我原想研究乾淨的水,結果在廁所里越走越遠……
2020年10月31日10:18

  文章來源:我是科學家iScientist

  廁所的覆蓋率逐漸在增加,那麼反映到我們的兒童死亡率上,這個死亡率是在逐年下降的。這是一個大好的事,也給我們很多動力,去堅持不懈地做廁所的事情。

  我的教授“忽悠”說這個廁所很重要,他說廁所問題解決了,我們社會的可持續發展就能實現,我就進入廁所研究裡面了。

  未來,我們希望有一部分技術能夠真正實現產業化,能夠真正變成商品,能夠讓大家像現在購買電器一樣,能把整個廁所繫統購買回去,特別是像農村這種需要有對接的處理系統的地方。

  2020年9月20日,“我是科學家”第26期演講現場,北京科技大學能環學院環境科學與工程系主任、比爾及梅琳達·蓋茨金基會中國區廁所創新大賽項目主持人李子富帶來演講:《我原想研究乾淨的水,結果在廁所里越走越遠……》。

  以下為李子富演講實錄:

  大家下午好,我是李子富。看到這麼多小朋友對科普感興趣,我非常高興,也希望儘可能用小朋友能懂的語言來講科普。

  我為什麼會去研究廁所呢?

  大家看到這張照片是不是很熟悉。這是誰,你們都知道對吧。這是2018年,比爾·蓋茨正在北京召開的新時代廁所博覽會的開幕式上做一個主題演講,他手裡拿了個杯子。

  杯子裡是什麼?

  是屎。

  這是真的。是我的研究生幫他取的——當然,拿到桌子上以前做了消毒處理。

  在如此重要的會議上,他為什麼要拿測試糞便放在桌上?

  因為它很重要。

  比爾·蓋茨是搞計算機的,我們可能每天都在使用他最早開發的軟件。但他為什麼要去做廁所,做跟糞便打交道,為什麼不怕臭不怕髒呢?因為它關係到每個人。

  每個人都和廁所有關,每個人都和糞便有關係。

  比爾·蓋茨先生在成立了基金會以後,經過調研,認為解決廁所問題就能解決人類的健康的問題。他希望通過基金會所研發出來的技術,能夠使糞便轉變成有用的物質,能夠把糞便的水變成乾淨的水、能喝的水。

  那麼他現在喝的水,你知道是從哪來的嗎?

  真的是糞汙處理後產生的水。

  我們的技術是可以做到的。當然,按現在的技術水平,我們做這件事還有很大的挑戰,比如它成本很高,技術很複雜。所以我們要去創新、簡化這個技術。

  糞便裡面含有很多的東西,世界衛生組織的報告顯示,每克的糞便所含有的致病細菌、病毒量非常大,一克糞便含有的細菌數量可能有上百萬,甚至上千萬。所以如果我們不去控制它,讓它隨意排放,會對我們周邊的環境,對周邊的人產生健康威脅。

  既然這麼重要,廁所是什麼一個情況呢?

  回顧人類歷史,其實廁所的歷史非常短暫。在人類歷史上很長的階段,我們都是露天如廁。

  歷史的長河中有了廁所,是在2000年前左右,比如說古希臘考證出來的廁所。還有中國漢代的夜壺,距今也有2000年的歷史。但這個時候廁所的數量非常少,能夠使用廁所的人數微乎其微。可能達官顯貴、皇親國戚才有資格去使用。

  我們國家使用廁所的歷史非常短暫。

  可能年長的人會熟悉北京市的全國勞動模範時傳祥。在50年代,掏糞還是用人工背糞桶的方式。在70年代的上海,每天早晨起床以後,媽媽們首先要幹的事就是拎著糞桶到公共廁所去把它倒了,然後去刷馬桶。

  那個時代我們國家的公共廁所,是一個不堪回首的記憶——臭氣熏天,污水橫流,蒼蠅亂飛。但是上廁所其實又是一個很私密的事。

  咱們都是文雅的人,通常我們講廁所的時候,很多人不講我去大便,我去小便。在從事廁所的群裡,還有的人用“雪隱先生”。開始我也不明白,後來發現“雪隱先生”就是“廁所先生”,干跟廁所有關的事。

  既然廁所有這麼多的替代詞,說明它其實非常重要,和人人都相關。我們想像的現代廁所,都是很乾淨很整潔。那麼從全球的角度來說,為什麼比爾·蓋茨要做這個事?

