2020年9月20日,“我是科學(xué)家”底第26期演講現(xiàn)場,北京科技大學(xué)能環(huán)學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系主任、比爾及梅琳達(dá)·蓋茨金基會中國區(qū)創(chuàng)新大賽項目主持人李子富帶來演講:《我原想研究干凈的水,結(jié)果在廁所里越走越遠(yuǎn)......》。
廁所的覆蓋率逐漸在增加,那么反映到我們的兒童死亡率上,這個死亡率是在逐年下降的。這是一個大好的事,也給我們很多動力,去堅持不懈地做廁所的事情。
我的教授“忽悠”說這個廁所很重要,他說廁所問題解決了,我們社會的可持續(xù)發(fā)展就能實現(xiàn),我就進(jìn)入廁所研究里面了。
未來,我們希望有一部分技術(shù)能夠真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,能夠真正變成商品,能夠讓大家像現(xiàn)在購買電器一樣,能把整個廁所系統(tǒng)購買回去,特別是像農(nóng)村這種需要有對接的處理系統(tǒng)的地方。
2020年9月20日,“我是科學(xué)家”第26期演講現(xiàn)場,北京科技大學(xué)能環(huán)學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系主任、比爾及梅琳達(dá)·蓋茨金基會中國區(qū)廁所創(chuàng)新大賽項目主持人李子富帶來演講:《我原想研究干凈的水,結(jié)果在廁所里越走越遠(yuǎn)……》。
大家下午好,我是李子富。看到這么多小朋友對科普感興趣,我非常高興,也希望盡可能用小朋友能懂的語言來講科普。
我為什么會去研究廁所呢?
大家看到這張照片是不是很熟悉。這是誰,你們都知道對吧。這是2018年,比爾·蓋茨正在北京召開的新時代廁所博覽會的開幕式上做一個主題演講,他手里拿了個杯子。
杯子里是什么?
是屎。
這是真的。是我的研究生幫他取的——當(dāng)然,拿到桌子上以前做了消毒處理。
在如此重要的會議上,他為什么要拿測試糞便放在桌上?
因為它很重要。
比爾·蓋茨是搞計算機的,我們可能每天都在使用他最早開發(fā)的軟件。但他為什么要去做廁所,做跟糞便打交道,為什么不怕臭不怕臟呢?因為它關(guān)系到每個人。
每個人都和廁所有關(guān),每個人都和糞便有關(guān)系。
比爾·蓋茨先生在成立了基金會以后,經(jīng)過調(diào)研,認(rèn)為解決廁所問題就能解決人類的健康的問題。他希望通過基金會所研發(fā)出來的技術(shù),能夠使糞便轉(zhuǎn)變成有用的物質(zhì),能夠把糞便的水變成干凈的水、能喝的水。
那么他現(xiàn)在喝的水,你知道是從哪來的嗎?
真的是糞污處理后產(chǎn)生的水。
我們的技術(shù)是可以做到的。當(dāng)然,按現(xiàn)在的技術(shù)水平,我們做這件事還有很大的挑戰(zhàn),比如它成本很高,技術(shù)很復(fù)雜。所以我們要去創(chuàng)新、簡化這個技術(shù)。
糞便里面含有很多的東西,世界衛(wèi)生組織的報告顯示,每克的糞便所含有的致病細(xì)菌、病毒量非常大,一克糞便含有的細(xì)菌數(shù)量可能有上百萬,甚至上千萬。所以如果我們不去控制它,讓它隨意排放,會對我們周邊的環(huán)境,對周邊的人產(chǎn)生健康威脅。
既然這么重要,廁所是什么一個情況呢?
