小馬桶如何推動環(huán)保大變革？
在《西游記》里，孫大圣稱，“廁所，乃五谷輪回之所”。但隨著抽水馬桶的出現(xiàn)，糞便作為農(nóng)肥返田的傳統(tǒng)已經(jīng)消失殆盡。尤其是，沖廁所的大量污水不僅浪費水資源，而且污染了河流、地下水。
獲得蓋茨基金支持的萬若環(huán)境方案示意圖
小小的馬桶，帶來了巨大的環(huán)保壓力。所幸的是，有識之士已經(jīng)認(rèn)識到這一問題。比爾·蓋茨認(rèn)為，“人類需要重新設(shè)計馬桶，變廢為寶”。因此他在全球范圍內(nèi)發(fā)起了一場“馬桶革命”。
而在中國，同樣有個非常重視“五谷輪回之所”的人。他就是萬若（北京）環(huán)境工程技術(shù)有限公司董事長張健。張健認(rèn)為，“如果人的糞尿不再進入下水道，而是返回到田地里，作為生態(tài)農(nóng)業(yè)的支撐；糞尿輸送不再進入污水管網(wǎng)，而是就地處理，碳排放將大為降低。”
這個看似有些“烏托邦”的理想，最終被他實現(xiàn)。他所帶領(lǐng)的團隊，運用真空負(fù)壓技術(shù)和生態(tài)循環(huán)理念，打造出一套以真空廁所為源頭的微循環(huán)排水系統(tǒng)。
有別于傳統(tǒng)的集中水處理模式，研發(fā)人員設(shè)計了多種馬桶，將尿液分開收集，安到千家萬戶，并用一個單獨的管道聯(lián)網(wǎng)，抽吸到一個處理站，進行無害化和肥料化處理。不含糞尿的其他生活廢水不經(jīng)處理就已經(jīng)接近常規(guī)污水處理廠出水的水質(zhì)，可以低成本地變成再生水，如此，城市農(nóng)村不再需要原來的那種下水道，而是由再生水和濕地的水系，水下滲、蒸發(fā)起著調(diào)節(jié)城市生態(tài)的作用。2014年，萬若環(huán)境完成的“資源型排水系統(tǒng)的構(gòu)建及污水源分離關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)”榮獲北京市科學(xué)技術(shù)獎三等獎。
馬桶引發(fā)的環(huán)保新革命
作為著名的環(huán)境工程專家，張健為何會“盯上”污穢不堪的廁所呢？
“這源于西方的城市用水排水模式存在高耗水耗能、資源流失、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可持續(xù)等一系列弊端，人口眾多的發(fā)展中國家效法常規(guī)排水模式的問題和危機已經(jīng)開始不斷凸顯。”張健說。
歐洲的工業(yè)革命開始改變糞便作為農(nóng)肥返田的傳統(tǒng)。19世紀(jì)中葉，英國率先引入和普及城市沖水馬桶，大規(guī)模修建城市下水道。沖水馬桶引入后，由于廁所廢水量以數(shù)十倍增加，城市中原有與排水系統(tǒng)獨立的糞坑在容量上受到巨大沖擊，原有的糞尿收集、轉(zhuǎn)運設(shè)施無法再滿足新的要求，不得不通過下水道排放。
“人的排泄物僅占污水總量的1%，卻含有大部分的有機物和營養(yǎng)鹽。”張健說，被沖走的污水需要花費很多精力去處理，而且污水中含有的農(nóng)業(yè)營養(yǎng)物還得不到回收。
據(jù)測算，以每年百萬人口的排泄及產(chǎn)生的污水為例：100萬人每年產(chǎn)生的污水量高達6205萬立方米，相當(dāng)于30個昆明湖；耗氧量達到了2.5萬噸；氮的流失有2500噸，相當(dāng)于5400噸尿素；磷的流失高達500噸，足以制成2400噸磷肥；糞便中鉀的含量有1200噸，相當(dāng)于2400噸鉀肥的成分；而經(jīng)由排泄產(chǎn)生的污水處理將耗能3102萬千瓦時，相當(dāng)于13萬居民一年用電的總量，碳排量竟然高達16萬噸。
“以上數(shù)據(jù)表明，常規(guī)模式下城市對水循環(huán)、物質(zhì)循環(huán)的擾動是驚人的，是難以或無法修復(fù)的。”張健說，雖然人的糞尿只占污水的百分之一，但含有污水中大部分的有機物和絕大部分營養(yǎng)鹽。“回收是資源，排放是污染”。
同時，我國的環(huán)保壓力也在逼迫著環(huán)保工作者理念和技術(shù)上的升級。“現(xiàn)實要求我們總結(jié)經(jīng)濟發(fā)達國家在污水控制上的得與失，積極尋找更有效和更經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展對策。”張健說。
