硫酸盐富集造纸废水中磷回收与磷石膏循环利用的协同创新策略

为解决高SO42?抑制PO43?回收效率的难题，研究人员提出了一种结合磷石膏（CaSO4·2H2O）循环利用与硫代谢细菌（SRB/SOB）协同处理的新方法。通过化学吸附与生物转化（如Desulfobacteraceae还原SO42?、Alcaligenaceae氧化S2?），实现95%的PO43?回收并生成羟基磷灰石（Ca5(PO4)3OH），为湿法H3PO4生产提供闭环资源化路径。

　　

全球磷资源面临枯竭，而造纸废水中高浓度PO₄^3?（~200 mg/L）的回收却因SO₄^2?（~250 mg/L）的竞争抑制而效率低下。传统化学沉淀法成本高昂，生物处理法又受重金属污泥限制。与此同时，湿法磷酸工业副产物磷石膏（年产量2-2.5亿吨）因含0.1-1.8% P₂O₅且回收率不足15%，堆积成环境负担。如何破解这一对矛盾？来自湖北大学等机构的研究团队在《Bioresource Technology》发表论文，提出了一种"以废治废"的协同策略：利用造纸废水中的有机物驱动硫代谢细菌，将磷石膏中的SO₄^2?转化为S^2?并释放Ca²⁺，最终与PO₄^3?形成可回用的羟基磷灰石，构建磷资源闭环循环体系。

研究团队采用三大关键技术：1）化学-生物两阶段反应器（湖北宜昌磷石膏与黄石造纸废水为原料）；2）微生物群落分析（武汉市政污泥中筛选Desulfobacteraceae和Alcaligenaceae）；3）多尺度表征（XRD/XPS验证羟基磷灰石生成路径）。

化学反应阶段
通过动力学拟合发现，0.1 g磷石膏可使PO₄^3?以0.0556 d^?1速率降低，主要依赖CaSO₄·2H₂O水解产生的Ca²⁺吸附作用。

生物反应阶段
硫酸盐还原菌（SRB）将SO₄^2?转化为S^2?并提升碱度，随后硫酸盐氧化菌（SOB）通过ppk1/ppx基因调控释放聚磷酸盐，使PO₄^3?再溶出。最终Ca²⁺以0.0479 d^?1速率与PO₄^3?结合形成羟基磷灰石。

结论与意义
该研究首次实现磷石膏与造纸废水的协同处理：化学阶段完成初始PO₄^3?固定，生物阶段通过硫代谢菌群（Desulfobacteraceae→Alcaligenaceae）解除SO₄^2?抑制并促进羟基磷灰石结晶。形成的产物可直接用于湿法磷酸生产，其经济性评估显示比传统铝盐沉淀法降低30%成本。这一闭环设计为全球每年2.5亿吨磷石膏堆存和造纸行业磷污染提供了"一石二鸟"的解决方案，被审稿人评价为"资源循环领域的范式创新"。