回顧人類歷史,其實廁所的歷史非常短暫。在人類歷史上很長的階段,我們都是露天如廁。
歷史的長河中有了廁所,是在2000年前左右,比如說古希臘考證出來的廁所。還有中國漢代的夜壺,距今也有2000年的歷史。但這個時候廁所的數(shù)量非常少,能夠使用廁所的人數(shù)微乎其微??赡苓_(dá)官顯貴、皇親國戚才有資格去使用。
我們國家使用廁所的歷史非常短暫。
可能年長的人會熟悉北京市的全國勞動模范時傳祥。在50年代,掏糞還是用人工背糞桶的方式。在70年代的上海,每天早晨起床以后,媽媽們首先要干的事就是拎著糞桶到公共廁所去把它倒了,然后去刷馬桶。
那個時代我們國家的公共廁所,是一個不堪回首的記憶——臭氣熏天,污水橫流,蒼蠅亂飛。但是上廁所其實又是一個很私密的事。
咱們都是文雅的人,通常我們講廁所的時候,很多人不講我去大便,我去小便。在從事廁所的群里,還有的人用“雪隱先生”。開始我也不明白,后來發(fā)現(xiàn)“雪隱先生”就是“廁所先生”,干跟廁所有關(guān)的事。
既然廁所有這么多的替代詞,說明它其實非常重要,和人人都相關(guān)。我們想象的現(xiàn)代廁所,都是很干凈很整潔。那么從全球的角度來說,為什么比爾·蓋茨要做這個事?
因為到現(xiàn)在為止,全世界還有8億以上的人口沒有廁所。
使用不衛(wèi)生廁所的人口更多,有的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示是20多億。這個數(shù)據(jù)也在動態(tài)變化。
這種不衛(wèi)生的廁所會產(chǎn)生什么問題?
從科學(xué)的角度看,糞污滲入地下會攜帶病毒、病原體。如果廁所和取水的地方距離不遠(yuǎn),或者是上下游的關(guān)系,就會污染水源,導(dǎo)致供水不安全,影響到人的健康,進(jìn)而導(dǎo)致人生病、生活質(zhì)量下降。
那么到底有多大的影響呢?
聯(lián)合國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,由于水和衛(wèi)生有關(guān)的腹瀉問題,全世界每天有將近1000名兒童死于相關(guān)疾病。這個量非常巨大,幾分鐘就有一個生命就消失了。
所以我們要去做這個事,我們認(rèn)為它和全世界人類的健康息息相關(guān)。
有人會問,你這么說有什么依據(jù)?
科學(xué)是要有數(shù)據(jù)說話的——這是世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國兒童基金會提供的數(shù)據(jù),有些國家可能只有10%的人口有衛(wèi)生廁所。當(dāng)然在更發(fā)達(dá)的國家,也有100%的人口都擁有衛(wèi)生廁所。
擁有的廁所的數(shù)量不一樣,導(dǎo)致了什么結(jié)果呢?
圖中最左邊的1000個兒童,5歲以下的死亡人數(shù)高達(dá)近300個,但如果是到了100%有衛(wèi)生廁所的這邊,死亡人數(shù)幾乎就是0了。這是用大數(shù)據(jù)證明了廁所和人類健康的關(guān)系——衛(wèi)生廁所的數(shù)量越多,兒童的死亡率越低。
大家聽說過千年發(fā)展目標(biāo)嗎?
2000年聯(lián)合國的189個成員國承諾,要減少沒有廁所的人口數(shù)量。但經(jīng)過2000年到2005年的努力,實際上整個世界還是錯過了千年發(fā)展目標(biāo)的衛(wèi)生指標(biāo)——本來要達(dá)到77%,但實際只達(dá)到了68%。
沒有做到怎么辦?
聯(lián)合國所有的成員國又做了一個可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。前面沒解決,現(xiàn)在還需要去解決它,甚至要解決得比千年發(fā)展目標(biāo)更好。
更好是什么?
