A separação de urina mostra vários benefícios ambientais quando usada em escala urbana

O estudo, publicado online em 15 de dezembro no jornal Ciência e tecnologia ambiental, modelou sistemas centralizados de processamento de fertilizantes e separação de urina em grande escala, nenhum dos quais existe atualmente, e comparou seus impactos ambientais esperados com métodos convencionais de tratamento de águas residuais e produção de fertilizantes.

Os pesquisadores descobriram que o desvio e a reciclagem da urina levaram a reduções significativas nas emissões de gases de efeito estufa, no uso de energia, no consumo de água doce e no potencial de alimentar a proliferação de algas em lagos e outros corpos d’água. Água. As reduções variaram de 26% a 64%, dependendo da categoria de impacto.

“A separação de urina teve impactos ambientais consistentemente menores do que os sistemas convencionais”, disse o autor principal Stephen Hilton, que conduziu o estudo para sua tese de mestrado na Escola de Meio Ambiente e Sustentabilidade da U-M.

“Nossas análises indicam claramente que os benefícios bem definidos (requisitos de gestão de águas residuais reduzidos e produção de fertilizantes sintéticos evitada) superam os impactos ambientais da coleta, processamento e transporte de urina, sugerindo que esforços adicionais são necessários para desenvolver tais sistemas “.

A urina contém os nutrientes essenciais nitrogênio, fósforo e potássio e tem sido usada como fertilizante para plantações há milhares de anos. Nos últimos anos, a reciclagem da urina foi estudada como uma forma de produzir fertilizantes renováveis ​​e, ao mesmo tempo, reduzir a quantidade de energia e produtos químicos necessários para tratar as águas residuais.

Embora não existam sistemas de separação e reciclagem de urina em escala urbana, vários projetos de demonstração em pequena escala estão em andamento, incluindo um na U-M e um projeto em Vermont liderado pelo Rich Earth Institute. Hilton usou dados de ambos os projetos para modelar os prováveis ​​impactos ambientais da separação e reciclagem de urina na escala da cidade.

O tratamento de águas residuais foi o foco principal do estudo, e dados de estações de tratamento em Michigan, Vermont e Virgínia foram usados ​​na análise. A planta da Virgínia está localizada na região da Baía de Chesapeake e serviu como um exemplo de plantas de tratamento com requisitos rigorosos para remoção de nitrogênio e fósforo.

Usando uma técnica chamada avaliação do ciclo de vida, que fornece uma avaliação abrangente de vários impactos ambientais, Hilton e seus colegas compararam o desempenho de uma separação de urina centralizada em grande escala e instalações de produção de fertilizantes com as estações convencionais de tratamento de água. resíduos e produção de sintéticos. fertilizantes que usam recursos não renováveis.

A separação e a reciclagem de urina foram as vencedoras claras na maioria das categorias e, em alguns casos, eliminou a necessidade de certos produtos químicos para o tratamento de águas residuais. Por outro lado, um método para fazer fertilizantes derivados da urina levou a aumentos constantes na acidificação.

Algumas avaliações anteriores do ciclo de vida compararam os impactos ambientais da reciclagem da urina com os sistemas convencionais. Mas o novo estudo U-M é o primeiro a incluir um modelo detalhado de processos de tratamento de águas residuais, permitindo aos pesquisadores comparar a quantidade de energia e produtos químicos usados ​​em cada método.

“Esta é a primeira análise aprofundada do desempenho ambiental e dos benefícios da reciclagem de urina em grande escala em relação ao tratamento convencional de águas residuais e produção de fertilizantes”, disse Greg Keoleian, autor principal do artigo ES&T e diretor do Centro de Sistemas Sustentáveis ​​da Escola de Meio Ambiente e Sustentabilidade da UM. Ele também presidiu o comitê de tese de Hilton.

Cerca de metade da oferta mundial de alimentos depende de fertilizantes sintéticos produzidos a partir de recursos não renováveis. A rocha fosfática é extraída e processada para produzir fertilizante fosfatado. A produção de fertilizantes nitrogenados é um processo de uso intensivo de energia que usa gás natural e é responsável por 1,2% do uso global de energia e pelas emissões de gases de efeito estufa associadas.

Ao mesmo tempo, os sistemas de água e esgoto consomem 2% da eletricidade da América e a remoção de nutrientes é um dos processos que mais consomem energia.

O desvio da urina para recuperar e reciclar nitrogênio e fósforo tem sido defendido como uma forma de melhorar a sustentabilidade da gestão da água e da produção de alimentos. Ele tem o potencial de reduzir a quantidade de energia e produtos químicos necessários para tratar águas residuais enquanto diminui o fluxo de nutrientes que alimentam a proliferação de algas nocivas nos lagos.

No entanto, o desvio e a reciclagem em grande escala exigiriam sistemas para coletar e transportar urina, processá-la em fertilizante e, então, enviar o produto final aos clientes. Cada uma dessas etapas tem impactos ambientais.

Em 2016, os pesquisadores da U-M receberam uma bolsa de US $ 3 milhões da National Science Foundation para estudar o potencial de transformar a urina humana em fertilizante seguro para as plantações. O projeto é liderado por Nancy Love e Krista Wiggington do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da U-M e envolve o teste de métodos avançados de tratamento de urina e a investigação das atitudes das pessoas em relação ao uso de fertilizantes derivados da urina. Love também é coautor do novo artigo de Ciência e Tecnologia Ambiental.

Como parte do esforço financiado pela NSF, banheiros de demonstração de separação de urina foram instalados no campus norte da U-M, junto com um laboratório onde a urina é transformada em fertilizante. Hilton, que era um aluno de mestrado de duplo grau na Escola de Meio Ambiente e Sustentabilidade da UM e no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, usou os dados do projeto para ajudar a modelar um sistema de grande escala que desvia a urina para produzir fertilizante.

“Essas novas descobertas são encorajadoras porque demonstram os benefícios ambientais potenciais da separação de urina em grande escala e dos sistemas de reciclagem, sugerindo que estamos no caminho certo e devemos continuar a desenvolver essas tecnologias”, disse o co-autor do estudo, Glen Daigger. . professor de engenharia civil e ambiental na UM e membro do comitê de tese de Hilton.

Bowen Zhou, um ex-membro da equipe de pesquisa da U-M agora na Universidade de Waterloo, também é o autor do artigo ES&T. A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation e pela Water Research Foundation.