Abstract :
[en] Phosphorus (P) recovery from waste sources in Southern Vietnam presents a promis-ing opportunity for sustainable resource utilization. This study evaluates the potential for P recovery from P-rich waste from wastewater treatment plants (WWTPs), catfish, pig, and cattle farming in Southern Vietnam through specific criteria namely P-reserves, contamination levels, waste collection, and transportation accessibility.
The total P-reserves in these sources were estimated at approximately 50 kt in 2019. Most waste from waste sources has low heavy metal contents. Wastes from catfish farming, pig and cattle farming are often restricted from outside access due to con-cerns about the spread of disease. Dewatered sludges from rubber latex-processing and domestic wastewater treatment plants were identified as highly suitable wastes for P recovery in Southern Vietnam.
In this study, a P-recovery process was developed using sludges from rubber latex-processing WWTP (RWWTP). To fully design the process for real RWWTP sludges, the P-recovery process parameters are first to be evaluated in laboratory experi-ments. Then, simulations with the solid-liquid-liquid thermodynamic equilibrium tool are used to optimize the process parameters. Finally, the P-recovery process with the optimized parameters is then validated in a small-scale pilot plant.
P-recovery process was developed using H2SO4 for leaching at optimized conditions: 1.7M H2SO4 and a phase ratio of 5 L kg-1 for BIOS sludge, and 2.0M H2SO4 with phase ratio of 10 L kg-1 for CHES sludge. This method achieved P-leaching efficien-cies exceeding 90%. The leached liquid underwent selective precipitation using NaOH at pH equilibrium from 5.2 to 5.6 for BIOS and 5.1 for CHES, resulting in over 95% P precipitation efficiency. In the following dissolution step, at pH > 9.2, over 90% of P from P-precipitates was dissolved. Unwanted impurities, such as insoluble Fe-precipitates, are removed after liquid-solid filtration. A final precipitation step using Ca(OH)2 at pH 13 produced Ca-P salts, which are suitable for agricultural applica-tions. The overall P recovery efficiency was 67% for BIOS and 65% for CHES. Addi-tionally, dissolved Al from a by-product of the P-recovery process from CHES can be recovered for reuse in WWTPs.
The process fulfills the basic criteria in relation to the economic and technical condi-tions in Vietnam, which demand a simple yet effective and environmentally friendly process. Some of the output mass flows in the process can be reused to increase economic feasibility, such as the dissolved Al recovered for reuse in RWWTPs. Unfor-tunately, the total costs exceed the total revenues generated in the current process, primarily due to the high energy demand for dewatering the input sludge and the sig-nificant chemical consumption, especially for primary leaching. Improvements in sludge dewatering and taking advantage of Vietnam's high solar energy reserves for at least partial drying sludges could improve the cost-revenues ratio. The implementa-tion of this P-recovery process could significantly reduce P imports, mitigate environ-mental pollution, and support circular economy initiatives in Vietnam.
[fr] La récupération du phosphore (P) à partir des sources de déchets dans le sud du Vietnam représente une opportunité prometteuse pour une utilisation durable des res-sources. Cette étude évalue le potentiel de récupération du P à partir de déchets riches en P provenant de stations de traitement d’eaux usées (WWTPs), ainsi que de l'élevage de poissons-chats, de porcs et de bovins dans le sud du Vietnam, en se ba-sant sur des critères spécifiques, notamment les réserves de P, les niveaux de con-tamination, la collecte des déchets et l’accessibilité au transport.
Les réserves annuelles totales de P dans ces sources ont été estimées à environ 50 kt en 2019. La plupart des déchets issus de ces sources contiennent de faibles quan-tités de métaux lourds. Les déchets issus de l’élevage de poissons-chats, de porcs et de bovins sont souvent restreints d’accès en raison des préoccupations liées à la pro-pagation des maladies. Les boues déshydratées provenant du traitement des eaux usées de la transformation du latex de caoutchouc et des stations de traitement des eaux usées domestiques ont été identifiées comme des déchets hautement adaptés à la récupération du phosphore dans le sud du Vietnam.
Un procédé de récupération du P a été développé en utilisant les boues des WWTPs de transformation du latex de caoutchouc (RWWTP). Afin de concevoir entièrement le procédé pour ces boues, les paramètres de récupération du P ont d’abord été évalués par des expériences en laboratoire. Ensuite, des simulations utilisant un outil d'équi-libre thermodynamique solide-liquide-liquide ont permis d'optimiser ces paramètres. Enfin, le procédé de récupération du P avec les paramètres optimisés a été validé à l’échelle pilote.
Le procédé de récupération du P a été mis au point en utilisant H₂SO₄ pour la lixivia-tion dans des conditions optimisées: 1.7 M H₂SO₄ avec un rapport de phase de 5 L kg⁻¹ pour les boues BIOS et 2.0 M H₂SO₄ avec un rapport de phase de 10 L kg⁻¹ pour les boues CHES. Cette méthode a permis d’atteindre des rendements de lixivia-tion du P supérieurs à 90 %. Le liquide lixivié a subi une précipitation sélective avec du NaOH à un pH d’équilibre entre 5.2 et 5.6 pour BIOS et de 5.1 pour CHES, entraî-nant une efficacité de précipitation du P de plus de 95 %. Lors de l'étape de dissolu-tion suivante, à un pH supérieur à 9.2, plus de 90 % du P précipité a été dissous. Les impuretés indésirables, telles que les précipités insolubles de Fe, ont été éliminées après filtration liquide-solide. Une étape finale de précipitation avec Ca(OH)₂ à pH 13 a permis d’obtenir des sels de Ca-P adaptés aux applications agricoles. L’efficacité globale de récupération du P était de 67 % pour BIOS et de 65 % pour CHES. De plus, l’aluminium dissous, sous-produit du procédé de récupération du P à partir de CHES, peut être récupéré pour être réutilisé dans les WWTPs.
Le processus répond aux critères de base en relation avec les conditions économiques et techniques au Vietnam, qui exigent un processus simple mais effica-ce et respectueux de l'environnement. Certains des flux de masse produits dans le processus peuvent être réutilisés pour accroître la faisabilité économique, comme l'aluminium dissous récupéré pour réutilisation dans les stations de traitement des eaux usées domestiques (RWWTP). Malheureusement, les coûts totaux dépassent les revenus totaux générés par le processus actuel, principalement en raison de la forte demande en énergie pour le déshydratation des boues d'entrée et de la con-sommation chimique importante, notamment pour le lixiviation primaire. Des améliora-tions dans le déshydratation des boues et l'exploitation des réserves d'énergie solaire abondantes du Vietnam pour au moins un séchage partiel des boues pourraient amé-liorer le ratio coûts-revenus. La mise en œuvre de ce processus de récupération du phosphore pourrait réduire considérablement les importations de phosphore, atténuer la pollution environnementale et soutenir les initiatives d'économie circulaire au Vietnam.
