西安荤场子_我原想研究干净的水,结果在厕所里越走越远

本文来自微信公众号:我是科学家iScientist(ID:IamaScientist),作者:李子富,监制:吴欧,策划:麦芽杨,编辑:徐子婧、李霄,头图来自:视觉中国

厕所的覆盖率逐渐在增加,那么反映到我们的儿童死亡率上,这个死亡率是在逐年下降的。这是一个大好的事,也给我们很多动力,去坚持不懈地做厕所的事情。

我的教授“忽悠”说这个厕所很重要,他说厕所问题解决了,我们社会的可持续发展就能实现,我就进入厕所研究里面了。

未来,我们希望有一部分技术能够真正实现产业化,能够真正变成商品,能够让大家像现在购买电器一样,能把整个厕所系统购买回去,特别是像农村这种需要有对接的处理系统的地方。

2020年9月20日,“我是科学家”第26期演讲现场,北京科技大学能环学院环境科学与工程系主任、比尔及梅琳达·盖茨金基会中国区厕所创新大赛项目主持人李子富带来演讲:《我原想研究干净的水,结果在厕所里越走越远……》。

李子富演讲视频:

以下为李子富演讲实录:

大家下午好,我是李子富。看到这么多小朋友对科普感兴趣,我非常高兴,也希望尽可能用小朋友能懂的语言来讲科普。

我为什么会去研究厕所呢?

大家看到这张照片是不是很熟悉。这是谁,你们都知道对吧。这是2018年,比尔·盖茨正在北京召开的新时代厕所博览会的开幕式上做一个主题演讲,他手里拿了个杯子。

杯子里是什么?

是屎。

这是真的。是我的研究生帮他取的——当然,拿到桌子上以前做了消毒处理。

在如此重要的会议上,他为什么要拿测试粪便放在桌上?

因为它很重要。

比尔·盖茨是搞计算机的,我们可能每天都在使用他最早开发的软件。但他为什么要去做厕所,做跟粪便打交道,为什么不怕臭不怕脏呢?因为它关系到每个人。

每个人都和厕所有关,每个人都和粪便有关系。

比尔·盖茨先生在成立了基金会以后,经过调研,认为解决厕所问题就能解决人类的健康的问题。他希望通过基金会所研发出来的技术,能够使粪便转变成有用的物质,能够把粪便的水变成干净的水、能喝的水。

那么他现在喝的水,你知道是从哪来的吗?

真的是粪污处理后产生的水。

我们的技术是可以做到的。当然,按现在的技术水平,我们做这件事还有很大的挑战,比如它成本很高,技术很复杂。所以我们要去创新、简化这个技术。

粪便里面含有很多的东西,世界卫生组织的报告显示,每克的粪便所含有的致病细菌、病毒量非常大,一克粪便含有的细菌数量可能有上百万,甚至上千万。所以如果我们不去控制它,让它随意排放,会对我们周边的环境,对周边的人产生健康威胁。

既然这么重要,厕所是什么一个情况呢?

回顾人类历史,其实厕所的历史非常短暂。在人类历史上很长的阶段,我们都是露天如厕。 

历史的长河中有了厕所,是在2000年前左右,比如说古希腊考证出来的厕所。还有中国汉代的夜壶,距今也有2000年的历史。但这个时候厕所的数量非常少,能够使用厕所的人数微乎其微。可能达官显贵、皇亲国戚才有资格去使用。

我们国家使用厕所的历史非常短暂。

可能年长的人会熟悉北京市的全国劳动模范时传祥。在50年代,掏粪还是用人工背粪桶的方式。在70年代的上海,每天早晨起床以后,妈妈们首先要干的事就是拎着粪桶到公共厕所去把它倒了,然后去刷马桶。

那个时代我们国家的公共厕所,是一个不堪回首的记忆——臭气熏天,污水横流,苍蝇乱飞。但是上厕所其实又是一个很私密的事。

咱们都是文雅的人,通常我们讲厕所的时候,很多人不讲我去大便,我去小便。在从事厕所的群里,还有的人用“雪隐先生”。开始我也不明白,后来发现“雪隐先生”就是“厕所先生”,干跟厕所有关的事。

既然厕所有这么多的替代词,说明它其实非常重要,和人人都相关。我们想象的现代厕所,都是很干净很整洁。那么从全球的角度来说,为什么比尔·盖茨要做这个事?

