1.顺序沉淀法

污泥中磷、重金属等组分在酸性条件下共同溶解是导致铝盐回收的主要问题。为了避免无机组分之间共沉淀的问题，部分学者将污泥的酸性浸出与碱性浸出相结合，提出通过顺序沉淀法实现污泥铝、磷分级回收的新型湿化学工艺。顺序沉淀法首先将富铝污泥进行酸化处理，调节其pH值至2左右，使污泥中磷、铝、重金属等无机组分充分溶解并转移至液相中；分离酸性浸出液并向其中加碱调节pH值至4，磷酸铝沉淀生成后进行固液分离。此时，液相组分主要成分为重金属离子，后续可通过加碱沉淀后去除；固相组分主要成分为磷酸铝，将其加碱溶解后投加钙盐即可生成偏铝酸盐离子和磷酸钙沉淀，从而实现铝和磷的进一步分离，反应过程如式(6)-(8)所示。

顺序沉淀法实现铝盐分离的关键在于，通过对污泥酸性浸滤液pH值的准确调节实现磷酸铝沉淀的转化和重金属的相分离。Masaaki Takahashi等首次对此路线进行探究，将污泥灰分加酸溶解后使用碳酸氢钠调节pH值，并投加一定量的Al2(SO4)3溶液保障合适的Al/P。此时磷酸盐以磷酸铝形式沉淀，而Mn、Zn、Cu、Cd等重金属以离子形式仍存在于上清液中。S. Petzet在Takahashi的研究基础上进行了优化，提出了SESAL-Phos工艺，铝盐的回收率约为33.9%~56.1%。

对于污泥中磷的回收而言，顺序沉淀法突破了单独碱化浸出过程中Ca-P无法浸出的障碍，以及单独酸性浸出时重金属共溶的问题。当污泥酸性浸滤液pH值从2逐渐提高至4时发生了P的重排，即Ca-P向Al-P的转化，进而磷酸铝的百分比从20%增加到67%，反应结束后磷的回收率高达70%~77%。

顺序提取法操作简单，快速高效，不仅实现了污泥酸性浸滤液中铝盐的提纯，还回收得到了低重金属含量的磷酸钙沉淀，具有较为广阔的应用前景。但是，该法需要消耗大量的NaOH溶液，较高的药剂成本成为其潜在的限制性因素。

污泥酸性浸出液经过液液萃取后，铝盐组分转移至有机溶剂中，磷组分被保留在原酸性混合液中。铝与磷组分的高效分离避免了磷回收过程中铝盐共沉淀的问题，因此可以考虑从原酸性混合液中同步回收磷。但是，磷回收产品中可能残留少量萃取剂与重金属，因此具有一定的生态风险。此外，萃取过程中需要消耗大量的酸和有机溶剂，多级萃取、反萃取的过程导致工艺流程长、工艺复杂，这限制了液液萃取工艺在实际污泥处理中的应用。

4. 硫化物沉淀法

硫化物沉淀法是指向含重金属的废水中投加硫化钠、硫化钾或直接通入硫化氢，使重金属离子与硫离子反应生成难溶的金属硫化物沉淀，通过固液分离实现重金属的去除。由于金属硫化物的溶度积通常小于氢氧化物，因此重金属硫化物可以在酸性条件下生成。已有研究证明了硫化物沉淀法可实现污泥酸性浸滤液中铜、镉等重金属的选择性去除。另外，不同重金属进行硫化物沉淀时的pH值存在差异，因此可以通过控制pH值实现特定离子的高效去除。Tokuda等对于Cu、Sn、Ni、Zn等重金属的硫化物沉淀动力学进行研究，结果表明，在多种金属混合体系中CuS、SnS、ZnS、NiS沉淀发生的pH值范围分别为1.5、1.5、4.5、6.5~7。硫化物沉淀法可以与顺序沉淀、离子交换树脂等分离方式组合，从而进一步去除所回收铝盐混凝剂和磷肥产品中的重金属。