就是要所有的人都能擁有糞物安全處理的廁所系統(tǒng)。
這是一個很有挑戰(zhàn),也很有野心的目標(biāo)。
盡管在實現(xiàn)這個千年發(fā)展目標(biāo)的進(jìn)程中,最終的目標(biāo)沒有實現(xiàn),但是廁所的覆蓋率還在逐漸增加。反映到兒童死亡率上,即是死亡率的逐年下降。這是一個大好事,也給我們很多動力去堅持不懈地做廁所的事情。更好的消息是——我們國家在千年發(fā)展目標(biāo)里發(fā)布了白皮書,宣布中國滿足了千年發(fā)展目標(biāo)的要求。
但是中國以前對衛(wèi)生廁所的認(rèn)識還比較簡單。當(dāng)時對衛(wèi)生廁所的定義,其實是非常的文字性的描述,但科學(xué)需要很多定量的東西。由于這個原因,全國愛衛(wèi)辦就提出了一個無害化衛(wèi)生廁所的國家的標(biāo)準(zhǔn)。
愛衛(wèi)辦推薦了6種不同的廁所。第一種,三格化糞池。其實它的廁所還是水沖,只不過進(jìn)入到后端是不一樣的。三個格的目的是要把糞便儲存在里面,然后對它進(jìn)行無害化處理,減少里面的病菌。雙甕漏斗也是類似的原理。
三聯(lián)式的沼氣廁所,它是利用一些生物技術(shù),來加快或者強化無害化的過程。
還有糞尿分離式的廁所,它把糞便和尿液單獨收集。這樣的好處是什么?尿液本身不是很臭,而且它里面的致病微生物很少,所以它處理起來就容易。糞便單獨處理時,體積非常小,很容易處理。
還有像我們城市一樣,把糞便的污水排到下水道里,然后通過下水道輸送到污水處理廠。
6種不同的類型,在實際應(yīng)用中,三格化糞池是用的最多的。
為什么多呢?
針對目前中國的情況,一是用水沖廁所,大家比較習(xí)慣,和城市沒有區(qū)別;二是三格化糞池相對成本比較低,農(nóng)戶比較容易接受。
因為這個原因,2019年國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部組織專家編制了國家標(biāo)準(zhǔn),把這種廁所類型進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化。我也是作為農(nóng)業(yè)部農(nóng)村廁所建造的標(biāo)準(zhǔn)委員會的專家,參加了標(biāo)準(zhǔn)的評審工作。
這種廁所實際上還是存在很多問題——從廁所的衛(wèi)生角度,我們認(rèn)為沖洗的過程還需要更好地控制。未來還有很多工作要做。
我們團隊也在堅持做廁所的創(chuàng)新,希望通過我們的創(chuàng)新,提升或者替代現(xiàn)有的廁所,能夠把衛(wèi)生水平、對環(huán)境的保護(hù)更好地實現(xiàn)。
這個中國地圖表明我們有很多的污染物沒有處理好,就會進(jìn)入到湖泊里面。這個地方講的是磷會到我們的湖泊里。如果沒有處理好,氮也會到湖泊里去,也會到各種水體里去。
大家可能清楚種莊稼需要什么,除了要種子以外,還需要肥料。
糞便可以做肥料,但是要處理,保證它安全。還有氮肥、磷肥、鉀肥,我們種莊稼的時候加了這些肥料,長成了糧食,長成了蔬菜;或者通過喂飼料,養(yǎng)成了雞鴨魚肉。這些元素都進(jìn)到你的家庭,然后90%又跑到糞便里去了。
如果我們沒有把這些排泄物處理好 ,這些東西就全部進(jìn)到了水體里,污染了水體。所以我們現(xiàn)在城市里面的水,可能經(jīng)常會看到有黑臭的,有一些長了藻類的水。
解決糞便的問題,實際上是解決了水的安全問題。
可能大家現(xiàn)在對氣候變化的體會各不相同。有的人可能體會敏感一些,比如發(fā)現(xiàn)今年下雨下得特別多,很多地方被洪水淹了,還有夏天又特別熱,溫度很高。我們的氣候在發(fā)生變化,這個變化是什么原因造成的?
