人类最宝贵的肥料之一正在流失。
如今，磷主要来自不可再生的磷矿储备，通常会进入城市垃圾流。在最好的情况下，污水处理厂将90%的磷隔离在“污泥”中，并将污泥分解成所谓的消化物。工程师们希望建立一个更可持续的循环来再利用磷，但是消化物中的有毒化合物限制了磷作为肥料回收利用的可能性——从消化物这样的固体废物中回收磷是很困难的。
“现有的磷回收技术主要针对液体，”圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院能源、环境与化学工程系的劳拉和威廉·延斯教授Zhen (Jason) He说。“与液体相比，污泥含有更多的磷。我们怎样才能恢复呢?”
他的实验室开发了从废水中回收磷等资源的技术。最近，该团队探索了使用电化学装置——电池内部工作的基本系统——来分解水分子，并从消化液中提取固体的、可用的磷。这是第一次在不添加化学物质的情况下，同时从固体城市废物中去除和回收磷。它以惊人的效率实现了目标。
“磷是一种非常有趣的化合物，因为它是一种有限的资源，”他说。“你可能会省下很多钱。”
该团队还包括博士生王子轩和本科生达兰·阿南德，他们于6月26日在《环境科学与技术》在线发表了他们的实验细节。
在今年早些时候发表在《环境科学与技术评论》(Critical Reviews In Environmental Science and Technology)上的另一篇评论论文中，何、王和实验室的另一名博士生刘福斌分析了电化学装置去除磷的方法。这种“浸出”发生在电流流经电极的阳极一侧使周围的浆液酸化时。
但单靠浸出并不能解决更大的问题:“为了去除，你花费了大量的时间和金钱，最终你还是把它倒掉了，”他说。“我们能把它找回来吗?”他注意到在一个电化学装置中结合去除和回收的机会。
这个想法是有两个在不同ph值下工作的腔。污泥进入阳极腔，在阳极腔中，电流将磷酸盐分离成液体溶液。研究小组将富磷液体转移到酸性较低的阴极室。在这里，来自原始污泥的自由漂浮的磷酸盐，钙和铁应该结合成沉淀到底部的白色固体。
为了测试他们的原型，他的团队从圣路易斯的密苏里河废水处理厂获得了真正的消化物。在对电流进行调整后，他们确定了该装置以超过93%的效率浸出磷的条件，并将其中约99%的磷沉淀成固体形式。经过42次循环，该装置平均磷回收率接近80%。
在He看来，美妙之处在于，在阳极去除的能量与在阴极回收的能量是相同的;一层简单的膜隔离了房间独特的环境。他说:“这是一个电子从一边移动到另一边，做两项工作所需的电量是相同的。”
通常，废水污泥是93%到99%的水昂贵的多余重量。仅凭这一点，该团队的设备就比现有的设备进步了一大步，现有的设备通常也含有有毒的重金属和病原体。
“你有一个固体。这使得运输更容易。”
可收获的最终产品的磷含量与高品位磷矿相当。他说:“你可以直接施用，也可以用它们作为原料生产肥料。”这些固体可以直接用于现有的将磷矿转化为肥料的工业操作。
现在，他想象着把它带到实验室之外。
他说:“从这里到试点规模再到全面规模，这将涉及大量的工程设计。”他补充说，能源消耗可能是最大的障碍。
尽管如此，他还是很乐观，他希望有更多的应用，而不仅仅是处理人类粪便，这要归功于一种现成的资源。
“在中西部，有很多牛粪和猪粪。所以那里有很多营养物质。”“我真的认为这不仅仅是城市污水。”
