世界废水中大量宝贵的能量，营养物，水流失

潜在的大量有价值的能源，农业养分和水可以从世界上迅速增长的市政废水中回收。

足够的能量为美国和墨西哥的所有家庭供电；足够的养分满足世界肥料需求的〜13％；足够的水可以在七年内填满维多利亚湖，四分之六可以容纳安大略湖；联合国大学预计，到2030年废水将增加24％。到2050年达到51％。

联合国大学位于加拿大的水，环境与卫生研究所（UNU-INWEH）的一项新研究显示，世界上迅速增加的市政废水中有大量宝贵的能源，农业养分和水有可能被回收。

如今，全球每年产生约3800亿立方米（m3 = 1000升）的废水-每年流过尼亚加拉大瀑布的水量的5倍-足以在大约7年的时间里填满非洲的维多利亚湖，在四年的时间里填满安大略湖和日内瓦不到三个月。

此外，该论文说，废水量正在迅速增加，预计到2030年将增长约24％，到2050年将增长51％。

各地区人均年产生废水量；根据2015年城市废水产量和每个地区同年城市人口的函数进行计算。世界平均水平是根据2015年全球产生的城市废水总量和城市人口得出的。

如今，废水量大致等于印度恒河的年排放量。到2030年代中期，它的年流量将大致等于流经北美五个大湖的劳伦斯河的流量。

在主要养分中，全世界每年产生的废水中都含有1660万吨氮，以及300万吨磷和630万吨钾。从理论上讲，从废水中完全回收这些养分可以抵消全球农业对它们的需求的13.4％。

回收这些营养素带来的经济利益之外，还具有关键的环境效益，例如最大程度地减少了富营养化-一种水体中营养素过多的现象，由于缺乏氧气而导致植物密集生长和水生动物死亡。

当前废水在能源生产中的潜力以及根据废水量的预期增长进行的2030年和2050年的预测。

同时，废水中嵌入的能量可以为1.58亿个家庭提供电力-大约是美国和墨西哥的家庭总数。

这项研究的估计和预测是基于报告的全球每年产生的市政废水中存在的水，养分和能量的理论量得出的。

作者强调，关于废水量的信息-产生，可用和再利用-在许多国家是分散的，不经常监视和报告的或不可用的。他们还承认当前资源回收机会的局限性。

尽管如此，主要作者，位于加拿大汉密尔顿的UNU-INWEH助理主任曼佐尔·卡迪尔（Manzoor Qadir）说：“这项研究提供了对废水作为水，养分和能源来源的全球和区域潜力的重要见解。废水资源的恢复将需要克服一系列的制约因素，以实现高回报率，但是成功将大大推进针对可持续发展目标及其他目标的进展，包括适应气候变化，“零净”能源过程和绿色，循环经济。

在许多发现中：

估计3800亿立方米废水中的能源价值为532亿立方米甲烷-假设每户平均三到四人，足以为1.58亿个家庭或4.74亿至6.32亿人提供电力。鉴于可预见的废水增加，到2030年，该数字将增加到1.96亿家庭，到2050年将增加到2.39亿家庭。在农业中，潜在地可从废水中回收的水量最多可灌溉3100万公顷，几乎相当于农田的20％在欧洲联盟（假设有两种农作物，每年每公顷最多用水12,000立方米）。“再生水可用于灌溉新区域或替代已经灌溉农作物的宝贵淡水。”到2030年，世界废水产量预计将达到4700亿立方米，这将是实现可持续发展目标的一年-24％从今天开始增加。到2050年，它将达到5740亿立方米，增长51％。亚洲是最大的废水生产国，估计有1590亿立方米，占全球城市废水的42％，预计到2030年这一比例将上升到44％。产生大量废水的地区：北美（670亿立方米）和欧洲（680亿立方米），尽管欧洲城市人口较高（5.47亿，而北美为2.95亿，但实际上是相同的）。差异由人均废水产生来解释：欧洲124立方米；北美231立方米）。相比之下，撒哈拉以南非洲人均产生46立方米的废水-约为全球平均水平（95立方米）的一半，这反映了大多数城市环境中的水供应有限和废水收集系统管理不善。从理论上讲，可以抵消全球对氮作为肥料养分的需求的14.4％；磷6.8％，钾18.6％。根据目前全球农业中氮，磷和钾肥的使用量（2017年估计为1.93亿公吨），该研究表明，全球肥料养分需求量的13.4％可以通过废水中的全部养分回收得到补充。从理论上讲，废水处理可以在全球产生136亿美元的收入：其中，氮素回收90亿美元，磷素23亿美元，钾素23亿美元。