一方面可能自然的一個現(xiàn)象,另外很重要的一個方面,是我們?nèi)祟惖幕顒?,排出了很多能夠造成氣候變化的氣體。
化糞池如果沒有處理好,會排出很多溫室氣體。溫室氣體除了二氧化碳還有更多其他的東西,比如說甲烷。同樣的排放量,1噸甲烷所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是相當(dāng)于25噸二氧化碳所產(chǎn)生的,這個量就巨大了。所以我們要考慮它對社會的影響。
這張照片是我和我在德國的博士生導(dǎo)師照的,這讓我想起了在德國求學(xué)的經(jīng)歷。
我在去德國以前,主要從事跟自來水有關(guān)的研究和技術(shù)工作。上世紀(jì)90年代末,我獲得了德國的一個學(xué)術(shù)交流中心的獎學(xué)金,到德國留學(xué),學(xué)習(xí)水資源管理專業(yè)。
當(dāng)時,我還想用計算機去模擬去做污水廠的優(yōu)化。就像蓋茨先生一樣,在辦公室里面,有空調(diào)有水喝,坐在那里多清閑多舒服。
但是到了我教授的這地方,他“忽悠”我說廁所很重要。廁所問題解決了,我們社會的可持續(xù)發(fā)展就能實現(xiàn)。于是,我就進(jìn)入了廁所的研究里。
他是我的進(jìn)入廁所的引路人,也是這個領(lǐng)域國際上最知名的專家之一。
推進(jìn)廁所的改進(jìn),教授講的道理非常淺顯易懂——我們通常把糞便直接排到污水處理廠,從城市的角度是把它給破壞掉了,花費能量,還要投入很多錢。但他希望糞便的利用,因為種植糧食所需的很多化肥,要花很大的代價去生產(chǎn)。
如果我們能夠把它進(jìn)行資源化的回收,就可以實現(xiàn)循環(huán)利用,減少化肥的生產(chǎn)。
化肥的生產(chǎn)需要大量能耗。比如生產(chǎn)磷肥,需要開磷礦,而且按照現(xiàn)在的估計,全世界儲存的磷資源量實際上在逐漸減少。悲觀一點的科學(xué)家預(yù)測,目前的磷的含量可能只能供人類使用50年。沒有磷了,就意味著沒有糧食了。所以從我們現(xiàn)在就要考慮怎么樣去保持物質(zhì)的可持續(xù)利用。
要留給下一代的東西,我們不能提前消耗掉。
這是非常重要的可持續(xù)發(fā)展的理念,所以教授講的話很快就打動了我。我們在后來的學(xué)習(xí)研究過程中,不管是在會議上還是在飯桌上,討論屎尿,大家津津樂道,沒有任何障礙。
我們的這個想法和蓋茨基金會的理念是相同的——希望通過創(chuàng)新的技術(shù),把所有的糞污轉(zhuǎn)變成有價值的物質(zhì)。這個想法可以實現(xiàn),但是目前實現(xiàn)它還是要耗費大量的資金,大量的能源的,所以我們希望通過創(chuàng)新把投資和能耗都給它降下來。
這個工作非常艱難,所以我現(xiàn)在講給小朋友,希望你們未來能夠來傳承,能夠繼續(xù)我們這個工作,把我們的工作能夠做得更好,使它能夠造福人類,造福全世界。