  因為到現在為止,全世界還有8億以上的人口沒有廁所。

  使用不衛生廁所的人口更多,有的統計數據顯示是20多億。這個數據也在動態變化。

  這種不衛生的廁所會產生什麼問題?

  從科學的角度看,糞汙滲入地下會攜帶病毒、病原體。如果廁所和取水的地方距離不遠,或者是上下遊的關係,就會汙染水源,導致供水不安全,影響到人的健康,進而導致人生病、生活質量下降。

  那麼到底有多大的影響呢?

  聯合國的統計數據表明,由於水和衛生有關的腹瀉問題,全世界每天有將近1000名兒童死於相關疾病。這個量非常巨大,幾分鐘就有一個生命就消失了。

  所以我們要去做這個事,我們認為它和全世界人類的健康息息相關。

  有人會問,你這麼說有什麼依據?

  科學是要有數據說話的——這是世界衛生組織、聯合國兒童基金會提供的數據,有些國家可能只有10%的人口有衛生廁所。當然在更發達的國家,也有100%的人口都擁有衛生廁所。

  擁有的廁所的數量不一樣,導致了什麼結果呢?

  圖中最左邊的1000個兒童,5歲以下的死亡人數高達近300個,但如果是到了100%有衛生廁所的這邊,死亡人數幾乎就是0了。這是用大數據證明了廁所和人類健康的關係——衛生廁所的數量越多,兒童的死亡率越低。

  大家聽說過千年發展目標嗎?

  2000年聯合國的189個成員國承諾,要減少沒有廁所的人口數量。但經過2000年到2005年的努力,實際上整個世界還是錯過了千年發展目標的衛生指標——本來要達到77%,但實際只達到了68%。

  沒有做到怎麼辦?

  聯合國所有的成員國又做了一個可持續發展目標。前面沒解決,現在還需要去解決它,甚至要解決得比千年發展目標更好。

  更好是什麼?

  就是要所有的人都能擁有糞物安全處理的廁所繫統。

  這是一個很有挑戰,也很有野心的目標。

  儘管在實現這個千年發展目標的進程中,最終的目標沒有實現,但是廁所的覆蓋率還在逐漸增加。反映到兒童死亡率上,即是死亡率的逐年下降。這是一個大好事,也給我們很多動力去堅持不懈地做廁所的事情。更好的消息是——我們國家在千年發展目標里發佈了白皮書,宣佈中國滿足了千年發展目標的要求。

  但是中國以前對衛生廁所的認識還比較簡單。當時對衛生廁所的定義,其實是非常的文字性的描述,但科學需要很多定量的東西。由於這個原因,全國愛衛辦就提出了一個無害化衛生廁所的國家的標準。

  愛衛辦推薦了6種不同的廁所。第一種,三格化糞池。其實它的廁所還是水衝,只不過進入到後端是不一樣的。三個格的目的是要把糞便儲存在裡面,然後對它進行無害化處理,減少裡面的病菌。雙甕漏鬥也是類似的原理。

  三聯式的沼氣廁所,它是利用一些生物技術,來加快或者強化無害化的過程。

  還有糞尿分離式的廁所,它把糞便和尿液單獨收集。這樣的好處是什麼?尿液本身不是很臭,而且它裡面的致病微生物很少,所以它處理起來就容易。糞便單獨處理時,體積非常小,很容易處理。

  還有像我們城市一樣,把糞便的污水排到下水道里,然後通過下水道輸送到污水處理廠。

  6種不同的類型,在實際應用中,三格化糞池是用的最多的。

  為什麼多呢?