因为到现在为止,全世界还有8亿以上的人口没有厕所。


使用不卫生厕所的人口更多,有的统计数据显示是20多亿。这个数据也在动态变化。

这种不卫生的厕所会产生什么问题?

从科学的角度看,粪污渗入地下会携带病毒、病原体。如果厕所和取水的地方距离不远,或者是上下游的关系,就会污染水源,导致供水不安全,影响到人的健康,进而导致人生病、生活质量下降。

那么到底有多大的影响呢?

联合国的统计数据表明,由于水和卫生有关的腹泻问题,全世界每天有将近1000名儿童死于相关疾病。这个量非常巨大,几分钟就有一个生命就消失了。

所以我们要去做这个事,我们认为它和全世界人类的健康息息相关。

有人会问,你这么说有什么依据?

科学是要有数据说话的——这是世界卫生组织、联合国儿童基金会提供的数据,有些国家可能只有10%的人口有卫生厕所。当然在更发达的国家,也有100%的人口都拥有卫生厕所。

拥有的厕所的数量不一样,导致了什么结果呢?

图中最左边的1000个儿童,5岁以下的死亡人数高达近300个,但如果是到了100%有卫生厕所的这边,死亡人数几乎就是0了。这是用大数据证明了厕所和人类健康的关系——卫生厕所的数量越多,儿童的死亡率越低。

大家听说过千年发展目标吗?

2000年联合国的189个成员国承诺,要减少没有厕所的人口数量。但经过2000年到2005年的努力,实际上整个世界还是错过了千年发展目标的卫生指标——本来要达到77%,但实际只达到了68%。

没有做到怎么办?

联合国所有的成员国又做了一个可持续发展目标。前面没解决,现在还需要去解决它,甚至要解决得比千年发展目标更好。

更好是什么?

就是要所有的人都能拥有粪物安全处理的厕所系统。

这是一个很有挑战,也很有野心的目标。

尽管在实现这个千年发展目标的进程中,最终的目标没有实现,但是厕所的覆盖率还在逐渐增加。反映到儿童死亡率上,即是死亡率的逐年下降。这是一个大好事,也给我们很多动力去坚持不懈地做厕所的事情。

更好的消息是——我们国家在千年发展目标里发布了白皮书,宣布中国满足了千年发展目标的要求。

但是中国以前对卫生厕所的认识还比较简单。当时对卫生厕所的定义,其实是非常的文字性的描述,但科学需要很多定量的东西。由于这个原因,全国爱卫办就提出了一个无害化卫生厕所的国家的标准。

爱卫办推荐了6种不同的厕所。

第一种,三格化粪池。其实它的厕所还是水冲,只不过进入到后端是不一样的。三个格的目的是要把粪便储存在里面,然后对它进行无害化处理,减少里面的病菌。双瓮漏斗也是类似的原理。

三联式的沼气厕所,它是利用一些生物技术,来加快或者强化无害化的过程。

还有粪尿分离式的厕所,它把粪便和尿液单独收集。这样的好处是什么?尿液本身不是很臭,而且它里面的致病微生物很少,所以它处理起来就容易。粪便单独处理时,体积非常小,很容易处理。

还有像我们城市一样,把粪便的污水排到下水道里,然后通过下水道输送到污水处理厂。

6种不同的类型,在实际应用中,三格化粪池是用的最多的。

为什么多呢?