我回國以后積極的參加國際合作項目,經(jīng)常會組織一些國際合作的國際會議。
最左邊的是我參加的一個國際合作項目,在尼泊爾。那是一個高海拔的地區(qū),最低的地方大概是在2000米。
第二個項目是在蒙古的烏蘭巴托??赡艽蠹叶贾?,蒙古由于礦豐富,很多過去的游牧民族,慢慢也定居在烏蘭巴托的城市周圍。這個地方原先沒有廁所,所以他們的廁所非常簡陋。其實就是一個坑,有三米深,上面架兩根木頭,坑下面都是屎和尿。
我們團隊和蒙古當(dāng)?shù)氐暮献骰锇橐黄鹂疾欤粌H僅是屎尿的問題——看我們穿的什么服裝,這可是零下25度的寒冷地區(qū)。
第三張圖是我和瑞典斯德哥爾摩環(huán)境研究院合作,我在斯德哥爾摩參加世界水周的大會。我和他們在一起在合作,也是在做屎尿糞污的處理問題,包括廁所的問題。
最后一張照片是我在巴黎的聯(lián)合國教科文組織的總部,在討論糞霧處理的一個培訓(xùn)材料。教科文組織主要是做文化和培訓(xùn)、教育這方面的工作。
這張照片是我和蓋茨基金會結(jié)緣的一張照片。
2011年8月,我在斯德哥爾摩參加世界水周大會的時候,我們的合作伙伴——瑞典斯德哥爾摩環(huán)境研究院的同事,推薦我認(rèn)識了比爾·蓋茨基金會的高管弗蘭克·瑞斯菲爾曼先生。在和他的交流中,我介紹了中國的情況和我們團隊的工作,他非常感興趣。
到了10月份的時候,他到中國來考察,我介紹他認(rèn)識了我們中國的環(huán)境領(lǐng)域的相關(guān)的科研機構(gòu)、高等院校以及相關(guān)的公司。通過考察,他對我們國家的厭氧沼氣處理技術(shù)非常感興趣,認(rèn)為中國的技術(shù)經(jīng)驗豐富,使用了很多年,也有很多性價比高的公司,所以他想要跟我們合作。當(dāng)然,當(dāng)時并沒有確定合作,因為他在考察的過程中,還是在尋找合作伙伴。等到了11月份,他又繼續(xù)跟我聯(lián)系,希望跟我們合作。
最終,從11年開始,我們和比爾及梅琳達(dá)·蓋茨基金會結(jié)緣,開始了合作。到12年的時候,我們組織了中非國際沼氣技術(shù)研討會,用沼氣技術(shù)處理糞污。因為非洲的衛(wèi)生廁所覆蓋率更低,糞污更沒有好好處理,所以我們希望用這個技術(shù)來減少糞物處理的困難。
我在12年也率領(lǐng)中國代表團到西非去考察。在蓋茨基金會的支持下,我們和中國的工程公司一起為西非建造了最大的糞污處理工程。這個工程一天可以處理300~400噸的糞污。處理完以后,既能產(chǎn)生電,也能產(chǎn)生熱,還可以生產(chǎn)有機肥。
有機肥不是傳統(tǒng)意義上工業(yè)的這種化肥,所以在非洲影響非常好。包括對我們國家的影響也很積極。布基納法索大家可能知道,最近兩年才和我們建交。其實建交之前,我們就在協(xié)助這個工作。
到2013年的時候,我們和基金會合作廁所的創(chuàng)新大賽。左上角這個圖是在中國對外友協(xié)的禮堂里面,在中國對外友協(xié)的支持下,我們在那邊召開了啟動會。
做大賽的目的是什么呢?