  針對目前中國的情況,一是用水衝廁所,大家比較習慣,和城市沒有區別;二是三格化糞池相對成本比較低,農戶比較容易接受。

  因為這個原因,2019年國家農業農村部組織專家編製了國家標準,把這種廁所類型進一步標準化。我也是作為農業部農村廁所建造的標準委員會的專家,參加了標準的評審工作。

  這種廁所實際上還是存在很多問題——從廁所的衛生角度,我們認為衝洗的過程還需要更好地控制。未來還有很多工作要做。

  我們團隊也在堅持做廁所的創新,希望通過我們的創新,提升或者替代現有的廁所,能夠把衛生水平、對環境的保護更好地實現。

  這個中國地圖表明我們有很多的汙染物沒有處理好,就會進入到湖泊裡面。這個地方講的是磷會到我們的湖泊里。如果沒有處理好,氮也會到湖泊里去,也會到各種水體里去。

  大家可能清楚種莊稼需要什麼,除了要種子以外,還需要肥料。

  糞便可以做肥料,但是要處理,保證它安全。還有氮肥、磷肥、鉀肥,我們種莊稼的時候加了這些肥料,長成了糧食,長成了蔬菜;或者通過喂飼料,養成了雞鴨魚肉。這些元素都進到你的家庭,然後90%又跑到糞便里去了。

  如果我們沒有把這些排泄物處理好 ,這些東西就全部進到了水體里,汙染了水體。所以我們現在城市裡面的水,可能經常會看到有黑臭的,有一些長了藻類的水。

  解決糞便的問題,實際上是解決了水的安全問題。

  可能大家現在對氣候變化的體會各不相同。有的人可能體會敏感一些,比如發現今年下雨下得特別多,很多地方被洪水淹了,還有夏天又特別熱,溫度很高。我們的氣候在發生變化,這個變化是什麼原因造成的?

  一方面可能自然的一個現象,另外很重要的一個方面,是我們人類的活動,排出了很多能夠造成氣候變化的氣體。

  化糞池如果沒有處理好,會排出很多溫室氣體。溫室氣體除了二氧化碳還有更多其他的東西,比如說甲烷。同樣的排放量,1噸甲烷所產生的溫室效應是相當於25噸二氧化碳所產生的,這個量就巨大了。所以我們要考慮它對社會的影響。

  這張照片是我和我在德國的博士生導師照的,這讓我想起了在德國求學的經曆。

  我在去德國以前,主要從事跟自來水有關的研究和技術工作。上世紀90年代末,我獲得了德國的一個學術交流中心的獎學金,到德國留學,學習水資源管理專業。

  當時,我還想用計算機去模擬去做污水廠的優化。就像蓋茨先生一樣,在辦公室裡面,有空調有水喝,坐在那裡多清閑多舒服。

  但是到了我教授的這地方,他“忽悠”我說廁所很重要。廁所問題解決了,我們社會的可持續發展就能實現。於是,我就進入了廁所的研究里。

  他是我的進入廁所的引路人,也是這個領域國際上最知名的專家之一。

  推進廁所的改進,教授講的道理非常淺顯易懂——我們通常把糞便直接排到污水處理廠,從城市的角度是把它給破壞掉了,花費能量,還要投入很多錢。但他希望糞便的利用,因為種植糧食所需的很多化肥,要花很大的代價去生產。

  如果我們能夠把它進行資源化的回收,就可以實現循環利用,減少化肥的生產。

  化肥的生產需要大量能耗。比如生產磷肥,需要開磷礦,而且按照現在的估計,全世界儲存的磷資源量實際上在逐漸減少。悲觀一點的科學家預測,目前的磷的含量可能只能供人類使用50年。沒有磷了,就意味著沒有糧食了。所以從我們現在就要考慮怎麼樣去保持物質的可持續利用。