针对目前中国的情况,一是用水冲厕所,大家比较习惯,和城市没有区别;二是三格化粪池相对成本比较低,农户比较容易接受。

因为这个原因,2019年国家农业农村部组织专家编制了国家标准,把这种厕所类型进一步标准化。我也是作为农业部农村厕所建造的标准委员会的专家,参加了标准的评审工作。

这种厕所实际上还是存在很多问题——从厕所的卫生角度,我们认为冲洗的过程还需要更好地控制。未来还有很多工作要做。

我们团队也在坚持做厕所的创新,希望通过我们的创新,提升或者替代现有的厕所,能够把卫生水平、对环境的保护更好地实现。

这个中国地图表明我们有很多的污染物没有处理好,就会进入到湖泊里面。这个地方讲的是磷会到我们的湖泊里。如果没有处理好,氮也会到湖泊里去,也会到各种水体里去。

大家可能清楚种庄稼需要什么,除了要种子以外,还需要肥料。

粪便可以做肥料,但是要处理,保证它安全。还有氮肥、磷肥、钾肥,我们种庄稼的时候加了这些肥料,长成了粮食,长成了蔬菜;或者通过喂饲料,养成了鸡鸭鱼肉。这些元素都进到你的家庭,然后90%又跑到粪便里去了。

谁在寻找“学习的真相”?

有些学习的真相,我们隐约地已经知道。《学习的真相》报告也显示,在线教育目前成为各地学生的主流学习方式之一。发布“学习的真相”,点明学习痛点 “小学生阅读量应该达到多少”、“初中数学难不难”、“高中物理应该怎样学”……围绕着“学习的真相”,作为头部在线教育公司,作业帮正在持续体现着这一思路下的实践。

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如果我们没有把这些排泄物处理好 ,这些东西就全部进到了水体里,污染了水体。所以我们现在城市里面的水,可能经常会看到有黑臭的,有一些长了藻类的水。

解决粪便的问题,实际上是解决了水的安全问题。

可能大家现在对气候变化的体会各不相同。有的人可能体会敏感一些,比如发现今年下雨下得特别多,很多地方被洪水淹了,还有夏天又特别热,温度很高。我们的气候在发生变化,这个变化是什么原因造成的?

