永續發展議題—磷礦耗竭及水質優養化問題解決策略的分析

| 葉家棟

【文 / 課程及教學研究中心副研究員 葉家棟】

在2009年7月號第89期的科學人（Scientific American）雜誌中的專題「磷礦耗竭的危機」中提到，全世界的磷礦藏量，若不考慮無法開採與沒有經濟效益的礦藏，以目前的使用速度來看，還能用上數十年。磷礦資源在全球的分佈比原油還不平均，全球的磷礦將近40%蘊藏在摩洛哥，壟斷或政治不穩定可能切斷這些資源的供應或造成價格上漲。

磷是維持大米、玉米、小麥和其他穀類植物生長所必需的肥料成分。但是，磷肥施用和作物土壤實際需求不符合時，沒有產生實際效益，反而浪費資源，同時造成環境污染。當作物生長不需要這麼多磷，磷進入土壤後，形成難以溶解的磷化物，在土壤中積累，對土壤結構有負面影響，造成對其他營養成分的吸收障礙；當磷被逕流帶走，流入湖泊和海水之後，會造成藻類（algae）和藍綠菌（俗稱藍綠藻，blue-green algae）大量繁殖，它們死後沉到水底，分解並消耗氧氣，其他生物能用的氧氣就不夠了，因此形成「死區（dead zones）」，並讓漁業耗竭。這種水環境磷含量過高而導致水質優養化現象已成為全球性問題。

如何讓磷資源永續利用及解決水質優養化問題？解決這個問題可運用回收、再利用的策略。由於目前磷的回收的成本仍較磷礦開採要高得多，且磷的回收產品的經濟價值不具有競爭性，因此磷的回收產業發展緩慢。如果能將污水除磷和磷回收結合起來，磷的回收可以減少排入水環境中的磷濃度，減輕水質優養化；並且使回收的磷產品有一定經濟效益，不僅有望降低污水處理的成本，而且實現磷資源的永續利用。


磷回收的品質及再利用產品開發是污水磷回收計劃成功的關鍵，目前仍存在需要克服的技術問題。

一、提昇磷回收品質的技術

污水磷回收的實質是將水中的磷固定下來，使其與污水分離，轉化成類似磷礦石的產物，可以用於磷酸鹽工業或用作農肥。儘管污水磷回收的原理並不複雜，但由於污水成分複雜，共存干擾組分，尤其是碳酸根、有機酸等組分能夠與磷酸根離子（）競爭鈣、鎂離子，再加上老舊的排水管會滲出鉛和其它有毒金屬的問題，都是污水磷回收技術面臨的問題。

二、開發磷回收產品的利用價值

磷酸鈣（Calcium Phosphate，）、鳥糞石（ammonium magnesium phosphate，）等是目前磷回收的產品形式。目前回收的磷酸鈣可以作為磷礦石的替代產品，用於磷酸鹽工業生產的原料；而回收的磷酸銨鎂可以作為磷肥的替代產品，用於農業生產。