作者:宗华 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/10/8 23:19:49
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粪便的新经济学
企业欲将粪便变成肥料燃料食物并从中获利

半干的污泥在位于卢旺达的Pivot工厂变成燃料。Will Swanson for Nature

在卢旺达首都基加利的郊区,满载人类粪便的化粪卡车在泥泞的道路上朝着最终目的地——Nduba垃圾填埋场颠簸而行。直到最近,这些卡车还会把拉的东西倒进巨大的露天矿坑。不过,自2015年起,穿着绿色连体装的工作人员会在一排棚舍和有着塑料屋顶的温室外面“欢迎”它们,随时准备着将粪便污泥处理成干燥的粉状燃料。

该设施被称为Pivot,由Ashley Muspratt创建。Muspratt是一名环卫工程师,在加纳、肯尼亚和卢旺达生活了7年多,然后在去年重回美国。他坚持认为,Pivot并非处理厂,而是一门生意。它的产物为诸如水泥厂、砖厂等当地行业提供电力。

Muspratt是不断壮大的试图解决公共卫生领域面临的一大挑战——不良的卫生设施并从中获取利润的企业家队伍中的一员。世界卫生组织和联合国儿童基金会在今年7月发布的报告显示,28亿人——占全球人口的38%——不能上厕所,而是将粪便排泄到储罐和坑式厕所中。这些地方通常粪便四溢,同时即便粪便被清除,也没有考虑到安全问题。据估测,到2030年,利用储罐和坑式厕所的人将增加到50亿,而对水和卫生设施的国际援助将会缩减。荷兰伊特尔德夫特水教育研究所环境工程师Claire Furlong表示,诸如“千年发展目标”等引人注目的举措在让人们利用马桶和蹲便器方面做得非常好,但“这些厕所被填满了粪便。我们该怎么做呢?”

赢得农民青睐

在技术上,将粪便污泥转变成肥料并不是什么大问题,但很难从中获利,因为市场价格很便宜。在全球诸多废水处理厂,生物固体是处理粪便污泥时产生的一种常见副产品。处理厂会将其扔掉,以避免带来额外的清理成本。不过,位于加纳首都阿克拉以东的特马市,一座新的处理厂刚刚卖出了第一批生产的每袋重50公斤的生物固体。在国际水资源管理研究所(IWMI)特马办公室工作的企业经济学家Solomie Gebrezgabher介绍说,处理厂应该会在3年内获利。

该处理厂利用了一种处理污泥并将其做成堆肥的过程。它由加纳的太阳提供动力,因此和利用干燥加热机器的堆肥方法相比,消耗的能量要少很多。不过,它会占用很多空间和时间,并且产生更多臭味。在最初的10天里,来自私人住宅和公共厕所的污泥在填满沙子的“床上”被烘干。这会让水分流出并且蒸发掉。随后,污泥被同锯末或者食物残渣混合在一起,并且被转移到有覆盖物的棚舍中。工作人员定期翻动污泥,而在天然微生物的作用下,污泥会在两个月内分解。在这个过程中,污泥变得足够热,从而将病原体摧毁。随后,它们被摊开,以便冷却和成熟。Gebrezgabher表示,该过程花费较少,很适合加纳的情况。“它也不需要很高的科技含量。”

该团队带着这些能改善贫瘠土地物理特性(比如蓄水能力)但不会实质性增加营养物质供应量的土壤添加剂接触潜在客户。当Gebrezgabher向农民介绍它们时,很多人并不感兴趣。为此,她和同事向里面添加了硫酸铵和尿素以便增加更多营养物质,并将其压缩成更容易处理的颗粒物。为了应对那些在利用由污泥制成的产品上过于拘谨的农民,该团队拿到了政府安全许可证。这一次,农民们表现得非常积极。“他们非常兴奋,因为颗粒物中含有他们想要的一切营养物质。”Gebrezgabher表示。当政府将这种名为Fortifer的产品包括进肥料补贴项目时,该团队收到了另一份惊喜。

成为成本最低的供应商

Pivot将燃料出售给水泥厂和砖厂。大客户通常是将粪便污泥视为可再生能源来源并用其替代煤炭的国际企业。Pivot正在平衡生产费用,但仍有点依赖于外部资助。它在垃圾填埋场占用的场所是市政机构捐赠的,基础设施则由各种资助来支付。瑞士水生生物科学技术联邦研究所环境工程师Linda Strande表示,指望从污泥处理中获得丰厚利润是不现实的。大多数项目有望收回10%~20%的年度生产开支。Strande认为,这已经很不错了,因为至少它们将污泥变成有价值的东西并且赚了一些钱。

不过,具有讽刺意味的是,Pivot面临的主要障碍是获得足够的粪便污泥。理论上,像基加利这样一个至少拥有100万人口的城市应当能供应足够的粪便污泥,但并没有人将污泥从非正式居住点里难以接近的坑厕中收集上来。无证工人只是将其从坑厕中铲出来,然后倒进附近的沟渠或者下水道中。

为此,Pivot开始向居住点提供安全的抽送服务。事实证明这很受欢迎,但Muspratt表示,部分因为茅坑排列得不整齐而且容易泄漏,“我们获得的粪便并不多”。Pivot计划开始研磨其他种类的可燃性废物并将其同燃料混合。和IWMI一样,Pivot还打算在非洲和印度扩展业务。在这些地方,此前有上百万人在户外排便。而如今,多亏了政府行动计划,他们正在建造厕所。“我们最终的目标是成为城市粪便污泥处理方面成本最低的供应商。”

苍蝇助阵

伴随着2000年霍乱疫情的爆发,南非德班市政当局在市郊的农村地区建造了8.5万余座粪尿分集式旱厕。分离出来的尿液渗入地下,同时市政机构要求各家把残留的固体埋在自己的地里。不过,对于在整个人口中占比逐渐增大的老年人来说,掩埋是一大负担。同时,不断增加的人口密度意味着可掩埋的土地越来越少。即便是粪便在地下分解,病原体生存的时间仍比想象的长很多。为此,来自水和卫生设施部门的Teddy Gounden和同事打算开始收集废弃物。“但我们该怎么处理它们呢?”Gounden想知道。比污水更加固态的废弃物会搞乱整个城镇的废水处理厂。由于缺少尿液,它们并没有足够的营养物质来产生良好的堆肥。同时,在有害垃圾点处理它们将会非常昂贵。

后来,Gounden和同事听说,一种特定的蝇类能产生比堆肥更有价值的产品。苍蝇通常是一种健康危害,因为它们以人类粪便和食物为食,并且在来回飞动时传播病原体。不过,生活在热带气候的黑水虻有所不同:和成年苍蝇不同,它们在幼虫阶段几乎呆在同一个地方并且贪婪地进食,从而使其造成的健康威胁小很多。

黑水虻被总部位于开普敦的AgriProtein公司投放到食物残渣中。该公司开发了工厂,以便利用这种苍蝇的特殊习惯。它还在笼子里喂养苍蝇,在滋养室中孵化它们的卵,然后将幼虫转移到食物残渣中。在那里,它们会大吃特吃。在孵化后的两周,幼虫会自然地从废弃物中钻出来化成蛹,从而使它们和剩下的堆肥很容易被分别收集起来。这些工厂将幼虫脱水,以生产动物饲料或者提取可被用于化妆品和生物柴油的脂肪油。剩余的有机物质则变成土壤改良剂。去年,AgriProtein开了第一家这种类型的工业规模工厂,并且计划在全球扩张业务。(宗华编译)

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