越來(lái)越多的污水處理廠(chǎng)在實(shí)踐營(yíng)養物回收，其中磷是最常見(jiàn)的回收物質(zhì)之一。除了應對日益嚴格的出水磷濃度之外，污水廠(chǎng)除磷的動(dòng)機還包括解決管道和工藝設備的鳥(niǎo)糞石結垢的問(wèn)題(污水處理設備常常會(huì )在長(cháng)期運行中積累了大量鳥(niǎo)糞石形態(tài)的礦物質(zhì)附著(zhù)物，對管道和設備造成破壞)，還能變成可銷(xiāo)售的肥料，成為污水廠(chǎng)有力的宣傳素材。

CalPrex的磷回收技術(shù)據悉最初源自一家叫Nutrient Recovery & Upcycling（簡(jiǎn)稱(chēng)NRU）的公司，然后Centrisys/CNP公司從NRU那里獲得了該工藝技術(shù)的獨家授權。2019年底，水業(yè)雜志《TPO(處理廠(chǎng)運營(yíng)者)》采訪(fǎng)了NRU公司的創(chuàng )始人之一Menachem Tabanpour。在本期的微信專(zhuān)欄里，小編結合這篇采訪(fǎng)報道，和大家一起增加對CalPrex的了解。

CalPrex的發(fā)展史

NRU公司說(shuō)，該工藝可以在污泥進(jìn)入厭氧消化器前回收超過(guò)45%的總磷。方法是在厭氧消化前設置在一個(gè)特殊的反應器，向剩余污泥和初級污泥的濃縮液投加氫氧化鈣，最終以鈣磷石（CaHPO4·2H2O，英文名為Brushite）的形式捕獲磷，將其干燥后可以制成肥料顆粒。

Tabanpour先生說(shuō)他和CalPrex的故事可以從20年前說(shuō)起。2002年，當他還在讀中學(xué)的時(shí)候，他參加了威斯康星麥迪遜大學(xué)的Philip Barak教授的實(shí)驗室暑期實(shí)習項目。Barak教授是CalPrex的最初發(fā)明人，不過(guò)他最初是研究如何用單分子膜結晶提取鳥(niǎo)糞石。

由于項目不斷發(fā)展，Tabanpour先生在讀本科的時(shí)候得以繼續參與此項目。項目組首先與位于麥迪遜的九泉污水處理廠(chǎng)(Nine Spring WWTP)開(kāi)展合作，在處理工藝的不同位置進(jìn)行采樣，以確定最佳的除磷點(diǎn)。他們發(fā)現，在酸性消化池中(SRT基本為1.5天)，pH值的下降會(huì )使磷變得非常易溶和易于提取。2007年，他們決定放棄了對鳥(niǎo)糞石的研究，并開(kāi)啟了鈣磷石回收的新方向。

2011年，為了加速其商業(yè)化進(jìn)程，團隊成立了NRU公司。第一個(gè)中試項目位于伊利諾伊州Woodridge城的Greene Valley污水廠(chǎng)，該廠(chǎng)的管道也飽受鳥(niǎo)糞石結垢的困擾。他們一共在Woodridge做了兩期的中試，第一次是在2014-2015年，第二次是2017年。他們這項技術(shù)也受到行業(yè)的關(guān)注，2017年，美國圣騎士(Centrisys)的子公司CNP獲得了獨家授權，給這項技術(shù)注冊了 CalPrex的商標名。之所以起這么個(gè)名字，是因為CNP此前已經(jīng)有一款叫MagPrex的基于鳥(niǎo)糞石沉淀的磷回收技術(shù)，他們認為CalPrex+MagPrex能給污水廠(chǎng)提供最高的磷回收率的解決方案。

在隨后的2018年，Centrisys/CNP和NRU新組成的團隊更進(jìn)一步，在得到密爾沃基城市污水管理局(MMSD)、丹佛城市污水管理局(MWR)以及麻省水資源管理局(MWRA)的支持后，獲得了美國水研究基金會(huì )(WRF)的研究經(jīng)費，繼而在九泉污水廠(chǎng)進(jìn)行更大規模的示范項目，來(lái)驗證該工藝技術(shù)的規?；瘽摿?。