“上世紀(jì)80年代，我留學(xué)德國，現(xiàn)在回頭來看，當(dāng)時做的全是高端的末端被動治理的技術(shù)，應(yīng)該更主動一些，快速城市化發(fā)展中的祖國也需要采用新的模式。”張健說，中國不應(yīng)、也無法拷貝西方早期城市化中奠定的模式。
構(gòu)建低碳微循環(huán)和資源回收的水處理模式
為此，張健提出了“中國環(huán)保3.0版本”理念。“1.0版本是‘從無到有’做環(huán)保, 復(fù)制歷史上形成的西方既有方法；2.0版本是照搬西方技術(shù)路線后發(fā)現(xiàn)還不能滿足我們?nèi)硕喹h(huán)境容量小的需求，在西方模式的處理鏈條上再增加新的處理環(huán)節(jié)，比如我們已經(jīng)開始有比歐盟還嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)了；而3.0版本是從今天可持續(xù)發(fā)展的高度突破既有模式的瓶頸，重新尋找技術(shù)路線適應(yīng)中國本土化的以微循環(huán)模式做環(huán)保。”
張健認(rèn)為，中國應(yīng)找到一條新的出路——著手重建城市微循環(huán)。應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，就是改變既有的集中式污水處理模式，實施以微循環(huán)為核心的水處理模式。
“構(gòu)建低碳微循環(huán)和資源回收的水管理模式已經(jīng)不再只是戰(zhàn)略追求，現(xiàn)實的問題在逼迫我們尋求節(jié)水、零排放、低碳、資源和能源回收的新理念、新模式。”張健說。
那么，如何才能有效地、高濃度單獨收集富含營養(yǎng)鹽的黃水（尿液）或者富含營養(yǎng)鹽和有機物的黑水（尿液和糞便的混合物），進而完成新理念呢？
基于混合污水和其所含糞尿在量和質(zhì)上的巨大反差，借鑒清潔生產(chǎn)的理念，萬若環(huán)境突破傳統(tǒng)思路，提出基于污水源分離理念的新型排水模式，實現(xiàn)高效節(jié)水、資源循環(huán)、污染物零排放、減少管網(wǎng)建設(shè)、減少碳足跡的排水系統(tǒng)構(gòu)架。
“負(fù)壓輸送是一個較為理想的手段。”張健最開始的想法是，把飛機上的節(jié)水馬桶進行進一步的改造和多種形式的開發(fā)。“但這個方案存在噪音大、維護不方便等問題。”
在前期研究基礎(chǔ)之上，研發(fā)團隊設(shè)計了一種新型衛(wèi)生系統(tǒng)，包括氣沖廁所、過濾—生物干化和高濃度糞尿蒸發(fā)濃縮，旨在排泄物的源頭減量密閉收集、低溫濃縮干化、生產(chǎn)全營養(yǎng)素肥料和清潔水。
與傳統(tǒng)廁所模式相比，這一系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別。例如氣沖廁所用空氣“沖走”糞尿，密閉無臭，同時使能耗降低到遠低于常規(guī)便器中沖洗水的供水能耗。系統(tǒng)收集的高濃度廢物在特制的裝置中與其他有機廢棄物一起進行過濾和生物干化，利用微生物放熱或太陽能將廢物中的水進行蒸發(fā)，回收冷凝水和熱量，得到全營養(yǎng)份有機肥和清潔水。
“這個馬桶比常規(guī)節(jié)水便器節(jié)水70%—90%。”張健說。由于在污水產(chǎn)生的起點就將糞尿污水和其他雜排水分開收集，所以分離后的雜排水可以低成本地制備再生水。糞尿中回收的農(nóng)業(yè)營養(yǎng)物回用，同時節(jié)省了氮肥制造的高耗能，節(jié)省了磷這一極其有限的資源。
據(jù)了解，以百萬人為例，常規(guī)污水系統(tǒng)每年產(chǎn)生污水6200萬噸；氮含量5千噸，相當(dāng)于3萬噸碳銨化肥的含氮量；磷含量750噸，相當(dāng)于1萬噸磷肥的含磷量。
張健希望可以借此徹底打破延用了近兩個世紀(jì)的排污體制，資源循環(huán)，水變清，從根本上解決絕大部分城市的水危機。
打造生態(tài)城鎮(zhèn)的新樣本
生活廢水運送到村污水處理站，衛(wèi)生間的真空坐便器裝有感應(yīng)器，能自動沖水，還沒味。如今，在河北邯鄲南界河店村，村民用上了“比城里人還高級的廁所”。
