从富磷废水或废渣中回收磷的技术
磷回收技术是指从富磷废水或废渣中回收磷元素的技术。磷是动植物生长必不可少的营养元素，也是不可再生的有限资源，从污水、污泥或动物粪尿中回收磷有助于缓解磷资源危机并防治水体富营养化。 [2]
欧洲国家已率先开发出多种磷回收工艺并应用于工程实践，主要包括从污水液相（如厌氧池上清液）回收磷的BCFS、Anphos、Phospaq等工艺，以及从污泥固相或焚烧灰分回收磷的Air Prex、Ash Dec等工艺。 [2]其中，从污泥焚烧灰分中回收磷的热化学法也得到发展，例如Ash Dec工艺可利用金属氯化物实现重金属挥发分离并获得高生物利用度的富磷相，德国已利用该工艺进行了半工业规模运行，并计划于2023年投产大型示范工厂。 [5]鸟粪石（磷酸铵镁）结晶法因其高效、低能耗和产品价值高的特点，成为最接近产业化应用的技术路线之一。 [9]中国也在推进相关实践，2025年6月26日，国内首个农业废弃物磷资源回收项目在安徽省黄山市开工，该项目总投资1.32亿元，通过从畜禽粪便中高效提取磷元素并生产绿色磷肥等高价值衍生品，投产后畜禽粪便处理规模超10万吨/年。 [1] [6]欧盟在2016年提出了《肥料管理提案》草案以推动磷回收产物标准化。 [2] [7]
基本含义
磷回收技术是从富磷废水或废渣中回收磷元素的技术。富磷废水包括市政污水、工业废水、养殖废水等，废渣则包括污泥、焚烧灰分、工业固废、农业废弃物等 [2] [4-5] [9-10]。该技术的核心目的是实现磷资源的循环利用，以应对磷资源不可再生所引发的磷危机，同时减少磷排放，防治水体富营养化 [2] [7] [14]。磷作为不可再生的有限资源，其回收利用对于缓解全球磷资源危机至关重要 [2]。这种技术体现了从末端处理向资源回收的转变，是发展循环经济的关键技术之一 [9]。
发展历程
早期污水处理中总磷的去除主要采用生物除磷和化学除磷方法。生物除磷利用聚磷菌通过剩余污泥排放实现除磷，化学除磷则通过投加药剂沉淀磷，这些方法主要目标是去除污染物以满足排放标准，而非资源回收。 [8]
随着全球磷资源危机意识的增强，我国磷矿石储采比逐年下降，按目前开采速率仅能使用不到40年，且品位低，加剧了资源短缺。与此同时，欧洲、日本、北美等国家和地区已陆续颁布政策强制开展磷回收，如欧盟在2018年颁布新版《化肥管理条例》，计划从废弃物中回收磷来替代30%的磷矿石。 [17]磷回收理念逐渐兴起，技术发展从单纯的“末端处理除磷”转向“资源回收”。欧洲国家率先开发出从污水、污泥及动物粪尿中回收磷的技术并应用于工程实践，实现了防治水体富营养化与磷资源可持续利用的结合。 [2] [7]
在众多磷回收技术中，鸟粪石（磷酸铵镁）结晶法逐渐成为最接近产业化应用的技术路线之一。 [9]同时，从污泥焚烧灰分中回收磷的热化学法也得到发展，例如AshDec工艺可利用金属氯化物实现重金属挥发分离并获得高生物利用度的富磷相。德国已经利用AshDec工艺进行了半工业规模运行，并计划于2023年投产大型示范工厂。 [5]2026年，全面系统反映全球磷危机概况及磷回收技术研究进展的专著《磷危机概观与磷回收技术》出版，标志着该领域的研究进入了系统化总结阶段。 [25]
政策的支持对磷回收技术的发展至关重要。2016年，欧盟提出了《肥料管理提案》草案，制定相关标准并启动研究项目，旨在制定鸟粪石以及从污泥焚烧灰烬中回收营养物质的标准。 [2]欧盟已将磷列为关键原材料，并制定了磷回收战略。 [9]
国内磷回收技术研究与国外处于并跑阶段，拥有多项具备应用前景的自主知识产权技术。 [17]
磷回收技术在中国也取得了实质性应用进展。2025年6月26日，国内首个农业废弃物磷资源回收项目在安徽省黄山市开工。 [1] [6]2025年6月，重庆的“污水厂剩余污泥磷释放与回收技术研究”项目成功通过结题验收。 [12]
基本特征
磷是动植物生长必不可少的营养元素，也是不可再生的有限资源，磷危机已经出现。对于城市集中式污水处理设施，可以通过磷回收方式遏制磷的匮乏现象。实现污水磷回收还意味着将防治水体富营养化与磷的可持续利用合二为一 [2]。在众多磷回收技术中，鸟粪石结晶法因其高效、低能耗和产品价值高的特点，成为最接近产业化应用的技术路线 [9]。鸟粪石作为回收产物具有较高磷含量，但废水中钙离子等因素可能影响其结晶过程和回收效率。 [18] [21]磷酸铵镁结晶沉淀法具有反应速度快、磷回收效率高等特点 [10]。
