Dự án công nghiệp tái chế phốt pho từ nước thải và các ví dụ điển hình ở nước ngoài

Dự án công nghiệp tái chế phốt pho từ nước thải và các ví dụ điển hình ở nước ngoài

Phốt pho là một nguồn tài nguyên thiên nhiên không tái tạo, và sự khan hiếm ngày càng tăng của tài nguyên phốt pho trên cạn trên toàn thế giới và hàm lượng phốt pho trong môi trường nước quá cao dẫn đến sự giàu dinh dưỡng của nước. Do sự tăng trưởng dân số nhanh chóng, nhu cầu về phốt pho dự kiến sẽ tăng từ 50 đến 100 phần trăm vào năm 2050. Tuy nhiên, phốt pho dư thừa trong các cơ quan nước dẫn đến sự giàu dinh dưỡng của nước, và các quy định nghiêm ngặt về phát thải phốt pho của các vùng nước tự nhiên trên toàn thế giới. Mặc dù công nghệ khử phốt pho trong nước thải cũng được phát triển sớm, nhưng có một số vấn đề, bao gồm khối lượng bùn lớn hơn, sự tích tụ phốt pho trong bùn và các vấn đề như bụi bẩn phân chim. Do đó, tái chế phốt pho từ nước thải hoặc bùn có thể giải quyết vấn đề quy mô, mà còn làm giảm sự thiếu hụt tài nguyên phốt pho và thực hiện nền kinh tế tuần hoàn tái chế tài nguyên.

Các nhà máy xử lý nước thải có thể tái chế phốt pho bằng các phương tiện kỹ thuật khác nhau, bao gồm từ chất lỏng khử nước bùn, chất lỏng thượng nguồn được tiêu hóa kỵ khí của bùn và tro từ bùn. Trong vấn đề trước, chúng tôi giới thiệu các phương tiện kỹ thuật chính để tái chế phốt pho trong bùn, vấn đề này sẽ chia sẻ với bạn các trường hợp điển hình của các nhà máy nước thải nước ngoài sử dụng công nghệ liên quan để tái chế phốt pho bùn.

Phương tiện kỹ thuật để tái chế phốt pho trong bùn

Các hình thức sản phẩm chính của tái chế phốt pho là sắt phosphate, nhôm phosphate, phân chim (MAP) và hydrophosphate vôi và các kết tủa phosphate khác. Bởi vì hàm lượng P trong phân chim được chuyển đổi thành tiêu chuẩn P2O5 có thể đạt 51,8%, trong khi hàm lượng quặng phốt pho chất lượng cao nhất thế giới hiện nay là 46% (P2O5 ≥ 30% được định nghĩa là quặng phốt pho giàu), phân chim được ưa chuộng nhất trong các sản phẩm tái chế phốt phát khác nhau, có thể được sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp làm phân bón chất lượng cao cho nông nghiệp và lâm nghiệp.

01 Công nghệ tái chế phốt pho của Ostara

Công nghệ Pearl® và WASSTRIP® độc quyền của Ostara ở Vancouver, Canada, cho phép tái chế phốt pho và nitơ thành phân bón thực vật hiệu quả cao "CrystalGreen®".

Công nghệ Pearl® chủ yếu được sử dụng để tái chế phốt pho trong chất ly tâm tiêu hóa kỵ khí, công nghệ này sử dụng lò phản ứng giường lưu hóa thượng lưu, thông qua hóa chất, năng lượng dòng chảy, kiểm soát tốc độ nạp thuốc và các phương pháp khác để tái chế phốt pho. Vì magiê là một thành phần hạn chế trong dịch tiêu hóa kỵ khí, để làm cho tỷ lệ Mg:P cao hơn một chút so với 1:1, dung dịch magiê clorua (MgCl) được thêm vào lò phản ứng. Dung dịch natri hydroxit (NaOH) thường được sử dụng để kiểm soát độ pH. Cột lò phản ứng bao gồm ít nhất ba vùng liên tục dọc với tốc độ thẳng đứng thấp hơn ở phân khúc trên thẳng đứng, trong khi phân khúc dưới thẳng đứng có tốc độ thẳng đứng thấp hơn và có khu vực thu hoạch ở phía dưới. Khi các tinh thể phát triển và đoàn tụ làm tăng kích thước hạt, một số hạt trở nên đủ lớn để chìm xuống khu vực thu hoạch. Nước thải được xử lý được thải ra khỏi đầu lò phản ứng và sau đó được quay trở lại nhà máy xử lý nước thải để xử lý thêm. Một phần của nước thải được xử lý trở lại đáy lò phản ứng theo cách tuần hoàn từ đỉnh lò phản ứng. Quá trình này đã được áp dụng thành công trong việc xử lý nước thải muối dinh dưỡng nồng độ cao.

