粪便的新经济

在卢旺达基加利郊外，满载人类排泄物的化粪池卡车颠簸着，在橙色的泥土路上颠簸，最终到达目的地：恩杜巴垃圾填埋场。直到最近，卡车还会将其内容物倾倒到巨大的露天坑中。但自 2015 年以来，身穿绿色工作服的工人们在成排的棚屋和塑料顶温室外迎接他们，准备将粪便污泥加工成干燥的粉末状燃料。

该设施名为 Pivot，其创始人是阿什利·穆斯普拉特，一位卫生工程师，曾在加纳、肯尼亚和卢旺达生活了七年多，去年才搬回美国。穆斯普拉特坚称 Pivot 不是一家处理厂。它是一家企业。其产品为当地水泥厂和砖厂等行业提供动力。“我将我们描述为一家兼具卫生和可再生燃料的公司，”穆斯普拉特说。“我们的模式真的是建造工厂。”

穆斯普拉特是一群不断壮大的企业家中一员，他们试图解决公共卫生领域最大的挑战之一——恶劣的卫生条件——并从中获利。世界卫生组织和联合国儿童基金会在 7 月发布的一份报告称，全球有 28 亿人（占世界人口的 38%）无法使用下水道，只能将粪便排入化粪池和坑式厕所（参见'各国卫生状况'）。这些设施经常溢满，或者在清空时没有考虑到安全。有人估计，到 2030 年，使用化粪池和坑式厕所的人数将增至 50 亿，与此同时，国际上对水和卫生设施的援助预计将减少。荷兰 IHE 代尔夫特水教育研究所的环境工程师克莱尔·弗隆说，千年发展目标等引人注目的倡议在“让人们坐上马桶或脚踏蹲便器”方面做得相当不错。“但这些厕所都满了。我们该如何处理？”

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穆斯普拉特和其他人有一些答案。制造肥料或燃料是最显而易见的，但研究人员和企业家正在探索其他用途。有些人正在干燥床中种植植物，或者在设施通常用于处理污泥的人工池塘中饲养鲶鱼。另一些人正在干燥污泥，并将其掺入水泥和砖块等建筑材料中。除此之外，一些公司正在探索污泥中的某些脂肪酸是否可以为生物塑料和工业化学品提供重要成分。以粪便为食的幼虫正在被压榨以制造工业用油，未来它们可能会被用作动物饲料。

这些方法反映了对污泥处理的重新思考——从一开始就考虑到最终产品，而不仅仅是公共卫生。西雅图比尔及梅琳达·盖茨基金会水、卫生和个人卫生项目副主任杜莱耶·科内说，卫生设施的经济模式也在发生变化，正从完全的公共服务转变为至少部分由私营企业运营，这些企业正在粪便中发现价值。他说，在旧模式下，“没有机会出售任何东西，然后政府必须支付运营成本。一旦预算枯竭，每个人都会陷入困境。”因此，发展中国家的许多处理厂现在都已被废弃。

弗隆警告说，资金不是废物再利用倡议失败的唯一原因。许多有前景的项目遇到了阻力，因为它们未能解决文化因素，而文化因素可能会影响人们的接受程度，无论是厕所使用者还是国家政治家。这可能是像对人类粪便的负面态度这样发自内心的东西，或者是不愿意使用旨在以可用形式收集粪便的新型厕所技术。穆斯普拉特和其他人转而处理现有坑式厕所和粪坑中发现的污泥，以防止他们的工厂被忽视或变得维护成本过高。“对我来说，驱动力是试图找到一种方法，避免在非洲大陆各地出现白色大象。”

人力资源

有些人无需说服就能认识到污泥的好处。在加纳，一些肥料短缺的农民要求化粪池卡车司机将他们的货物倾倒到他们的田地里，他们在那里使用传统方法堆肥，然后将其撒在小米和玉米（玉米）上。但是，这种为农作物提供的营养促进剂对食用和照料农作物的人们构成了风险：浆液未经安全处理，增加了农产品传播伤寒、霍乱、蛔虫和各种其他可能导致腹泻的病原体的机会，并可能导致贫血和营养不良。在幼儿中，反复接触可能会影响身体和认知发育。

即使这些农民没有在粮食作物上使用污泥，疾病可能仍然是一个问题。加纳只有不到 5% 的人使用下水道，污泥处理设施也很少；大部分污泥最终被倾倒在沟渠或大海中。

从技术上讲，将污泥转化为肥料并不是一件难事，但由于市场价格便宜，很难盈利。全球许多废水处理厂，包括美国，生物固体是处理后污泥的常见副产品，都会免费赠送生物固体，以避免处置成本。然而，在加纳首都阿克拉以东的城市特马，一家新工厂刚刚售出了首批 50 公斤装的肥料袋。在阿克拉国际水管理研究所 (IWMI) 办公室工作的商业经济学家索罗米·格布雷兹加布尔说，该业务应该在三年内实现盈利。