  要留給下一代的東西,我們不能提前消耗掉。

  這是非常重要的可持續發展的理念,所以教授講的話很快就打動了我。我們在後來的學習研究過程中,不管是在會議上還是在飯桌上,討論屎尿,大家津津樂道,沒有任何障礙。

  我們的這個想法和蓋茨基金會的理念是相同的——希望通過創新的技術,把所有的糞汙轉變成有價值的物質。這個想法可以實現,但是目前實現它還是要耗費大量的資金,大量的能源的,所以我們希望通過創新把投資和能耗都給它降下來。

  這個工作非常艱難,所以我現在講給小朋友,希望你們未來能夠來傳承,能夠繼續我們這個工作,把我們的工作能夠做得更好,使它能夠造福人類,造福全世界。

  我回國以後積極的參加國際合作項目,經常會組織一些國際合作的國際會議。

  最左邊的是我參加的一個國際合作項目,在尼泊爾。那是一個高海拔的地區,最低的地方大概是在2000米。

  第二個項目是在蒙古的烏蘭巴托。可能大家都知道,蒙古由於礦豐富,很多過去的遊牧民族,慢慢也定居在烏蘭巴托的城市周圍。這個地方原先沒有廁所,所以他們的廁所非常簡陋。其實就是一個坑,有三米深,上面架兩根木頭,坑下面都是屎和尿。

  我們團隊和蒙古當地的合作夥伴一起考察,不僅僅是屎尿的問題——看我們穿的什麼服裝,這可是零下25度的寒冷地區。

  第三張圖是我和瑞典斯德哥爾摩環境研究院合作,我在斯德哥爾摩參加世界水周的大會。我和他們在一起在合作,也是在做屎尿糞汙的處理問題,包括廁所的問題。

  最後一張照片是我在巴黎的聯合國教科文組織的總部,在討論糞霧處理的一個培訓材料。教科文組織主要是做文化和培訓、教育這方面的工作。

  這張照片是我和蓋茨基金會結緣的一張照片。

  2011年8月,我在斯德哥爾摩參加世界水周大會的時候,我們的合作夥伴——瑞典斯德哥爾摩環境研究院的同事,推薦我認識了比爾·蓋茨基金會的高管弗蘭克·瑞斯菲爾曼先生。在和他的交流中,我介紹了中國的情況和我們團隊的工作,他非常感興趣。

  到了10月份的時候,他到中國來考察,我介紹他認識了我們中國的環境領域的相關的科研機構、高等院校以及相關的公司。通過考察,他對我們國家的厭氧沼氣處理技術非常感興趣,認為中國的技術經驗豐富,使用了很多年,也有很多性價比高的公司,所以他想要跟我們合作。當然,當時並沒有確定合作,因為他在考察的過程中,還是在尋找合作夥伴。等到了11月份,他又繼續跟我聯繫,希望跟我們合作。

  最終,從11年開始,我們和比爾及梅琳達·蓋茨基金會結緣,開始了合作。到12年的時候,我們組織了中非國際沼氣技術研討會,用沼氣技術處理糞汙。因為非洲的衛生廁所覆蓋率更低,糞汙更沒有好好處理,所以我們希望用這個技術來減少糞物處理的困難。

  我在12年也率領中國代表團到西非去考察。在蓋茨基金會的支援下,我們和中國的工程公司一起為西非建造了最大的糞汙處理工程。這個工程一天可以處理300~400噸的糞汙。處理完以後,既能產生電,也能產生熱,還可以生產有機肥。

  有機肥不是傳統意義上工業的這種化肥,所以在非洲影響非常好。包括對我們國家的影響也很積極。布基納法索大家可能知道,最近兩年才和我們建交。其實建交之前,我們就在協助這個工作。

  到2013年的時候,我們和基金會合作廁所的創新大賽。左上角這個圖是在中國對外友協的禮堂裡面,在中國對外友協的支援下,我們在那邊召開了啟動會。

  做大賽的目的是什麼呢?