Quy trình WASSTRIP® (waste activated sludge stripping to recover internal phosphorus) được giải phóng phốt phát từ bùn dư thừa bằng cách sử dụng quy trình tái chế bùn dư thừa. Quá trình rửa nước bao gồm các rãnh hỗn hợp ở trạng thái kỵ khí. Tăng cường polyphosphate (PAOs) trong bùn khử phốt pho sinh học (EBPR) dễ dàng giải phóng phosphate được lưu trữ (cũng như magiê, kali anti-ion) trong điều kiện kỵ khí WASSTRIP®. Sau đó, phân luồng bùn cô đặc giải phóng chất dinh dưỡng vào chất lỏng cô đặc và Pearl® được tái chế. Chất tẩy rửa có hàm lượng amoniac thấp, vì vậy nó cần phải được trộn với chất khử nước trong Pearl®để kết tủa phân chim. Trước khi tiêu hóa kỵ khí, WASSTRIP® kiểm soát sự lắng đọng của phân chim trong toàn bộ quá trình xử lý bùn bằng cách giảm hàm lượng phosphate và magiê trong bùn còn lại, cải thiện tính chất khử nước của bùn, giảm lượng polymer do mất ion kali, giải quyết các vấn đề liên quan đến phân chim và giảm đáng kể sản lượng bùn.

WASSTRIP® cũng đảo ngược tác động tiêu cực của EBPR đối với hiệu suất mất nước. Thời gian lưu trú thủy lực (HRT) của quá trình WASSTRIP® bị ảnh hưởng bởi hàm lượng phốt pho trong chất lỏng trên và hiệu quả của axit béo dễ bay hơi (VFA). PAOs không thể giải phóng phosphate trừ khi có đủ VFAs được hấp thụ. VFAs được tạo ra trong quá trình lên men. WASSTRIP® có thể chỉ hoạt động nội sinh trên bùn còn lại hoặc VFAs có thể được thêm vào quy trình WASSTRIP® (ví dụ: lên men từ bùn chính, tiêu hóa pha axit, v.v.) để tăng tốc độ giải phóng phốt phát và giảm HRT)

Phân bón phốt pho Crystal Green® là một sản phẩm quy trình với thành phần chính là amoni magiê shopthalosphate (MgNH4PO4∙6H2O) và đường kính hạt > 0,5 mm. Phân lân truyền thống hòa tan trong nước, nhưng Crystal Green không hòa tan trong nước, khi thực vật cần dinh dưỡng, rễ của nó sẽ tiết ra axit hữu cơ, hòa tan các chất dinh dưỡng trong đất, ngăn ngừa mất chất dinh dưỡng do nước mưa rửa sạch và các yếu tố khác, cải thiện hiệu quả thúc đẩy tăng trưởng và trưởng thành cây trồng.

02 PHOSPAQ quy trình

PHOSNIX là một quy trình được phát triển bởi Unitika Ltd. tại Nhật Bản để tái chế phốt pho từ các dòng chảy bên của quá trình xử lý nước thải. Quy trình PHOSNIX bao gồm một lò phản ứng sục khí liên tục để tái chế phốt pho kết tủa thông qua điều khiển MAP. Magiê (Mg2+) được thêm vào ở dạng MgO, và MgO phản ứng với axit photphoric hiện tại (PO4-P) và amoni (NH4), đồng thời tăng độ pH và thúc đẩy sự hình thành phân chim.

