通过反渗透技术浓缩尿液并将其重新用作肥料，在经济上是否具有可行性？

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Is urine concentration by reverse osmosis economically viable for its reuse as fertiliser?

尿资源化利用中反渗透（RO）浓缩技术的经济可行性研究。基于墨尔本案例，对比无浓缩（基准）、分散式RO（VRF 2.0/3.0）和集中式RO（VRF 2.0/3.0）三种场景，分析不同体积缩减因子（VRF）和运输距离下的成本收益。结果显示，7%贴现率下，基准方案在248公里内最经济；超过该距离分散式RO（VRF 2.0）成本最低，需A$8.19/kgN。集中式RO需更远距离（320公里以上）才具经济性。技术关键包括预处理、膜更换、运输成本及水处理补贴。需考虑客户价格接受度、区域尿量供需及钠含量对作物的影响。

　　尿素作为一种富含氮、磷和钾的资源，是农业肥料的重要替代品。随着全球对氮、磷和钾肥料需求的持续增长，以及传统肥料生产过程带来的高能耗和高环境影响，探索可持续的替代方案显得尤为重要。本文通过一项技术经济评估，探讨了在墨尔本地区，是否可以通过反渗透（RO）技术对尿素进行浓缩，以减少长距离运输成本，从而提高其经济可行性。

尿素的收集和浓缩过程面临诸多挑战。首先，尿素在尿液中迅速水解为氨，导致尿液pH值升高。这种水解过程会增加尿液中的沉淀物，从而可能影响反渗透系统的运行效率。其次，尿素的收集和运输成本较高，尤其是对于远离城市中心的农村地区而言。因此，寻找一种经济高效的浓缩方式，以减少运输量，降低总体成本，是当前研究的重点。

反渗透技术因其高营养回收率和较低的能耗而受到关注。研究表明，反渗透可以去除尿液中约75%的水分，同时保持氨、磷和钾的高回收率，分别为75%、95%和99%。此外，反渗透技术具有良好的可扩展性，适用于大规模应用。然而，反渗透系统在处理水解尿液时，可能会因为沉淀物的形成而增加膜的污染风险。为减少这种影响，通常会在反渗透处理前加入预处理步骤，如沉淀和过滤。

本文采用墨尔本地区作为案例，对三种不同的场景进行了评估：基线场景（不进行尿液浓缩）、分散式浓缩场景（在每个住宅楼内安装小型反渗透系统）和集中式浓缩场景（将多个住宅楼的尿液集中运输到城市中心的反渗透处理设施）。评估结果显示，分散式浓缩在短距离运输（小于248公里）中并不具备经济优势，而是在超过这一距离后，分散式浓缩成为更具成本效益的选择。集中式浓缩则需要更长的运输距离才能实现经济可行性，通常超过320公里。尿素浓缩至VRF 3.0并未显著降低所需运输距离，因此在经济上并不更具优势。

在墨尔本的248公里半径内，涵盖了整个城市中心和周边地区。因此，是否采用反渗透技术进行尿液浓缩，取决于顾客对肥料售价的接受度、位于该半径之外的顾客比例，以及是否有足够的尿液来满足超出这一范围的需求。如果顾客愿意接受较高的肥料价格，且有较多的顾客位于较远的农村地区，那么反渗透浓缩可能是一个可行的选择。

此外，本文还探讨了反渗透技术在不同地区的适用性。例如，在人口密度高的城市，如新加坡，由于城市范围较小，尿液运输距离较短，因此可能不需要进行浓缩。而在人口密度较低的国家，如巴西，由于农业需求广泛，运输距离可能达到数千公里，反渗透浓缩可能具有更大的经济价值。因此，技术经济评估需要根据具体的地理、人口和需求情况进行调整。

尿素作为肥料的经济可行性还受到其他因素的影响，包括尿素的收集和运输成本、劳动力成本、设备维护费用以及可能的污染处理成本。例如，在分散式场景中，由于不需要集中运输尿液，因此可以节省一部分运输成本。然而，由于需要在每个住宅楼内安装反渗透系统，初始投资成本较高。相比之下，集中式场景虽然需要较大的初始投资，但可以实现更高效的资源利用和更低的运营成本。

在考虑尿素作为肥料的市场竞争力时，其售价必须与传统肥料相比具有优势。本文计算了不同浓缩方式下的最低售价，发现对于分散式浓缩场景，在248公里半径外，最低售价为A$8.19/kgN，这比传统肥料的售价更具竞争力。然而，这一售价仍然需要顾客的接受度较高，才能实现经济上的可行性和推广。

此外，尿素作为肥料的适用性也受到作物种类的影响。某些作物对钠含量敏感，而浓缩尿液中的钠含量可能较高，因此在某些情况下，浓缩可能并不适合。然而，在其他作物上，尿素的使用效果与传统肥料相似，甚至更优。因此，在推广尿素作为肥料时，需要综合考虑作物类型、土壤状况和当地农业政策。

总的来说，尿素作为肥料的经济可行性取决于多种因素，包括运输距离、浓缩技术的选择、顾客对价格的接受度以及尿素的可用性。本文的研究为尿素作为肥料的推广提供了重要的数据支持，并指出了在不同场景下的最佳选择。未来的研究可以进一步探讨其他浓缩技术的经济性，以及如何优化现有技术以提高其在不同地区的适用性。