从市政污水中回收磷的环节包括含磷水相、含磷固相和焚烧灰分。从液相中回收磷，回收率约为40%-50%；从污泥或焚烧后灰烬中回收磷，总回收率可达到90%。用于液相磷回收的代表性工艺包括BCFS工艺、Anphos与Phospaq工艺、NuRe Sys工艺、Phosnix工艺以及Crystalactor工艺。BCFS工艺以反硝化除磷菌作用原理为设计依据，从厌氧区末端引出富磷上清液，以侧流方式进行磷回收。Anphos与Phospaq工艺均以完全混合反应器回收污泥消化液中磷为目的。NuRe Sys工艺为连续运行，采用两个反应器回收污泥厌氧消化液中的磷。Phosnix工艺中，污泥消化液从流化床反应器底部进入，通过投加药剂调节pH值以回收鸟粪石结晶。Crystalactor工艺的核心是在柱状反应器内填充晶种，使磷酸根在晶种上结晶析出 [2]。
用于固相及灰分磷回收的代表性工艺包括Air Prex工艺和Ash Dec工艺。Air Prex工艺用于回收消化污泥里的磷酸根，通过投加药剂并曝气形成鸟粪石结晶。Ash Dec工艺主要分两步进行，第一步是焚烧污泥以去除有机污染物，第二步为热化学处理，通过添加氯化物并在高温下反应，使重金属挥发分离，最终获得可用于磷肥生产的含磷灰烬 [2]。该工艺已在部分地区实现半工业规模应用，磷回收率较高。 [24]
蓝铁矿是另一种有潜力的磷回收产物，但其生成受多种因子抑制。 [19]
从牲畜粪尿中回收磷的技术也得到了长足的发展，主要以美国北卡罗莱纳州猪粪尿磷回收工艺及荷兰Putten牛粪尿磷回收工艺为代表。美国猪粪尿磷回收工艺磷回收效率可达94%；荷兰牛粪尿磷回收工艺磷回收效率达95% [2]。
磷回收技术与设备并不复杂，难的是磷回收产物需要有政策和标准支持方能获得二次再生利用。2016年，欧盟提出了《肥料管理提案》草案，制定堆肥和消化产物标准，并启动研究项目制定鸟粪石以及其它从污泥焚烧灰烬中回收营养物质的标准、规范。满足管理条例标准的回收产物将被视为“产品”，且这些回收产物将被允许在欧盟各国流通和贸易 [2]。
应用
国家层面积极推进含磷固废资源化利用及污染防控，相关部门配合印发《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》等文件，推动磷化工全产业链清洁生产，并修订发布《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》以强化含磷固废污染控制。此外，湿垃圾磷资源转化回收技术已被纳入国家重点研发计划，要求新建示范工程磷资源总回收率≥50% [16]。
2025年6月26日，国内首个农业废弃物磷资源回收项目在黄山市开工。该项目总投资1.32亿元，占地29.26亩，通过从畜禽粪便中高效提取磷元素并生产绿色磷肥等高价值衍生品，投产后畜禽粪便处理规模超10万吨/年 [1] [6]。台湾畜产试验所已将废水磷酸盐结晶回收技术转移给春发成牧场应用 [9]。
黄磷含磷污水在线处理及泥磷回收一体化技术适用于含磷废水，从黄磷水洗塔、精制锅出来的含磷污水进入离心分离机，将污水分为黄磷、泥磷、水三相，分离回收黄磷和泥磷，技术改造每台电炉总投资大约在470万元 [13]。在黄磷生产行业，云南宣威磷电有限责任公司通过实施环保节能、清洁生产技术改造项目，建设泥磷无害化处理系统，项目建成后每年可多回收黄磷2116.83吨 [22]。
重庆污水厂剩余污泥磷释放与回收技术项目于2025年6月通过结题验收，创新性地开发了高效磷释放技术，磷释放率最高可达67%，通过优化的沉淀回收工艺，回收率稳定在95%以上，回收产物可作为优质的园林绿化用肥 [12]。在工程应用方面，天津津南污泥处理厂工程采用了AirPrex磷回收工艺，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 [20]。欧洲污水处理厂集成磷回收系统，如德国厂每年从污水中回收数百吨的磷肥 [9]。国际上已形成多种成熟的磷回收应用技术，例如Ostara公司的Pearl技术、WASSTRIP工艺、PHOSPAQ工艺、Crystalactor工艺等，日本已将MAP（磷酸铵镁）回收技术注册为化学肥料，并应用于福冈和大阪的工厂 [21]。
