一博

如何妥善處理人類源源不斷產(chǎn)生的排泄廢物，成為一個(gè)嚴(yán)肅的問題。

對(duì)于擁有70億人口的地球來說，這顯然是個(gè)不小的負(fù)擔(dān)。日前，人類排泄物通常會(huì)作為生活污水（污泥）進(jìn)入當(dāng)?shù)氐奈鬯幚硐到y(tǒng)（露天排便是另一個(gè)問題），在經(jīng)過一系列的除污和消毒處理后，走向污水處理環(huán)節(jié)的終點(diǎn)——生物固體。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，美國(guó)每年會(huì)產(chǎn)生700多萬噸生物同體。中國(guó)2019年污泥產(chǎn)量為3900萬噸，如果除去其中80%左右的含水量，余下的生物同體則有將近800萬噸。

處理生物固體的另一個(gè)手段是填埋，但這條出路也變得越來越窄。

便便去哪兒了？

一般來說，生物同體通常會(huì)面臨堆肥、焚燒、封存或填埋的命運(yùn)。以美國(guó)為例，該國(guó)每年產(chǎn)生的700萬噸生物同體中約有一半被用于農(nóng)業(yè)目的，例如為作物提供營(yíng)養(yǎng)并幫助抵抗水土流失。但最近的一些研究發(fā)現(xiàn)，這種看似具有環(huán)境口J^持續(xù)性的處理方法可能存在重大健康隱患。即便經(jīng)過處理，這些同體廢物仍可能包含激素、殺蟲劑、藥物成分以及“永遠(yuǎn)不會(huì)降解的”全氟和多氟烷基化合物（polyfluoroalkyl substances， PFAS）等污染物。這推動(dòng)了美國(guó)各地將生物固體驅(qū)逐出農(nóng)田的進(jìn)程。而荷蘭和瑞士等國(guó)，已經(jīng)推行了不允許生物固體進(jìn)入本國(guó)農(nóng)業(yè)的禁令。亨氏、德爾蒙特等大型食品公司，也在幾年前宣布停止購(gòu)入用生物固體培育的農(nóng)產(chǎn)品。

處理生物同體的另一個(gè)手段是填埋，但這條出路也變得越來越窄。來自美國(guó)杜克大學(xué)的土木與環(huán)境T程教授馬克表示，PFAS是日前垃圾填埋廠最主要的顧慮。業(yè)界擔(dān)心這種化學(xué)物會(huì)帶來難以處理的長(zhǎng)期影響，越來越多的人開始反對(duì)使用填埋的手段。此外，這種處理也并不環(huán)保。根據(jù)一項(xiàng)研究估算，2019年中國(guó)污泥處理產(chǎn)生的等效溫室氣體排放中，焚燒貢獻(xiàn)度第一（45%），排第二的就是填埋（23%）。

或許你會(huì)說為什么不用它來發(fā)展沼氣能源——因?yàn)檫@么做也面臨同樣的溫室氣體排放問題。盡管沼氣發(fā)電或?qū)⒄託廪D(zhuǎn)化為可再生天然氣已經(jīng)在全球多地廣泛實(shí)施，以中國(guó)為代表的亞洲多國(guó)和歐洲地區(qū)都建設(shè)了不少沼氣利用系統(tǒng)，后者2013-2017年利用城市和工業(yè)污水污泥制造沼氣的產(chǎn)量增加了40%。但沼氣燃燒依然會(huì)產(chǎn)生與化石燃料相同的污染物。而且在污水污泥發(fā)酵成沼氣的過程中，甲烷等溫室氣體副產(chǎn)物的逸出同樣會(huì)增加減排難度。

用來蓋房吧

盡管生物同體處理面臨著諸多困境，但科學(xué)家們沒有放棄尋找更安全、更具可持續(xù)性的新路徑。

2019年，來自澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)的T程師們將這些來自人類排泄物的生物同體加進(jìn)了建筑用磚里。要知道，全球每年平均生產(chǎn)1.5萬億塊磚，這需要31.3億立方米的粘土，相當(dāng)于從地面上挖1000多個(gè)足球場(chǎng)那么大、深度超過440米的大坑。工程師們從兩個(gè)當(dāng)?shù)氐奈鬯幚韽S中獲得了三種生物同體，將它們與粘土混合，制成了生物同體含量在10%-25%的“糞便磚塊”。

