化腐朽为神奇：如何挖掘排泄物中的新商机？如果一年产生的所有人类排泄物都被转化

原文以The new economy of excrement为标题

发布在2017年9月13日的《自然》新闻特写上

原文作者：Chelsea Wald

商人们尝试将人类排泄物转化为肥料、燃料甚至动物饲料，可谓生财有道。

在卢旺达首都基加利的郊区，一辆辆装满人类排泄物的化粪车正驶向它们的最终目的地：Nduba垃圾填埋场。之前，这些排泄物都被倒在巨大的露天坑里。但是从2015起，人们可以看到在一排棚屋和盖着塑料顶的温室外面，一群身着绿色工装的工人严阵以待，准备将它们加工成干燥的粉末状燃料。

Source: WHO/UNICEF

Muspratt等人有答案。最明显的莫过于生产肥料或燃料，但是研究人员和企业家也在探索其它可能。有些人在干化池里种植物，或在通常用来处理粪泥的人工池塘里饲养鲶鱼。另一些人则设法干化粪泥，将其用于水泥和砖块等建筑材料中。除此之外，一些公司在研究粪便中的某些脂肪酸是否可用于生产生物塑料和工业化学品。以粪便为食的昆虫幼虫被压榨出油，用于工业生产。在未来，它们还可能被用来生产动物饲料。

这些方法反映了处理粪便的新思路——从一开始不仅仅要考虑公共卫生，也要考虑最终产品。盖茨基金会水源、卫生与清洁项目的副总监Doulaye Kone说，卫生工程的经济模式正在发生变化，从一项纯粹的公共事业变为至少部分地由私企经营的营利性业务。他说在旧模式下，“没有任何商业销售机会，政府必须支付所有的运营成本。一旦预算花完了，所有人都有麻烦了。”所以，许多发展中国家的粪便处理厂处于荒废状态。

Furlong警告说，资金短缺并非废物变宝行动中断的唯一原因。许多前景可观的项目因为没有考虑到文化因素而遭到抵抗。文化因素能够影响人们对项目的支持率，无论是普通民众还是国家政客。有些人可能对人类排泄物本能地持抵触态度，或是不愿意采用可以对粪便进行再利用的新技术。因此，Muspratt等人选择处理已经存在于粪坑粪池中的粪泥，以防止他们的处理厂被闲置或运营成本过高。“我的动力是找到一种方法在非洲的大地上‘化腐朽为神奇’。”

人力资源

有一部分人不用别人劝说，就知道使用粪便的好处。在加纳，一些肥料不够用的农民主动要求化粪车司机将粪便倒在他们的田里，然后他们用传统方法堆肥，洒在小米和玉米地里。但是这种施肥方法给那些播种和食用粮食作物的人带来风险：这些粪污并没有经过安全处理，增加了被施粪的作物传播伤寒、霍乱、线虫和其他可能导致腹泻并引起贫血及营养不良的病原体的风险。如果幼童反复暴露在这种环境中，他们的生理和认知发育都会受到影响。

即使这些农民并没有在粮食作物上施粪肥，疾病也仍有可能是一个问题。在加纳，不到5%的人口可以使用上下水道系统，处理粪便的设施少之又少。大部分排泄物最终被倒入沟渠或大海里面。

从技术角度来说，将粪便转化成肥料并不难，难就难在从中获利，因为市场价格非常低。在美国以及世界其它地区的许多废水处理厂，生物固体是在处理污泥过程中产生的一种常见副产品，但这些处理厂为了避免废物处理成本，一般将其丢弃。然而，在加纳首都阿克拉东边的一座城市特马，一座新建的处理厂刚刚卖出了它的第一批货物：几袋50千克的生物固体。国际水资源管理研究所

