从污水中获取有用物质--居民地区和工业污水中蕴含着的宝藏

作者:Hans-Jürgen Bitterma 文章来源:PROCESS德文版 发布时间:2014-06-23

污水的运输也把许多有价值的物质同时运来,例如许多金属元素和磷。这时,回收这些有用物质的技术就显得非常重要且具有广泛意义。

一般来讲,工业企业的污水净化处理是一个历史悠久的话题,而这一话题目前正在悄悄的发生变化:现在的污水也渐渐被视为一种可以从中获取能源和有用物质的资源而加以分类,随之便出现了一系列从污水中回收有用物质的污水净化处理技术。例如,法国的Magpie聚合物技术公司是一家发明了有效地从污水中发现有用物质成分这一技术的初创公司。这家公司研发的不同过滤器可以用聚合物小球选择性地把某种金属物质汇聚到一起。这一技术已经成功地在欧洲一些企业中过滤少量的贵金属材料微粒时得到了应用。

“我们的白色聚合物小球直径在0.5~1mm之间,可以从每升污水中回收大约100~150g的黄金、钯、铂或者铑。这一技术是具有选择性的回收技术,其回收能力比迄今为止所有的方法都更加高效。我们利用这一技术有目的地从污水中回收耐腐蚀的贵金属和其他含量较大的金属,例如铜或者镍。过滤后污水中残留的这类金属元素量不会超过1μg/L,这远远低于迄今为止的其他贵金属回收技术。已经利用这一技术从污水中回收贵金属的企业已经开始从中盈利。”Magpie公司的创始人Etinne Almoric先生说道。

Magpie公司目前主要与金属冶炼企业合作,但从长期发展的角度来看,他们开发的新技术也可以在表面处理技术企业和矿山中得到应用,也就是能够在那些从污水中回收到贵金属的企业中应用。“我们不想取代现有的金属回收技术,但我们的高效技术是一个有益补充。”Almoric先生说。随着原材料价格的提高,丢失每一克贵金属都是在烧钱。

每一升聚合物球能够回收的50~100g贵金属,其价格大约在3000~5000欧元之间,但直到过滤器装满了这些有用贵金属,使其含量达到一定浓度的时间太长。因为污水中有用贵金属的含量太低,因此迄今为止的其他技术一直无法有效地把这些宝物收集起来。


图1 生产含有能量的生物碳和营养丰富、无害液体化肥的HTC技术模型

Antech-Gütling水处理技术公司的Patrick Fischer先生所介绍的是使用电解和离子交换技术回收金属材料的技术:“电解是一种回收纯金属材料的好方法,而且操作使用也非常简单。在离子交换技术中,可以利用其中的控制功能减少水和酸的消耗。轻微污染的水可以利用离子交换器脱盐、净化,重新供生产过程使用。”

这一技术的一个最大用途就是净化生产工艺流程用的液体介质,让它们可以重新使用。利用酸阻滞技术可以从流程工艺液体存放池中提取出有用的金属物质,而清洁、净化后的酸可以重新使用。冷却结晶技术同样也是一种非常诱人的、酸洗液净化技术。酸洗液净化时所回收的金属材料,例如硫酸铜和硫酸亚铁都可以再次供其他应用目的使用。利用渗透膜技术可以实现除油或者清除像磨蚀微粒或者氧化皮之类的其他有害物质,明显地延长流程工艺用液体介质的使用寿命。

Lanxess公司也公布了一种回收有用材料的解决方案,用离子交换器作为选择性吸附器净化污水和流程工艺电解液。这一技术除了能够清除重金属之外,还可以选择性地清除像硼酸、铬酸盐、砷、氟化物或氨等物质。

以污水作为生产磷的资源

从污水中可以回收、提取磷酸盐。磷酸盐——酸化了的盐,是洗涤剂和化肥中必须的原材料。而水中过量的磷化物会导致水生植物的疯长,从而导致水质偏碱性,严重时导致这些水成为必须倒掉的废水,正如环保技术联盟绿色技术的BMU调查报告中所说的那样。但从污水中回收磷不仅仅有着生态学、环境保护的要求和意义,而且从经济性来讲也是非常合算的。磷是一种稀缺的、不可替代的资源,有着很强的进口依赖性,而污水和污泥中蕴藏的磷占进口磷的一半左右。其中有40%可以用化学的湿法回收起来,成为有用的磷酸铵镁,作为矿产存储起来。污水净化处理后剩下的污泥经燃烧后可以回收污水所夹带磷的90%。

已经有许多试验设备正在试验种种不同的回收技术了,但还没有一种回收技术能够真正实现工业化的应用。据柏林水资源中心负责人Andreas Hartmann先生介绍:这主要是因为对磷回收技术实际应用的研究不多。

现在,由柏林水资源中心负责的欧洲研究项目P-Rex正在努力研究高效从污水中回收磷的实际应用技术。在与水资源科研机构、企业和专业人员的密切合作中,评选出实用性最佳的回收技术方案。合作研究的目标是:把迄今为止只能从污水中回收磷的百分比从目前的10%提高到80%。而磷的回收率也并不是唯一的评判标准。同时进行检测、评判的还有磷的化肥产品。下一步的工作就是要对市场中各个磷回收工艺技术和回收磷的产品进行检测分析。


图2 “我们的目标是:把迄今为止只能从污水中回收磷的百分比从今天的10%提高到80%。”——Andreas Hartmann先生,柏林水资源中心的负责人

Remondis公司研发了一种从污水中回收磷的技术方法Rephos。在污水净化准备阶段回收的磷酸盐被制成颗粒状结构,成为适合于生产化肥使用的原材料。

被柏林水资源中心称之为MAP的工艺技术是一种从污水污泥中提取磷、生产化肥的工艺技术:由镁、胺和磷酸盐(柏林植物)生产出来的高品质矿物质长效化肥。在Waßmannsdorf镇污水处理厂所使用的回收技术把从含活性污泥的污水中磷化物的生物提取技术和污泥脱水前受控的MAP沉淀技术结合在一起了。

这样,污水中的活性有机微生物就能在污泥中生成可以继续进行化学-物理方法提炼、处理的,以矿物质型式存在的磷了。在引进了受控的MAP沉淀技术之后,污水输送管道中的污泥沉积也减少了,整个污泥脱水过程中出现的干扰、故障也明显减少了,这也就意为着污水处理的成本费用降低了。

生物碳和液体化肥

Terra Nova工程技术公司开发了一种从污泥中提取两种高价值产品的方法:一种是含有能量的生物碳,另一种是营养物质丰富、无害的液体化肥。这种技术可以直接在污水净化设备中进行“热液的碳酸饱和”,在几小时内完成自然界中煤的形成。

生物碳所含的能量是污泥的6倍,因此可以直接作为不产生二氧化碳的燃料在水泥生产或者火力发电站中使用。经过这样处理的污泥可以使一个有着40万居民的城市每年少排放15000t的二氧化碳,而且污泥中所含有的有害物质也充分燃烧掉了,做到了真正的无害化处理。

液体化肥的绝大部分成分是污水中的营养物质,尤其是污水中的大部分磷都得到了回收利用。另外,这些无害的、天然的肥料依据其高价值的有机成分在土地中形成腐殖土,与矿物质化肥相比较,在贫瘠的土地中这种腐殖土的形成有着非常重要的意义。

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