研究者們測(cè)試了這些“糞便磚塊”的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，發(fā)現(xiàn)了一些傳統(tǒng)磚塊不具備的特殊性能。比如，所有生物固體磚都顯示出更低的熱導(dǎo)率，這意味著它們能夠帶來一定程度的隔熱效果。此外，由于生物同體磚的有機(jī)物含量高，因此燒制過程中耗能更少，25%生物固體磚的生產(chǎn)耗能僅有普通磚塊的一半。

不過，有機(jī)成分也帶來了一些缺點(diǎn)。生物同體的可燃性會(huì)讓磚塊在燒制時(shí)產(chǎn)生氣孔，這降低了它們的密度并增加r收縮率。雖然研究顯示生物固體磚的抗壓強(qiáng)度高于大多數(shù)低層建筑要求的強(qiáng)度，但仍然沒有普通磚塊那么結(jié)實(shí)。研究人員表示，雖然“糞便磚塊”顯示出了一些綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，但仍需要進(jìn)行更深入和全面的研究分析，才有可能進(jìn)人大規(guī)模使用的考慮范圍。

生物固體含量在10%-25%的“糞便磚塊”

賽德龍公司網(wǎng)頁(yè)截圖

變成飲用水

是的你沒看錯(cuò)。這些來自人類的廢物最終還可能變成清潔可飲用的水，回到我們體內(nèi)。這項(xiàng)技術(shù)其實(shí)并不年輕，新加坡早在20年前就已經(jīng)開始將污水和雨水一起混合處理，在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后流進(jìn)各家各戶的水龍頭。上世紀(jì)70年代，美國(guó)加利福尼亞州出現(xiàn)了第一批將污水轉(zhuǎn)化為飲用水的生產(chǎn)線。2018年，這間世界最大的污水一飲用水處理廠將4億升污水轉(zhuǎn)化成r飲用水，創(chuàng)下了世界紀(jì)錄。

近年來，科學(xué)家們開始研發(fā)不需要大規(guī)模生產(chǎn)線也能將污水轉(zhuǎn)化為凈水的便攜式設(shè)備。誕生于美國(guó)杜克大學(xué)的超臨界水氧化反應(yīng)器（Supereritical Water Oxidation，SCWO）就是技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物之一。SCWO小到能被裝進(jìn)一個(gè)貨運(yùn)箱，但卻能以371℃、240倍大氣壓的條件將生物同體迅速燃燒，并且不會(huì)產(chǎn)生常有的溫室氣體排放。幾秒鐘后，它就會(huì)產(chǎn)出清潔水、電能，以及能夠用作肥料的礦質(zhì)養(yǎng)分。利用這項(xiàng)技術(shù)，杜克大學(xué)的研究人員希望將SCWO發(fā)展成能夠應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的商用模塊。目前，他們?cè)O(shè)計(jì)出的模塊每天可產(chǎn)生近十萬升蒸餾水，如果順利，SCWO將進(jìn)入美國(guó)和美國(guó)以外的社區(qū)，幫助人們應(yīng)對(duì)衛(wèi)生問題和水資源短缺的挑戰(zhàn)。

2015年，美國(guó)賽德龍技術(shù)公司將污水污泥處理設(shè)備引入了塞內(nèi)加爾，運(yùn)行第一年就處理了700噸糞便污水。當(dāng)?shù)匾患噎h(huán)衛(wèi)公司準(zhǔn)備引入這套技術(shù)，讓更多的地方更好地解決廢物再利用的難題。這個(gè)處理設(shè)備除了能夠?qū)⒓S便污水轉(zhuǎn)化為熱能、電能以及接近飲用水級(jí)別的凈水，還可以就近連人當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，直接將電力輸送給社區(qū)居民。