特马工厂使用一种同时处理污泥并堆肥的工艺。它以加纳阳光为动力，比使用干燥和加热机器的堆肥方法消耗的能源少得多。但这需要大量的空间和时间，而且可能会更臭。在大约最初的十天里，来自私人住宅和公共厕所的污泥在沙床中干燥，沙床允许水分排出并蒸发掉。然后将其与锯末或食物垃圾混合，转移到带顶棚的棚屋中。工人们定期翻动它，并且由于天然微生物的作用，它会在两个月内分解。在此过程中，它的温度足够高，可以杀死病原体。然后将其摊开冷却和成熟。格布雷兹加布尔说，这种廉价的工艺适合加纳的条件。“它不必是高科技的。”

该团队向潜在客户推销了这种笨重的土壤添加剂，它可以改善贫瘠土壤的物理特性（例如保水能力），但不会显着增加养分供应。当格布雷兹加布尔与农民交谈时，许多人都不感兴趣。因此，她和她的同事混合了硫酸铵或尿素以增加更多养分，并将其压缩成更易于管理的颗粒。对于那些对使用污泥制成的产品感到不安的农民，该团队获得了政府安全认证。这次农民们非常热衷。“他们对此感到非常兴奋，因为它包含了他们正在寻找的一切，”格布雷兹加布尔说。政府将该产品（名为 Fortifer）纳入其肥料补贴计划，这又是一个推动力。

有了产品和潜在买家，IWMI 团队与地区政府和一家位于阿克拉的名为 Jekora Ventures 的私营当地废物管理公司合作。该工厂于 4 月份开业，满负荷运转后，每年将处理约 65,000 至 100,000 人的废物，生产 500 吨肥料。一旦工厂实现盈亏平衡，该公司将开始与市政府分成利润。格布雷兹加布尔说，其目的是利用这些资金来改善卫生条件。她正在与其他地区的 IMWI 团队合作复制这种模式，首先从斯里兰卡开始。她说：“通过不太复杂的技术，可以在发展中国家设计出具有商业可行性的商业模式。”

废物发电

污泥中也蕴藏着能量。加拿大汉密尔顿联合国大学 2015 年的一份报告称，如果将每年产生的所有人类粪便转化为沼气，将可以为超过 1.38 亿户家庭提供电力。剩余的浆液可以干燥成类似木炭的燃料，供另外 13 万户家庭使用。在 Pivot 的工厂，工人们制造固体燃料。他们通过微滤网从污泥中去除大部分水分。然后他们将其摊铺在温室中晾干。最后，他们在以废纸板为燃料的热干燥机中进一步干燥和消毒。穆斯普拉特说，最终产品以粉末或颗粒形式提供，其能量比其他生物质燃料（如锯末或咖啡壳）高 20%。

Pivot 将其燃料出售给水泥和砖制造公司，这些公司永不熄灭的熔炉和窑炉对 Pivot 生产的燃料有着持续的需求。主要客户通常是国际公司，他们重视污泥作为一种可再生能源，可以用来替代煤炭。Pivot 有望实现运营成本的盈亏平衡，但它仍然依赖于少量外部支持。其在垃圾填埋场的场地是市政府捐赠的，基础设施建设费用由赠款支付。瑞士联邦水科学与技术研究所 (Eawag) 位于迪本多夫的环境工程师琳达·斯特兰德说，期望从污泥回收中获得巨额利润是不现实的。“如果真能赚大钱，我们早就开始卖屎了，”她说。她说，大多数项目预计可以收回年度运营成本的 10-20%。这没问题，因为至少在赚一些钱的同时，他们将污泥重新定义为有价值的东西，需要更加小心地处理。

具有讽刺意味的是，Pivot 面临的主要障碍是污泥供应不足。理论上，像基加利这样至少有一百万人口的城市应该能够为其提供污泥，但没有人从难以到达的非正规居民区的坑式厕所中运来污泥。在非正规居民区，三分之二的人口居住在那里，无证工人只是用铲子挖出坑式厕所，然后将里面的东西倾倒到附近的沟渠或水道中。

