杨武霖，北京大学环境科学与工程学院研究员、碳中和研究院双聘研究员、博士生导师，入选国家级青年人才计划、北京大学博雅青年学者、北京市青年人才托举工程，任北京大学-硕特科技低碳水处理联合实验室主任、国际水协中国青年委员会委员。研究方向包括微生物电化学、电化学膜分离、电化学高级氧化等及其在能源-资源-环境问题中的应用。目前已在《Energy & Environmental Science》《Environmental Science & Technology》《Water Research》等高水平期刊发表文章60余篇，总引用2800余次，h因子30。受邀担任期刊《Frontier in Microbiology》副主编、《Sustainable Horizons》编委、《Chemical Engineering Journal Advance》《Frontier of Environmental Science & Engineering》《能源环境保护》青年编委。

      作为植物生长的必需营养元素之一，磷在现代农业的发展中发挥着不可忽视的作用，并且需求量巨大。由于全球的磷储量有限且磷资源不可再生，污泥焚烧灰因其中磷含量较高且年产量巨大被认为是一种潜在的二次磷资源。因此，从污泥焚烧灰中回收磷可以缓解将面临的磷短缺困境。本文综述了基于湿化学技术从污泥焚烧灰中回收磷的研究现状，该技术主要包括磷提取过程及后续的磷产品生产过程。磷提取过程主要包括基于酸性试剂的酸提取技术，基于碱性试剂的碱提取技术以及多种方式组合的连续提取技术。磷产品生产过程主要通过化学沉淀和晶体沉淀的方法从富磷溶液中生产磷产品，一般为钙磷、鸟粪石以及蓝铁矿，这三种磷产品都可以作为磷肥促进植物生长。基于湿化学技术从污泥焚烧灰中回收磷产品的难点是其中富集有大量的重金属等杂质元素，因此需要通过各种纯化预处理手段降低溶液中的杂质含量，以提高后续回收的磷产品纯度。本文总结了基于湿化学技术的各种纯化预处理手段，主要包括离子交换除杂技术，磷吸附-解吸附技术，以及通过控制pH的沉淀除杂技术等。总之，本文阐明了从污泥焚烧灰中回收磷产品的可行性及必要性，总结了基于湿化学技术从其中回收磷产品的方法及技术路线，揭示了湿化学技术回收污泥焚烧灰中磷产品的基本原理，为开发新的从其中回收磷的技术提供了技术支撑和参考。

      磷元素作为植物生长的基础元素对现代农业的发展至关重要，磷在生物圈中主要是从高浓度的磷矿石流向低浓度的自然环境。磷矿石作为不可再生资源，持续开采导致其储量越来越少。据估计，磷矿石的储量只够人类利用50~100年，磷的缺少将严重阻碍现代农业的发展。此外，磷矿石在全球的分布也极不均匀，全球超过71%的磷矿石分布在摩洛哥和西撒哈拉区域。我国磷矿石的储量少，仅占全球的5%，然而我国磷产品的产量大，2018年生产的磷肥产量占全球的52%，因此，亟需寻找一种能够替代磷矿石的富磷物质以缓解将面临的磷短缺困境。目前随着我国经济水平的不断提高，政府对环境问题日益重视，环境保护力度不断加强，国家建设了大量的污水处理设施。随着污水处理厂的大量建设，污泥作为污水处理过程的主要副产物产量巨大，据估计，每人每年产生的市政污泥的干质量在1.4~38.7kg。根据《2021年我国污泥处理处置现状及发展趋势》估计，我国2025年需要处理的市政污泥的质量将突破9000万吨（以含水率80%计）。人类活动消耗的磷产品通过排水管网进入污水处理厂，据估计，全球每年接近130万吨的磷会随着污水进入污水处理厂，其中超过90%的磷最终将富集于污泥，大约占污泥质量的1%~10%。因此，污泥中含有丰富的磷元素，从污泥中回收磷元素对缓解磷危机十分必要。

      城市污水污泥作为一种有害污染物，含有大量的水分（98%）、有机污染物、重金属元素以及病原菌，将其投放至自然环境之前需要对其处理处置，降低对环境的潜在危害。污泥处理处置方式包括污泥填埋、土地利用、污泥焚烧以及建材化几种方式。其中污泥焚烧作为污泥的一种处理处置方式被许多欧盟国家（如法国、德国、英国、荷兰和丹麦等）以及日本广泛采用，日本的污泥处理处置方式中污泥焚烧技术占比70%左右。目前，我国污泥焚烧技术占污泥处理处置技术的26.7%，在《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》文件中明确鼓励积极采用污泥焚烧技术对污泥进行处理处置，因此未来污泥焚烧技术的占比将持续增加。污泥焚烧后，体积大幅降低90%以上，其中的水分、有机污染物及病虫害能够被完全去除。污泥焚烧过程中，磷酸盐具有热稳定性，不会在焚烧过程中挥发，因此污泥中磷元素被进一步富集，大约占污泥焚烧灰质量的4.9%~11.9%，这相当于低品位磷矿石中的磷含量。值得注意的是，据估计，全球的污泥焚烧灰的年产量高达170万吨。虽然污泥焚烧灰中含有丰富的磷且产量巨大，但污泥焚烧灰中同时富集了大量的重金属，这限制了污泥焚烧灰作为肥料直接进行土地利用。因此，需要进行纯化预处理，降低从污泥焚烧灰中回收的磷产品的重金属含量。

图1 污泥焚烧灰的主要组成

图2 基于酸提取技术的从污泥焚烧灰中回收磷产品的流程

图3 基于连续提取技术的从污泥焚烧灰中回收磷产品的流程

图4 基于湿化学技术的污泥焚烧灰资源化利用示意图

编辑｜邵方嫄

审核｜金丽丽