密歇根大學(xué)“環(huán)境與可持續(xù)”（environment and sustainability）研究組領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究表明，在城市規(guī)模應(yīng)用場景下，將尿液從市政污水處理廠轉(zhuǎn)移出去，并從中回收富含營養(yǎng)物質(zhì)的液體以制成農(nóng)作物肥料，將會帶來多重環(huán)境效益。該研究于12月15日發(fā)表在期刊《Environmental Science &Technology》上。
　　
　　世界大約一半的食品供應(yīng)都依賴于不可再生資源生產(chǎn)的合成肥料：磷肥的生產(chǎn)依賴于磷礦石的開采和加工生產(chǎn)；而氮肥的生產(chǎn)是一個(gè)能源密集過程，其中用到的天然氣，占世界能源使用量1.2％。同時(shí)，水和污水處理系統(tǒng)消耗美國3-4％的電力，而營養(yǎng)物質(zhì)去除是最耗能的過程之一。眾所周知，盡管尿液只占據(jù)市政污水的總量的1%，但是尿液中含有氮，磷和鉀等基本營養(yǎng)元素，其中磷元素占市政污水總量50%，氮元素接近80%。如果能夠從污水廠將尿液分離出來進(jìn)行回收利用，不僅可以降低污水廠的能耗，還可以增加可再生肥料的生產(chǎn)。但是，尿液分流轉(zhuǎn)移將需要收集系統(tǒng)，回收利用產(chǎn)生的肥料需要運(yùn)輸，這些都會對環(huán)境產(chǎn)生影響。
　　為了與常規(guī)的污水處理和利用不可再生資源進(jìn)行肥料生產(chǎn)的系統(tǒng)作對比，研究人員對大型集中式尿液分流和肥料處理系統(tǒng)（目前尚不存在）進(jìn)行了建模，通過生命周期評估（LCA）對兩種系統(tǒng)的多種環(huán)境影響進(jìn)行評估。其中尿液制備肥料通過兩種方法實(shí)現(xiàn)：（1）尿液濃縮和殺菌和（2）鳥糞石沉淀和離子交換。盡管目前還沒有城市規(guī)模的尿液轉(zhuǎn)移和回收系統(tǒng)，但是有一些小型的示范項(xiàng)目正在進(jìn)行中，其中包括密歇根大學(xué)的一個(gè)示范項(xiàng)目和Rich Earth Institute領(lǐng)導(dǎo)的項(xiàng)目。研究人員主要利用這兩個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)來模擬城市規(guī)模的尿液轉(zhuǎn)移和循環(huán)利用對環(huán)境產(chǎn)生的影響。
　　污水處理也是該研究的重點(diǎn)，研究人員分別利用密歇根州，佛蒙特州和弗吉尼亞州的污水廠數(shù)據(jù)對其進(jìn)行建模分析。其中弗吉尼亞的污水廠位于切薩皮克灣地區(qū)，對氮磷的排放有著嚴(yán)格的要求?；谶@些分析，研究人員探討比較了兩種系統(tǒng)的溫室氣體排放量、累積能量需求、淡水使用、富營養(yǎng)化潛力和酸化潛力等預(yù)期的環(huán)境影響。
　　
　　弗吉尼亞污水廠情景模擬結(jié)果：GWP(全球變暖潛勢), CED(累計(jì)能量需求), EP(富營養(yǎng)化潛力), AP(酸化潛力) 來源：Hilton, 2020
　　研究結(jié)果顯示，相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)，尿液的分流轉(zhuǎn)移和兩種利用方法在大多數(shù)環(huán)境效益影響分析中都占據(jù)上風(fēng)，例如溫室氣體排放量可減少29-47%，淡水使用量能降低26-41%，能耗減少26-41%，富營養(yǎng)化減少25-64%。其中尿液濃縮制備的肥料能夠降低土壤酸化（-24%），但是鳥糞石卻更容易導(dǎo)致土壤酸化。之前也有一些研究通過生命周期評估對比常規(guī)系統(tǒng)與尿液回收利用系統(tǒng)的環(huán)境影響，但密歇根大學(xué)的這項(xiàng)研究是第一次詳盡地通過建模對兩種系統(tǒng)中污水處理過程的能耗和藥耗進(jìn)行對比，也是對大規(guī)模尿液回收利用系統(tǒng)對比常規(guī)污水處理和肥料生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境性能和收益的首次深入分析。
　　密歇根大學(xué)土木與環(huán)境工程系的教授Glen Daigger也參與了這項(xiàng)研究，他表示，該研究成果證明了大規(guī)模尿液分流轉(zhuǎn)移和回收系統(tǒng)的潛在環(huán)境效益，應(yīng)繼續(xù)開發(fā)這些技術(shù)并加以應(yīng)用。
　　參考資料
　　Erickson, J. (2020, December 15). ‘Peecycling’payoff: Urine diversion shows multiple environmental benefits when used at cityscale. Retrieved from University of Michigan: https://news.umich.edu/peecycling-payoff-urine-diversion-shows-multiple-environmental-benefits-when-used-at-city-scale/
Hilton, S., Keoleian, G., Daigger, G., Zhou, B., &Love, N. (2020, December 15). Life Cycle Assessment of Urine Diversion andConversion to Fertilizer Products at the City Scale. Environmental Science& Technology.