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摘要

添加铁是一种方便的方法，可用于将磷从废水中去除，但这通常被认为会限制磷的回收。目前采用磷酸盐盐析法来回收磷，这种方法受到了广泛关注。然而，这种方法需要使用强化生物除磷技术（EBPR）。EBPR尚未广泛使用，且回收潜力有限。其他磷回收方法，包括将污泥应用于农田或从污泥灰中回收磷，也存在局限性。能源生产型污水厂越来越依赖于使用铁进行磷去除，但问题在于（与之前的工艺一样）如何从铁中回收磷(Fig.1、5)。相反，磷在沉积物和土壤中通过自然过程有效地从铁中释放出来。铁-磷化学反应是多样的，许多参数影响着磷的结合和释放，包括氧化还原条件、pH值、有机物质的存在以及颗粒形态（Fig.2）。当前研究认为，目前对污水系统中铁和磷化学反应的了解不足，阻碍了从富含铁-磷化合物废物（如城市污泥）中回收磷的工艺的开发。本文综述了影响磷回收的参数，并提出了在污水处理过程中操控铁-磷化学反应的方法，以实现磷的回收。

引言

磷（P）是一种必需营养素，对全球粮食生产非常重要。2000年，19.7百万吨的磷被开采为磷矿石。由于全球人口增长、饮食变化和生物燃料份额的增加，未来对磷的需求将进一步增加。世界各地消耗大量的磷资源，除了通过向农田施用粪肥来部分回收磷外，回收途径很少，生产和使用效率极低。生态、地缘政治和经济问题要求回收磷。由于需要循环使用磷，从而开发从二次来源回收磷的技术。在全球范围内，每年约有130万吨P在城市污水处理厂（WWTPs）中得到处理。本篇文章论述内容的重点放在作为磷的主要来源的城市污水。所描述的P和铁（Fe）的相互作用也与其他废水，甚至地表水都有关联。

从废水中去除磷是为了有效防止地表水富营养化。最流行的除磷技术是化学除磷，它是一种普遍的除磷方式，即使用铁盐或铝盐来结合磷。铁盐通常是首选。它们比铝盐更便宜。在EBPR工厂中，通常投加Fe以促进除磷。除了除磷之外，铁在现代废水处理中起着重要作用。它用于防止厌氧消化过程中的硫化氢排放，并作为混凝剂改善污泥脱水。废水泵站投加Fe以控制气味和腐蚀，这种做法也可以帮助去除WWTP中的P。此外，大量的Fe（通常为：0.5- 1.5mg Fe/L）已经可以存在于WWTP的流入物中。例如，来自荷兰 的19个WWTP的数据显示，流入的Fe浓度在1和10 mg/L之间，导致平均Fe/P摩尔比为约0.26。这些实例说明Fe在现代WWTP中是无所不在的，因此，在不依赖于基于Fe的CPR的WWTP中大量的P可以和Fe结合。

在评估磷回收方案时，Fe的存在通常被认为是负面的。然而，这篇文章将说明在大量磷铁化合物中磷能够被有效提取。这个问题的出现是因为目前对Fe和P的化学机制缺乏研究。本文将帮助了解铁和磷在WWTP中的相互作用。受到环境代谢机制的启发，同时也提出了有关从废水中回收磷的一些方法和机制。

目前，在实际应用中从污水中回收磷的方法包括将污泥用于农田、在强化生物除磷技术（EBPR）工厂中产生磷酸镁盐和从污泥灰中回收磷。在消毒处理后，污泥可以应用于农田。这种做法是一种广泛采用、成本较低的磷循环再利用方法。在2004年和2005年，美国约50%的污泥和27个欧盟国家约40%的污泥被用于农田。目前公众对生物固体中病原体、重金属和有机微污染物的担忧日渐增强。然而，一些研究表明相关的风险很低。越来越多的法规可能会进一步降低某些化合物的浓度，但与此同时，新兴的污染物也带来了新的问题。生物固体废物中存在的铁会降低水溶性磷的比例。这种现象被认为是积极的，因为它可以防止磷通过地表径流流失。一些研究人员认为生物固体废物中的铁的存在是负面的，因为它会导致磷的植物可利用性降低。然而，其他研究表明与铁结合的磷仍然可以被植物吸收。生物固体废物应用的最大问题或许在于农田上存在磷过量的地区，这是由于粪肥过量引起的。将污泥从这些地区运输到磷匮乏的地区是困难的，因为涉及到运输成本和物流。因此，纯度高的磷回收产品优于复杂的污泥产品。目前最受关注的磷回收方法是磷酸镁盐沉淀法。这种技术需要将强化生物除磷技术和污泥消化结合起来，理想情况下还要结合磷脱除工艺。然而，在许多国家，基于铁的化学磷去除技术仍然占据主导地位。此外，磷酸镁盐回收法的回收效率通常仅为总入流磷负荷的10-50%。这是由于存在一些无法在厌氧消化过程中被提取的磷组分（生物量中固定的磷或与铁等金属结合的磷）。在一些国家，相当比例的污泥被单独焚烧。从污泥灰中回收磷的优点包括：（1）由于集中焚烧设施而形成的规模经济效益，（2）几乎所有去除的磷都可以回收，（3）破坏了不需要的化合物，（4）磷以浓缩形式存在。已经开发出多种有前景的热化学和湿化学技术，用于从污泥灰中回收磷。这些技术中铁也起到一定的作用，它影响着磷的提取性能或最终产品中磷的水溶性。这些技术依赖于焚烧的昂贵基础设施。仅靠磷回收可能不足以建造污泥焚烧设施。

Fig 1. for an - plant in which P is .

Fig 2. the iron under

Fig 3. of iron . of used for are in Table S4 in .

Fig 4. Anion onto iron as: as a) b) c) ; d) is shown as an for in which water are the iron oxide and the e) of in which Fe from the iron oxide to the of of FeP on the of the iron oxide.

Fig 5. WWTP Fe and P at . Iron can be dosed at for like , P , and to of .

Fig 6. Redox and the of P. The arrow keys the on P: P , P sink, not clear.

Fig 7. of humic on Fe and P