Như được hiển thị trong hình, một hệ thống tách bằng sáng chế phức tạp được áp dụng ở đầu lò phản ứng để bảo tồn phân chim và sinh khối trong hệ thống. Hệ thống sọc khí bong bóng đặc biệt và bộ tách được thiết kế đặc biệt để giảm quy mô. Phân chim được thu thập từ đáy lò phản ứng và sau đó mất nước và sấy khô. Các tinh thể lớn hơn lắng đọng và thu hoạch trong lò phản ứng, trong khi các tinh thể nhỏ hơn lơ lửng trong lò phản ứng như là cốt lõi của sự kết tinh hơn nữa của đá phân chim. Quá trình PHOSPAQ có các chức năng sau: kiểm soát phương pháp kết tủa phân chim để tái chế PO4-P; sục khí loại bỏ BOD, thêm MgO, tăng độ kiềm, tăng độ pH.

Để duy trì tỷ lệ magiê so với phosphate là 1:1, magiê hydroxit được thêm vào, độ pH được duy trì ở mức 8,2 ~ 8,8 bằng cách thêm natri hydroxit và khí. Quá trình NÀY mất nhiều thời gian hơn để crt và mất 10 ngày để phát triển từ 0,5 mm đến 1,0 mm. Công nghệ này có thể sản xuất 500 ~ 550 kg / ngày phân chim, hiệu quả tuần hoàn phốt pho là 90%. Phân chim tái chế được xử lý khô mất nước đến khoảng 75% hàm lượng chất khô, được xử lý thêm để sử dụng làm phân bón thương mại. Quy trình PHOSPAQ đã được sử dụng để xử lý bùn nước thải, chất thải và nước thải công nghiệp.

03 Crystalactor®

Crystalactor® là một lò phản ứng kết tinh giường dòng chảy thượng lưu chủ yếu được sử dụng để loại bỏ các chất gây ô nhiễm vô cơ có mặt ở trạng thái ion trong nước thải. Thông qua việc bổ sung các tác nhân hóa học, các ion ô nhiễm mục tiêu cần được loại bỏ để tạo ra muối khó hòa tan trong nước và được phân tích ra khỏi nước và được loại bỏ ở dạng pha cố định. Không giống như phương pháp kết tủa hóa học thông thường, quá trình lò phản ứng Crystalactor® có thể tạo thành kết tinh trên vật liệu tinh thể bằng cách kiểm soát các điều kiện quy trình cụ thể và cài đặt hệ thống (độ bão hòa quá mức, loại tinh thể, trạng thái dòng chảy giường lưu hóa, v.v.), cho phép các loại muối được phân tích trong pha lỏng để tạo thành kết tinh trên vật liệu tinh thể, do đó tạo thành các hạt tinh thể có độ tinh thể có độ tinh khiết cao, độ ẩm thấp ("viên thuốc"), được tách ra và loại bỏ khỏi pha lỏng dưới dạng viên thuốc. Và phương pháp kết tủa hóa học thông thường, loại bỏ các chất gây ô nhiễm mục tiêu được hình thành là chất pha rắn không định hình (tức là bùn), cần phải được tách ra khỏi nước thông qua các quá trình kết tủa và các quy trình khác.

Trong nhiều trường hợp, loại bỏ các "chất gây ô nhiễm" vô cơ này thực sự là tài nguyên có giá trị (ví dụ: phốt pho, flo, kim loại quý, v.v.). Lò phản ứng viên nén loại bỏ các chất này dưới dạng viên thuốc, độ tinh khiết cao và độ ẩm thấp (độ ẩm chỉ 5% ~ 10%) đặc trưng của nó làm cho nó rất dễ dàng để tái chế và tái sử dụng. Ngược lại, quá trình lắng đọng thông thường chỉ có thể tạo thành bùn có hàm lượng nước cao, có chứa tạp chất. Ngay cả sau khi lọc áp lực mất nước, độ ẩm của bùn sau khi mất nước vẫn là 60% ~ 80%. Điều này dẫn đến nó không chỉ lớn và khó xử lý, mà còn vì nó chứa nhiều tạp chất, hầu như không thể tái chế trực tiếp. Royal Haskoning DHV đăng ký tên Crystalactor®, và các quá trình hóa học được áp dụng trong kết tinh rất giống với các quá trình hóa học được áp dụng trong quá trình kết tủa. Sự khác biệt quan trọng nhất giữa các quy trình này là nó có thể tạo ra các quả bóng dày đặc, thoát nước dưới tác động của lực hấp dẫn, thay vì một lượng lớn bùn ẩm cần phải được dày hơn và mất nước để đạt được khoảng 50% hàm lượng rắn khô.

