公众对环境的关注、经济政策的不确定性以及工业企业的绿色转型

《Journal of Environmental Management》：Public environmental concern, economic policy uncertainty, and green transformation of industrial firms

全球肥料短缺背景下，循环经济通过市政及工业废水回收磷、氮、钾资源提升农业生产力，降低温室气体排放35%，支持SDG2、6、12、13。

　　全球范围内，化肥短缺问题正日益加剧，其背后的原因包括能源成本上升、地缘政治冲突以及供应链中断。这些因素不仅威胁着全球粮食安全，也对农业生产力造成了严重影响。为应对这一挑战，本研究聚焦于化学工业领域中的循环经济模式，特别是通过城市和工业废水中的资源回收，以缓解农业中日益严重的养分缺口。磷（P）、氮（N）和钾（K）是合成肥料的核心养分，近年来，先进的技术手段使得这些养分从废水流中高效回收成为可能。文献综述表明，家庭废水中的磷回收率可达90%，而氮的回收率则在60%左右，这些回收技术包括磷酸铵沉淀、离子交换和膜生物反应器等。在德国、荷兰和中国等国家的试点项目中，已经证明通过这些技术生产的磷酸铵基肥料成本比传统肥料低20%至30%，同时在农业性能方面具有可比性甚至更高的表现。此外，一个中型污水处理厂每年可回收的磷量可达150至300吨，足以满足2500公顷农田的需求。通过采用循环经济模式，各国不仅可以减少对进口化肥的依赖，还能降低温室气体（GHG）排放量达35%，同时提升污水处理厂出水质量。此外，这种循环模式还支持联合国可持续发展目标（SDGs）2（零饥饿）、SDG 6（清洁水与卫生）以及SDG 12（负责任的消费与生产）。然而，尽管循环经济模式展现出巨大潜力，其推广仍面临诸多挑战，包括监管体系的不完善、市场对回收肥料接受度有限以及技术规模化应用的困难。本研究建议建立基于激励的监管框架、推动公私合作，并加大对分布式资源回收系统的投资。总体而言，通过废水来源的养分循环，提供了一种科学验证、经济可行且环境可持续的解决方案，以应对化肥短缺问题，增强全球粮食安全。

近年来，全球粮食生产面临着一个矛盾：为了满足2050年近100亿人口的粮食需求，农业产量必须大幅增长，但关键的化肥资源却日益稀缺、昂贵且具有地缘政治敏感性。氮、磷和钾这三种养分是全球作物产量的重要支撑，约占全球农作物产量的50%以上。然而，氮的生产依赖于化石燃料，而磷的资源主要集中在少数几个国家，如摩洛哥、中国、约旦、美国、南非和俄罗斯，这使得化肥供应链容易受到能源价格波动、冲突和贸易限制的影响。同时，化肥生产也贡献了全球温室气体（GHG）排放的约12%，而不当使用则会导致富营养化和硝酸盐污染。因此，如何在确保农业生产力的同时，减少对传统化肥的依赖，已成为全球面临的紧迫课题。

应对这些相互关联的挑战，需要从线性经济模式向循环经济模式转变。废水，传统上被视为需要处理并排放的污染物，实际上蕴含着大量可回收的氮、磷和钾资源。这些养分含量足以补充全球肥料市场的需求。目前，许多新兴的资源回收技术已被科学验证，并在经济上具备可行性，为提高粮食安全、减少排放以及增强供应链韧性提供了可行路径。通过将这些技术整合到循环经济框架中，不仅能够提升农业系统的可持续性，还能推动整个化学工业向更加环保的方向发展。

