Phosphorous recovery from sewage sludge ashes via wet chemical leaching

Phosphorus is a primary resource and an essential element for cells, crop’s growth, living animals and human being. Nowadays it is facing gradual scarcity, and, in the next few decades, even depletion of natural sources (phosphate rocks). Incinerated sewage sludge ashes (ISSA) have recently become an interesting material for phosphorus recovery, thanks to its high phosphorus content (~ 8%). As a consequence, selective phosphorus acid leaching of sewage sludge ash has been investigated as a convenient and feasible option. This present work presents lab-scale experiments to investigate the potential of phosphorus recovery from ISSA by acid leaching extraction under various operating conditions. Batch tests for six different samples of ashes from different incineration plants and from ashes obtained from muffle-furnace incineration were performed. The effects of type of acid, acid concentration, contact time and liquid-to solid ratio were examined. The overall results indicated that, depending on extraction operating conditions and treatment plant layout, phosphorus recovery rates between 40% and 90% can be obtained with low co-dissolution of heavy metals, except for arsenic. Three of the six ashes samples analysed achieved with sulfuric acid an extraction efficiency higher than 88% under the optimal conditions, which were 0.4 N H2SO4, 2 hours as contact time, at liquid-to solid ration of 20. Hydrochloric acid showed lower performances with a higher co-dissolution of heavy metals, especially lead. Finally, chemical precipitation of phosphorus from the acidic leachate was carried out by dosing milk lime (1% suspension). After filtering and subsequent drying, the recovered product presents a phosphorus content between 3 and 9% (dry basis), with heavy metals content well below the limits for fertilizer application.

Il fosforo è una risorsa primaria e un elemento essenziale per le cellule, la crescita delle colture, gli animali e l’uomo. Oggi la risorsa si fa più scarsa e, molto probabilmente, nei prossimi decenni si assisterà al progressivo esaurimento delle riserve naturali (rocce fosfatiche). Le ceneri dei fanghi di depurazione, grazie al loro elevato contenuto di fosforo (~ 8%), sono recentemente diventate una interessante fonte secondaria. Di conseguenza, la lisciviazione selettiva dell'acido fosforo delle ceneri di fanghi di depurazione è stata studiata come un'opzione conveniente e fattibile. Nel presente elaborato vengono descritti gli esperimenti a scala di laboratorio condotti per investigare il potenziale recupero del fosforo dalle ceneri dei fanghi di depurazione tramite lisciviazione acida. Sono stati condotti batch test per sei campioni differenti di ceneri provenienti sia da impianti di incenerimento a scala industriale, sia da ceneri ottenute in laboratorio con forno a muffola. Principalmente sono stati esaminati gli effetti sull’estrazione chimica dovuti al tipo di acido, alla sua concentrazione e al tempo di contatto. A seconda delle condizioni operative di processo e dei processi depurativi presenti negli impianti di trattamento delle acque reflue, si è ottenuto un recupero del fosforo fino al 90%, con una contestuale bassa dissoluzione di metalli pesanti, ad eccetto dell’arsenico. Tre dei sei campioni di ceneri analizzati hanno mostrato una efficienza di recupero con acido solforico maggiore dell’88% nelle seguenti condizioni: concentrazione 0.4 N, tempo di contatto 2 ore, rapporto liquido solido pari a 20. L'acido cloridrico ha invece mostrato minore efficienza di estrazione del fosforo e contestuale maggiore dissoluzione di metalli pesanti, soprattutto del piombo. Infine, si è condotta la precipitazione chimica del fosforo dall’eluato acido dosando latte di calce all’1%. Dopo una successiva fase di filtrazione ed essiccamento, il contenuto del fosforo del prodotto precipitato e recuperato è risultato pari al 3-9% su base secca, con un contenuto di metalli largamente inferiore al limite fissato dalla regolamentazione sui fertilizzanti.