在瑞典最大的岛屿哥特兰岛,淡水稀缺。与此同时,居民正在与农业和下水道系统造成的危险数量的污染作斗争,这些污染导致波罗的海周围有害藻类大量繁殖。这些可以杀死鱼并使人生病。
为了帮助解决这一系列环境挑战,该岛将希望寄托在连接它们的单一、不太可能的物质上:人尿。
从 2021 年开始,一组研究人员开始与当地一家出租便携式厕所的公司合作。目标是在夏季旅游旺季期间,在多个地点的无水小便池和专用厕所在 3 年内收集超过 70,000 升尿液。该团队来自乌普萨拉的瑞典农业科学大学 (SLU),该大学已分拆出一家名为 Sanitation360 的公司。使用研究人员开发的一种工艺,他们将尿液干燥成混凝土状的大块,然后将其锤成粉末并压制成适合标准农业设备的肥料颗粒。当地农民使用肥料种植大麦,然后将其送到啤酒厂制作麦芽酒——在消费后,麦芽酒可能会再次进入循环。
SLU 的化学工艺工程师和 Sanitation360 的首席技术官 Prithvi Simha 说,研究人员的目标是大规模地“超越概念并付诸实践”尿液再利用。其目的是提供一个世界各地都可以效仿的模式。“我们的目标是让每个地方的每个人都进行这种练习。”
Gotland 项目是全球范围内将尿液与其他污水分离并将其回收成肥料等产品的类似努力的一部分。美国、澳大利亚、瑞士、埃塞俄比亚和南非等地的团体正在研究这种被称为尿液转移的做法。这些努力远远超出了大学实验室的范围。无水小便池连接到俄勒冈州和荷兰办公室的地下室处理系统。在巴黎,计划在该市第 14 区正在建设的 1,000 名居民生态区安装尿液分流厕所。欧洲航天局将在其巴黎总部放置 80 个分尿厕所,该总部将于今年晚些时候开始运营。根据尿液分流的支持者,
科学家们表示,如果在世界范围内大规模部署尿液分流,将会对环境和公共健康产生巨大的好处。这部分是因为尿液中含有丰富的营养物质,这些营养物质不会污染水体,可以用于作物施肥或用于工业过程。根据 Simha 的估计,人类产生的尿液足以替代目前全球约四分之一的氮磷肥;它还含有钾和许多微量营养素(参见“尿液中的成分”)。最重要的是,不将尿液冲入下水道可以节省大量的水,并减轻老化和超载下水道系统的压力。
据该领域的专家称,由于厕所和尿液处理策略的进步,尿液分流的许多组成部分可能很快就可以广泛推广。但是,从根本上重新设计生活最基本的方面之一也存在很大障碍。研究人员和公司需要解决许多问题,从改进尿液分流马桶的设计到更容易处理尿液并将其转化为有价值的产品。这可能涉及连接到为整个建筑物服务的单个厕所或地下室设备的化学处理系统,并为由此产生的浓缩或固化产品提供提取和维护服务(参见“从小便到产品”)。然后是更广泛的社会变革和接受问题,
明尼阿波利斯的可持续发展顾问、生物学家 Lynn Broaddus 表示,随着社会与能源、水和农业和工业原材料的短缺作斗争,尿液分流和再利用是“对我们如何进行人类卫生设施进行彻底重新构想”的一种类型,这将变得越来越重要。明尼苏达州,他是弗吉尼亚州亚历山大市水环境联合会的前任主席,该联合会是全球水质专业人士协会。“事实上,它是有价值的东西。”
混合垃圾
尿液曾经是一种有价值的商品。过去,一些社会用它来给庄稼施肥、制革、洗衣服和生产火药。然后,在 19 世纪末和 20 世纪初,现代集中式污水管理模式在英国兴起并传播到世界各地,最终导致了所谓的尿失明。
在这个模型中,抽水马桶使用水将尿液、粪便和卫生纸快速排入下水道,并与来自家庭、工业来源和有时风暴径流的其他液体混合。在集中处理厂,能源密集型过程使用微生物来清洁污水。