本研究探讨了如何通过循环经济模式，特别是从废水中回收养分，来增强农业系统的韧性与粮食安全。全球农业高度依赖合成肥料，而氮、磷和钾作为主要养分，其供应的不稳定性直接影响粮食生产。然而，由于氮的生产依赖化石燃料，而磷则来自有限的矿藏，全球化肥供应链面临价格波动、地缘政治风险以及诸如2021年至2023年期间化肥价格飙升230%等危机。这些供应问题不仅威胁粮食安全，还导致食品价格上涨，加剧营养不良现象，同时化肥生产对全球气候变化的影响也不容忽视。因此，如何通过创新技术手段，将废水中隐藏的养分资源转化为农业生产的有效输入，成为解决当前困境的关键。

为实现这一目标，本研究提出了一种新的概念模型，将废水来源的养分回收纳入农业循环经济体系。该模型综合了技术路径、经济与市场条件、政策与监管框架以及区域适应性，展示了养分从废水到农业再利用的流动路径，并将资源回收与作物产量、环境效益以及气候缓解联系起来。通过整合这些要素，该模型为扩大养分回收干预措施提供了全面的路线图，尤其是在那些传统肥料获取受限的低收入和中等收入国家（LMICs）中。

与以往主要关注技术可行性研究不同，本研究采用跨学科、系统导向的方法，将养分回收嵌入到整个化学工业向循环经济转型的过程中。这种方法不仅考虑了实验室规模的实验，还综合了政策框架、市场动态以及分布式肥料分销网络，为全面评估养分回收的潜力提供了更广泛的视角。通过在欧洲、亚洲和非洲等地的现实案例研究，本研究展示了不同地区在养分回收技术推广和实施中的差异，以及相应的解决方案。此外，生命周期分析（LCA）、技术经济评估（TEA）以及可持续性指标为决策者和投资者提供了全面的证据基础，帮助他们做出科学、合理的判断。

从技术角度来看，养分回收涵盖了化学、物理和生物等多种过程。其中，磷酸铵沉淀技术已经相对成熟，能够实现磷和氮的缓慢释放回收；而氨气剥离和吸附技术则能够将氮回收为液态铵盐。电化学过程则提供了更高效的资源选择性回收，同时提升了能源利用效率；膜分离或藻类培养技术则结合了养分去除与水循环利用以及生物量生成。尽管成熟的工艺如磷酸铵和氨回收已经在城市和农业工业规模上实施，但电化学和生物系统仍处于发展的早期阶段，具有巨大的潜力。将这些技术嵌入到循环经济体系中，能够有效实现废水资源化利用与农业系统韧性的结合。

预计这一研究将带来深远的影响：量化不同地区的养分回收潜力，以吨为单位的污水处理厂每年可回收磷量；为政策制定者和水务部门提供决策支持框架；减少温室气体排放达35%；降低对进口肥料的依赖达20%至40%。这些成果不仅有助于实现联合国可持续发展目标（SDGs）2（零饥饿）、SDG 6（清洁水与卫生）、SDG 12（负责任的消费与生产）以及SDG 13（气候行动），还展示了如何将废水重新定义为一种资源，而非废弃物，从而推动可持续、气候适应的肥料生产模式，进一步强化粮食安全、环境可持续性与经济韧性的联系。

在系统性选择研究和评估养分回收技术的分析框架方面，本研究采用了一种结构化的研究方法，整合了系统性文献综述、技术经济评估（TEA）和生命周期分析（LCA）。通过对Web of Science数据库中2010年至2025年的100篇同行评审文章进行系统筛选，遵循PRISMA指南，以确保研究过程的透明性、可重复性和科学严谨性。研究重点聚焦于废水中的养分回收技术，这些技术在不同地区和不同应用场景下展现出不同的表现和潜力。通过这一综合分析，本研究为理解养分回收技术的可行性、可扩展性以及可复制性提供了坚实的基础。

废水的组成具有高度的异质性，其营养物质浓度、pH值、有机负荷以及污染物含量均存在显著波动。这种波动可能影响回收系统的性能，例如，当进水化学特性发生变化时，磷酸铵反应器可能会出现回收效率下降或产生不需要的矿物沉淀。此外，废水中的重金属、微塑料和药物残留等污染物，也对回收肥料的安全性以及监管合规性提出了额外挑战。因此，如何在不同水质条件下优化养分回收技术，成为实现可持续资源利用的关键。