2013年以前，南界河店村村民家里多是旱廁，夏天院里蚊蠅亂飛不說，還臭烘烘的；每家每戶的洗菜刷碗、洗衣服水也都是滿街亂流。而今，南界河店村寬闊的水泥街道干凈整潔，街道兩旁栽種的桂花、臘梅等更是搖曳生姿，清新的空氣令人心曠神怡。
2015年5月8日，他們的這一“翻天覆地”的變化，甚至還吸引了萬里之外摩洛哥考察團的參觀。
2013年，萬若環(huán)境承接了當(dāng)?shù)匚鬯幚眄椖，團隊不僅建造了污水處理設(shè)施，還為每家每戶安裝了氣沖馬桶。
工程人員把馬桶與污水處理相連接，從源頭開始就達到了污水分類治理的功效。具體來說，就是把源分離、負(fù)壓排水、沼氣池和人工濕地等四種比較成熟的技術(shù)融合到一起綜合運用，在國內(nèi)農(nóng)村污水治理領(lǐng)域?qū)偈讋?chuàng)，具有節(jié)水節(jié)能、運營成本低、治理效果好等優(yōu)點，很適合農(nóng)村污水排放量小、后期運營資金緊張等情況。
具體來看，這套處理系統(tǒng)采用負(fù)壓排水技術(shù)，通過負(fù)壓管道、負(fù)壓罐，把生活污水通過兩套管網(wǎng)收集過來，分類處理。
經(jīng)過源分離后的糞尿混合液輸送到沼氣池進行熟化加工，產(chǎn)出的沼氣用來作燃料，沼渣沼液作為肥料返還農(nóng)田，不但降低了處理費用，還實現(xiàn)了“零排放”，避免了廢渣二次污染。
生活廢水、餐廚垃圾粉碎物則進入沉淀池、人工濕地進行沉淀凈化，處理后的水排放到蓄水池。根據(jù)環(huán)保部門監(jiān)測報告顯示，這里的蓄水池的水質(zhì)已經(jīng)達到國家一級A類排放標(biāo)準(zhǔn)。處理后的水用來灌溉農(nóng)田，清洗汽車等。
這一排水系統(tǒng)被住建部作為“2014年住建部科技示范工程”加以推廣。在工程一期，萬若環(huán)境為130余戶當(dāng)?shù)鼐用癜惭b了真空廁所以及可循環(huán)的污水處理設(shè)施。當(dāng)?shù)鼐用裆町a(chǎn)生的污水不用再由污水管道集中輸送到幾十里外的城鎮(zhèn)集中處理，而是在當(dāng)?shù)靥幚砗投卫谩?/p>
資源型排水系統(tǒng)污水源分離理念改變了傳統(tǒng)排水模式混合排放的收集理念，從根本上解決了傳統(tǒng)排水模式高耗水、高耗能、資源流失的問題。同時負(fù)壓排水模式可解決糞便運輸、利用存在的污染物泄漏、運費成本高昂等問題；資源化處理可避免糞尿直接棄擲引發(fā)的環(huán)境問題，直接施用于農(nóng)田引發(fā)的糧食生產(chǎn)安全問題，儲存穩(wěn)定化存在的占地面積大場地不足等問題。
據(jù)了解，這樣的一套排水系統(tǒng)可以在幾十人甚至上萬人規(guī)模的生活區(qū)域進行污水收集與處理。既可用于城市新區(qū)和老城的排水改造，也可用于農(nóng)村和小城鎮(zhèn)地區(qū)；既可用于風(fēng)景區(qū)或水源地等環(huán)境保護區(qū)、生態(tài)示范區(qū)，又可用于那些水源緊張的地區(qū)，以及沒有現(xiàn)成下水道的土地開發(fā)或房地產(chǎn)開發(fā)項目、城市邊緣地區(qū)或城鄉(xiāng)結(jié)合部進行污水控制與資源化。目前這些技術(shù)已在大連達沃斯國際會議中心、上海崇明陳家鎮(zhèn)、寧波世紀(jì)東方商業(yè)廣場等大型商業(yè)項目中得到應(yīng)用。
如今，在大規(guī)模興建集中污水處理廠的浪潮下，在烏托邦與現(xiàn)實之間，出于對用水廢水物質(zhì)流、能量流的分析和構(gòu)建微循環(huán)生態(tài)排水模式的信念，萬若環(huán)境團隊多年來致力于持續(xù)研發(fā)替代方案，開發(fā)出五十余項專利技術(shù)、產(chǎn)品和設(shè)備，并在數(shù)十個示范探索項目和商業(yè)項目中得到應(yīng)用，以期從實施層面推動替代排水模式，為中國高速城鎮(zhèn)化中的水管理提供新的借鑒。
“構(gòu)建城市微循環(huán)給排水系統(tǒng)，不再是烏托邦，新開發(fā)的手段是可行的，新理念下更多的新型技術(shù)還有待開發(fā)。”張健說。最近，張建團隊獲得蓋茨基金“重新發(fā)明廁所”計劃的優(yōu)勝方案并得到資金支持，以開發(fā)適用性更為廣泛的新型衛(wèi)生系統(tǒng)。
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