CREST | 上海大学李世阳与UIUC Bhattrai团队：利用废弃物基吸附剂控制磷污染——材料合成、改性和可持续性

导 读

上海大学李世阳与美国伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）Rabin Bhattrai联合团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“利用废弃物吸附剂控制磷污染——材料合成、改性和可持续性（Phosphorus pollution control using waste-based adsorbents: Material synthesis, modification, and sustainability; 2022, 52(12): 2023-2059）”的综述。利用废弃物控制磷污染是实现污水可持续处理的有效途径之一。尽管有许多方法和研究来开发改性的废弃物基吸附剂，但其在实际应用中的有效性和可行性仍是一个有争议的核心问题。本文综述了利用废弃物及其改性形式作为吸附剂去除废水中溶解性活性磷的研究现状。研究成果从提高磷的去除效率、扩大实施范围、实现可持续管理三个方面阐述了目前关于废弃物基吸附剂应用方面所作出的重要努力，并梳理了各种性能改善方法。此外，本文提出了一种废弃物基吸附剂去除磷的模式，系统地制定了一个完整的可持续管理策略，以供实际应用。本文对于废弃物在污水除磷方面的开发和应用具有一定的指导意义。
图1 图文摘要（Graphic abstract）

主要内容

本文介绍了四类用于磷污染控制的废弃物基吸附剂制备及改性方法和性能评价，包括工业废弃物基吸附剂（IWAs）、农业废弃物基吸附剂（AWAs）、建筑废弃物基吸附剂（CDWAs）和海洋废弃物基吸附剂（MDAs）。这些废弃物成本低廉且易得，修饰其物理化学性质可以增强其吸附能力，使其更有效地进行废水除磷。本研究总结了不同废弃物基吸附剂在不同实验条件（如实际废水和柱测试条件）下的性能评价（图2、图3和图4）。这为废弃物基吸附剂的实际应用提供了可靠有用的信息。

图2 由工业废弃物电石渣经水热合成新型多孔硅酸盐水合物作为吸附剂

图3 利用农业废弃物原始沼气渣制备吸附剂及其性能评价

图4 由海洋废弃物生产壳聚糖-方解石吸附剂的途径及磷吸附机理

本文提出了使用废弃物基吸附剂的一些局限性，主要包括废弃物基吸附剂除磷的环境问题和经济评价两个关键因素。通过对废弃物基吸附剂的选择，可以显著提高磷的去除率，本文提出选择标准不仅要考虑废弃物具备的高除磷能力，而且要考虑工程应用的可行性和可持续性。根据以往的研究和实践，本文提出废弃物基吸附剂的选择需要满足八个标准：（1）原料成本低；（2）地理优势；（3）足量；（4）技术科学性；（5）减少二次污染；（6）有利于通流的物理性质——粒径分布、导水性、孔隙度、容重；（7）耐用性；（8）易更换。

本文提供了一种废弃物基吸附剂控制磷污染的可持续生产-应用-回收-再生-处置策略。首先，生产性能优良的废弃物基吸附剂对实现废弃物的可持续管理至关重要。根据废弃物基吸附剂的选择标准，在合适的改性方法下，可以开发出不同的废弃物基吸附剂，提高磷污染控制效率，降低利用成本，最大限度地减少对环境的影响。其次，废弃物基吸附剂的应用应遵循废水处理目标，并考虑具体的水质特性。第三，借助目前研究较多的洗脱法和直接使用法从废弃物基吸附剂中回收磷并将其用作土壤肥料以提供除磷以外的优异效果，选择合适的废弃物以发挥成本优势，实现“绿色、可持续的修复”原则。第四，借助再生废弃物基吸附剂比如生物炭，用于持续除磷，可降低介质更换成本。第五，从生态和经济两方面考虑，将废弃物基吸附剂进行工程应用，特别是工业废弃物基吸附剂。最后，根据废弃物的性质，将废水除磷后的废弃物基吸附剂，借助直接燃烧或生物能源生产这两种不同的途径以发挥其产能效益。

总结与展望

本综述报道了利用废弃物基吸附剂控制磷污染的最新进展，并提出了废弃物基吸附剂去除磷的可持续利用范式，以及如何结合策略来实现可持续的磷处理，得出在寻找新型废弃物基吸附剂原料时，应强调“可持续的经济-环境循环”的结论。虽然研究表明，废弃物基吸附剂可以有效地去除废水中的磷，但仍需要从性能、环境和工程方面提高其适用性以使该方法实现商业化。为此，本研究提出以下建议：关注与后处理过程有关的风险评估；参考既能代表材料性质又能代表实际现场条件的数据，以确定其对废弃物基吸附剂性能产生的影响；将生命周期评估（LCA）用于废弃物管理系统，确定环境效益和关键因素以评价利用废弃物基吸附剂控制磷污染的环境影响；利用生物炭控制磷污染是一种很有前景的有机废弃物处理方法，未来要解决原材料的异质性，确定详细的制造参数和工艺，以简化生产复杂性，降低生产成本，设计高效的生物炭产品。

作者简介

第一作者简介：

周泓序，美国伊利诺伊大学香槟分校在读博士生，目前的研究兴趣集中在农业面源污染中氮磷元素的控制工程技术。

通讯作者简介：

Rabin Bhattarai，美国伊利诺伊大学香槟分校农业与生物技术学院副教授，主要从事农业面源污染控制工程技术方面的研究。

李世阳，上海大学环境与化学工程学院副教授、硕士生导师，主要从事面源污染控制工程技术、环境纳米材料及流域面源污染归趋等研究。

|供稿：上海大学李世阳老师

|编排：曾镜羽

点击下方蓝字阅读原文

环境科技评论CREST

回溯展望·美丽世界

公众号投稿、合作：[e-mail] 

往期推荐