密歇根大學“環境與可持續”（environment and sustainability）研究組領導的一項研究表明，在城市規模應用場景下，將尿液從市政污水處理廠轉移出去，并從中回收富含營養物質的液體以制成農作物肥料，將會帶來多重環境效益。該研究于12月15日發表在期刊《Environmental Science &Technology》上。
世界大約一半的食品供應都依賴于不可再生資源生產的合成肥料：磷肥的生產依賴于磷礦石的開采和加工生產；而氮肥的生產是一個能源密集過程，其中用到的天然氣，占世界能源使用量1.2％。同時，水和污水處理系統消耗美國3-4％的電力，而營養物質去除是最耗能的過程之一。眾所周知，盡管尿液只占據市政污水的總量的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。但是，尿液分流轉移將需要收集系統，回收利用產生的肥料需要運輸，這些都會對環境產生影響。
為了與常規的污水處理和利用不可再生資源進行肥料生產的系統作對比，研究人員對大型集中式尿液分流和肥料處理系統（目前尚不存在）進行了建模，通過生命周期評估（LCA）對兩種系統的多種環境影響進行評估。其中尿液制備肥料通過兩種方法實現：（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模的尿液轉移和回收系統，但是有一些小型的示范項目正在進行中，其中包括密歇根大學的一個示范項目和Rich Earth Institute領導的項目。研究人員主要利用這兩個項目的數據來模擬城市規模的尿液轉移和循環利用對環境產生的影響。
污水處理也是該研究的重點，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據對其進行建模分析。其中弗吉尼亞的污水廠位于切薩皮克灣地區，對氮磷的排放有著嚴格的要求。基于這些分析，研究人員探討比較了兩種系統的溫室氣體排放量、累積能量需求、淡水使用、富營養化潛力和酸化潛力等預期的環境影響。
弗吉尼亞污水廠情景模擬結果：GWP(全球變暖潛勢), CED(累計能量需求), EP(富營養化潛力), AP(酸化潛力) 來源：Hilton, 2020
研究結果顯示，相較于傳統的系統，尿液的分流轉移和兩種利用方法在大多數環境效益影響分析中都占據上風，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系統與尿液回收利用系統的環境影響，但密歇根大學的這項研究是第一次詳盡地通過建模對兩種系統中污水處理過程的能耗和藥耗進行對比，也是對大規模尿液回收利用系統對比常規污水處理和肥料生產系統的環境性能和收益的首次深入分析。
密歇根大學土木與環境工程系的教授Glen Daigger也參與了這項研究，他表示，該研究成果證明了大規模尿液分流轉移和回收系統的潛在環境效益，應繼續開發這些技術并加以應用。
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.
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