廁所革命　悄然興起

徐寧

2018年11月6日，微軟公司創(chuàng)始人比爾·蓋茨出現(xiàn)在北京“新世代廁所博覽會”現(xiàn)場，在他身旁的桌上擺著一罐糞便。蓋茨說：“這么點人類糞便就含有200萬億個輪狀病毒，200億個志賀氏菌和10萬個寄生蟲卵。”全世界還有約24億人無法安全處理糞便，缺少衛(wèi)生條件良好的廁所正嚴重威脅發(fā)展中國家人民的健康。在會場上，蓋茨發(fā)出倡議，號召人們重視衛(wèi)生問題，重新設(shè)計廁所。

2018年在北京，蓋茨上臺講話時隨身帶著一罐糞便。

為什么要重新設(shè)計廁所？

經(jīng)過工業(yè)革命和城市發(fā)展浪潮的洗禮，在城市中，沖水式廁所得到普及。人類開始有能力將糞便和尿液通過下水管道運送到污水處理廠進行處理，然后安全排放至環(huán)境中。下水道加污水處理廠的模式在19、20世紀運行良好，但隨著城市容納的人口越來越多，污水處理廠的規(guī)模也越來越大，城市管理者逐漸發(fā)現(xiàn)這種模式存在問題：首先，污水處理廠需要穩(wěn)定供水，這會加劇某些缺水城市的水資源短缺;其次，污水處理廠無法從污泥中回收全部的氮、磷，這些剩余營養(yǎng)物會讓水體中的藻類大量繁殖，嚴重破壞水體生態(tài)。將污水排放至下游的辦法在這顆擁擠的星球上無法起效了，因為在21世紀，每個人都在其他人的下游。

另外，在一些經(jīng)濟落后地區(qū)還有約24億人用不上廁所。根據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，今天全世界仍有24億人無法使用條件良好的衛(wèi)生設(shè)施，其中10億人在露天排便。露天排便十分危險：一方面容易遭到野生動物或罪犯襲擊;另一方面是可能帶來的巨大健康隱患。糞便隨雨水流入河流，可能會傳播霍亂、痢疾甚至脊髓灰質(zhì)炎（俗稱小兒麻痹）。據(jù)世界衛(wèi)生組織2016年數(shù)據(jù)，低收入和中等收入國家每年因為缺水、環(huán)境衛(wèi)生和個人衛(wèi)生問題導(dǎo)致造成的總死亡人數(shù)，每年平均高達84.2萬。

蓋茨說，糟糕的衛(wèi)生設(shè)施會加重國家醫(yī)療成本，減少國民預(yù)期壽命，而在廁所等衛(wèi)生設(shè)施上進行投資，相應(yīng)也會獲得多方面的回報。從2011年起，蓋茨基金會就開始出資支持新型廁所研發(fā)，蓋茨也一直奔走于世界各地，尋找未來廁所的方案。

全世界還有24億人無法使用衛(wèi)生條件良好的廁所。圖為印度農(nóng)村的簡易廁所。

讓廁所香起來

為什么許多發(fā)展中國家人民不愿意使用廁所？原因很簡單：廁所很臭，還占地方。與其在原本就不大的家中規(guī)劃一塊“臭臭地”，還不如去公共廁所，或者干脆在露天解決。蓋茨意識到，要普及廁所，先要解決臭味。

廁所味來自哪里呢？要回答這個問題，難度可不小。糞便和尿液中含有200多種化合物，不同地區(qū)的氣候環(huán)境，加上不同的飲食習(xí)慣，造成不同國家人民糞便和尿液的組成成分也不盡相同。好在有一家香水廠商聯(lián)系了蓋茨基金會，表示他們愿意攻克難題。

不久后，香水廠分離出四種造成廁所味的物質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上制成了一種有強烈糞臭味和尿騷味的“香水”。他們將其命名為“大便香水”。如果有一種香水能成功消除大便香水的惡臭，也就能讓臭味從廁所消失。

