含磷废物资源化关键技术及其产业化

含磷废物资源化关键技术及其产业化一、磷是维持生命系统的重要元素磷是地球生命系统所必需营养元素，且具有不可替代性三磷酸腺苷ATP生命遗传因子DNA&RNA骨骼Bones一、大量开采磷矿石以实现粮食增产Jiangetal.,ES&T,2018磷资源与粮食生产密不可分！一、全球磷矿石分布呈极度不均衡2015年世界磷矿石储量为710亿吨，其中摩洛哥及西撒哈拉地区约占73%，中国以储量37亿约占全球磷矿石储量的5.6%，前六个国家储量占世界总储量近92.5%。2016年在湖北远安发现储量超过4.3亿吨的特大型磷2017年在贵州开阳县发现储量超过8亿吨的特大磷矿一、大量开采磷矿石以实现粮食增产Datasource:USGS2016一、我国磷资源进出口格局一、全球磷资源贸易呈现极化现象Exporters:Morocco,U.S.A.,China,andRussiaImporters:India,Brazil,andJapan2015一、磷资源流动路径全球82-85%的磷矿用于生产化学肥料、3-5%用于生产饲料添加剂、2-3%用于生产食物添加剂仅有15-20%进入食物DanaCordellandStuartWhite,Annu.Rev.Environ.Resour.,2014一、全球磷循环规律Yuanetal.,ES&T2018NaturalPcyclesHumanperturbedPcycles人类活动使磷流动速度加快、迁移转化路径复杂化全球磷循环呈现从陆地磷矿石向海洋沉积物线性流动特征一、土壤磷累积TPcgPm2−2BioavailablePOccludedPYangetal.,Biogeosciences2013一、磷废物堆存污水处理、垃圾填埋和焚烧发电造成大量磷资源浪费粪便、餐厨垃圾和城市污泥的资源化利用是推动磷资源可持续利用的重要内容一、人类活动改变了自然磷循环一、加剧磷矿资源短缺形势磷酸盐矿石将在未来50-300年内枯竭,并严重危及粮食安全D.,CordellandWhiteS.,Annu.Rev.Environ.Resour.,2014Yuan*etal.IJLCA,2016;Liu…,Yuan*etal.PNAS,2016人类磷矿资源开发利用活动造成大量磷排放，一方面引发了水体富营养化，另一方面改变了生态系统氮磷组成，进而可能造成生态风险流域生态系统一、造成水体富营养化的生态损害二、国家需求与行动战略矿物采选消费使用生产加工从资源到环境线性流动过程含磷废物堆存和排放实现含磷废物资源化利用，推动磷资源可持续供给环境污染环境浪费资源磷矿资源含磷废物二、国际经验源头削减（粮食节约）厨余/餐厨饲料化厌氧发酵好氧堆肥焚烧填埋食物捐助USEPA2014二、国家需求与科学问题含磷废物生成格局及其资源化路径有多少？在哪里？组分特征？含磷废物资源化利用用什么技术实现？有多大潜力？资源化效果如何？该如何推动？三、研究方法三、研究方法ZengweiYuan*,JiayingJi,HuSheng,SongyanJiang,TianmingChen,XueweiLiu,XinLiu,YujieZhuang,LingZhang.JournalofEnvironmentalManagement,2019,244:199-207.ZengweiYuan*,SongyanJiang,HuSheng,XinLiu,HuiHua,XueweiLiu,YouZhang.EnvironmentalScienceandTechnology,2018,52(5):2438-2450.ZengweiYuan*,XiaoPan,TianmingChen,XueweiLiu,YouZhang,SongyanJiang,HuSheng,LingZhang.JournalofCleanerProduction,2018,188:840-850.XinLiu,HuSheng,SongyanJiang,ZengweiYuan*,ChaoshengZhang,JamesJElser.ProceedingsoftheNationalAcademySciencesoftheUnitedStates,2016,113(10):2609-2614.四、含磷废物产生格局四、含磷废物产生格局1900四、含磷废物产生格局1960四、含磷废物产生格局2015四、中国含磷废物产量及其产生强度3.5亿吨P废物含磷量Liuetal.Inrevision.60-70%变弱：生活消费、畜禽养殖变强：农业种植、农产品加工、磷化工、磷矿石开采先增强再变弱：水产养殖磷化工生产农业种植畜牧水产农产品加工居民消费废物处理四、含磷废物回收潜力Liuetal.ES&T,majorrevision.五、主要含磷废物及其资源化技术磷化工废物：磷石膏废物处理系统：废水、污水厂污泥、焚烧厂残渣技术路径：堆存、处理排放、填埋农业废弃物：秸秆、畜禽粪便居民消费废弃物：粪便、厨余、餐厨垃圾技术路径：资源化利用（好氧、厌氧、生物转化）Yuanetal.,ES&T2018五、国家战略导向含磷废物资源化迫在眉睫五、厌氧发酵制沼气发电农业废弃物、厨余、畜禽粪便、餐厨垃圾等容易大规模推广但盈利水平低利用了其中碳和氢源，但对磷等资源利用率低五、好氧堆肥农业废弃物、厨余、畜禽粪便、餐厨垃圾等实现了废物资源化利用但附加值低、产业化水平低五、生物转化资源化转化畜禽粪便、餐厨垃圾等（蝇蛆、黑水牤）优点：生成有机肥与蝇蛆产品，附加值高、成本低，处理效率高缺点：技术过程不易控制、劳动强度高、工作环境差、占地面积大五、生物转化资源化利用结论推动磷资源可持续利用，节约粮食、提高磷资源开发利用生命周期过程效率是根本，而含磷废物资源化是提高磷资源效率和减少磷污染排放的重要途径含磷废物资源化利用技术路径畜禽粪便、