5. Donna膜处理法

虽然前述离子交换树脂法和液液萃取法能够实现污泥中铝盐的选择性分离，但均需进一步从树脂和萃取液中提取，不仅操作过程相对复杂，且无法实现铝盐的浓缩。Donnan透析工艺是由离子交换膜及两侧的进料溶液与抽吸溶液组成。在Donnan透析工艺中，由于离子交换膜仅允许相反电荷离子通过，且离子通量取决于电化学梯度与膜特性，因此可用于从酸性溶液中选择性分离并浓缩目标离子。

现阶段Donnan膜已被证明能够有效回收给水污泥中铝盐。以污泥酸性浸出液为进料溶液，高浓度的酸性溶液为抽吸溶液；在反应过程中H+和Al3+可以通过该膜直至电荷平衡，而磷酸根等阴离子则无法通过该膜；通过将铝离子从进料溶液中定向转移至抽吸溶液中，实现了铝盐与磷组分的分离，此时铝盐回收率超过70%，且浓度提高了三倍。Donnan膜处理法回收铝离子的效果与膜的种类与特性有关。均质膜比异质膜回收铝盐的效果更好，这可能是由于异质膜存在更高的非导电惰性区域，因此扩散阻力较大，进而导致Al3+-H+扩散系数低。此外，由于Donnan膜处理污泥酸性浸滤液后会产生酸性废液，可以进一步采用阴离子交换膜实现硫酸的回收，回收率可达85%。

对于污泥中铝盐和磷的同时回收而言，从污泥浸滤液中分离、去除铝盐可以实现磷的间接分离，但由于剩余浸出液中杂质离子较多，因此磷的回收需要进一步纯化处理。类似的，阴离子交换膜可能更有利于实现磷的直接回收。Trifi等研究发现，采用阴离子交换膜的Donnan透析工艺处理10 mg/L磷酸溶液时，正磷酸盐的回收率约为68%。但由于污泥酸/碱性浸出液中含有多种硫酸根、铝离子、氢氧根等多种阴离子，在离子交换过程中，这些阴离子会与磷酸根竞争吸附位点，从而降低磷的回收率。此外，低pH值条件下，磷以H3PO4形式存在，因此无法通过Donnan膜透析与金属阳离子分离。

与前述顺序沉淀、硫化物沉淀、离子交换、液液萃取等方式相比，Donnan膜透析工艺可以连续运行，且操作过程更加简单。但是由于Donnan透析是通过在离子交换膜上建立电化学梯度实现自发启动与离子选择性分离，因此存在离子传输速率慢的缺点，现阶段仍停留在实验室研究阶段。

6. 电渗析工艺

电渗析过程是电化学与渗析扩散的结合。在电场的作用下，溶液中的阴、阳离子分别向阳极和阴极移动，利用离子交换膜组的选择透过性实现组分的分离与浓缩，常用于盐湖提锂、电镀废水中回收金属。

采用电渗析工艺处理污泥酸性浸出液时，带负电的磷组分转移至阳极电解液中回收，带正电荷的重金属离子和铝、铁离子转移至阴极电解液中回收，剩余电中性物质仍保留在原混合溶液中。尽管已有研究证明电渗析工艺能够实现盐酸/氯化铝体系内铝盐和酸的分离，以及铁基污泥酸性浸出液中铁盐和磷的高效分离。但对于铝基污泥而言，通过酸化处理联合电渗析分离铝盐和磷的效果并不理想，主要原因在于铝盐和磷能够形成多种络合物。即污泥中的磷溶解后除了形成H2PO4-、PO43-、HPO42-外，还会和溶解性的铝盐形成带正电的络合物（如AlH2PO42+、AlHPO4+等），以及不带电的物质。因此整体上，污泥中的磷在电场作用下有超过50%仍留在原混合溶液中，剩余磷组分向阴极、阳极的转移比例接近；污泥中的铝盐仅30%可在阴极电解液中回收，剩余大部分铝盐可能与磷形成了不带电物质仍保留在原溶液中。

