近年来，资源节约和回收在全球范围内引起了广泛关注，“氮循环”吸引了众多研究学者的目光。一方面，氮是作物生长不可或缺的重要元素；另一方面，人类活动排放的活性氮却正在引发水体富营养化、空气污染、温室气体排放等一系列环境问题。污水处理厂的营养物回收利用减少了对传统化石肥料的需求，并有助于保障粮食安全。近日，来自芬兰拉彭兰塔-拉赫蒂理工大学 (LUT University) 的科研团队在 Recycling 上发表了污水处理中氮回收的研究论文，通过生命周期评价 (LCA) 系统评估市政污水处理厂 (WWTP) 污泥处理过程中氮元素回收用于肥料的环境绩效，探索污水处理中“变废为宝”的现实路径。
研究过程与结果
本研究聚焦于城市污水处理中所产生的浓缩液，即污泥处理后的高氨氮废水，系统比较了三种污泥处理方案的环境绩效，第一种是不回收氮的基准情景 (S1)；第二种采用空气吹脱与酸吸收相结合的方式回收氮 (S2)；第三种创新性地利用热解产生的生物炭作为吸附剂回收氮 (S3)。通过建立详细的清单数据库，包括电力消耗 (区分电网电力、沼气发电和风电)、化学品投入 (硫酸、氢氧化钠等)、运输距离以及各类工艺参数，从全球变暖、富营养化、酸化等多个维度量化了各方案的环境影响。
研究发现，采用热解生物炭进行氨吸附的方案 (S3) 表现最为突出，其全球变暖潜力为-22.5 kt CO₂当量/功能单位，意味着该方案在整个生命周期中实现了温室气体的“净负排放”。这一效果主要源于生物炭在土壤中的碳封存作用以及替代化石肥料带来的减排效益。相比之下，空气吹脱结合酸洗涤回收氮的方案 (S2) 由于过程中消耗大量电力和化学品，其碳排放为2 kt CO₂当量/功能单位，甚至高于不回收氮的基准情景 (0.2 kt CO₂当量)。在氮回收率方面，生物炭吸附法每年可回收540吨氮，略高于空气吹脱法的520吨。相比之下，空气吹脱法虽然能够回收氮资源，但由于过程中消耗大量电力和化学品，其碳排放显著升高。研究人员还通过敏感性分析指出，生物炭方案的环境绩效高度依赖于生物炭产率、土壤中碳留存比例以及热解过程中能源来源等因素，这为技术优化指明了方向。
三种情境下的系统边界与工艺流程
研究总结
研究人员通过系统的生命周期评估研究发现，采用热解生物炭吸附技术从污水污泥中回收氮资源可实现显著的“负碳排放”效应，全球变暖潜力达到-22.5 kt CO₂当量。研究表明，该技术每年可回收540吨氮，同时通过生物炭的碳封存作用和替代化石肥料产生双重环境效益。与传统的空气吹脱法相比，生物炭技术不仅在氮回收率方面表现更优，还克服了传统方法能耗高、化学品消耗大的缺点。该研究为污水处理行业从单纯的污染治理向资源循环利用转型提供了科学依据，为解决氮污染和气候变化双重挑战提供了创新性解决方案，对推动循环经济发展和实现碳中和目标具有重要实践价值，未来可通过工艺优化和政策支持进一步推广应用于实际工程。
阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2245144
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/recycling
Recycling 期刊介绍
主编：Michele John, Curtin University, Australia
期刊发表资源回收、再利用、废弃物管理与循环经济等相关领域的原始性、首创性成果，主题涵盖工业资源回收的创新工艺、工具与方法学，废弃物处理技术，循环经济，零废弃项目实践，回收利用相关政策，回收经济学，回收过程的环境与社会影响，以及产品 (生态) 设计与回收等方向。目前已被ESCI (Web of Science)、Scopus、FSTA、DOAJ等数据库收录。
2024 Impact Factor：4.6
2024 CiteScore：8.9
Time to First Decision：20.9 Days
Acceptance to Publication：4.9 Days
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