بازیافت فسفر از تصفیه لجن فاضلاب شهری

بازیافت فسفر از پساب و لجن فاضلاب برای بسیاری از بخش ­های اقتصاد اهمیت ویژه­ ای دارد. در سال 2014، عنصر اصلی فسفر به عنوان یک ماده خام حیاتی توسط اتحادیه اروپا معرفی شد. از جمله دلایل اهمیت بازیابی مواد مغذی از پساب می­ توان به محدودیت در دسترس بودن کودها (به ویژه فسفر)، چالش ­ها و هزینه ­های مرتبط با حذف نیتروژن و فسفر در سیستم ­های تصفیه اشاره کرد. افزایش هزینه کودهای مبتنی بر فسفات یکی دیگر از عوامل مهم در نظر گرفته می­ شود. افزایش ارزش بازار اجزای فاضلاب مانند آمونیاک و فسفر یک عامل کلیدی است که به طور مثبت بر بازیابی منابع از فاضلاب تأثیر می ­گذارد. علاوه بر این، محرک های دیگر برای بازیابی فسفر، کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری سیستم های تصفیه فاضلاب، و به طور خاص برای بازیابی فسفر از خاکستر لجن فاضلاب، غلظت آلی نسبتا کم در محصول بازیافتی است. از دیدگاه شرکت‌ های تولید کود، یکی دیگر از انگیزه ‌های بازیابی فسفر، برچسب پایداری به عنوان یک ابزار بازاریابی سبز است.

چندین تکنیک ممکن برای بازیابی مواد مغذی وجود دارد و فرآیند ها را می توان با عناوین شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی طبقه بندی کرد. کریستالیزاسیون استروویت (منیزیم آمونیوم فسفات، NH₄MgPO₄·6H₂O) فرآیندی برای بازیابی همزمان نیتروژن و فسفر است. استروویت یک کریستال سفید رنگ است که حاوی مواد مغذی ضروری برای رشد گیاه است و می ­تواند مستقیما به خاک افزوده شود. این کود بسیار عالی در نظر گرفته می­ شود، زیرا به دلیل سرعت آزادسازی کند و حلالیت کم آن در آب، از دست دادن مواد مغذی را به حداقل می رساند. این تکنیک تبلور استروویت همچنین می­ تواند برای هضم بی ­هوازی لجن به دلیل غلظت بالای فسفر معدنی و آمونیاک در راکتورهایی که این نوع تصفیه در آنجا اتفاق می ­افتد، اعمال شود

معادله واکنش عمومی تشکیل استروویت بصورت زیر است:

 Mg⁺² + NH⁺₄ + PO^3-₄ 6 +H₂O   <—-    MgNH₄PO₄ 6(H₂O)

که در آن ²⁺Mg، ⁺₄NH،^3-₄POو O₂H به ترتیب نمادهای کاتیون منیزیم، کاتیون آمونیوم، آنیون فسفات و دی­ هیروژن اکسید است و O₂H₄6PO·₄ MgNH نشان دهنده استروویت است.

رسوب شیمیایی استروویت می ­تواند بین 90-80% از فسفات­ های محلول و 30-20٪ از آمونیاک محلول در پساب را حذف کند. چالش اصلی هنگامی است که بازیافت فسفر از پساب با غلظت فسفر کمتر از 50 میلی گرم در لیتر مدنظر باشد و غلظت مواد جامد معلق بالاتر از 2000 میلی گرم در لیتر باشد. بنابراین، می­ توان استروویت را در جریان ­های ثانویه (مانند تولید در تغلیظ لجن اولیه یا پس از آبگیری لجن هضم شده) که غلظت فسفر بالاتری دارند، تولید کرد.