Từ năm 1994 đến năm 2010, việc áp dụng nhà máy xử lý nước thải Geestmerambacht sử dụng quả bóng canxi phosphate Crystalactor® để sản xuất phốt phát từ bùn trở lại nồng độ phosphate cao.

04 Phương pháp MAP tái chế phốt pho Nhật Bản

Vì hầu như tất cả phốt pho ở Nhật Bản được nhập khẩu, việc tái chế phốt pho từ các hệ thống xử lý nước thải là rất quan trọng đối với Nhật Bản. Phương pháp MAP thường được sử dụng trong các bộ lọc khử nước được tách ra bởi máy khử nước bùn sau khi tiêu hóa kỵ khí, và các quy trình hệ thống được hiển thị trong hình. Hệ thống này bao gồm hai phần của quá trình tái chế phốt pho và quá trình rửa. Trước đây kết tinh các hạt MAP trong bùn tiêu hóa kỵ khí, tách các hạt MAP khỏi bùn và tái chế. Quá trình thứ hai loại bỏ bùn còn lại từ các hạt MAP tái chế. Bùn sau khi khử phốt pho được xử lý bởi máy khử nước bùn hiện có. Tùy thuộc vào các điều kiện theo yêu cầu của người dùng, sấy khô và lưu trữ có thể được thực hiện sau khi làm sạch MAP. MAP tái chế có dạng hạt, đường kính 70 ~ 100 μm, thích hợp để làm nguyên liệu phân bón. So với phương pháp MAP truyền thống, công nghệ này có nhiều ưu điểm và có thể được sử dụng trong xử lý nước thải có hàm lượng chất lơ lửng thấp và độ nhớt thấp. Bùn tiêu hóa kỵ khí chứa một lượng lớn các ion phosphate hòa tan, có hiệu quả loại bỏ và tái chế phốt pho trong bùn tiêu hóa kỵ khí. Bùn tiêu hóa kỵ khí cũng có thể tái chế MAP tự nhiên, cho thấy công nghệ này cải thiện việc tái chế phốt pho và giảm sản xuất bùn. Theo kết quả thử nghiệm, hàm lượng chất rắn trong bùn đã giảm khoảng 3,3% bằng cách loại bỏ và tái chế map tự nhiên được tạo ra từ các bộ phận. Ngoài ra, việc thu hồi phốt pho trong phương pháp MAP truyền thống bị ảnh hưởng bởi loại và liều lượng chất hỗn hợp được sử dụng trong quá trình mất nước và nồng độ SS trong chất lỏng lọc vì nó được cài đặt sau quá trình mất nước. Tuy nhiên, kỹ thuật này không bị ảnh hưởng bởi quá trình mất nước vì nó được cài đặt trước khi mất nước. Kết quả thử nghiệm cho thấy trong quá trình mất nước, tỷ lệ loại bỏ tổng phốt pho có thể đạt hơn 85%, so với phương pháp MAP thông thường, tỷ lệ tái chế có thể được cải thiện hơn 50%. Thông qua sự ra đời của công nghệ này, có thể làm giảm tắc nghẽn đường ống từ hồ bùn tiêu hóa kỵ khí đến máy khử nước, giảm tác động của chất kết dính trên máy khử nước. So với phương pháp MAP truyền thống, chi phí vòng đời đầy đủ, tiêu thụ năng lượng và phát thải khí nhà kính của nó giảm lần lượt là 19,4%, 45,2% và 67,4%.

Xem thêm THUYẾT MINH BÁO CÁO ĐẦU TƯ: PHƯƠNG ÁN DI DỜI NHÀ MÁY SƠN