空氣清新噴霧能用強烈的香味蓋過空氣里的臭味，但這家香水廠決定從神經(jīng)本身下手。人類鼻腔里有大約350個嗅覺受體，有了它們?nèi)祟惒拍苈劦綇拿倒逑愕侥_臭的各種味道。香水廠的研究人員意識到，如果能夠阻止臭味感受器工作，我們就聞不到臭味了。

終于，研究人員成功地研發(fā)出了一種香水，能夠抑制對惡臭敏感的嗅覺受體活性。蓋茨親自試用了這種抗臭香水，發(fā)現(xiàn)大便香水和抗臭香水混合后，糞臭味完全消失，只留下令人愉悅的花香味。這方案看似非常復(fù)雜，其實瞄準的恰恰是廁所難題的根源——在新型廁所誕生之前，抗臭香水能讓現(xiàn)有的廁所不那么臭，這樣更有利于一些發(fā)展中國家人民養(yǎng)成使用廁所的習(xí)慣。

抵抗惡臭的“抗臭香水”如何起效？

沒有下水道，也不需要水

一些發(fā)展中國家的住房沒有配備下水管道，要如何為這些國家和地區(qū)的居民修建廁所呢？2013年，科學(xué)家設(shè)計出了一個“集裝箱公用廁所”。他們用一個標準集裝箱作為廁所主體結(jié)構(gòu)，糞便和尿液通過管道來到位于集裝箱下方的處理系統(tǒng)。在這里，液體廢物和固體廢物首先被分離，然后超臨界水氧化裝置瞬間完成糞便消毒，殺死其中的細菌、病毒、寄生蟲卵等致病原。最后的產(chǎn)物是干燥的固體廢物和較為潔凈的沖洗用水。但這種社區(qū)公用廁所也存在不足，集裝箱采購和處理系統(tǒng)就是筆不小的開支。

集裝箱改裝的公廁。下方是一個“微型污水處理廠”。

納濾膜馬桶結(jié)構(gòu)圖

既然有了公用廁所，有沒有能夠輕易進入家庭的新型廁所呢？2018年9月，英國科學(xué)家研制的“納濾膜馬桶”內(nèi)部有齒輪、螺絲和保溫區(qū)，可分離、儲存糞便，還能實現(xiàn)無水清潔馬桶。人方便完后，首先蓋上馬桶蓋，鉸鏈帶動齒輪運作，馬桶底部打開，刮刀將糞便刮入馬桶最底部的收集盒中并清潔馬桶壁。糞便被螺旋裝置抬升，并被轉(zhuǎn)化成干燥的小顆粒，投入燃燒腔進行燃燒處理。尿液等污水經(jīng)過燃燒腔外部時被加熱，然后通過納濾膜，轉(zhuǎn)化成無病原體的潔凈水。凈水經(jīng)過換熱器冷凝后流入水箱。這些水可以用于清潔室內(nèi)和澆灌植物。這種廁所不需要接入下水管道也無須沖水，算上納濾膜的更換費用，每天的使用成本不到0.3元。

人糞：被丟掉的寶貝

我們每去廁所大便一次，就浪費了一些能源，因為人類糞便也能作為能源。研究人員曾經(jīng)對115名參與者的糞便做過統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)參與者每天平均排便123.6克。假設(shè)這也是全球的人均水平，那么全人類每天會產(chǎn)生96萬噸糞便。排除掉糞便中的水，能用作燃料的干物質(zhì)大約質(zhì)量為24萬噸。

如果想要獲取糞便中的能量，一種方法是對糞便進行加熱處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)樯锊裼?、生物煤炭等燃料。這種方法的缺點是加工過程中會排放氮氧化合物，污染環(huán)境。還有一種方法是利用厭氧微生物分解糞便，并收集細菌排放出的甲烷。因為甲烷具有強溫室效應(yīng)，捕獲甲烷可以有效減緩全球變暖。