一方面可能自然的一个现象,另外很重要的一个方面,是我们人类的活动,排出了很多能够造成气候变化的气体。

化粪池如果没有处理好,会排出很多温室气体。温室气体除了二氧化碳还有更多其他的东西,比如说甲烷。

同样的排放量,1吨甲烷所产生的温室效应是相当于25吨二氧化碳所产生的,这个量就巨大了。所以我们要考虑它对社会的影响。

这张照片是我和我在德国的博士生导师照的,这让我想起了在德国求学的经历。

我在去德国以前,主要从事跟自来水有关的研究和技术工作。上世纪90年代末,我获得了德国的一个学术交流中心的奖学金,到德国留学,学习水资源管理专业。

当时,我还想用计算机去模拟去做污水厂的优化。就像盖茨先生一样,在办公室里面,有空调有水喝,坐在那里多清闲多舒服。

但是到了我教授的这地方,他“忽悠”我说厕所很重要。厕所问题解决了,我们社会的可持续发展就能实现。于是,我就进入了厕所的研究里。

他是我的进入厕所的引路人,也是这个领域国际上最知名的专家之一。

推进厕所的改进,教授讲的道理非常浅显易懂——我们通常把粪便直接排到污水处理厂,从城市的角度是把它给破坏掉了,花费能量,还要投入很多钱。

但他希望粪便的利用,因为种植粮食所需的很多化肥,要花很大的代价去生产。

如果我们能够把它进行资源化的回收,就可以实现循环利用,减少化肥的生产。

化肥的生产需要大量能耗。比如生产磷肥,需要开磷矿,而且按照现在的估计,全世界储存的磷资源量实际上在逐渐减少。

悲观一点的科学家预测,目前的磷的含量可能只能供人类使用50年。没有磷了,就意味着没有粮食了。所以从我们现在就要考虑怎么样去保持物质的可持续利用。

要留给下一代的东西,我们不能提前消耗掉。

这是非常重要的可持续发展的理念,所以教授讲的话很快就打动了我。我们在后来的学习研究过程中,不管是在会议上还是在饭桌上,讨论屎尿,大家津津乐道,没有任何障碍。

我们的这个想法和盖茨基金会的理念是相同的——希望通过创新的技术,把所有的粪污转变成有价值的物质。这个想法可以实现,但是目前实现它还是要耗费大量的资金,大量的能源的,所以我们希望通过创新把投资和能耗都给它降下来。

这个工作非常艰难,所以我现在讲给小朋友,希望你们未来能够来传承,能够继续我们这个工作,把我们的工作能够做得更好,使它能够造福人类,造福全世界。

我回国以后积极的参加国际合作项目,经常会组织一些国际合作的国际会议。

最左边的是我参加的一个国际合作项目,在尼泊尔。那是一个高海拔的地区,最低的地方大概是在2000米。

第二个项目是在蒙古的乌兰巴托。可能大家都知道,蒙古由于矿丰富,很多过去的游牧民族,慢慢也定居在乌兰巴托的城市周围。

这个地方原先没有厕所,所以他们的厕所非常简陋。其实就是一个坑,有三米深,上面架两根木头,坑下面都是屎和尿。

我们团队和蒙古当地的合作伙伴一起考察,不仅仅是屎尿的问题——看我们穿的什么服装,这可是零下25度的寒冷地区。

第三张图是我和瑞典斯德哥尔摩环境研究院合作,我在斯德哥尔摩参加世界水周的大会。我和他们在一起在合作,也是在做屎尿粪污的处理问题,包括厕所的问题。

最后一张照片是我在巴黎的联合国教科文组织的总部,在讨论粪雾处理的一个培训材料。教科文组织主要是做文化和培训、教育这方面的工作。

这张照片是我和盖茨基金会结缘的一张照片。

2011年8月,我在斯德哥尔摩参加世界水周大会的时候,我们的合作伙伴——瑞典斯德哥尔摩环境研究院的同事,推荐我认识了比尔·盖茨基金会的高管弗兰克·瑞斯菲尔曼先生。

在和他的交流中,我介绍了中国的情况和我们团队的工作,他非常感兴趣。

到了10月份的时候,他到中国来考察,我介绍他认识了我们中国的环境领域的相关的科研机构、高等院校以及相关的公司。

通过考察,他对我们国家的厌氧沼气处理技术非常感兴趣,认为中国的技术经验丰富,使用了很多年,也有很多性价比高的公司,所以他想要跟我们合作。

当然,当时并没有确定合作,因为他在考察的过程中,还是在寻找合作伙伴。等到了11月份,他又继续跟我联系,希望跟我们合作。

最终,从11年开始,我们和比尔及梅琳达·盖茨基金会结缘,开始了合作。

到12年的时候,我们组织了中非国际沼气技术研讨会,用沼气技术处理粪污。因为非洲的卫生厕所覆盖率更低,粪污更没有好好处理,所以我们希望用这个技术来减少粪物处理的困难。

我在12年也率领中国代表团到西非去考察。在盖茨基金会的支持下,我们和中国的工程公司一起为西非建造了最大的粪污处理工程。这个工程一天可以处理300~400吨的粪污。处理完以后,既能产生电,也能产生热,还可以生产有机肥。

有机肥不是传统意义上工业的这种化肥,所以在非洲影响非常好。包括对我们国家的影响也很积极。布基纳法索大家可能知道,最近两年才和我们建交。其实建交之前,我们就在协助这个工作。

到2013年的时候,我们和基金会合作厕所的创新大赛。左上角这个图是在中国对外友协的礼堂里面,在中国对外友协的支持下,我们在那边召开了启动会。

做大赛的目的是什么呢?