根据当地法规和处理厂的条件,该工艺排放的废水仍可能含有大量的氮和其他营养物质,以及一些其他污染物。世界上 57% 的人口根本没有连接到集中式下水道系统(参见“人类污水”)。
科学家们正在努力使集中式系统更具可持续性和污染更少,但是,从 1990 年代的瑞典开始,一些研究人员开始推动更根本的变革。密歇根大学安娜堡分校的环境工程师南希·洛夫(Nancy Love)说,管道末端的进步“只是,你知道,同样该死的东西的另一种演变”。她说,尿液分流将是“变革性的”。在一项研究中1在模拟美国三个州的废水管理系统后,她和她的同事将传统的废水系统与假设的废水系统进行了比较,这些系统可以转移尿液并使用回收的营养物质来代替合成肥料。他们预计,采用尿液分流的社区可以将其总体温室气体排放量降低多达 47%,能源消耗降低多达 41%,淡水使用量降低约一半,废水中的营养物污染降低多达 64%,具体取决于使用的技术。
尽管如此,这个概念仍然是小众的,主要限于离网地区,如北欧生态村、农村外屋和低收入环境中的开发项目。
杜本多夫的瑞士联邦水产科学与技术研究所 (Eawag) 的化学工程师 Tove Larsen 说,很多滞后是厕所本身造成的。在 1990 年代和 2000 年代首次销售,大多数尿液分流马桶前面都有一个小盆来收集液体——这种设置需要仔细瞄准。其他设计结合了脚踏式传送带,可以在将粪便运送到堆肥库时让尿液排出,或者使用传感器来操作阀门以将尿液引导到单独的出口。
但在欧洲的试点和示范项目中,人们并没有接受它们的使用,拉森说,抱怨它们太笨重、难闻且不可靠。“我们真的被厕所这个话题耽误了。”
这些担忧困扰着第一次大规模使用尿液分流厕所——这是 2000 年代在南非 eThekwini 市的一个项目。德班夸祖鲁-纳塔尔大学研究卫生治理的安东尼奥迪利说,在种族隔离之后,该市的边界突然扩大,导致当局接管了一些贫困农村地区,那里没有厕所基础设施和供水服务。
2000 年 8 月那里爆发霍乱后,当局迅速推出了几种符合财政和实际限制的卫生设施,包括大约 80,000 个尿液分流干式厕所,其中大部分至今仍在使用。尿液从马桶下方排入土壤,粪便落入一个拱顶,自 2016 年以来,该市每五年清空一次。
Odili 说,该项目成功地在该地区建立了更安全的卫生设施。然而,社会科学研究揭示了该计划的许多问题。尽管人们觉得厕所总比没有好,奥迪利说,但研究——包括他参与的一些研究2——后来发现用户普遍不喜欢它们。许多都是用劣质材料建造的,使用起来很尴尬。虽然理论上这样的厕所应该可以防止异味,但 eThekwini 厕所中的尿液经常与粪便一起进入拱顶,造成可怕的臭味。奥迪利说,人们“无法正常呼吸”。更重要的是,尿液基本上没有被使用。
Odili 说,最终,主要出于公共健康问题的考虑,采用尿液分流干式厕所的决定是自上而下的,并且没有考虑到人们的偏好。2017 年的一项研究3发现,eThekwini 中超过 95% 的受访者渴望使用城市中富裕的白人使用的方便、无味的抽水马桶——而且许多人打算在条件允许的情况下安装它们。在南非,厕所长期以来一直是种族差异的象征。
然而,一种新的设计可能代表尿液分流的一个突破。2017 年,在设计师 Harald Gründl 的带领下,与 Larsen 等人合作,奥地利设计公司 EOOS(从 EOOS Next 公司分拆出来)推出了尿液陷阱。这消除了用户瞄准的需要,并且尿液分流功能几乎是看不见的(参见“一种新型马桶”)。