一家美國公司在極度缺水的島國馬達加斯加經(jīng)營起糞便生意。在總?cè)丝?200萬的馬達加斯加，至少有1000萬人處于缺少干凈飲用水的邊緣。水資源緊缺和基建落后，導(dǎo)致馬達加斯加全國幾乎沒有一家上規(guī)模的污水處理廠。

該公司在村落中設(shè)置免沖洗公共廁所，定期派人回收用塑料袋封存的糞便;他們還從當(dāng)?shù)夭宛^回收來廚余垃圾。一臺大型“絞肉機”將剩飯和蔬菜殘渣磨成糊狀，這些食物泥和糞便一起，被裝入蒸煮罐中加熱至70℃，以殺滅其中大部分病原體（按照蓋茨基金會的要求，蒸煮罐的熱源完全來自處理廠收集的沼氣）。這些經(jīng)過巴氏消毒后的人類生活廢物被轉(zhuǎn)移至生物消化器，待廢物的溫度下降到合適范圍，工人向其中投入?yún)捬蹙N，消化器攪拌廢料，厭氧菌就開始分解廢物。消化器的上方有一個富有彈性的大袋子，細菌產(chǎn)生的沼氣就被收集在這個袋子里。

糞便處理廠占地僅400平方米，核心部分是一個近30立方米的生物消化器，附屬部分包括蚯堆肥箱等裝置。糞便處理廠每個月能生產(chǎn)3噸液體肥和1.5噸堆肥。該廠將這些肥料出售給農(nóng)民。糞便處理廠不但妥善處理了糞便和廚余垃圾，也不需要大量用水。

從糞便里提取飲用水

2015年的一天，在美國西雅圖北部的杰尼基全能處理站，蓋茨從水龍頭中接了一杯處理糞便后回收的潔凈水，喝了一口后他說，這杯“糞水”味道和瓶裝水一樣好。

在杰尼基內(nèi)部，污水和污泥首先被運入鍋爐煮沸。干燥的污泥又被用作加熱鍋爐的燃料，鍋爐加熱產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電，冷凝后被收集起來。這些水經(jīng)過反滲透凈化后，成為安全的飲用水。杰尼基可以依靠鍋爐蒸汽發(fā)電為輔助泵、風(fēng)扇和電動機供能，剩余的電能上傳電網(wǎng)。簡單來說，污水和污泥進去，凈水和電出來，并且全過程不產(chǎn)生臭味。正在開發(fā)的新一代杰尼基全能處理站，單站能處理10萬人的糞便和尿液，每天生產(chǎn)86噸飲用水，凈上網(wǎng)發(fā)電量250千瓦。

傳統(tǒng)污水處理廠會產(chǎn)生固體廢物。有的污水處理廠將這些廢物運到沙漠中丟棄，附近沒有沙漠的就買柴油等燃料將其焚燒掉。無論是運輸還是燃燒，都要消耗大量能源，貧窮國家無力負擔(dān)。而杰尼基處理后的廢物有足夠的能量燃燒下一批廢物。一個自給自足的垃圾處理廠有效地解決了固體廢物處理難題。杰尼基等垃圾處理廠的出現(xiàn)，讓糞便成為更有價值的商品，從而推動糞便回收。

蓋茨從龍頭中接過一杯用糞水過濾后的水，嘗了一口后他覺得味道很好。

新型廁所的出現(xiàn)引起了不少爭論。有人認為這些新廁所只是“看上去很美”，實際上沒有哪個貧窮地區(qū)能負擔(dān)得起，而且后期維護也是難題。蓋茨則表示，發(fā)達國家的廁所、污水管網(wǎng)、污水處理廠等加在一起，運行成本更高，且如果不維護則無法使用，因此不適用某些貧窮國家。只有研發(fā)出既便宜、使用成本也低的廁所，才能讓24億人用上廁所。

