在瑞典最大的島嶼哥特蘭島上，淡水資源相當(dāng)匱乏，而與此同時(shí)，島民們還要和大量農(nóng)業(yè)和污水系統(tǒng)造成的污染抗?fàn)?，這些污染導(dǎo)致周圍波羅的海中的藻類瘋狂生長(zhǎng)，致使魚類大量死亡，還會(huì)影響人類身體健康。

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為了解決這場(chǎng)環(huán)境挑戰(zhàn)，哥特蘭島將希望放在了一種看似與此毫不相關(guān)的物質(zhì)上——人類尿液。

自2021年起，一支研究人員團(tuán)隊(duì)開始與當(dāng)?shù)匾患乙苿?dòng)式廁所租賃公司展開合作，希望能在三年多的時(shí)間里，通過在夏天旅游旺季投放在各處的免沖水小便池和專用馬桶收集至少7萬升尿液。

該團(tuán)隊(duì)由瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)的研究人員組成，他們成立了一家名叫Sanitation360的公司。

通過其自行研發(fā)的一套流程，研究人員可以使尿液干燥脫水、形成類似混凝土的塊狀物，再將其敲碎成粉末狀，壓成一顆顆適用于標(biāo)準(zhǔn)耕作設(shè)備的肥料顆粒。

當(dāng)?shù)剞r(nóng)民可以利用這種肥料種植大麥，大麥?zhǔn)崭詈髸?huì)被送往釀酒廠、制成麥芽啤酒，而啤酒被人們喝掉后，這些肥料又會(huì)進(jìn)入新一輪的循環(huán)。

這支研究團(tuán)隊(duì)旨在讓尿液回收利用不再停留在概念階段，而是真正能在大規(guī)模上變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，希望能建立一套適用于全球各地的回收模式，“無論何人、無論何地，均可進(jìn)行操作”。

特殊的馬桶系統(tǒng)可以從尿液中回收氮和其它營養(yǎng)物質(zhì)，用于生產(chǎn)肥料等產(chǎn)品

除了哥特蘭島開展的這一項(xiàng)目外，全球各地正在掀起一股相似的浪潮，致力于將尿液從污水中分離出來、進(jìn)行回收利用，如制成肥料等。美國、澳大利亞、瑞士、埃塞俄比亞和南非等眾多國家都在研究糞尿分離技術(shù)。

在美國俄勒岡州和荷蘭，已經(jīng)有一些寫字樓的免沖洗小便池與位于地下室的處理系統(tǒng)相連。巴黎正計(jì)劃在十四區(qū)一座住有1000人的“生態(tài)公寓”安裝糞尿分離廁所。此外，歐空局還準(zhǔn)備在位于巴黎的總部安裝80套糞尿分離廁所，本年內(nèi)啟用。

糞尿分離技術(shù)的支持者們指出，這類裝置適用于多種場(chǎng)合，比如軍事哨所、難民營、繁華的市中心、以及貧民窟等等。

科學(xué)家表示，若糞尿分離廁所在全球得到大規(guī)模部署，將產(chǎn)生巨大的環(huán)境與公共衛(wèi)生效益。尿液富含多種營養(yǎng)元素，與其讓它們污染水體，不如用來給作物施肥、或者用作工業(yè)原料。

據(jù)估算，人類產(chǎn)生的尿液足以取代全球四分之一的氮肥和磷肥。尿液中還含有鉀和多種微量營養(yǎng)元素。不僅如此，免沖水設(shè)計(jì)還能節(jié)省大量水資源，并且減少對(duì)已不堪重負(fù)的污水系統(tǒng)造成的壓力。

該領(lǐng)域?qū)＜抑赋?，隨著廁所技術(shù)與尿液處理策略的進(jìn)步，糞尿分流的多種技術(shù)要素不久便可準(zhǔn)備好大規(guī)模投放。但如廁畢竟是生活最基本的方面之一，要想對(duì)此進(jìn)行大幅改造，必將面臨許多阻礙。

學(xué)界和業(yè)界都有大量問題需要解決，比如改進(jìn)糞尿分流廁所的設(shè)計(jì)、降低尿液處理難度、將尿液轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的產(chǎn)品等等。

這些可能需要將單個(gè)馬桶、或整棟大樓的地下裝置與化學(xué)處理系統(tǒng)相連，同時(shí)還要對(duì)濃縮或固化的產(chǎn)物進(jìn)行定期收集和維養(yǎng)。另外還有社會(huì)接受度的問題，有些文化對(duì)人類排泄物有所禁忌，人們對(duì)工業(yè)廢水和食品系統(tǒng)的傳統(tǒng)看法更是根深蒂固、難以改變。

但考慮到農(nóng)業(yè)與工業(yè)的能源、水源及原材料短缺問題，糞尿分流和再利用的重要性將愈加凸顯。“事實(shí)上，尿液本身就是一種很有價(jià)值的物質(zhì)?！?/p>

