分享,德国污水污泥磷资源回收技术与法规的最新发展

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2018-07-25 14:43:27

亚琛工业大学环境工程研究所的姚刚。首先感谢组委会对我们的邀请,尤其是对“中德水环境与健康研究中心”的信任。作为这次会议的支持单位,我们应该做一点小小的贡献,所以今天给大家带来一个报告,介绍一下德国的一些新动态。

今天给大家带来的报告题目是“德国污水污泥磷资源回收技术与法规的最新发展”。为什么要谈这个问题呢?看一下背景情况。首先谈谈在德国进行磷回收的必要性。磷是一种战略资源,除此之外,德国很大的一个问题是磷完全依赖于进口;同时在污水和污泥处置过程中,德国在2000年已经实现了污水深度处理、除磷脱氮措施全面实施。污水经过深度处理后有90%的磷都进入了污泥中去。早期德国的污泥有1/3以上进行土地利用(农用、林用、土地改良),污泥中的磷可以通过土壤进入到自然循环利用。后来污泥的土地利用在德国有过激烈的讨论,其结果是污泥的土地利用率出现明显下降。现在有四个联邦州已经实施禁止污泥的土地利用。从1991年到2016年污泥的热处理(干化、焚烧),从10%增加到65%,这是一个污泥利用和处置方向的根本性转变,这样的转变导致污泥焚烧后的灰分不能直接进行磷的土地利用。如果灰分中的磷直接用于土壤,植物很难吸收,所以焚烧污泥灰分用到土壤中,不仅肥效低,还会板结土壤。因此,德国提出如何回收污水污泥中磷资源的问题。

我们看一下中国的情况,表面上看中国的磷矿是非常丰富的。其实中国磷矿资源仅占世界总资源的7%。但是中国的富磷矿比例比较低。美国地质调查局(usgs), 78亿立方米/日,年产生含水量80%的污泥5000多万吨。目前中国的污泥大多进行填埋和土地的利用。这样的处置和利用方式还能维持多久?现在我们也必须思考这样一个问题。

德国联邦政府提出了回收污水污泥中磷资源的战略思想。早在2002年时,德国联邦政府的环境专家委员会提出建议“开发和进一步开发从废水和污泥中回收磷酸盐的热工艺”;2010年欧盟环境部长会议委托德国联邦州废物工作组评估可持续利用二次磷储备的行动建议,开展一系列这个领域的研究、规划、建造和工艺运作技术知识的交流和传播;2013年3月7日,在布鲁塞尔举行的欧洲可持续磷资源会议期间正式成立欧洲磷资源平台。

在过去十几年中,德国政府采取了一系列的资助计划,促进德国大学和工业界在磷回收领域几十年的联合研究。例如,2004-2011联邦教育、研究部(bmbf) /联邦环境部(bmu)启动“植物营养物循环利用,特别是磷资源”资助计划;2010: 联邦教育、研究部(bmbf)将磷资源纳入资源效率计划 (progress)。今年新的一轮联邦教育、研究部(bmbf)资助计划“磷资源循环利用”也准备启动。

立法是实现磷资源循环利用的最重要的基础。在这儿简单回顾一下德国污泥条例的颁布与修订情况。1972年6月7日联邦立法机构颁布了在联邦范围内适用的第一部《废物处置法》,1982年为了规范农业、林业及园艺用地上利用污泥,颁布了第一部污泥条例;1992年4月15日联邦立法机构又根据污泥条例的实施经验和欧共体的污泥法规要求,对本条例进行了修订;2012年联邦德国对"肥料条例"进行修订,要求从2015年起,在农业、林业及园艺用地上施用的污泥必须遵守该条例的规定;2010年提出了"污泥条例"修订草案,经过长达七年的讨论和论证,于2017年9月27日"污泥条例"修订版通过联邦议会审查后正式生效。从此,德国污水污泥的利用开启了新篇章。

德国"污泥条例"在2017年9月27日最新修订时做出了重要的规定,这里仅介绍几点最核心的内容:从2029年或2032 年起(污水处理厂规模在 100,000 设计服务人口值或50,000设计服务人口值)全面禁止污泥的农用;污水污泥的生产单位有义务进行磷回收;污泥中磷含量至少为20gp/kg干固体时,必须采取磷回收措施;污泥中的磷回收率至少为50%(如果污泥中磷含量高于40g p/kg干固体,效率可低于50%)。或者承诺污泥进行单独焚烧或者协同焚烧,并从灰分/残余物中回收磷,要求磷回收率至少达到80%,或者对含磷灰分进行物质性利用或者根据废物填埋条例对含磷灰份进行长期存放,以便进行后续的磷回收。

德国还提出了其他相关的法律要求,比如2013年4月15日对"垃圾填埋条例"的修订,要求垃圾填埋场存放合格的污泥灰分;研发中间存储方案,对污泥单独焚烧的灰分进行临时存储,目的是为了以后能够对其中的磷进行回收。自2015年起,污泥的利用必须遵守德国肥料条例的限值,这将导致在农业、林业及园艺用地上利用污泥的比例继续减少,将不能在土壤中使用的污泥进行协同焚烧或单独焚烧。可以预见,在今后十年中从污水污泥中回收磷的技术在德国必将达到商业应用的水平。

简单谈一下德国城镇污水处理厂磷的物质流平衡问题。根据德国的调研结果,每人每天会产生2克的磷。其物质流如下图所示。由此可见,污水中的磷有90%进入到污泥当中。

城镇污水处理厂回收磷的可能的地点和方式有以下四种:出水,厌氧消化污泥,污泥处理工艺水,污泥焚烧灰分。


第一种方式的特点是磷的去除和磷的回收发生在污水处理厂出水点,放弃在污水处理过程中除磷。其优点是回收磷的措施整合在处理厂内部。但是由于污水处理厂出水中的磷酸盐浓度低,所以这种回收方式不经济;一旦磷回收工艺系统发生故障时,还可能无法满足磷的排放要求。因此这种措施在城市污水处理厂很难实现,仅具有理论上的意义。