那个把粪变成水的机器现在怎么样了?

2021年11月19日 17:04 次阅读 稿源:盖茨基金会 条评论

站在一台有两个篮球场大小的巨型机器前,比尔盖茨在众人的注视下痛快地饮下一杯“清水”,而后笑着说,“没错,这就是水”。随之而来的是如雷的掌声和欢呼,仿佛发生了什么了不起的事情——如果你知道在五分钟之前,这杯水还是散发着不洁气味的粪污的话,可能同样会充满惊讶。

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但实际上,这不是一个哗众取宠的噱头,而是一个关乎数以百万计生命的创新发明,有可能改变数百万人的生命。

被忽略的世纪难题

目前世界上仍有62%的粪污没有得到安全处理,而这样的后果就是每年有超过50万人死于霍乱、痢疾、腹泻等与水清洁程度有关的疾病,全球每年因此增加的医疗成本和收入减少造成的经济损失超过2000亿美元。

这是因为采用水冲厕所、下水道和废水处理系统组成的传统卫生设施解决方案需要大量土地、能源和水源作为支撑,且建设和维护成本十分高,在众多发展中国家并不适用。

然而,有数据表明,不只是无力修建下水道系统的发展中国家,在人口快速增长和气候变化导致的水资源短缺等问题之下,全球都面临着一场时不我待的厕所变革。

迟到一个世纪的厕所创新

然而,要想对厕所进行变革却面临着难以想象的巨大阻力。

以抽水马桶、下水管网、污水处理系统组成的城市卫生系统,自十九世纪诞生以来它们就被称作是人类历史上最伟大的发明之一,不仅改变了世界的城市化规模与进程,还极大地提升了居民人均寿命;对商业企业来说,该系统也有着成熟的规模化市场需求以及稳定、可观的利润回报。这样一个”完美”解决方案,170多年来几乎没有任何实质性的变化。

但这也就意味着,广大中低收入国家也就是超过42亿人的需求,因为购买力不足、投资回报率无法预估而被市场选择性忽略,不仅无法受益于已有的卫生解决方案,同时也无法享受到科技进步、知识更新带来的现代化体验。

作为一家关注公共健康与健康公平性的机构,盖茨基金会一直以来坚信“所有生命价值平等”,每个人都有权利过上健康而富有成效的生活。做到这一点的重要途径之一就是消除致命的传染病。其中,解决厕所问题,让每一个人都能拥有安全的改良卫生设施,帮助人们不再因为可以预防的疾病失去生命,也就成为盖茨基金会义不容辞的重要使命。

在这样的理念驱动下,盖茨基金会于2011年起创办了“厕所创新大挑战”项目,在全球范围内征集解决方案,旨在对现有的卫生设施进行突破性创新。10年过去,在投入超2亿美元之后,我们找到了一些创新卫生解决方案。

万能处理器就是答案之一。

在万能处理之前,先要排除万难

“万能处理器”(Omni-Processor),由美国西雅图生物公司Janicki Bioenergy研制,可为5~10万人左右的城镇提供服务——不仅能在处理粪污的过程中生产足够的能量维持自身运转,还能将人类粪便中的有害病原体杀死,并将剩下的物质转化成有经济价值的产品,包括清洁水、电力和肥料。

因为无需额外借助电网供电、水网供水、也不需要接入下水道系统,可以放置到几乎任何一个地方,很好地解决了中低收入国家缺乏资金无力负担管网系统,或是其他因为高寒、干旱等原因无法部署管网系统的问题。

但只有创新技术还远远不够,还要让创新的成果得以落地和普及,从而以更可负担的成本满足生活在资源最匮乏地区的人们的迫切需求。在这个过程中,我们还面临着严峻挑战。

首先,从实验场景到实际应用环境,存在着诸多现实挑战。举例来说,如何说服政府购买一台此前没有投入使用的新型处理装置?投入使用后谁来运营维护?如何与原有的公共卫生设施相配合?而所有处理过程是否安全高效,达到了排放标准?

诸如此类的问题不仅需要各国政府和地方层面上的政策支持,还需要生产企业、质量标准体系认定组织等各个相关方的积极协同和参与,更需要专业人员根据不同环境解决定制化、模块化生产等难题。显然,面对如此复杂的挑战,没有哪一个国家和部门可以独自解决,合作才是最好的解决方案。

自万能处理器诞生以来,盖茨基金会就在世界范围内寻找合作伙伴,希望让这一具有革新性能的设施在真实世界发挥作用。但实际情况远比想象中要难得多。首先,承接万能处理器的建造和使用需要出色的制造和运营能力,其次还需要有良好的政策环境,鼓励将创新、可持续发展的新技术引入公共卫生领域,愿意为改善人民的生活条件加大投入,同时还需要有具有专业技术、知识的伙伴,愿意共同面对和解决纷至沓来的不确定性问题。