该论文引用了先前的研究结果，表明进入城市废水处理厂的尿液中80％的氮和50％的磷是由人类尿液引起的。该论文说：“及时清除这些养分不仅对环境有益，还可以减少富营养化，同时减少废水处理成本，同时支持闭环工艺。”

当前的废水养分回收技术已取得重大进展。在磷的情况下，回收率范围为25％至90％。

本文指出，在经济上最大程度地提高废水中热能的潜在使用量有几个基本要求，包括最小流量为每秒15升，热源与水槽之间的距离较短以及高性能热泵。

UNU-INWEH主任Vladimir Smakhtin说，UNU-INWEH是与非常规水有关的研究的全球领导者：“市政废水曾经而且经常仍然被视为污秽。但是，随着人们越来越认识到，随着我们改善废水流中水，养分和能源的回收，可以获得巨大的潜在经济回报和其他环境效益，态度正在发生变化。”

合著者评论

“在世界正着手实现可持续发展目标，特别是可持续发展目标6.3的时候，对废水进行安全管理是与水相关的可持续发展的关键，这要求我们将未经处理的废水所占的比例减少一半，并在2030年前大幅增加全球的回收利用和安全再利用。”

普鲁姆·梅塔（Praem Mehta），联合国大学/麦克马斯特大学，加拿大汉密尔顿

“这些数据可用于制定针对水资源管理，污染控制措施，养分和肥料获取以及能源回收和能源生产系统的国家行动计划。”

Younggy Kim，麦克马斯特大学，加拿大汉密尔顿

“重要的是要注意，有许多创新可用，并且正在改进这些创新，以弥合当前资源恢复水平和资源恢复潜力之间的差距。”

BlancaJiménezCisneros，联合国教科文组织和墨西哥国立自治大学

“要使国家取得进步，就需要在支持性的监管和金融环境中投资以实现绿色经济，并利用私人资本开发与资源回收相关的业务模型，这些业务模型在财务上是可行的，并可以从市政废水中回收成本。”

斯里兰卡国际水管理学院Pay Drechsel

“有必要促进和加快资源回收创新的实施，特别是在大多数市政废水仍未经处理进入环境的中低收入国家中。这主要涉及不断发展的中小城镇，那里仍然有农业用地，但也涉及大城市周围的城市农业地区。”

美国弗吉尼亚州亚历山大市水研究基金会的Amit Pramanik

“可持续发展目标的挑战仍在继续，需要采取分阶段的方法，这应涉及公共部门和新兴的私营部门，这些部门常常在监管框架不足，资金有限以及缺乏开发或评估有关资源回收的银行业务计划的能力方面陷入困境和重用。随着对淡水的需求不断增长，水资源日益紧缺，在循环经济的背景下，忽视导致安全管理废水的机会无异是不可思议的。”

加拿大温尼伯水和废物部门的Oluwabusola Olaniyan。

参考：Manzoor Qadir，Pay Drechsel，BlancaJiménezCisneros，Younggy Kim，Amit Pramanik，Praem Mehta和Oluwabusola Olaniyan的“全球和区域废水作为水，营养物和能源的潜力”，2020年1月27日，自然资源论坛。DOI：
DOI：10.1111/1477-8947.12187

资金：加拿大全球事务部/加拿大政府