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污水污泥灰湿法酸提磷优化研究：基于经验模型的关键影响因素评估与工艺参数配置指南
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年06月18日 来源：Water Research X 7.2
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本研究针对污水污泥灰(ISSA)中磷回收效率(PEE)提升难题，通过构建152组实验数据库建立回归模型(R2=0.86)，揭示盐酸浓度(CHCl )、液固比(L/S)和接触时间(t)的协同作用规律，提出X=3.8的优化参数组合可实现>80% PEE且酸成本控制在0.30-0.35�/kg Pextracted ，为工业级磷回收工艺提供量化决策工具。
随着全球磷资源分布失衡与欧盟将磷矿石列为关键原材料，从污水污泥灰(ISSA)中回收磷成为缓解资源危机的战略选择。然而，现有湿法酸提磷工艺面临提取效率(PEE)不稳定、酸耗成本高、钙含量干扰等瓶颈，且缺乏普适性数学模型指导参数优化。德国某研究团队在《Water Research X》发表的研究，通过整合152组实验数据构建经验模型，首次量化了盐酸浓度(CHCl
)、液固比(L/S)和接触时间(t)对PEE的协同影响规律。
研究采用五类德国污水厂ISSA样本，通过0.7-4.4 mol/L盐酸梯度提取实验，结合ICP元素分析技术建立数据库。关键方法包括：(1)设计涵盖L/S(3-10 mL/g)、t(2-40 min)的多参数提取实验；(2)基于迈克尔森-门顿方程构建X=(L/S)2.5
*(CHCl
)3.1
*t1.0
的提取变量模型；(3)采用Python 3.9.13进行回归分析优化参数指数。
2.1 实验结果
不同ISSA在CHCl
＞2.4 mol/L时普遍实现＞80% PEE，但高钙灰(＞15% Ca)表现异常，揭示灰分特性对提取的关键影响。
2.2 建模结果
Model #1显示CHCl
指数(eHCl
=3.1)显著高于L/S(eL/S
=2.5)和t(et
=1.0)，证实酸浓度主导PEE变化。当X＞10,000时PEE达90%平台期，剩余10%磷可能以赤铁矿(Fe2
O3
)形态稳定存在。Model #2引入P/Fe比参数(eP/Fe
=0.2)，解释高铁灰分中磷的难溶特性。
2.3 模型验证
对中等钙含量ISSA(6-12% Ca)，Model #1预测R2达0.75(r=0.96)，但21.8%高钙灰预测值系统性偏高，凸显模型在极端组分下的局限性。
2.4 工艺优化
通过成本方程测算，推荐CHCl
=3-4 mol/L与L/S=2-3 L/kg组合，可在X=3.8时实现86.6±6.5% PEE(95%置信度)，酸成本降至0.30-0.35�/kg Pextracted
，较文献值5-10 kgHCl
/kg Pextracted
显著优化。
该研究建立的量化模型为ISSA磷回收工艺提供了首个兼顾效率与成本的参数配置工具，其核心价值在于：(1)揭示酸浓度对PEE的指数级影响规律；(2)提出适用于中等钙含量灰分的普适性方程；(3)确立工业化可行性的经济参数窗口。未来需扩展高钙灰数据库并验证模型在千吨级中试装置的适用性，这对实现欧盟UWWTD指令要求的80%磷回收目标具有重要实践意义。
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