在财务和市场限制方面，对现有污水处理厂进行改造以实现养分回收，需要较大的初期投资。同时，农民对回收肥料的认知度较低，这限制了其市场接受度。此外，回收肥料的供应链尚未完善，缺乏有效的分销渠道，使得回收产品的推广面临诸多障碍。在低收入和中等收入国家（LMICs）中，这些问题尤为突出，因为这些国家在政策、技术和市场条件上均存在局限性，使得资源回收技术的实施变得更加复杂。

在LMICs中，养分回收技术的推广需要政策支持和市场条件的改善。许多LMICs在废水处理标准、肥料认证以及回收养分的安全再利用方面仍存在监管空白。此外，机构间的分割和有限的技术能力也进一步限制了技术的部署。市场方面的限制包括高昂的初始资本成本、农民对回收肥料的认知度较低以及回收肥料供应链的薄弱。因此，如何在这些国家中建立支持性的政策框架，推动市场接受度，并改善供应链，是实现资源回收技术规模化应用的关键。

在制定政策框架和适应特定情境的策略方面，由于不同地区的社会经济条件存在差异，采用一刀切的政策并不适用于养分回收技术的推广。因此，需要制定差异化的策略，以确保技术的采用、有效性以及影响力。高收入国家（HICs）通常具备足够的财政、技术和制度能力，可以采用先进的养分回收技术，如磷酸铵沉淀、膜生物反应器和氨气剥离。在这些国家，政策重点应放在技术推广、市场激励以及监管优化上，以促进养分回收技术的广泛应用。而对于LMICs，政策制定需要更加注重适应性，结合当地资源条件、社会经济结构以及市场特点，制定切实可行的策略。例如，可以通过政府补贴、技术转移、示范项目等方式，逐步推动养分回收技术的实施，同时加强政策与市场之间的协调，以提高技术的接受度和应用效果。

展望未来，将废水转化为循环经济资源的路径正在加速推进。资源回收不仅有助于实现可持续发展目标，还能推动全球向循环经济模式转型。通过战略性部署，资源回收能够释放原本可能被浪费的材料、养分和能源，从而增强农业系统的韧性与可持续性。此外，资源回收还为应对气候变化提供了新的解决方案，通过减少温室气体排放，降低对化石燃料的依赖，推动更加绿色的生产方式。

本研究的结论表明，废水中的养分回收为解决化肥短缺问题、增强粮食安全以及推动循环经济原则提供了变革性的路径。通过系统整合超过100项研究的证据，本研究确立了养分回收技术与全球粮食安全之间的明确联系。研究的关键发现包括：技术可行性方面，磷酸铵回收、氨气回收等技术已经具备成熟的应用条件；经济可行性方面，这些技术在不同地区和不同规模下均展现出良好的成本效益；环境效益方面，养分回收不仅能够减少污染，还能降低温室气体排放，从而为可持续发展提供支持。此外，通过将废水视为一种资源，而非废弃物，本研究展示了如何推动更加可持续和气候适应的肥料生产模式，进一步强化粮食安全、环境可持续性与经济韧性的协同关系。

未来，如何在不同国家和地区实现养分回收技术的推广，需要进一步的研究和实践。在高收入国家，应继续加强政策支持和市场激励，推动先进技术的广泛应用。而在低收入和中等收入国家，需要通过政府引导、技术转移、示范项目等方式，逐步建立支持性的政策框架，并提高农民对回收肥料的认知度和接受度。此外，还需要加强废水处理与农业供应链之间的协同，以确保养分回收技术的顺利实施。通过这些努力，全球将能够更好地应对化肥短缺问题，推动农业生产的可持续发展，同时实现资源的高效利用和环境的长期保护。