将废水转化为肥料是可行的可以使农业更具可持续性

德雷克塞尔大学的环境工程研究人员表示，从大量污水污泥池中排出的废水有可能在更可持续的农业中发挥作用。一项新的研究着眼于从废水中去除氨并将其转化为肥料的过程，表明它不仅在技术上可行，而且有助于减少化肥生产的环境和能源足迹——甚至可能为企业提供收入来源公用事业和水处理设施。

可持续的氮源

生产用于肥料的氮是一个能源密集型过程，占全球二氧化碳排放量的近2%。在过去几年中，研究人员探索了Haber-Bosch制氮工艺的替代方案，该工艺已成为一个多世纪以来的标准。一些自来水公司最近提出了一种有希望的可能性，即从处理过程中从水中提取的废氨中收集氮。

“从废水中回收氮气将是Haber-Bosch工艺的理想替代方案，因为它创造了‘循环氮经济’，”帮助领导这项研究的工程学院教授PatrickGurian博士说。最近发表在《全面环境科学》杂志上。

“这意味着我们正在重复利用现有的氮，而不是消耗能源和产生温室气体来从大气中收集氮，这对农业来说是一种更可持续的做法，并可能成为公用事业的收入来源。”

更干净的清洁方式

根据1972年的《清洁水法》，市政水处理设施必须满足排放到水道中的水的水质标准。越来越多的氨被视为水生环境的一个问题，因为氨含量升高会导致溪流和河流中植被过度生长，从而危及鱼类。去除氨的方法通常耗费时间和空间，而且可能是一项能源密集型工作。

北美和欧洲的几家工厂正在探索的一种选择是一种称为空气剥离的工艺。它通过将水的温度和pH值提高到足以将化学物质转化为气体来去除氨，然后可以将其以浓缩形式收集为硫酸铵。

但决定投资转换为空气剥离需要对其技术和财务可行性进行复杂的研究——称为生命周期分析。

探索选项

由TechnionIsraelInstituteofTechnology的Gurian和SabrinaSpatari博士领导的团队定期进行这些分析，以评估废物或副产品的回收和再利用的各种选择对环境和经济的全面影响作为可持续的解决方案。他们对这种废水情况的分析表明，存在一种互补关系，可以为农民和水资源管理部门带来更可持续的途径。

他们写道：“我们的分析表明，在废水处理厂实施空气汽提技术生产硫酸氨肥料具有显着的环境缓解潜力和经济效益。”

“除了将硫酸铵生产作为一种适销对路的产品外，在废水处理厂将其再循环到废水流中之前减少支流中氨负荷的好处为采用空气汽提提供了额外的理由。”

该团队使用来自费城水处理设施以及北美和欧洲其他几个水处理设施的数据，进行了生命周期评估和经济可行性研究。他们研究了从安装和维护空气汽提系统的成本到氨浓度和废水流速等各种因素;用于驱动收集和转换过程的能源;化肥化学品的生产运输成本和市场价格。

有希望的结果

生命周期分析的结果表明，与Haber-Bosch制氮工艺相比，空气汽提排放的温室气体大约少5到10倍，使用的能源也少大约5到15倍。

从经济角度来看，从废水中生产化肥化学品的总成本很低，生产商可以以比Haber-Bosch生产的化学品低12倍以上的价格出售它们，而且仍能收支平衡。

“我们的研究表明，即使在低浓度下，回收氨也具有成本效益，”他们写道。“尽管高氨浓度对环境有利，并且可以同时支持硫酸铵的边际生产，与Haber-Bosch生产相比，环境影响更小，特别是在生命周期能源、温室气体排放以及一些人类和生态系统健康指标方面。”

此外，该研究表明，水处理设施可以通过空气汽提氨来降低水重新进入废物处理过程之前的水平，从而节省能源。这是因为它会减少处理水所需的时间和处理过程，并且非常适合软化过程，有助于减缓处理厂基础设施上的化学沉积。

虽然该团队承认与工业Haber-Bosch工艺相比，气提法生产的肥料数量较少，但能够收集和再利用任何数量的资源有助于提高商业农业的可持续性，并防止它们成为水污染物。

“这表明用于回收硫酸铵的空气汽提可能是一小部分-但重要的一步-用于回收和再利用我们用于维持全球农业的大量氮气，”Spatari说。

“而且，重要的是，它为化学生产提供了一种替代方案，它不会像当前工艺那样对环境和人类健康产生相同程度的有害影响。这项研究表明，水务供应商也可以考虑投资于能够捕获磷并对其进行回收的技术用于农业。”