欧盟数据解读 | 从污泥中回收磷

文摘   2024-11-05 18:50   爱尔兰  








从污泥中回收磷-欧盟数据解读


不可持续的土地使用和管理导致了欧盟土壤的退化(EC,2021d)。几个世纪以来,污泥一直被用作肥料(Mulder,2019)。向土地中添加污泥可以提供氮和磷等营养物质,以及有助于土壤结构的微量营养素和腐殖质。长期实验表明,施用污泥后,土壤容重降低,土壤碳浓度增加,从而提高了肥力(Börjesson和Kätterer,2018)。石灰处理的污泥也有助于降低农业土壤的酸度。

《污泥指令》(EEC,1986)规定了最低处理标准,以防止污泥施用到土地上造成的健康和污染风险。这项旧指令目前正在评估更新中(2022年6月)。然而,人们仍然担心,处理废水的污泥中可能存在许多持久性污染物,这些污染物可能会分散到土地中,成为污染源。

挪威的一项关于污泥中微塑料的研究得出结论,它们可能是环境的主要来源,但没有对这可能带来的风险进行评估(Lusher等人,2017)。最近瑞典的研究表明,进入废水中的微塑料中约有40-60%随后在厌氧消化的污泥中发现,其余的在处理过程中被去除或分解/降解。三个城镇污水处理厂污泥中的微塑料浓度相当于每年5至8g/p.a。

同时,更外在一项研究中,用作肥料35年的污泥似乎不会导致土壤中微塑料浓度升高(Tumlin和Bertholds,2020)。关于水中微塑料的来源和存在的知识仍然有限(ETC/WGME,2021)。

由于其高营养和有机物含量,以及干污泥的能量含量与在木本生物质中,污泥是一种有前景的次级生物质有助于欧洲走向循环经济(Anderson等人,2021)。污泥循环利用和回收源于两个可能存在冲突的政策目标:

•保护环境和人类健康要求用于回收的污泥符合特定要求质量标准;

•促进污泥在农业中的使用,以增大资源效率,确保回收和再利用有价值和有限的营养元素。

防止持久性、危险性污染污水,污染物将允许在陆地上回收污泥而不会引起人们对这可能导致扩散的担忧这些物质对土壤、植物和水的污染。

每年可能摄入的营养素估计量可能从年产生的污泥中回收27个欧盟成员国(EU-27)的污水处理厂范围在63000吨磷至12400磷、87500吨氮气(对于EEA-32,这一范围在68100吨磷至14600吨磷、94700吨氮气),这些金额相当于磷肥总量的0.6-6%。

2018年欧盟磷委员会已将磷矿石确定为关键原材料(欧盟委员会,2014b)。磷作为人体必需的营养素,在食品系统中,磷的回收和再利用率具备很高的优先级别。欧洲绿色协议下的政策正在解决这作为循环经济行动计划的一部分,将制定营养管理计划以确保营养素的可持续利用和刺激市场回收营养素(EC,2020a)。更广泛地说,化学品可持续发展战略旨在提高欧盟关键化学品的供应和可持续性(EC,2020c)。与此同时,从农场到餐桌的战略设想农业养分损失减少至少50%,同时确保土壤肥力不恶化和减少。

到2030年,化肥的使用率至少达到20%(欧盟委员会,2020f)。从污泥中回收磷是一项巨大的工程,将焚烧污泥国家面临营养物质的低回收率。

磷回收的工艺是存在的,但它们因尚未形成成本效益因此尚未应用于大规模。在瑞士,监管改革设想磷从污泥中回收成为强制性的。一些焚烧厂已经储存污泥灰以进行回收未来的磷。为回收磷做出了重大努力从污泥中沉淀磷矿物质,例如鸟粪石。这些恢复技术已经开发并在加拿大、日本和荷兰投入使用(Tchobanoglous等人,2014)。由于人口增长,预计全球化肥需求将每年增长4%,因此可以预计从废水中回收肥料将获得收益。
在未来更重要的是,不仅要在农业中回收磷,市场为了激励使用回收的氮和磷,必须使回收磷的价格目前与矿物中来源的磷相比有明显优势。除了常规肥料外,畜牧业生产的粪便也与从废水中回收磷和氮相竞争。在牲畜丰富的地区,粪便可能是比处理过的污水更具成本效益的解决方案污泥,再次证明了污水处理应用当地解决方案的必要性(Kehrein等人,2020)。
除了磷以外,其他资源也可以从废水中回收,如氮、纤维素、生物塑料和褐藻胶酸(Kehrein等人,2020),潜在的纤维素浆产量为1-3kg/人/年(Ostermeyer等人,2022)。
案例研究说明了各种资源回收的可能性,技术解决方案,例如,阿姆斯特丹西部UWWTP考虑了恢复产品褐藻酸、生物塑料、纤维素、磷和沼气(van der Hoek等人,2016)的回收。
Interreg项目考虑市场生物炭和醋酸等产品的潜力,值得注意的是,诸如由于污水处理厂的小尺寸而导致的高价格等挑战,质量要求和法律问题都影响废水衍生产品的注册(Interreg,2020)。
实现优质循环和可持续经济的行动围绕减少、再利用和回收。这些瓶颈可能会阻碍这些计划的成功实施。可分为三类:(1)经济和价值链条;(2) 环境与健康;(3)社会与政策。从污泥中回收有价值的营养物质具有几个方面瓶颈,如工艺成本、资源质量,市场价值与竞争,以及价值链评估。可能需要立法创造强大回收磷和氮的市场和需求(Mesa-Pérez和Berbel,2020)。社会对污泥处理后的资源化利用从中重振精神——克服“恶心”因素——是该领域面临的重大挑战之一。


参考资料:

Beyond water quality —Sewage treatment in a circular economy. European Environment Agency, 2022, report




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