因此，Pivot 开始了一项副业，为居民区提供安全的抽水服务。事实证明，这项服务很受欢迎，但部分原因是由于厕所没有衬砌且容易泄漏，穆斯普拉特说，“我们从坑中获得的量相对较少，因此它并没有像我们希望的那样成为粪便污泥的意外之财”。Pivot 计划开始研磨其他种类的可燃废物，以与其燃料混合。与 IWMI 一样，Pivot 也计划在整个非洲和印度扩张，在印度，由于政府的倡议，数百万以前在露天排便的人正在建造厕所。“我们的最终使命是成为市场上城市粪便污泥处理成本最低的供应商，”穆斯普拉特说。

从粪便中获取甘露

2000 年霍乱爆发后，包括南非德班在内的 eThekwini 市政当局在其郊区农村地区安装了超过 85,000 个尿液分流式旱厕。分流的尿液渗入地下，当局要求住户将固体物掩埋在自己的土地上。但是掩埋对于越来越多的老年人来说是一个负担，而且人口密度越来越大意味着可供掩埋的土地越来越少。即使粪便在地下分解，病原体存活的时间也比预期的要长得多。泰迪·贡登和他在水务和卫生部门的同事希望开始收集废物。“但我们该如何处理它呢？”他想知道。它比污水更固体，会堵塞城镇的废水处理厂。由于缺少尿液，它没有足够的养分来制成优质堆肥。在危险废物处理场处置将非常昂贵。

然后贡登和他的同事听说，某种蝇类可以生产出比堆肥更有价值的产品。苍蝇通常是一种健康危害，因为它们既以人类粪便又以食物为食，在来回飞舞的过程中传播病原体。但是黑水虻（Hermetia illucens）原产于热带气候，情况有所不同：它在幼虫阶段贪婪地进食，幼虫阶段它或多或少地呆在一个地方，而成虫阶段则完全不进食，这使其健康风险大大降低。

开普敦一家名为 AgriProtein 的公司将这种苍蝇用于处理食物垃圾。它开发了工厂来利用这种苍蝇的特殊习性。该公司在笼子里饲养苍蝇，在育苗室孵化卵，然后将幼虫转移到食物垃圾中，幼虫在那里尽情享用。孵化两周后，幼虫自然会离开垃圾化蛹，使它们和剩余的堆肥都易于分别收获。工厂将幼虫脱水制成动物饲料或提取脂肪油，脂肪油的用途广泛，从化妆品到生物柴油。剩余的有机物成为土壤改良剂。去年，AgriProtein 开设了首家工业规模的此类工厂，并计划紧随其后在全球范围内扩张。

由于食物垃圾处理工艺运行良好，该公司将目光投向了一种更棘手的原料——人类粪便——以 BioCycle 的名义开展业务。该公司联合创始人兼董事大卫·威尔科·德鲁说，幼虫对待新食物就像对待旧食物一样。在 eThekwini 市政当局的合作下，并在比尔及梅琳达·盖茨基金会的支持下，该公司于 2016 年底在德班一家废水处理厂的厂区内开设了一家试点工厂。

德鲁说，这种材料本身已被证明非常棘手，因为厕所使用者扔进去了各种垃圾。他对某些人的独创性感到惊讶，因为厕所并不完全是露天坑。“你怎么能把一部旧电话塞进 U 型弯管里？” BioCycle 还意识到与污泥相关的健康风险，因此调整了其食物垃圾处理工艺以适应新的输入。它对病原体和重金属进行了彻底的测试。而且，该工厂没有生产用于农业的产品，而是将幼虫压榨成油，并将剩余的有机物压制成固体煤球，两者都用作燃料。

从尿液分流式厕所运来的物料于今年 7 月下旬开始交付。满负荷运转后，该工厂每天将接收 40 吨来自尿液分流式厕所的物料，然后将其与食物垃圾混合。“这是迄今为止最大的粪便昆虫养殖场，”德鲁说。

通过进一步研究，黑水虻可以处理城市下水道系统的污水污泥。“潜力巨大，”贡登说。其他政府“基本上都在等待观望结果”。

为了让各地市政当局更容易加入污泥利用的行列，斯特兰德的团队开发了一本小册子和在线课程，以帮助当地工程师设计能够生产适销产品的系统。为了更好地了解此类系统的输入，由德班夸祖鲁-纳塔尔大学的研究人员领导的一个国际团队正在开发用于表征粪便污泥特性的标准方法和程序，例如水分、垃圾和病原体含量，以及营养和热值。

德鲁说，每个人都会排便。他梦想有一天，“世界上的每个公民都能为我们的供应链做出贡献”。

本文经许可转载，并于2017 年 9 月 13 日首次发表。