文參考歐洲、日本等國家和地區(qū)的磷回收技術應用案例及市場化經(jīng)驗，分析不同磷回收位點的技術特征，并總結相關國家在該領域的政策與措施，以期為我國解決磷危機提供參考。
1 磷回收技術的工程應用案例
1.1糞肥磷回收：荷蘭Groot Zevert Vergisting (GZV)厭氧消化綜合回收
畜牧業(yè)糞肥衍生的環(huán)境污染問題和處理成本一直是令荷蘭頭疼的問題。在此情形下，歐盟“Horizon2020”項目資助建設了Groot Zevert Vergisting (GZV)示范工廠，通過“Re-P-eat”工藝集合周邊55處畜牧與屠宰場產(chǎn)生的豬牛糞尿進行聯(lián)合厭氧消化，實現(xiàn)糞肥減量濃縮和磷回收。動物糞尿首先經(jīng)過反應器進行聯(lián)合厭氧消化，然后消化液與沼渣通過螺旋壓濾機實現(xiàn)固-液分離。其中液相通過氣浮、微過濾、反滲透濃縮獲得N、K營養(yǎng)液，直接回用農田(自用或出口鄰國)或作為化肥廠原料；固相則采用Re-P-eat工藝，即，在酸化反應器中加入熟石灰，回收富磷磷酸鈣(CAP)和低磷有機土壤改良劑。處理/回收工藝最終出水符合荷蘭地表水排放標準，可直接回補地表水資源。體量巨大的糞肥就地回收為濃縮肥料或土壤改良劑，節(jié)省了高昂長途運輸及處理成本，綜合處理費用較歐洲傳統(tǒng)豬糞單獨處理成本減少50%—100%，經(jīng)濟效益十分顯著。
1.2厭氧消化液磷回用：加拿大CrystalGreen®技術
加拿大Ostara公司將工業(yè)、農業(yè)、市政污水處理廠中的營養(yǎng)物回收轉化為一種高效且環(huán)保的顆粒肥料——Crystal Green®，核心工藝包括WASSTRIP®和Pearl®技術。其中，WASSTRIP可實現(xiàn)富磷污泥厭氧釋磷，而Pearl®技術主要是采取添加Mg鹽同時控制pH條件，實現(xiàn)磷沉淀、鳥糞結晶與分離。其實，這種鳥糞石生成、回收技術早在荷蘭BCFS脫氮除磷工藝中便已體現(xiàn)；該案例成功之處在于其成功的“技術設備銷售+產(chǎn)品回購+產(chǎn)品銷售”商業(yè)銷售模式，保證了用戶端(廠家)有技術可用、有利可圖、無產(chǎn)品銷售之虞，而技術公司自身也實現(xiàn)了輕資產(chǎn)利益轉化，最終為磷肥用戶提供了優(yōu)質磷肥資源，可謂三方共贏，實現(xiàn)技術的可持續(xù)發(fā)展。
1.3生污泥磷回收：德國TerraNova® Ultra工藝
德國TerraNova Energy公司采用Terra Nova® Ultra工藝，通過水熱碳化(HTC)原理控制反應條件模擬并加速天然煤炭的生成過程，將活性污泥直接制成可燃燒煤，同時，以液體磷肥和含磷生物炭形式實現(xiàn)磷回收。經(jīng)種植實驗比較，這種液體磷肥種植作物(番茄和小麥)干重和高度均優(yōu)于對照市售液體磷肥，是一種良好的磷回收產(chǎn)品。目前該工藝已應用于中國濟寧污水處理廠、德國凱澤斯勞滕(Kaiserslautern)中央污水處理廠、德國杜塞爾多夫(Düsseldorf)示范污水處理廠、斯洛韋尼亞國馬里博爾(Maribor)污水處理廠等。
1.4污泥灰分磷回收
1）荷蘭ICL Fertilizers：作為磷肥生產(chǎn)商，該企業(yè)研發(fā)主要針對污泥焚燒灰分(SSA)、待回收磷酸鹽以及肉骨粉灰(MBMA)等次級磷酸鹽原料使用技術，其名下的阿姆斯特丹化肥生產(chǎn)廠，磷礦消耗量25萬 t/a、磷產(chǎn)品總產(chǎn)能80萬 t/a，其中二次回收磷替代了10%原磷礦。除此之外，ICL公司還在歐洲和美國發(fā)展下游業(yè)務，通過Recophos工藝和Tenova工藝生產(chǎn)白磷(P4)(目前已準備在荷蘭特爾紐岑建立試點工廠)和食品級磷酸(項目已通過實驗室測試，目前正在進行可行性分析)。
2）日本Metawater：與歐洲磷資源狀況不同，日本一方面缺乏足夠磷礦，所有磷礦依賴進口；另一方面，日本法規(guī)對污泥無害化處理要求極為嚴苛，法律禁止污水處理剩余污泥直接農用。因此，日本很早就針對污泥、污水、動物糞便和工業(yè)廢水等資源開展磷回收研究工作，擁有眾多大規(guī)模磷回收工廠和長期運營經(jīng)驗。日本Metawater集團目前運營的歧阜(2010年)和鳥取(2013年)兩座污泥焚燒灰分磷回收工廠。通過堿法和投加Ca2+，以羥基磷灰石鈣(HAP)進行灰分磷回收磷。剩余灰分殘渣通過弱酸清洗去除重金屬，轉化成無臭味的棕色顆粒，符合土壤污染防治標準，可作為路基材料或瀝青填料中石粉替代品，亦可作為土壤改良劑。
