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磷是人類賴以生存不可缺或的營(yíng)養(yǎng)物之一, 主要貯存在地殼之中(磷礦), 是一種難以再生的非金屬礦產(chǎn)資源(Dijk et al., 2016).磷在地球上以“陸地→海洋”直線形式流動(dòng)(郝曉地等, 2011), 從磷礦開(kāi)采后主要(>80%)用于磷肥生產(chǎn);大部分(通常>50%)未被作物吸收的磷因雨水沖刷會(huì)形成地表徑流, 食物中未被人和動(dòng)物吸收的磷則隨排泄物進(jìn)入地表水體(無(wú)污水處理情況下);磷*后隨“條條江河通大?！钡淖匀灰?guī)律進(jìn)入海洋.除海鳥(niǎo)在陸地排泄糞便以及人類海洋捕撈海產(chǎn)品外, 流入海洋中的磷在人類可目擊到的地質(zhì)演變期內(nèi)很難再回歸陸地.因此, 磷和煤、石油等一樣都屬于不可再生的寶貴自然資源。
磷礦藏在地球上分布極不均勻、儲(chǔ)量十分有限.雖然地球磷礦基礎(chǔ)儲(chǔ)量為680×108 t (以P2O5計(jì)), 但經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)量?jī)H有1/3, 約220×108 t(Jasinski, 2017).隨著人口增長(zhǎng)以及人類生活水平不斷提高, 社會(huì)對(duì)磷的需求越來(lái)越高.國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示, 2015年我國(guó)磷肥產(chǎn)量已達(dá)970×104 t·a-1(P2O5)(國(guó)家統(tǒng)計(jì)局, 2015), 且每年增加量為50×104 t·a-1.以此增長(zhǎng)速度, 我國(guó)到2030年時(shí)對(duì)磷肥使用量將會(huì)超過(guò)2000×104 t·a-1.再加上磷礦石無(wú)限制的出口, 我國(guó)未來(lái)磷資源消耗量十分驚人.2015年統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明, 我國(guó)磷礦基礎(chǔ)儲(chǔ)量為31×108 t(P2O5)a.盡管新近(2017年7月)在貴州開(kāi)陽(yáng)又發(fā)現(xiàn)了超大優(yōu)質(zhì)(**不經(jīng)選礦即可直接用于生產(chǎn)高濃度磷復(fù)合肥)磷礦2.7×108 t(P2O5)a, 但我國(guó)高品位磷礦儲(chǔ)量總體上很低, P2O5含量≥30%的富磷礦資源儲(chǔ)量只有16.6×108 t(P2O5), 僅為基礎(chǔ)儲(chǔ)量的一半.若按照目前“采富棄貧”的開(kāi)采模式進(jìn)行開(kāi)采磷礦, 20年后, 我國(guó)磷礦石儲(chǔ)量將開(kāi)采殆盡a, “磷危機(jī)”現(xiàn)象隨之而來(lái)。
因此, 我國(guó)急需考慮并實(shí)施磷回收戰(zhàn)略.縱觀磷流失、排放的整個(gè)路徑, 對(duì)磷進(jìn)行有效截流/回收的*佳節(jié)點(diǎn)主要集中在磷排放的源頭和末端.源頭磷回收有糞尿返田及源分離技術(shù)(郝曉地, 2006; 郝曉地等, 2016);末端磷回收指的是從污水處理過(guò)程中回收磷(全球每年約有1.3 Mt·a-1(以P計(jì))經(jīng)污水處理廠處理)(Wilfert et al., 2015), 以集中式為主流的現(xiàn)代污水處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在污水處理的同時(shí)對(duì)磷的截留、分離與回收.在實(shí)施磷回收工程方面雖然技術(shù)顯得重要, 但國(guó)家宏觀政策和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼措施等亦不可小覷(郝曉地等, 2017)。
有關(guān)磷回收產(chǎn)物研究與應(yīng)用, 目前國(guó)際上趨之若鶩的是鳥(niǎo)糞石(MAP, MgNH4PO4·6H2O)及其它磷酸鹽化合物(郝曉地等, 2011).然而, 純鳥(niǎo)糞石回收需要苛刻的反應(yīng)條件、且難以直接施用, 為此而受到學(xué)界實(shí)驗(yàn)質(zhì)疑(Hao et al., 2013).*新研究發(fā)現(xiàn), 出現(xiàn)在深水湖泊底部和海洋沉積物中的藍(lán)鐵礦(Vivianite, Fe3(PO4)2·8H2O)是一種非常穩(wěn)定的磷鐵化合物(Ksp = 10-36), 單位質(zhì)量P的經(jīng)濟(jì)價(jià)值不菲.藍(lán)鐵礦除了能作為磷肥生產(chǎn)原料以外, 亦可以作為鋰電池合成原料(楊艷飛, 2012);大顆粒高純度藍(lán)鐵礦晶體本身還具有較高的收藏價(jià)值。
污水中除了含有較多的磷, 也因地質(zhì)或水處理(使用鐵混凝劑)原因而常常含有較多的鐵(Wilfert et al., 2015).這就使人聯(lián)想到, 在污水、污泥處理過(guò)程中是否可以形成藍(lán)鐵礦物質(zhì)?已有研究發(fā)現(xiàn), 在剩余污泥中確實(shí)發(fā)現(xiàn)了藍(lán)鐵礦物質(zhì)的存在(Wilfert et al., 2015).這就為磷回收又打開(kāi)一扇吸引眼球的窗戶.因此, 有必要在研究發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上對(duì)藍(lán)鐵礦的物理化學(xué)性質(zhì)、生成環(huán)境、以及影響因素進(jìn)行歸納, 以推動(dòng)這一磷回收新目標(biāo)產(chǎn)物的基礎(chǔ)應(yīng)用研究。
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