CalPrex的不同之處？

在被問(wèn)到CalPrex工藝和其他磷回收工藝有什么本質(zhì)區別時(shí)，Tabanpour是這么回答的：“一個(gè)關(guān)鍵的區別是，我們不生產(chǎn)鳥(niǎo)糞石，而是生產(chǎn)鈣磷石，后者是一種磷酸鈣礦物，而不是磷酸鎂氨礦物。同比其他已經(jīng)商業(yè)化的磷回收技術(shù)，CalPrex的回收率是它們的兩到三倍。一般來(lái)說(shuō)，除磷率的關(guān)鍵是你能溶解多少磷。捕獲已經(jīng)溶解的磷進(jìn)行是除磷工藝最簡(jiǎn)單的部分，難點(diǎn)是你能將污泥里多少的總磷變成可溶的形式？”

通常情況下，污水中的磷會(huì )被封存在污泥中。約10-20%的磷進(jìn)入初始污泥，其余大部分在剩余污泥中，出水還含有10%。Tabanpour說(shuō)：“污泥經(jīng)濃縮后，基本就是一個(gè)磷匯(phosphorus sink)，它主要以細胞或顆粒態(tài)存在。為了進(jìn)行回收，你需要讓這些磷溶解出來(lái)。這就是發(fā)酵池的作用。在發(fā)酵池中，較低的pH值能釋放更多的磷，并且能保持在可溶的狀態(tài)。在離心機脫水后，你就得到高濃度可溶性磷的離心液，約為500ppm，并且TSS較低。這是后續磷沉淀的理想溶液?！?/p>

CalPrex反應器

那么CalPrex反應器究竟是如何回收磷的呢？Tabanpour是這么回答的：“我們加入氫氧化鈣（熟石灰），pH值從5.5升至6.5。形成的磷酸鈣礦物在斜板沉淀池中沉淀，然后用離心機將其脫水，再干燥后做成肥料。脫水后的離心液送回污水處理線(xiàn)?！?/p>

鈣磷石的特點(diǎn)

Tabanpour表示：鈣磷石和鳥(niǎo)糞石類(lèi)似，也是一種非常好的緩釋肥料。純的鈣磷石的磷含量約18%，而鳥(niǎo)糞石的磷為12.6%，所以它是一種更高效的礦物磷肥，是市面其他磷肥的良好替代品。鳥(niǎo)糞石的形成會(huì )伴隨晶體過(guò)程，形成大的晶體或珍珠，但鈣磷石不會(huì )。后者形成150-300μm的顆粒。脫水后，它會(huì )形成一種糊狀物，看起來(lái)像厚厚的混凝土。干燥后則成為一種非白色或灰色的粉末，可以制成顆粒。

什么污水廠(chǎng)適用？

在被問(wèn)到什么污水廠(chǎng)最適合選用此工藝。Tabanpour表示有四大類(lèi)的污水廠(chǎng)可快速適配：

• 首先最合適的是已經(jīng)有預發(fā)酵水解工藝的污水廠(chǎng)；

• 第二種是需要在厭氧消化前去除大部分磷的污水廠(chǎng)，因為他們一般面臨非常嚴重的鳥(niǎo)糞石結垢問(wèn)題，或是對污泥磷濃度有相關(guān)要求的污水廠(chǎng)；

• 第三種是有后置好氧消化器(PAD)的污水廠(chǎng)，因為PAD能破壞堿度并降低pH，提高溶解磷含量而得以回收；

• 第四種是想提高生物固體肥料產(chǎn)量的污水廠(chǎng)。

另外，Tabanpour還提到，NRU有自己的鈣磷石肥料商品—— 2019 年秋季他們推出了一款名為 Steady State 的肥料品牌。銷(xiāo)售的肥料包括AirPrex裝置生產(chǎn)的鳥(niǎo)糞石和CalPrex裝置生產(chǎn)的鈣磷石，以及根據客戶(hù)需求定制的氮磷鉀混合肥料。

據悉，除了MMSD水務(wù)局的九泉污水廠(chǎng)，在丹佛污水廠(chǎng)的測試顯示在厭氧消化前加設的CalPrex系統去除大部分磷后，污泥中的氮磷比例更加合理，得到的磷肥質(zhì)量能更好地滿(mǎn)足農用的氮需求，這也反過(guò)來(lái)提高了他們對鈣磷石肥料的信心。小編個(gè)人則認為，隨著(zhù)大家對活性污泥中的磷轉化機制認識的加深，相信未來(lái)的磷回收技術(shù)的回收率有望進(jìn)一步提高。

由于小編水平有限，各位讀者如果想了解CalPrex更多細節，還是請查看WRF的報告原文。若有不對之處，請多多指正。