水处理

磷离子的吸附与解吸

需求

磷是一种罕见的资源,但另一方面,也是水污染的因素之一。 排放是受管制的

虽然磷是一种罕见的资源…

化肥的主要原料之一(NPK肥料)

在世界上分布不均匀

  • 前三名的生产国(中国,摩洛哥和美国)占71%
  • 全球储备的74%在一个国家(摩洛哥)
  • 日本分别从中国和约旦进口了39%和26%

由于粮食需求增加和耕地面积减少,预计肥料消费量将增加

…其排放被规定为水污染的因素之一

  • 河流湖泊富营养化因素
  • 鱼塘水污染的因素
  • 排放调节(16mg / L(平均8mg / L,24h)*)

*磷的标准排放量仅适用于废水的排放,环境部指出磷可能造成湖泊,海洋或公共水域明显的浮游植物繁殖。

2007年~2008年粮食危机期间磷矿价格飙升的国际价格现在已趋于稳定,是危机前水平的两倍多

磷的吸附和回收减少环境负担以及利用稀有资源

公司需要处理含磷酸盐的废水使用多孔α来
降低成本是可以实现的
我们开发了一种利用玻璃发泡剂制造磷酸根离子吸附剂的方法,
关于磷酸盐离子回收方法,磷肥制造方法,磷酸盐离子吸附剂,
与鸟取大学和鸟取县一起取得了专利http://www.t-rrl.jp/core-tech/#content_02

机制

通过水热处理增加Porous Alpha的比表面积实现磷离子吸附

在水热处理之前

比表面积:83m2 g-1

在水热处理之后

比表面积 : 278m2 g-1)

磷离子的吸附和沉淀

钠钙玻璃具有吸附或沉淀磷离子的元素

无论初始浓度如何,磷离子在1小时内都会吸附在Porous Alpha上

已经吸附磷的Porous Alpha可用作缓释肥

施用不同类型磷肥的收获番茄的干重*

吸附的磷可以用硝酸和柠檬酸以高纯度形式回收

竞争

Porus Alpha对磷的吸附能力远远高于其他材料

吸附剂 吸附能力
(mg g-1)
活性炭,天然沸石(a) 0
酸性粘土, 珊瑚化石(a) 2
鹿沼浮石(a) 17.5
活性氧化铝(a) 22.5
Y-氢氧化亚铁(III) 24.7
偏钛酸 acid(a) 44.2
氢氧化锆(a) 48.5
硅酸钙(a) 50.0
水滑石(b) 33.2
泡沫玻璃(c) 0.049
水热处理的泡沫玻璃 111.5

a) Etsuro Kobayashi etc., Nikka, 1981,1319. b) Shinya Tange, Patent2007-38203. c) Shinobu Inenaga etc., 「Ninngen to kannkyo」, 31(2005)11.

磷作为肥料回收的现有技术存在磷回收形式有限,运行成本高等问题

技术 HAP MAP 灰碱萃取 减少冶炼
原理 羟基磷灰石的结晶 Ca10(OH)2(PO4)6) 磷酸镁铵的结晶 (MgNH4PO4) 污泥焚烧灰中碱法提取磷及磷酸
钙吸附
添加钙镁,减少冶炼,回收含磷的污泥
磷的来源 返流水, 过滤水 过滤水,消化液 污泥焚烧灰烬 污泥焚烧灰烬
磷的浓度 PO4 – P: 10~50 mg L-1 PO4-P : 100~150 mg L-1 P2O5 : 超过 25% P2O5 : 超过 20%
回收率(%) 80 50~90 超过 55 超过 80
影响因素 Ca, pH, 温度, HCO3 Mg, NH4+, pH, 温度 Ca, Al Al
问题 不可能从悬浮固体磷中回收 镁是昂贵的。 不可能吸附有机磷 反应温度为50~70℃。 产生残余灰分 测量以排出所需的气体
注册为肥料 磷肥 复合肥 磷肥 复合肥
OPEX/yr 7 mil. JPY 4.1~6.5mil. JPY 80 mil. JPY 815 mil. JPY

资料来源:2010年日本国土,基础设施,交通与旅游部的废水中磷资源回收利用方法

由于工厂本身也很简单,所以可以用比以前更小的初
始投资来实现

案例分析

现在我们正在对流入公共污水处理厂的水进行磷的应用测试

试点项目地点:公共污水处理厂

试点项目的内容
・流入污水处理厂水中的磷吸附
・磷的解吸
・用磷作肥料评估Porous Alpha

规格

作为肥料的磷吸附,回收和使用的规范和应用条件

磷吸附
・吸附能力是最高的,近似 pH 7.0
・必要的接触时间约1小时
・适用初始浓度高于0.8 ppm
・处理液中的磷酸盐浓度低于0.2 ppm
・需要防止悬浮物吸附在 Porous Alpha
 - SS应该在预处理中去除;或者
 - 放置过滤器,有SS存在以保护Porous Alpha

磷的回收
・使用硝酸浓度高于0.5mol/L
・磷回收率:超过80%

硝酸(大于0.1mol / L)或柠檬酸(大于0.05mol / L)