（IWMI）

阿克拉办公室的商业经济学家Solomie Gebrezgabher说，若一切正常，这项业务会在3年内开始盈利。

特马处理厂采用一种可以在处理粪便的同时把它们做成堆肥的工艺。该工艺依靠太阳光能，能耗远远低于利用干燥和加热设备的堆肥方法。但是它会占用大量空间和时间，而且气味更强烈。人们将来自家庭厕所和公共厕所的粪便倒在沙床上，让其中的水分可以排出和蒸发，时间在10天左右。然后将干燥的粪便与木屑或食物残渣混合起来，转移到棚内。工人定时翻动，在两个月的时间里，自然产生的微生物将其分解。在这个过程中，混合物的温度上升，足以杀死病原体。然后，工人将其摊开，使其冷却成为成品。Gebrezgabher说，这种廉价的工艺非常适合加纳的自然条件。“处理技术并不一定非得是高科技的。”

团队尝试向农民推销这种大块土壤添加剂，表示它能提高贫瘠土壤的物理特性，比如蓄水性，但是并不能大幅度增加土壤养分。结果没有引起对方的兴趣。于是，Gebrezgabher和同事向里面添加硫酸铵或尿素，来增加养分，并且将其压制成更便于使用的球状。此外，团队还申请到一张政府颁发的安全证书，打消了那些农民对于粪便所制添加剂的顾虑，大大提高了他们的兴趣。“他们非常兴奋，因为这个产品符合他们的所有要求。”Gebrezgabher说。当政府将该产品

（名为“Fortifer”）

纳入肥料补贴项目时，农民的需求又一次大大提高。

鉴于产品完善，且具有潜在客户，IWMI团队开始与地区政府和阿克拉当地一家私营废料处理公司Jekora Ventures合作。Jekora Ventures的处理厂于2017年4月投入使用，在满载运行的情况下，每年可以将65000到100000人产生的排泄物转化成500吨肥料。一旦公司开始盈利，它将与地方政府进行利润分成。Gebrezgabher说，他们的想法是利用这些资金来改善公共卫生。她还与其它地区的IMWI团队合作来复制该模式，首先从斯里兰卡开始。她说：“借助不甚复杂的技术，可以在发展中国家建立起具有商业可行性的业务模式。”

粪便被运到卢旺达首都基加利外的Nduba填埋场。这些粪便曾经被倒在露天坑里，但现在经过干燥和净化处理被用作燃料。

Will Swanson for Nature

废料发电

粪便还能产生能量。根据联合国大学水资源、环境与健康研究所2015年的一份报告，如果一年产生的所有人类排泄物都被转化成生物气，那么它产生的电可供超过1亿3800万户的家庭使用。转化过程中剩下的废料可以通过干燥处理变成一种类似木炭的燃料，再供13万户家庭使用。在Pivot处理厂，工人使用微孔筛网将粪便中的大部分水分过滤掉，然后将它铺在暖房中晾干。最后，他们在热烘干机中进一步干燥和净化粪便，这样就能制出一种固体燃料。Muspratt说，他们最后得到的粉末状或颗粒状产品比其他生物量燃料

（比如木屑和咖啡豆荚）

要多20%的能量。

Pivot将这种燃料产品卖给水泥厂和砖厂，因为那里的熔炉和烧窑一直保持作业状态，长期需要燃料。Pivot的主要客户通常是将粪便视为一种可代替煤炭的可再生能源的跨国公司。虽然Pivot正在逐渐收回运营成本，但是它仍旧依赖外界的一些资助。它的场地由地区政府提供，基础设施则是靠资助建成。瑞士联邦水科学与技术研究所的环境工程师Linda Strande表示，想从粪便处理中大赚一笔是不现实的。“要是真的能赚大钱的话，我们就直接卖粪便了。”她说。大部分项目预计能收回10-20%的年度运营成本。这可以接受，因为至少在赚钱的过程中，能将没用的粪便转化成有价值的东西，使其得到正确处理。

讽刺的是，Pivot面临的主要障碍是无法获得足够多的粪便。理论上，一座拥有至少一百万人口的城市，比如基加利，应能提供充足的粪便。但是大约三分之二的人口住在非正式定居点，没有人将这里的粪便运到处理厂，无证工人只是将粪便从坑厕中铲出来，倒进附近的水沟或河道里。