虽然电渗析工艺在污泥中铝和磷的同步回收方面效果不显著，但被证明可以实现重金属的高效提取与分离。另外，电渗析工艺具有不需要添加化学药品、连续运行能力强、易于操作等优点，因此在污泥组分分离与回收方面仍有较好的前景。电渗析工艺发展面临的主要挑战在于成本、能源的消耗以及膜结垢等方面，这限制了其发展与应用。

7. 技术综合分析及对磷回收的影响

综上所述，多种组分分离技术是通过利用污泥中不同组分理化性质的不同，通过多级分相分离的方法以实现污泥中铝盐、磷、重金属的高效分离。在污泥的实际处理与资源化过程中，需结合污泥自身特性，对不同分离方法的优缺点以及磷的同步回收潜力进行综合分析，从而确定污泥中金属、磷同步回收的最优策略。不同铝盐分离方法以及对磷回收的影响分析如表1所示。

通过对比分析可知，顺序沉淀法和离子交换树脂法可以实现铝盐与磷的同步回收。硫化物沉淀法可以作为不同分离技术的补充，用于从铝盐组分或磷组分中进一步去除重金属物质。液液萃取虽然选择性强，但流程过于复杂，难以在实际应用中推广。Donnan膜工艺和电渗析可以连续运行，但组分分离效率较低，需要进一步开展参数优化研究。

06 结论与建议

污泥中铝盐回收与循环利用对于降低污水处理成本、促进磷回收、实现铝盐混凝剂的闭环管理和推动污水厂可持续发展等方面具有重要意义。本文通过对污水处理厂中铝盐投加、反应过程的全面分析，明确了铝盐在污泥中的赋存形态。污泥中铝盐的回收包括湿化学法浸出与分离提纯两个阶段。酸化学处理是最常用的铝盐释放手段，在铝盐释放效率、成本效益等方面具有优势，且有利于后续污泥处理与磷组分回收。进一步地，铝盐的提纯处理是为了实现铝盐与磷、重金属组分的进一步分离，从而实现铝盐与磷的高品质回收。现阶段已经发展出了顺序沉淀法、离子交换树脂、液液萃取、硫化物沉淀等多种不同的组分分离手段，但在铝和磷的同时回收、综合成本评估、循环利用验证等方面的不足限制了其实际应用。在未来的研究中，污泥中铝盐回收的工作涉及以下几个方面的内容：

1）简化铝盐分离流程，提高铝盐回收效率：现阶段的铝盐回收工艺普遍存在流程复杂的问题；此外酸性浸滤液中铝盐与重金属、磷的高效分离是关键难点，因此需要在现有工艺上进一步提高铝盐的回收率，同时加快反应速度；

2）对不同的分离回收工艺进行成本分析与经济效益评估：明确污泥铝盐回收过程所涉及到的能耗、药耗，以及回收铝盐可降低的污水处理药剂成本。对于液液萃取、离子交换树脂、膜分离等工艺还需综合考量材料回收、使用寿命等方面的内容，进而对整个铝盐回收工艺系统进行全链条的成本评估。

3）当回收铝盐混凝剂循环利用时，应评估在多次循环过程中回收铝盐对污水处理效果的影响，重点考察重金属积累、盐度增加以及其他副产物残留对污水处理微生物的影响。

此外，从污水、污泥处理系统的角度来看，尽管铝盐混凝剂的价格较低，但污泥中铝盐的回收可有效促进污泥中磷和有机组分等资源的回收，并有利于污泥后续的处理处置过程。因此，未来的研究应从系统角度对污泥组分分离与资源化工艺开展综合评估，推动污泥处理向绿色发展的可持续发展模式转化。