Afledning af urin viser flere miljømæssige fordele, når det bruges i storbyskala

Afledning af urin fra kommunale rensningsanlæg og genbrug af den næringsrige væske til fremstilling af gødning af afgrøder ville resultere i flere miljømæssige fordele, når de bruges i storbyskala, ifølge en ny University of Michigan-ledet undersøgelse.

Studiet, offentliggjort online 15. december i tidsskriftet Miljøvidenskab og teknologi , modelleret i stor skala, centraliserede urinaflednings- og gødningsbehandlingssystemer-ingen af ​​dem findes i øjeblikket-og sammenlignede deres forventede miljøpåvirkninger med konventionelle spildevandsrensnings- og gødningsproduktionsmetoder.

Forskerne fandt ud af, at urinafledning og genbrug førte til betydelige reduktioner i drivhusgasemissioner, energiforbrug, ferskvandsforbrug og potentialet til at brænde algeblomst i søer og andre vandområder. Reduktionerne varierede fra 26% til 64%, afhængig af påvirkningskategorien.

"Urinafledning havde konsekvent lavere miljøpåvirkninger end konventionelle systemer, "sagde hovedforfatter Stephen Hilton, der gennemførte undersøgelsen til sin kandidatafhandling på U-M's School for Environment and Sustainability.

"Vores analyser viser klart, at de veldefinerede fordele-reducerede krav til spildevandshåndtering og undgået kunstgødningsproduktion-overstiger miljøpåvirkningen af ​​urinopsamling, behandling og transport, tyder på, at det er berettiget med yderligere bestræbelser på at udvikle sådanne systemer. "

Urin indeholder de essentielle næringsstoffer nitrogen, fosfor og kalium og har været brugt som afgrøder i tusinder af år. I de seneste år, urin genbrug er blevet undersøgt som en måde at producere vedvarende gødning og samtidig reducere mængden af ​​energi og kemikalier, der er nødvendige for at rense spildevand.

Selvom der ikke findes nogen urinsprednings- og genbrugssystemer i stor skala, flere små demonstrationsprojekter er i gang, herunder en ved U-M og et Vermont-projekt ledet af Rich Earth Institute. Hilton brugte data fra begge projekter til at modellere de sandsynlige miljøpåvirkninger af urinafledning og genbrug i stor skala i byen.

Spildevandsrensning var et hovedfokus i undersøgelsen, og data fra renseanlæg i Michigan, Vermont og Virginia blev brugt i analysen. Virginia -anlægget ligger i Chesapeake Bay -regionen og fungerede som et eksempel på rensningsanlæg med strenge krav til fjernelse af nitrogen og fosfor.

Ved hjælp af en teknik kaldet livscyklusvurdering, som giver en omfattende evaluering af flere miljøpåvirkninger, Hilton og hans kolleger sammenlignede præstationerne i storstilede, centraliseret urin-aflednings- og gødningsproduktionsfaciliteter til konventionelle spildevandsrensningsanlæg og produktion af kunstgødning ved hjælp af ikke-vedvarende ressourcer.

Urinafledning og genbrug var den klare vinder i de fleste kategorier og eliminerede i nogle tilfælde behovet for visse kemikalier til behandling af spildevand. På bagsiden, en metode til fremstilling af urin-afledt gødning førte til konsekvente stigninger i forsuring.

Et par tidligere livscyklusvurderinger har sammenlignet miljøpåvirkningen af ​​uringenbrug med konventionelle systemer. Men det nye UM-studie er det første, der indeholder detaljeret modellering af spildevandsbehandlingsprocesser, giver forskerne mulighed for at sammenligne mængden af ​​energi og kemikalier, der bruges i hver metode.

"Dette er den første dybdegående analyse af miljøpræstationerne og fordelene ved stor uringenbrug i forhold til konventionel spildevandsrensning og gødningsproduktion, "sagde Greg Keoleian, seniorforfatter af ES &T-papiret og direktør for Center for Bæredygtige Systemer på UM School for Miljø og Bæredygtighed. Han var også formand for Hiltons specialeudvalg.

Omkring halvdelen af ​​verdens fødevareforsyning afhænger af kunstgødning, der er produceret af ikke -fornybare ressourcer. Fosfatsten udvindes og forarbejdes til fremstilling af fosfatgødning. Produktionen af ​​nitrogengødning er en energikrævende proces, der anvender naturgas og er ansvarlig for 1,2% af verdens energiforbrug og tilhørende drivhusgasemissioner.

På samme tid, vand- og spildevandssystemer forbruger 2% af amerikansk elektricitet, med fjernelse af næringsstoffer som en af ​​de mest energikrævende processer.

Omledning af urin til genvinding og genbrug af nitrogen og fosfor er blevet anbefalet som en måde at forbedre bæredygtigheden af ​​både vandforvaltning og fødevareproduktion. Det har potentiale til at reducere mængden af ​​energi og kemikalier, der er nødvendige for at rense spildevand, samtidig med at strømmen af ​​næringsstoffer, der brænder skadelige algeblomster i søer, reduceres.

Imidlertid, stor omlægning og genbrug ville kræve, at systemer indsamler og transporterer urin, forarbejde det til gødning, send derefter slutproduktet til kunderne. Hvert af disse trin har miljøpåvirkninger.

I 2016, UM-forskere blev tildelt et tilskud på 3 millioner dollar fra National Science Foundation for at undersøge potentialet for at omdanne menneskelig urin til sikker afgrødning. Projektet ledes af Nancy Love og Krista Wiggington fra UM Department of Civil and Environmental Engineering og involverer test af avancerede urinbehandlingsmetoder og undersøgelse af holdninger, folk har om brugen af ​​urinafledt gødning. Kærlighed er også medforfatter til det nye Miljøvidenskab og teknologi papir.

Som en del af den NSF-finansierede indsats, urin-afledende demonstrationstoiletter blev installeret på U-M's North Campus, sammen med et laboratorium, hvor urinen omdannes til gødning. Hilton, som var en kandidatstuderende på to grader på UM-skolen for miljø og bæredygtighed og Institut for Civil- og Miljøteknik, brugte data fra projektet til at hjælpe med at modellere et stort system, der afleder urin til fremstilling af gødning.

"Disse nye fund er opmuntrende, fordi de demonstrerer de potentielle miljømæssige fordele ved storstilet urinaflednings- og genbrugssystemer, tyder på, at vi er på rette vej og fortsat skal udvikle disse teknologier, "sagde studieforfatter Glen Daigger, en U-professor i civil- og miljøteknik og medlem af Hiltons specialeudvalg.