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磷是人類賴以生存不可缺或的營養物之一, 主要貯存在地殼之中(磷礦), 是一種難以再生的非金屬礦產資源(Dijk et al., 2016).磷在地球上以“陸地→海洋”直線形式流動(郝曉地等, 2011), 從磷礦開采后主要(>80%)用于磷肥生產;大部分(通常>50%)未被作物吸收的磷因雨水沖刷會形成地表徑流, 食物中未被人和動物吸收的磷則隨排泄物進入地表水體(無污水處理情況下);磷*后隨“條條江河通大海”的自然規律進入海洋.除海鳥在陸地排泄糞便以及人類海洋捕撈海產品外, 流入海洋中的磷在人類可目擊到的地質演變期內很難再回歸陸地.因此, 磷和煤、石油等一樣都屬于不可再生的寶貴自然資源。
磷礦藏在地球上分布極不均勻、儲量十分有限.雖然地球磷礦基礎儲量為680×108 t (以P2O5計), 但經濟儲量僅有1/3, 約220×108 t(Jasinski, 2017).隨著人口增長以及人類生活水平不斷提高, 社會對磷的需求越來越高.國家統計局數據顯示, 2015年我國磷肥產量已達970×104 t·a-1(P2O5)(國家統計局, 2015), 且每年增加量為50×104 t·a-1.以此增長速度, 我國到2030年時對磷肥使用量將會超過2000×104 t·a-1.再加上磷礦石無限制的出口, 我國未來磷資源消耗量十分驚人.2015年統計數字表明, 我國磷礦基礎儲量為31×108 t(P2O5)a.盡管新近(2017年7月)在貴州開陽又發現了超大優質(**不經選礦即可直接用于生產高濃度磷復合肥)磷礦2.7×108 t(P2O5)a, 但我國高品位磷礦儲量總體上很低, P2O5含量≥30%的富磷礦資源儲量只有16.6×108 t(P2O5), 僅為基礎儲量的一半.若按照目前“采富棄貧”的開采模式進行開采磷礦, 20年后, 我國磷礦石儲量將開采殆盡a, “磷危機”現象隨之而來。
因此, 我國急需考慮并實施磷回收戰略.縱觀磷流失、排放的整個路徑, 對磷進行有效截流/回收的*佳節點主要集中在磷排放的源頭和末端.源頭磷回收有糞尿返田及源分離技術(郝曉地, 2006; 郝曉地等, 2016);末端磷回收指的是從污水處理過程中回收磷(全球每年約有1.3 Mt·a-1(以P計)經污水處理廠處理)(Wilfert et al., 2015), 以集中式為主流的現代污水處理技術可以實現在污水處理的同時對磷的截留、分離與回收.在實施磷回收工程方面雖然技術顯得重要, 但國家宏觀政策和經濟補貼措施等亦不可小覷(郝曉地等, 2017)。
有關磷回收產物研究與應用, 目前國際上趨之若鶩的是鳥糞石(MAP, MgNH4PO4·6H2O)及其它磷酸鹽化合物(郝曉地等, 2011).然而, 純鳥糞石回收需要苛刻的反應條件、且難以直接施用, 為此而受到學界實驗質疑(Hao et al., 2013).*新研究發現, 出現在深水湖泊底部和海洋沉積物中的藍鐵礦(Vivianite, Fe3(PO4)2·8H2O)是一種非常穩定的磷鐵化合物(Ksp = 10-36), 單位質量P的經濟價值不菲.藍鐵礦除了能作為磷肥生產原料以外, 亦可以作為鋰電池合成原料(楊艷飛, 2012);大顆粒高純度藍鐵礦晶體本身還具有較高的收藏價值。
污水中除了含有較多的磷, 也因地質或水處理(使用鐵混凝劑)原因而常常含有較多的鐵(Wilfert et al., 2015).這就使人聯想到, 在污水、污泥處理過程中是否可以形成藍鐵礦物質?已有研究發現, 在剩余污泥中確實發現了藍鐵礦物質的存在(Wilfert et al., 2015).這就為磷回收又打開一扇吸引眼球的窗戶.因此, 有必要在研究發現的基礎上對藍鐵礦的物理化學性質、生成環境、以及影響因素進行歸納, 以推動這一磷回收新目標產物的基礎應用研究。
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