微波辅助共水热碳化与共热解过程中化学污泥与玉米芯磷迁移行为及机制研究

本研究针对磷资源短缺与污染问题，创新性地采用微波辅助共水热碳化(co-MHTC)与共热解技术处理化学污泥(CS)和玉米芯(CC)，揭示了磷形态转化规律。结果表明微波能促进正磷酸盐(Ortho-P)和焦磷酸盐(Pyro-P)富集，使有机磷(OP)向无机磷(IP)转化，并显著提升磷的生物有效性，为污泥磷回收与炭材料高值化利用提供了新策略。

　　

磷是维系地球生命的关键元素，但全球磷矿资源正面临枯竭危机。据统计，中国每年约有0.29亿吨磷随废水流失，其中90%最终富集在化学污泥(CS)中。与此同时，作为第四大能源的玉米芯(CC)年产量达4000万吨，其不当处置会引发环境污染。如何实现这两种废弃物的协同资源化，成为解决磷危机与环境污染的双赢课题。

山西太原固体废物处置中心与山西晋中的研究人员在《Bioresource Technology》发表研究，创新性地将微波技术引入化学污泥与玉米芯的共处理过程。通过微波辅助共水热碳化(co-MHTC)和共热解技术，系统探究了160-240℃水热和600-800℃热解条件下磷的迁移规律。研究采用扫描电镜(SEM)表征材料形貌，结合磷形态分级提取法，揭示了微波场对磷转化的特异性影响机制。

材料特性分析

SEM显示微波使水热炭表面更均质，热解温度升至800℃时生物炭形成丰富孔隙结构。元素分析证实微波促进了CS与CC的协同作用，加速了含磷官能团的形成。

磷形态转化机制

研究突破性发现：水热炭中磷主要以铝磷(Al-P)和铁磷(Fe-P)形态存在，而生物炭中转化为钙磷(Ca-P)和镁磷(Mg-P)。微波使正磷酸盐(Ortho-P)含量提升21.7%，焦磷酸盐(Pyro-P)增加13.5%，并显著促进有机磷(OP)向无机磷(IP)的转化。

生物有效性提升

微波辅助使水热炭中有效磷占比提高至68.3%，生物炭中达72.1%。这种提升源于微波的非热效应改变了矿物结晶度，使磷更易被植物吸收。

该研究首次阐明了微波场中CS与CC共处理时的磷定向转化规律，开发出磷回收率>90%的绿色工艺。不仅为缓解磷资源短缺提供了新思路，其制备的富磷炭材料更可作为缓释肥料，实现"以废治废"的循环经济模式。研究团队特别指出，微波的精准控温特性使能耗降低40%，为工业化应用奠定了技术基础。