Улучшение рециклинга фосфора из осадка сточных вод

Фосфор — важное сырьё, особенно как удобрение для сельского хозяйства. Однако в водоёмах он ухудшает качество воды. С 1980-х годов осаждение фосфатов является одним из ключевых процессов на муниципальных очистных сооружениях. Фосфор связывается солями в осадке сточных вод. Поскольку это сырьё становится всё более дефицитным, его необходимо извлекать. Это возможно, например, если он присутствует в связанной форме в виде вивианита. Исследователи из Института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства им. Лейбница (IGB) изучили, какие факторы способствуют образованию вивианита и тем самым увеличивают количество извлекаемого фосфора.

Существует много причин для рециклинга фосфора: фосфатные руды всё больше загрязнены, а поставки зависят от нескольких стран. Поэтому с 2014 года он входит в список ЕС «критического сырья». Правительство Германии также приняло в 2017 году Постановление об осадке сточных вод: согласно ему, к 2032 году крупные операторы установок должны обеспечить извлечение фосфора, содержащегося в осадке.

Осаждение в осадке может приводить к образованию вивианита — железо-фосфорного соединения, из которого фосфор можно относительно легко извлечь. «Но до сих пор не было ясно, какие условия на очистных сооружениях благоприятствуют образованию вивианита. Это также интересно для восстановления озёр, где осаждение фосфора из воды также используется для снижения питательной нагрузки и улучшения качества воды», — пояснил исследователь IGB Михаэль Хупфер, руководивший исследованием. Команда проанализировала свойства и состав образцов осадка с 16 очистных сооружений, а также их технологические параметры, чтобы определить факторы, влияющие на образование вивианита.

Высокое содержание железа способствует образованию вивианита, а высокое содержание серы — снижает его

Высокое содержание железа оказалось наиболее важным фактором, способствующим образованию вивианита. Высокое содержание серы, в свою очередь, снижало его образование. «Существуют серосодержащие и бессернистые осадители. Мы смогли показать на сравнении, что использование серосодержащих осадителей может увеличить содержание серы в осадке и тем самым противодействовать образованию вивианита. Таким образом, выбор осадителя может существенно влиять на рециклинг фосфора», — сказала докторант IGB Лена Хайнрих, ведущий автор исследования.

Корректировка условий может изменить ситуацию: на 16 очистных сооружениях доля фосфора, связанного в вивианите, варьировалась от примерно 10% до целых 50%. Этот диапазон показывает большой потенциал для увеличения выхода вивианита.

«Для нас, как водных экологов, эти выводы очень важны, потому что железосодержащие осадители также можно рассматривать для восстановления эвтрофированных или загрязнённых питательными веществами озёр. Эффективность добавления железной соли гораздо выше, если она приводит к образованию стабильного вивианита в донных отложениях, который затем — возможно, когда-нибудь — также станет доступен для извлечения фосфора», — сказал Хупфер.

Исследование опубликовано в журнале Science of The Total Environment.