最终,盖茨基金会在中国找到了重要的合作伙伴。

落地中国,为厕所革命提供创新方案

在过去70年间,中国在改善居民生活环境方面取得了巨大进步。自2004年设立农村改厕转移支付项目起,中央财政累计投入超过200亿用于农村厕所革命。据中国农业农村部,截至2020年底,中国农村卫生厕所普及率达68%以上,累计改造农村户厕4000多万户。

但因为分散居住、或是高寒、干旱等气候特点,中国仍有近5000万人无法享受到厕所革命带来的便捷:部分地区因为缺乏符合农村实际情况的设施与技术,导致改厕后厕所空置率高;另一方面因为缺乏运营资金,部分兴建的污水、污泥处理设施正面临“建而不用”的窘境。

针对这种局面,中国接连出台的《农村人居环境整治三年行动方案》、《中共中央国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》等重要文件中,都提出了“因地制宜地建设和推广在技术和成本方面都符合农村地区的污水治理设施和技术”以及“加快研发干旱、寒冷地区卫生厕所适用的技术和产品、资源化利用、污水处理、健全管护体制”等对农村卫生改厕解决方案进行创新的要求。

在关心公共卫生与健康公平并寻求创新解决方案的共同背景下,从 2016 年底开始,盖茨基金会在中国住房和城乡建设部的支持下,与北京二七机车工业有限责任公司(以下简称二七机车)就万能处理器项目在中国落地展开了洽谈。二七机车拥有强大的生产制造能力和全球网络并深耕环保相关产业,与盖茨基金会科技创新领域的资源可以形成优势互补,不仅可以推动改善中国国内卫生环境,并能将相关经验推广到世界其他地区。

2017年10月,盖茨基金会和北京二七机车工业有限责任公司签署了合作协议。其后,这项由盖茨基金会投入巨额资金支持Janicki公司开发,并由盖茨基金会享有知识产权的技术,无偿转移给了二七机车。其间,Janicki公司提交了完整的技术资料协助二七机车进行图纸转化、资料完善等工作,二七机车则按计划进行配套零件采购和生产,并在中国提交商业许可证申请,而后还根据实际需求着手改造技术,以生产出适应中国环境、侧重于生物固体和分类有机废物处理的万能处理器。

■ 污泥处理产生的蒸汽可用于清洁设备 / Gates Archive

■ 污泥将被送入处理器系统 / Gates Archive

■ 可用于制造建筑材料或可掩埋的灰烬是万能处理器产品之一 / Gates Archive

■ 工作人员在检查处理过后的水 / Gates Archive

■ 万能处理器排放的清洁蒸汽 / Gates Archive

2018年12月起,中国版万能处理器开始在安徽省蚌埠市五河县污水处理厂开始试运行。因为每日对接处理的是处理5万吨污水伴生的近50吨污泥,含水量较原始设计理想值高出许多,因此在多轮优化设计后,中国版的万能处理器增加了干燥晾晒池、燃料预搅拌工序等通用模块,并采用秸秆作为辅助燃料帮助粪污进行干燥,解决了实际应用中的现实需求,而且通过改良后续工序,仍然实现了电力平衡,满足了中国禁煤地区和其它环境保护严苛地区的需求,实现了工业化运营的净零碳排放。

除此之外,二七机车还在根据实际需求设计与人体粪污、畜牧场粪污处理等多种环境相配套的处理模块,以期让万能处理器真正实现“万能处理”。与此同时,他们还在探索污泥焚烧处理产生的副产品的多元化利用,例如:污泥处理产生的灰和渣,可用于水泥、砖等建筑辅料生产;蒸汽可以生产热水,用于民用或工业其他用途。

目前,随着国产化和模块化,中国版万能处理器的成本已有大幅降低,同等处理规模的吨污泥设备投资比目前国内主流的硫化床和炉排炉工艺低2至3成,填补了国内粪污无害化、减量化焚烧处理工艺的空白。更为重要的是,在碳减排、碳中和的发展趋势下,万能处理器为中国的厕所革命提供了一个面向未来的技术选择。

盖茨基金会将与二七机车和政府部门继续紧密合作、深入探讨这一技术在中国的应用场景和市场条件,共同推动商业化进程,并在未来造福全球市场。而实际上正是因为有着在中国从零搭建万能处理器的经验,北京二七机车工业有限责任公司万能处理器团队也已经走出国门,在塞内加尔协助搭建了万能处理器。

■ 2021年11月11日二七机车工作人员与塞方人员在完成调试的万能处理器前留影 / 二七机车

通过与中国伙伴的合作,万能处理器迈出了重要一步,让迟到了一个世纪的厕所创新革命有机会逐步从实验室走进现实。这让我们可以乐观地相信,尽管前路充满挑战,通过最广泛的合作我们依然可以回应贫困人群的最迫切需求,让创新挽救生命,让科技造福生活。

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