因此，Pivot成立了一项副业，为这些非正式定居点提供安全的抽粪服务。结果大受欢迎。尽管如此，Muspratt表示“我们从中得到的粪便量并不大”，部分原因是这些坑厕没有铺设防漏的内壁。Pivot计划磨碎其他可燃废料，与其自己生产的燃料混合。就像IWMI一样，Pivot也希望在非洲扩展这个项目并把它推广到印度。在印度，本来有上百万人露天如厕，但现在政府出资修建厕所。Muspratt说：“我们的终极目标是提供市场上成本最低的城镇排泄物-污泥处理服务。”

粪土中的黄金

在2000年爆发霍乱之后，南非伊特奎尼区在郊外农村地区安装了85000多个粪尿分集式厕所。分集的尿液渗入地下，剩余固体排泄物则按官方要求埋在各个家庭自家地里。但是对于人口占比越来越高的老年人而言，填埋是个负担，同时，不断上升的人口密集度意味着可用于填埋的土地越来越少。即使粪便在地下分解，病原体也会比预期存活得更久。因此，Teddy Gounden及其在水与卫生部门的同事打算开始收集排泄物。“但是我们应该怎么做呢？”他不禁问道。排泄物比一般污物硬，镇上的废水处理厂难以处理。而缺少尿液的排泄物没有足够的营养物可以转化成高质量的堆肥。在危险废物处理厂处理，成本又较高。

后来，Gounden和同事听说有一种蝇可以制造出比堆肥更有价值的产品。通常来说，蝇是一种有害健康的昆虫，因为它们既以人类排泄物为食，也以人类食物为食，会在这个过程中传播病原体。但是原产于热带的黑水虻

（Hermetia illucens）

不一样：它们在幼虫期食量惊人，而且很少移动，成年后完全不移动，因此它们的健康威胁较小。

开普敦一家名为AgriProtein的公司修建了工厂，利用黑水虻的这种特殊习性处理食物残余。黑水虻在笼中繁殖，在培育室里孵化虫卵，然后幼虫吃掉食物残渣。孵化后两周，幼虫自然离开食物残渣并化蛹，使工作人员能够轻松地分开处理虫子和堆肥。工厂对幼虫做脱水处理后加工成动物饲料，或者榨成油用于化妆品和生物柴油等。剩下的有机物质则变成土壤改良剂。2016年，AgriProtein将首座工业规模的这种处理厂投入运营，并计划在全球范围内扩展开来。

鉴于食物残渣处理工艺一切正常，该公司将目光转向一种更难处理的东西——人类排泄物，并成立了BioCycle业务。公司的联合创始人兼总监David Wilco Drew表示，黑水虻幼虫处理人类排泄物和处理食物残渣没什么两样。2016年底，AgriProtein与伊特奎尼区政府合作，在盖茨基金会的资助下，在德班的一个废水处理厂设立了一个试点。

Drew说处理起来很困难，因为马桶里面扔了各种各样的垃圾。他对某些人的“创造力”感到震惊，毕竟马桶和开放式坑厕并不一样。“你是怎么把一个旧手机冲下U型管道的？”考虑到粪便存在的健康威胁，BioCycle在原有的食物残渣处理工艺基础上做了调整，以适应新情况，而且针对病原体和重金属做了全面测试。处理厂将幼虫榨油，并将剩余的有机物质转化为固体煤砖用作燃料，而没有用于农业用途。

从2017年7月底开始，通过粪尿分集式厕所收集到的废料开始运到这里。在满载运行的情况下，处理厂每天能处理40吨的废料，废料经过处理后与食物残渣混合。Drew说：“这绝对是最大的基于昆虫的粪便处理场。”

随着研究的深入，黑水虻或许可以处理来自城市下水道系统的污泥。Gounden说：“这个项目有很大潜力。其他政府也都在期盼看到成果。”

为了让各地区的都能加入这波粪便处理潮流，Strande团队编制了一本手册和一套网上教程来帮助地方工程师设计可以产出适销产品的系统。为了能更好的理解这类系统的处理对象，一支由夸祖鲁-纳塔尔大学研究人员领导的国际小组正在建立一套标准方法和程序来描述排泄物-污泥的特性，比如湿度、垃圾和病原体含量、营养以及热量值。

Drew说每个人都要排泄，他梦想有一天“世界上每一个公民都能为我们的供应链做贡献”。

Nature|doi:10.1038/

549146a

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