  基金會希望利用中國的研發的能力,中國的生產製造能力,來生產出性價比高的這種廁所,能夠服務於全世界,特別是發展中國家,解決衛生廁所覆蓋率低的問題。

  後期我們又做了第二輪大賽,專家的委員會篩選了10個創新團隊來做不同的新型廁所的研發。國內的一些頂級的大學和研究單位、工程公司、有創新能力的公司,都參與到了廁所技術的創新中。

  在這個過程中,我們也鼓勵大學生參加廁所創意大賽,做一個概念性的設計。這個大賽有100多所高校的學生參與進來,包括中國科技大學少年班的同學,搞了一個“飛的翔”。開始我不知道“翔”是什麼意思,後來發現“翔”就是糞。

  搞創新大賽必須要有標準。

  這是蓋茨基金會針對新型廁所提出的,從舒適度上、衛生安全、資源化、經濟上面提出了一系列的要求。你要創新,但需要滿足這些要求才能夠獲得基金會的支援。

  經過幾年,實際研發出了很多新的技術,比如說不需要水衝的廁所。有的廁所可以採用非常少的水,還有可以在廁所裡面就把所有的糞汙處理掉,變成碳、變成能源、變成熱等等。

  各種各樣的技術,都已經在研發。未來,我們希望有一部分技術能夠真正實現產業化,能夠真正變成商品,能夠讓大家像現在購買電器一樣,能把整個廁所繫統購買回去,特別是像農村這種需要有對接的處理系統的地方。

  不僅僅在中國,在全世界,我們希望能夠通過這樣的一個努力,為聯合國的可持續發展目標能夠做出貢獻。

  除了這個標準,國際上有一個ISO 30500的廁所標準,它也是針對我們要研發的廁所提出了一些控制的指標。這個標準有40多個國家的代表去參加編寫,表明它還是非常重要的,也受到了各個國家的關注。我也是代表中國參加了標準的編寫。這裡面最後一張照片,就是我們這個標準最後完成的時候,40多個國家的代表的一個合影。

  這個標準要幹什麼?

  它要測安全性、可靠性、處理能力等等。從它的對環境的影響上面,要考慮它產生的固體、液體、氣體會不會對環境有影響,甚至噪音會不會對環境、對使用者有影響。包括異味的問題,所有這些都要進行控制。

  新冠疫情期間,大家也都聽說了糞口傳播的問題,就是疫情可能會通過糞便傳播。所以我們也積極參與到裡面。

  我記得比較清楚,2月4號武漢正好在建方艙醫院,方艙醫院實際上都在體育館,廁所的量是很少的。有個武漢環保局的朋友給我打電話:

  長期居住這麼多人,廁所問題怎麼解決?

  現有的辦法就是要用移動廁所。但是大家可能都使用過移動廁所,移動廁所很多是無水的旱廁,往往人和糞之間的隔離效果比較差。臭味不是最重要的,重要的是我們說的氣溶膠這種傳播風險。

  在時間很短的情況下,我們提出了一些建議,要做分類管理、人糞隔離,然後還要分開進行處理。

  同時,我也參與了針對疫情的廁所標準的編寫,包括排水系統、風險的控制等問題。

  進了廁所領域以來,我就跟廁所結了緣,而且越走越遠。

  在國際上我們也積極的參與這方面的技術合作。16年的時候,在希臘雅典的國際水協的會議上,我也受邀做大會的報告。我們團隊提出了一個思路,認為廁所革命應該是一個積極演進的過程。這個過程是一個不斷提升的,沒有指定的過程,還有很多很長的路要走。

  未來,我們還要堅定不移的在廁所的路上繼續走下去,直到我們的廁所問題解決,我們的社會進入了可持續發展的狀態。我想這個路還很長,我可能做不完,還希望在座的年輕一代繼續下去,把我們的社會建設得更美好。

  謝謝大家。

  演講嘉賓李子富:《我原想研究乾淨的水,結果在廁所里越走越遠……》 | 攝影:VPhoto

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