我們現(xiàn)有的污水處理系統(tǒng)浪費了大量的水資源和能源。2013年，英國節(jié)能信托某基金會對8.6萬戶英國家庭進行調(diào)查。結(jié)果顯示，浴廁用水占家庭平均用水量的47%，其中25%用于洗澡，22%用于廁所沖水。抽水馬桶每天使用的水量是英國人均日飲水量的十多倍。當(dāng)世界人口突破100億大關(guān)，我們還有足夠的水沖洗廁所嗎？

這場廁所革命可以給沒有良好廁所條件的國家?guī)硇l(wèi)生、醫(yī)療和社會安全方面的改善，也能為已經(jīng)普及廁所的國家節(jié)省水資源和能源。雖然我們還沒有找到理想的未來廁所方案，不過已經(jīng)朝前邁進了一大步。 （責(zé)任編輯 王川）

廁所簡史

從處理糞便這個問題上，能看出人類文明的發(fā)展歷程。

人糞落地后，立即就會吸引各種昆蟲。它們的目標是糞便中的磷和氮，以及未被消化完的蛋白質(zhì)。這些昆蟲不但吃糞便，還在糞便里產(chǎn)卵。因為糞便會成為各種病原體的棲息地，所以我們的祖先知道必須定期清理糞便，并盡可能遠離它們。

在游牧?xí)r代，人類可以拉完就走，用不著處理糞便。有時，當(dāng)他們回到以前停留過的草原，會發(fā)現(xiàn)糞便上長出了果樹或灌木，并結(jié)出了水果或漿果。久而久之，人類學(xué)會種植作物，并逐漸進入農(nóng)業(yè)文明。有了穩(wěn)定的食物來源，人類過上了定居生活。定居意味著要妥善處理糞便，于是。我們的祖先學(xué)會將糞便集中堆積在土坑中，倒入田地或河流。

中國周代在城中街道設(shè)“路廁”，漢代則稱“都廁”，都是城市管理者為百姓修建的公廁。在人口上百萬的唐都長安（今西安），收集城市中的糞便成為一門搶手的營生，人糞被運到城外售給農(nóng)民做肥料。

古羅馬人在處理污物這個問題上發(fā)揮了他們的想象力。他們在城中修建公共廁所，人們一邊上廁所一邊聊天談事。糞便和尿液落入廁所下方的水溝中，隨著持續(xù)不斷的流水被帶入城外。這也是現(xiàn)代下水管網(wǎng)的雛形。

歐洲進入中世紀后，大量農(nóng)民搬進城市生活，空間變得稀缺而珍貴。這時期糞便的處理比起古羅馬時期居然還倒退了：一到早晨，家家戶戶推開窗戶，將便盆中的污物倒在大街上。13世紀時，巴黎甚至出臺法令，嚴禁街邊樓房向下傾倒屎尿，但基本沒人遵守。中世紀歐洲大多數(shù)城市沒有公共廁所，行人隨處方便，城市臭氣熏天。

同時期，歐洲貴族和皇室的衛(wèi)生條件要稍好些，有些城堡中修建了較為完善的廁所。1595年。英國作家約翰·哈林頓將自己發(fā)明的杠桿沖水馬桶安裝在英女王的宮殿中。這是歷史上首個沖水馬桶。1775年，英國鐘表匠卡明斯給馬桶加上了自動蓄水的水箱。又過了幾十年，英國發(fā)明家布拉梅給馬桶設(shè)計了能阻止臭味的S形管。至此，現(xiàn)代抽水馬桶的要素基本上都出現(xiàn)了。

進入19世紀，倫敦等歐洲樞紐城市的人口突破百萬。這些城市擁擠不堪，四溢的污水污染了街道與河流。1831年，一場大規(guī)?；魜y幾乎讓倫敦變?yōu)樗莱恰?848年，倫敦政府強制新建房配備廁所。1865年，倫敦的下水道修建完成，至此，倫敦因霍亂、傷寒等介水傳染病造成的死亡人數(shù)大大減少。

19世紀末，一些城市開始對污水進行沉淀和化學(xué)處理。1890年，美國伍斯特市出現(xiàn)了全世界第一座污水處理廠。