2 不同磷回收位點技術優(yōu)劣評價
以上案例表明，城市污水及有機固廢的體量巨大，其中所含的磷資源大都未被開發(fā)和利用。目前，各種磷回收技術已相對成熟，并逐漸進入商業(yè)化應用階段。但是，理想的磷回收技術應該是低成本、高效率、產(chǎn)物俏、風險小的工藝。以上案例總結經(jīng)驗可知，不同回收點位應用模式、可行性、經(jīng)濟性與前景等方面不盡相同。
在焚燒正逐漸演變?yōu)槲勰嘟K極處理、處置的大趨勢下，灰分磷回收成為當前最具前景的磷回收方式。日本的國土面積優(yōu)先，使得該國優(yōu)先建設中心污泥焚燒廠來承擔周邊污水處理廠的磷回收任務。波蘭波美拉尼亞省的 2 個污泥焚燒廠甚至承擔了周邊 220 多個污水處理廠 60%的污泥焚燒任務。這表明由于“中心輻射周邊”的“污泥焚燒+磷回收”模式可降低污水處理廠的磷回收成本，有潛力成為未來污水處理磷回收的主要方式。
3 國際上與磷回收技術應用相關的政策措施
1）從政策與法律層面支持回收磷產(chǎn)品。相對于天然磷礦，消費者對從污水、污泥和糞肥中回收磷的安全性和可用性持懷疑態(tài)度。為此，歐盟重新審視這一問題，修訂了歐盟肥料條例(EU)2019/1009)，將三種磷回收產(chǎn)物STRUBIAS(鳥糞石，生物炭和焚燒灰分合稱)列為化肥生產(chǎn)的二次磷原料，滿足使用和安全要求的肥料可以在歐洲市場自由出售，旨在打通磷回收市場貿易壁壘。除此之外，歐盟各成員國還配合制定了相應的法律、法規(guī)。前有瑞士、荷蘭兩大領跑者，分別提出“瑞士磷元素閉合循環(huán)構建”與“2050荷蘭循環(huán)計劃”，旨在實現(xiàn)境內營養(yǎng)物全回收與閉合循環(huán)；后有英、法、德三架馬車緊跟其后，以磷回收法律框架和網(wǎng)絡系統(tǒng)構建為目標，呵護磷回收產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展；還有北歐諸國亦齊心協(xié)力，擴大磷回收維度與深度。目前，歐洲各國正攜手合作為創(chuàng)建建歐洲可持續(xù)磷回收平臺(European Sustainable Phosphorus Platform)而努力，以實現(xiàn)全歐洲磷回收學術成果、管理經(jīng)驗共享，為管理者、消費者和市場提供交流平臺，促進磷回收市場多維度發(fā)展。
2）對銷售回收產(chǎn)品的稅收與補貼政策。政策與法律手段雖然可保障磷回收產(chǎn)品進入市場無行政障礙。但客觀來看，磷回收成本仍高于傳統(tǒng)磷礦，導致磷回收產(chǎn)品市場競爭能力變弱。面對市場現(xiàn)狀，政府應在磷礦石開采、銷售上課以重稅，將其補貼或減免稅收于磷回收產(chǎn)品。在此方面，瑞典和丹麥國家的作法令人稱贊。例如，瑞典自1984年征收磷礦開采稅(1994年以磷肥鎘含量衡量以間接限制開采磷礦。2021年3月24日瑞典政府贈款5 100萬克朗(約3 850萬人民幣)，以支持“EasyMinings”計劃，表彰其在污水污泥磷回收和減少歐洲磷礦開采等自然資源保護方面作出的貢獻。此外，丹麥還從2005年起征收市場動物磷飼料銷售稅，并于2018年提出實現(xiàn)80%污泥中磷回收目標，通過征收污水排磷稅和污泥填埋稅來促進磷回收技術進步和應用發(fā)展。
作者簡介 ✦
郝曉地，北京建筑大學講席教授，中-荷未來污水處理技術研發(fā)中心負責人、環(huán)境與能源學院市政工程系學科學術帶頭人。2001年10月獲荷蘭代爾夫特理工大學博士學位，同年12月通過北京市“綠色通道”人才計劃引進至我校工作。目前擔任水處理領域頂尖期刊《Water Research》區(qū)域主編（Editor）。研究領域專注于污水處理碳中和技術集成，可持續(xù)污水處理技術研發(fā)，擅長污水脫氮除磷及其模擬技術、污水處理資源化技術，著有《藍色經(jīng)濟下的水技術策略》、《污水處理碳中和技術》、《可持續(xù)污水-廢物處理技術》、《磷回收概觀與磷回收技術》等著作。截止目前，承擔了8項國家級項目和十幾項省部級及橫向項目；發(fā)表論文近300篇，其中國際刊物發(fā)表90篇。2020年美國斯坦福大學（Stanford University）發(fā)布了世界排名前2%科學家排行榜（World’s Top 2% Scientists 2020），郝曉地教授入選環(huán)境科學領域榜單。