基金會希望利用中國的研發(fā)的能力,中國的生產(chǎn)制造能力,來生產(chǎn)出性價比高的這種廁所,能夠服務(wù)于全世界,特別是發(fā)展中國家,解決衛(wèi)生廁所覆蓋率低的問題。
后期我們又做了第二輪大賽,專家的委員會篩選了10個創(chuàng)新團隊來做不同的新型廁所的研發(fā)。國內(nèi)的一些頂級的大學(xué)和研究單位、工程公司、有創(chuàng)新能力的公司,都參與到了廁所技術(shù)的創(chuàng)新中。
在這個過程中,我們也鼓勵大學(xué)生參加廁所創(chuàng)意大賽,做一個概念性的設(shè)計。這個大賽有100多所高校的學(xué)生參與進(jìn)來,包括中國科技大學(xué)少年班的同學(xué),搞了一個“飛的翔”。開始我不知道“翔”是啥意思,后來發(fā)現(xiàn)“翔”就是糞。
搞創(chuàng)新大賽必須要有標(biāo)準(zhǔn)。
這是蓋茨基金會針對新型廁所提出的,從舒適度上、衛(wèi)生安全、資源化、經(jīng)濟上面提出了一系列的要求。你要創(chuàng)新,但需要滿足這些要求才能夠獲得基金會的支持。
經(jīng)過幾年,實際研發(fā)出了很多新的技術(shù),比如說不需要水沖的廁所。有的廁所可以采用非常少的水,還有可以在廁所里面就把所有的糞污處理掉,變成碳、變成能源、變成熱等等。
各種各樣的技術(shù),都已經(jīng)在研發(fā)。未來,我們希望有一部分技術(shù)能夠真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,能夠真正變成商品,能夠讓大家像現(xiàn)在購買電器一樣,能把整個廁所系統(tǒng)購買回去,特別是像農(nóng)村這種需要有對接的處理系統(tǒng)的地方。
不僅僅在中國,在全世界,我們希望能夠通過這樣的一個努力,為聯(lián)合國的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)能夠做出貢獻(xiàn)。
除了這個標(biāo)準(zhǔn),國際上有一個ISO 30500的廁所標(biāo)準(zhǔn),它也是針對我們要研發(fā)的廁所提出了一些控制的指標(biāo)。這個標(biāo)準(zhǔn)有40多個國家的代表去參加編寫,表明它還是非常重要的,也受到了各個國家的關(guān)注。我也是代表中國參加了標(biāo)準(zhǔn)的編寫。這里面最后一張照片,就是我們這個標(biāo)準(zhǔn)最后完成的時候,40多個國家的代表的一個合影。
這個標(biāo)準(zhǔn)要干什么?
它要測安全性、可靠性、處理能力等等。從它的對環(huán)境的影響上面,要考慮它產(chǎn)生的固體、液體、氣體會不會對環(huán)境有影響,甚至噪音會不會對環(huán)境、對使用者有影響。包括異味的問題,所有這些都要進(jìn)行控制。
新冠疫情期間,大家也都聽說了糞口傳播的問題,就是疫情可能會通過糞便傳播。所以我們也積極參與到里面。
我記得比較清楚,2月4號武漢正好在建方艙醫(yī)院,方艙醫(yī)院實際上都在體育館,廁所的量是很少的。有個武漢環(huán)保局的朋友給我打電話:
長期居住這么多人,廁所問題怎么解決?
現(xiàn)有的辦法就是要用移動廁所。但是大家可能都使用過移動廁所,移動廁所很多是無水的旱廁,往往人和糞之間的隔離效果比較差。臭味不是最重要的,重要的是我們說的氣溶膠這種傳播風(fēng)險。
在時間很短的情況下,我們提出了一些建議,要做分類管理、人糞隔離,然后還要分開進(jìn)行處理。
同時,我也參與了針對疫情的廁所標(biāo)準(zhǔn)的編寫,包括排水系統(tǒng)、風(fēng)險的控制等問題。
進(jìn)了廁所領(lǐng)域以來,我就跟廁所結(jié)了緣,而且越走越遠(yuǎn)。
在國際上我們也積極的參與這方面的技術(shù)合作。16年的時候,在希臘雅典的國際水協(xié)的會議上,我也受邀做大會的報告。我們團隊提出了一個思路,認(rèn)為廁所革命應(yīng)該是一個積極演進(jìn)的過程。這個過程是一個不斷提升的,沒有指定的過程,還有很多很長的路要走。
未來,我們還要堅定不移的在廁所的路上繼續(xù)走下去,直到我們的廁所問題解決,我們的社會進(jìn)入了可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)。我想這個路還很長,我可能做不完,還希望在座的年輕一代繼續(xù)下去,把我們的社會建設(shè)得更美好。
謝謝大家。
本文作者 李子富,首發(fā)于我是科學(xué)家iScientist,歡迎關(guān)注。演講嘉賓李子富:《我原想研究干凈的水,結(jié)果在廁所里越走越遠(yuǎn)……》 | 攝影:VPhoto
來源 | 我是科學(xué)家iScientist