影响
磷回收技术对于应对磷资源短缺、保护环境和推动循环经济发展具有重要意义 [2] [7] [9]。
从资源角度看，磷回收可减少对不可再生磷矿的依赖，据测算，回收废水和污泥中的磷可减少13.2%的磷矿开采量 [17]。
在环境方面，与开采磷矿生产磷肥相比，磷回收可大幅降低磷的环境排放、减少固体废弃物的生成、保护磷矿资源、减少温室气体排放。从全生命周期来看，其环境/健康影响和社会成本均低于磷矿开采 [17]。
然而，该技术的规模化应用也面临挑战，主要体现为成本较高，且回收产品缺乏政策支持和市场认可 [17]。
为推动磷回收发展，专家建议制定相关技术标准、确定成本分摊机制、通过财政支持创立首批磷回收企业、设定磷回收目标与时间节点 [17]。
此外，一些具体技术如中国科学院城市环境研究所的鸟粪石流化结晶技术、北京林业大学的炭基磷肥生产技术等，已展示了回收产品的肥效潜力 [23]。
相关
磷回收技术是当前研究的重要领域 [3]。
工艺创新
中国科学院城市环境研究所开发的鸟粪石流化结晶技术可将污水中的磷回收为缓释肥料，肥效优于商品磷肥。北京林业大学研发的炭基磷肥生产技术通过生物炭吸附磷实现资源循环利用 [3]。
从退役锂铁磷酸电池中可回收磷，其电极材料中磷的有效成分(P₂O₅)比例接近40%，可视为高品位二次磷矿。该技术可将磷转化为适用于酸性土壤的耐酸缓释磷肥，同时高效回收锂。采用过硫酸钠温和氧化选择性提锂，使锂从LiFePO₄晶格中浸出并转化为高纯度碳酸锂回收。脱锂后形成的FePO₄与硫化钠反应，磷以HPO₄²⁻/H₂PO₄⁻形式进入溶液，最优条件下磷回收率超过99.5%。含磷溶液经与丙烯酸、尿素及交联剂反应，可构建三维网络结构，最终制得耐酸缓释磷肥 [4]。
AshDec工艺是一种热化学法处理污泥焚烧灰分的磷回收技术。该工艺利用金属氯化物实现重金属挥发分离，并在尾气净化系统中回收重金属，从而同步获得高生物利用度的富磷相。通过改变磷矿物相，AshDec工艺能提高污泥焚烧灰中磷的生物利用度。德国已进行该工艺的半工业规模运行，获得的磷酸盐纯度约15%～25%，灰分磷回收率达95%以上。德国Altenstadt-Emter GmbH污泥焚烧厂正在建设大型AshDec示范工厂，计划于2023年投产，灰分处理能力为30000t/a [5]。
材料开发
铁钛复合氧化物吸附材料可用于磷的去除与回收。研究探讨了钙离子和乙酸盐在不同pH环境下对磷界面反应过程的影响。pH为7时，钙离子显著促进了磷的去除，主要归因于其与矿物表面吸附态磷反应形成表面沉淀并转化为羟基磷灰石。乙酸盐对磷去除能力基本无影响，但促使表面吸附态磷转化形成更多无定形FePO4沉淀 [14]。
研究通过将铈掺杂NH2-MIL-101(Fe/Ce)锚定在三聚氰胺海绵上制成MIL-101@sponge吸附剂，用于快速吸附和回收水中磷酸盐。由于海绵的大孔结构和弹性特征，吸附可在10分钟达到饱和，快速吸附和脱附操作可在注射器中实现 [15]。
系统评估
对玉米生物提炼厂磷回收技术开展的生命周期评价研究表明，该技术可缓解70%以上的矿产资源短缺和避免约40%的淡水富营养化问题。经济可行性分析显示，随着生产规模的扩大，磷回收情景的经济效益不断增加，大规模玉米生物提炼厂在磷回收方面具有更大的盈利潜力 [11]。
参考资料
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- 6
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科研动态 | 从玉米生物提炼厂回收磷具有降低环境影响和促进磷循环经济的双重潜力．腾讯网．2023-09-05
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【科技创新】从“治污”到“寻宝”污泥磷回收开辟污水厂绿色低碳新路径．腾讯网．2025-11-14
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