基金会希望利用中国的研发的能力,中国的生产制造能力,来生产出性价比高的这种厕所,能够服务于全世界,特别是发展中国家,解决卫生厕所覆盖率低的问题。

后期我们又做了第二轮大赛,专家的委员会筛选了10个创新团队来做不同的新型厕所的研发。国内的一些顶级的大学和研究单位、工程公司、有创新能力的公司,都参与到了厕所技术的创新中。

在这个过程中,我们也鼓励大学生参加厕所创意大赛,做一个概念性的设计。这个大赛有100多所高校的学生参与进来,包括中国科技大学少年班的同学,搞了一个“飞的翔”。

开始我不知道“翔”是啥意思,后来发现“翔”就是粪。

搞创新大赛必须要有标准。

这是盖茨基金会针对新型厕所提出的,从舒适度上、卫生安全、资源化、经济上面提出了一系列的要求。你要创新,但需要满足这些要求才能够获得基金会的支持。

经过几年,实际研发出了很多新的技术,比如说不需要水冲的厕所。有的厕所可以采用非常少的水,还有可以在厕所里面就把所有的粪污处理掉,变成碳、变成能源、变成热等等。

各种各样的技术,都已经在研发。未来,我们希望有一部分技术能够真正实现产业化,能够真正变成商品,能够让大家像现在购买电器一样,能把整个厕所系统购买回去,特别是像农村这种需要有对接的处理系统的地方。

不仅仅在中国,在全世界,我们希望能够通过这样的一个努力,为联合国的可持续发展目标能够做出贡献。

除了这个标准,国际上有一个ISO 30500的厕所标准,它也是针对我们要研发的厕所提出了一些控制的指标。这个标准有40多个国家的代表去参加编写,表明它还是非常重要的,也受到了各个国家的关注。

我也是代表中国参加了标准的编写。这里面最后一张照片,就是我们这个标准最后完成的时候,40多个国家的代表的一个合影。

这个标准要干什么?

它要测安全性、可靠性、处理能力等等。从它的对环境的影响上面,要考虑它产生的固体、液体、气体会不会对环境有影响,甚至噪音会不会对环境、对使用者有影响。包括异味的问题,所有这些都要进行控制。

新冠疫情期间,大家也都听说了粪口传播的问题,就是疫情可能会通过粪便传播。所以我们也积极参与到里面。

我记得比较清楚,2月4号武汉正好在建方舱医院,方舱医院实际上都在体育馆,厕所的量是很少的。有个武汉环保局的朋友给我打电话:

长期居住这么多人,厕所问题怎么解决?

现有的办法就是要用移动厕所。但是大家可能都使用过移动厕所,移动厕所很多是无水的旱厕,往往人和粪之间的隔离效果比较差。臭味不是最重要的,重要的是我们说的气溶胶这种传播风险。

在时间很短的情况下,我们提出了一些建议,要做分类管理、人粪隔离,然后还要分开进行处理。

同时,我也参与了针对疫情的厕所标准的编写,包括排水系统、风险的控制等问题。

进了厕所领域以来,我就跟厕所结了缘,而且越走越远。

在国际上我们也积极的参与这方面的技术合作。

16年的时候,在希腊雅典的国际水协的会议上,我也受邀做大会的报告。我们团队提出了一个思路,认为厕所革命应该是一个积极演进的过程。这个过程是一个不断提升的,没有指定的过程,还有很多很长的路要走。

未来,我们还要坚定不移的在厕所的路上继续走下去,直到我们的厕所问题解决,我们的社会进入了可持续发展的状态。

我想这个路还很长,我可能做不完,还希望在座的年轻一代继续下去,把我们的社会建设得更美好。

谢谢大家。

演讲嘉宾李子富:《我原想研究干净的水,结果在厕所里越走越远……》 | 摄影:VPhoto

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