磷是不可再生资源，因而回收污水中的磷符合可持续发展的要求。在循环经济示范工程—天津津南污泥处理厂工程中采用了AirPrex磷回收处理工艺，不仅能实现磷回收，还可以对污水处理厂的污水/污泥处理过程进行优化，减少运行维护费用。
1问题的提出
（1）目前我国大多污水处理厂均采用生物除磷为主化学除磷为辅的处理工艺，但含有大量富磷的剩余污泥进入厌氧消化池后，磷会重新释放出来，在适宜的条件下（如pH值升高、污泥中含有镁离子），就会产生磷酸铵镁MAP(鸟粪石)结晶体，造成后续管道和设备的堵塞和结垢问题。
图1-1污水处理厂管道设备结晶现象
（2）污泥脱水产生的滤后液中磷的浓度很高，返回生化处理系统无疑会增加污水处理厂的处理负荷和难度，有时甚至会影响出水水质。（3）剩余污泥具有明显的水胶结构，主要由多聚物质组成，当磷和pH值上升时，该结构会变得更加稳定，使得污泥结合水的能力增强，从而降低了污泥的脱水性能（污泥中磷的浓度与脱水污泥含固率的关系见图2）。另外污泥脱水投加的絮凝剂并非全部用来絮凝，其中20%～30%是用来中和电荷的（水带负电荷），所以絮凝剂消耗量增大。
图1-2PO4-P浓度与脱水污泥含固率的关系曲线
2解决方案和处理工艺比较
如前所述，如果不把磷提取出来将会对后续的污水、污泥处理带来负面影响，为了有效解决这些问题需在合适的位置把磷提取出来，不同的提磷方法在处理工艺中的位置如下图所示：
上述三种提磷方法中①和②为液相提磷，③为固相提磷；虽然在污泥灰烬中磷的浓度较高但其处理工艺复杂而且昂贵，故在工程中很少应用。而液相提磷相对容易应用广泛，其提磷原理是一样的，只是在反应器形状、提高PH值的方法上以及结晶颗粒分离方法上略有不同。从结晶颗粒纯度和形状上看方法②优于方法①；从防止后续污泥输送管道及设备发生堵塞结垢问题的程度上看方法①优于方法②；而且方法①还具有改善污泥脱水性能的功能。在津南污泥处理示范项目中采用了既可以在脱水滤液中提磷又可在消化污泥中提磷的灵活多样的处理方法。
延伸阅读：
2.1磷回收工艺原理及流程图
将含有高浓度PO4-P的脱水滤液（或消化后污泥）泵送至AirPrex反应器中，并进行曝气吹脱处理。通过吹脱CO2使得液体的PH值升高达到一定数值时，污泥液中的PO4-P、NH4+与投加的MgCl2发生化学反应，生成磷酸氨镁(鸟粪石MAP)结晶颗粒，随着反应时间的推移，结晶物的体积逐渐变大，不断在反应器内反应沉积，并通过自动化控制方式将沉淀物质MAP从反应器底部排出，最终通过洗涤分离装置将高质量的结晶颗粒MAP分离出来。其化学反应方程式及流程图如下：
Mg2++NH4++HPO42-+6H2O=MgNH4PO4˙6H2O+H+
图2-1工艺流程图
2.2工艺特点
在脱水滤液中提磷有如下优点：（1）对磷的去除率高达85%以上，PO4-P返回浓度可以降至10～20mg/L，不仅降低了生物除磷的处理负荷，减少化学除磷的药剂费用，而且提高了污水处理厂出水达标的可靠性。（2）产生的MAP（鸟粪石）可作为长效缓释肥回收利用。（3）提高了污泥的脱水性能，不仅可以节省絮凝剂约15%～25%，而且还可以提高脱水污泥的含固率3%～5%）。（4）可有效防止消化池后污泥输送管道、泵以及脱水设备的堵塞结垢问题的发生，延长污泥处理设施的使用寿命。
2.3MAP产品
图2-2作为工业原料用的MAP图片
图2-3作为商品肥料用的MAP图片
3示范工程
3.1项目背景
津南污泥处理厂工程近期工程规模为800t/d(按含水率80%计)，污泥处理工艺采用“污泥高浓度厌氧消化+板框脱水+干化工艺”其工艺流程见图3-1；污泥经消化脱水及干化后，脱水滤液及干化冷凝液需进行除磷脱氮处理，最大处理量为2000m3/d。其主要进出水水质要求如下：
进水水质：TN：<1200mg/LNH4+-N：<1000mg/LTP：<120mg/L（以P计）出水要求：TN去除率：≥80%TP去除率：≥85%（以P计）
图3-1污泥处理工艺流程框图
延伸阅读：
3.2主要设备构成
（1）AirPrex®反应器
（2）吹脱曝气系统
（3）MAP洗涤分离装置
（4）MgCl2制备投加装置
（5）消泡剂制备投加装置
（6）电控系统
图3-2天津津南P回收项目3D图
图3-3天津津南P回收项目现场照片
3.3效果预期
当进水条件达到设计值时，本项目有关运行费用如下：（1）预计节省的化学除磷药剂费用：约371万元/年（FeCl3）（2）MAP收益：约164万元/年（3）投加氯化镁费用：约54万元/年（4）运行电费：约65万元/年
如果处理工艺调整为在污泥液中提磷还会带来以下效益：（1）预计可节省污泥脱水药剂费用：约157万元/年（PAM）（2）可节省管道和设备因堵塞结垢产生的维护费用（3）脱水污泥含固率提高减少的热干化能耗费用
4结束语
AirPrex磷回收处理工艺是一种多功能磷回收处理技术，不仅可以回收利用有限的磷资源，而且还可以对污水处理厂的污水/污泥处理过程进行优化，减少污水处理厂的运行维护费用；应用这一技术定会为我国的循环经济和可持续发展带来示范效应。
本文作者为李玉庆（天津创业环保有限公司），孙卫东（中国市政工程华北设计研究总院），李学义（宜兴华都琥珀环保机械制造有限公司），高颖（德国DEW环保公司）
延伸阅读：
原标题：磷回收技术及示范工程介绍
