Stora mängder värdefull energi, jordbruksnäringsämnen, och vatten skulle potentiellt kunna återvinnas från världens snabbt stigande volym kommunalt avloppsvatten, enligt en ny studie från UN University's kanadensiska baserade Institute for Water, Miljö och hälsa (UNU-INWEH).

I dag, cirka 380 miljarder kubikmeter (m ³ =1000 liter) avloppsvatten produceras årligen över hela världen – fem gånger den mängd vatten som passerar över Niagarafallen årligen – tillräckligt för att fylla Afrikas Victoriasjö på ungefär sju år, Lake Ontario i fyra, och Genèvesjön på mindre än tre månader.

Vidare, tidningen säger, avloppsvattenvolymerna ökar snabbt, med en beräknad ökning på cirka 24 % till 2030, 51 % till 2050.

I dag, volymen avloppsvatten motsvarar ungefär det årliga utsläppet från Gangesfloden i Indien. I mitten av 2030-talet det kommer ungefär att vara lika med den årliga volymen som strömmar genom St. Lawrencefloden, som dränerar Nordamerikas fem stora sjöar.

Bland viktiga näringsämnen, 16,6 miljoner ton kväve bäddas in i avloppsvatten som produceras över hela världen årligen, tillsammans med 3 miljoner metriska ton fosfor och 6,3 miljoner metriska ton kalium. Teoretiskt sett, Full återvinning av dessa näringsämnen från avloppsvatten skulle kunna kompensera 13,4 % av den globala efterfrågan på jordbruket.

Utöver de ekonomiska vinsterna med att återvinna dessa näringsämnen är viktiga miljöfördelar som att minimera övergödning – fenomenet med överskott av näringsämnen i en vattenmassa som orsakar tät växttillväxt och vattenlevande djurs död på grund av syrebrist.

Energin inbäddad i avloppsvattnet, under tiden, skulle kunna tillhandahålla el till 158 miljoner hushåll – ungefär antalet hushåll i USA och Mexiko tillsammans.

Studiens uppskattningar och prognoser är baserade på teoretiska mängder vatten, näringsämnen, och energi som finns i det rapporterade kommunala avloppsvattnet som produceras över hela världen årligen.

Författarna understryker att information om avloppsvattenvolymer—genererade, tillgängliga, och återanvänds – är spridd, sällan övervakas och rapporteras, eller inte tillgänglig i många länder. De erkänner också begränsningarna i nuvarande resursåtervinningsmöjligheter.

Ändå, säger huvudförfattaren Manzoor Qadir, biträdande direktör för UNU-INWEH, i Hamilton, Kanada:"Denna studie ger viktiga insikter om den globala och regionala potentialen för avloppsvatten som en vattenkälla, näringsämnen, och energi. Återvinning av avloppsvattenresurser kommer att behöva övervinna en rad begränsningar för att uppnå en hög avkastning, men framgång skulle avsevärt främja framsteg mot hållbar utvecklingsmål och andra, inklusive anpassning till klimatförändringar, "netto-noll" energiprocesser, och en grön, cirkulär ekonomi."

Bland många fynd:

• Energivärdet i 380 miljarder m ³ av avloppsvattnet uppskattas till 53,2 miljarder m ³ metan – tillräckligt för att ge el till upp till 158 miljoner hushåll, eller 474 miljoner till 632 miljoner människor, antar i genomsnitt tre till fyra personer per hushåll. Med tanke på de förutsedda ökningarna av avloppsvatten, den siffran stiger till 196 miljoner hushåll 2030, och 239 miljoner hushåll 2050.
• Inom jordbruket, volymen vatten som potentiellt kan utvinnas från avloppsvatten skulle kunna bevattna upp till 31 miljoner hektar – motsvarande nästan 20 % av jordbruksmarken i Europeiska unionen (om man antar två grödor och högst 12, 000 m ³ vatten per hektar och år). "Det återvunna vattnet kan användas för att bevattna nya områden eller ersätta värdefullt sötvatten där grödor redan bevattnas."
• Världsproduktionen av avloppsvatten förväntas uppgå till 470 miljarder m ³ senast 2030, året då SDGs ska vara uppfyllda – en ökning med 24 % från idag. Och år 2050, den kommer att nå 574 miljarder miljoner ³ , en ökning med 51 %.
• Asien är den största avloppsvattenproducenten med uppskattningsvis 159 miljarder kubikmeter, representerar 42 % av det urbana avloppsvattnet som genereras globalt, med förväntningar på att den andelen ska stiga till 44 % till 2030
• Andra regioner som producerar stora volymer avloppsvatten:Nordamerika (67 miljarder m ³ ) och Europa (68 miljarder kubikmeter) - praktiskt taget lika volymer trots Europas högre stadsbefolkning (547 miljoner mot Nordamerikas 295 miljoner. Skillnaden förklaras av generering av avloppsvatten per capita:Europa 124 kubikmeter; Nordamerika 231 kubikmeter) . Däremot Afrika söder om Sahara producerar 46 kubikmeter avloppsvatten per capita – ungefär hälften av det globala genomsnittet (95 kubikmeter), återspeglar begränsad vattentillförsel och dåligt hanterade system för uppsamling av avloppsvatten i de flesta stadsmiljöer.
• Full återvinning från avloppsvatten kan teoretiskt sett, kompenserade 14,4 % av den globala efterfrågan på kväve som näringsämne för gödningsmedel; fosfor 6,8 % och kalium 18,6 %. Baserat på nuvarande nivåer av kväve, fosfor, och kaliumanvändning inom jordbruket över hela världen (uppskattad till 193 miljoner ton 2017), studien säger att cirka 13,4 % av den globala efterfrågan på gödningsmedelsnäringsämnen kan kompletteras med full återvinning av näringsämnen från avloppsvatten.
• The nutrients in wastewater could theoretically generate revenue of $13.6 billion globally:$9.0 billion from the recovery of nitrogen, $2.3 billion from phosphorus, and $2.3 billion from potassium.

The paper cites prior research showing that human urine is responsible for 80% of the nitrogen and 50% of phosphorus entering municipal wastewater treatment plants. "Removing these nutrients in time would not only be environmentally beneficial, " the paper says, "resulting in less eutrophication, it would reduce the cost of wastewater treatment while supporting closed-loop processes."

Current wastewater nutrient recovery technologies have made significant progress. In the case of phosphorous, recovery rates range from 25% to 90%.

The paper points out that maximizing economically the potential use of thermal energy in wastewater swings on several basic requirements, including a minimum flow rate of 15 litres per second, short distances between heat source and sink, and high-performance heat pumps.

Says Vladimir Smakhtin, Director of UNU-INWEH, a global leader in research related to unconventional water sources:"Municipal wastewater was and often still is seen as filth. However, attitudes are changing with the growing recognition that enormous potential economic returns and other environmental benefits are available as we improve the recovery of the water, nutrients and energy from wastewater streams."