圖為用不同肥料培植的大麥，右側(cè)的大麥?zhǔn)褂昧四蛞?，中間的大麥未使用任何肥料，最左側(cè)的大麥?zhǔn)褂昧说V物無機(jī)肥料

混合廢物

尿液曾一度是種相當(dāng)值錢的商品。在過去，有些社會(huì)會(huì)利用尿液給莊稼施肥、鞣革、洗衣、制造火藥等等。但到了19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，現(xiàn)代化的中央污水管理模式問世，并逐漸傳播到了全世界，導(dǎo)致尿液從我們的生活中逐漸消失。

在該模式下，沖水馬桶可以將尿液、糞便和廁紙迅速?zèng)_入污水系統(tǒng)中，與其它生活污水、工業(yè)污水、以及雨水混雜在一起。集中化污水處理廠會(huì)利用微生物進(jìn)行污水凈化，這一過程耗費(fèi)的能量十分巨大。

經(jīng)過處理的廢水中，仍然含有大量氮元素、其它營養(yǎng)物質(zhì)和各種污染物。并且全球約57%的人口都沒有使用集中式污水系統(tǒng)的條件。

科學(xué)家目前仍在尋找使集中式污水系統(tǒng)更可持續(xù)化、污染更低的方法。但從上世紀(jì)90年代開始，一些研究人員開始追求更根本性的變革。末端治理技術(shù)再怎么進(jìn)步，也不過是在舊方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行演化而已。

相比之下，糞尿分離技術(shù)則是一場(chǎng)“巨大變革”。研究人員建立了污水管理系統(tǒng)模型，假設(shè)這些系統(tǒng)使用了糞尿分離技術(shù)，并且用從尿液中回收的營養(yǎng)物質(zhì)代替化肥。

根據(jù)該模型的預(yù)測(cè)，在利用糞尿分離技術(shù)的社區(qū)中，溫室氣體總排放量最多可降低47%，能耗最多可減少41%，淡水使用量減少近半，廢水造成的營養(yǎng)物污染也可降低64%，具體取決于使用了哪些技術(shù)。

這款馬桶可以將尿液與糞便分開，再將尿液脫水處理成粉末狀

不過到目前為止，這一理念仍然很小眾化，應(yīng)用規(guī)模都很有限，比如北歐生態(tài)村、農(nóng)村戶外廁所、以及低收入地區(qū)發(fā)展項(xiàng)目等等。

糞尿分離技術(shù)之所以難以推廣，原因主要處在馬桶本身。糞尿分離馬桶最早于90年代和21世紀(jì)初開始售賣，大多數(shù)都在馬桶前方設(shè)計(jì)了一個(gè)小尿盆，使用時(shí)需要仔細(xì)“瞄準(zhǔn)”才行。

有些使用了傳輸帶的設(shè)計(jì)，尿液可以流走，糞便則被輸送到堆肥庫中。還有一些則利用傳感器操控閥門，讓尿液與糞便從不同的出口流出。

但在試點(diǎn)項(xiàng)目中，人們并不太接受這些新式馬桶，都抱怨這些馬桶很難用、氣味很難聞、而且故障率高。

這些問題給糞尿分離馬桶的首次大規(guī)模投用造成了許多麻煩。21世紀(jì)初，南非種族隔離政策結(jié)束后，德班市的城市規(guī)模急劇擴(kuò)大，當(dāng)局不得不對(duì)部分貧窮的農(nóng)村地區(qū)承擔(dān)起責(zé)任，這些地區(qū)沒有廁所基礎(chǔ)設(shè)施，供水也十分缺乏。

2000年8月，該地爆發(fā)了一場(chǎng)霍亂疫情。當(dāng)局迅速開展了幾項(xiàng)滿足資金和實(shí)際要求的衛(wèi)生項(xiàng)目，包括安裝80000座糞尿分離廁所，其中大多數(shù)直至今日仍在使用。尿液可以流到廁所下方的土壤中，糞便則落入專門的儲(chǔ)糞池。自2016年以來，該市會(huì)每隔五年清理一次儲(chǔ)糞池。

奧迪里指出，該項(xiàng)目為該地區(qū)創(chuàng)造了更安全的衛(wèi)生環(huán)境。然而社會(huì)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，這一項(xiàng)目存在許多問題。雖然人們也覺得有這些廁所總比沒有好，但研究發(fā)現(xiàn)，使用者大多都不喜歡它們。許多廁所的用料欠佳，使用起來十分麻煩。

此外，雖然這些廁所理論上應(yīng)當(dāng)具有防臭功能，但尿液往往會(huì)和糞便一起流入儲(chǔ)糞池，散發(fā)出強(qiáng)烈的臭味，上廁所時(shí)簡(jiǎn)直“無法正常呼吸”。不僅如此，尿液大多都沒有得到回收利用。

說到底，當(dāng)年的這一決策主要是出于公共衛(wèi)生考慮，并未將人們的偏好考慮在內(nèi)。2017年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，德班市95%的受訪者都更喜歡富有的白人們使用的傳統(tǒng)、無臭的抽水馬桶，并表示一旦條件允許、就會(huì)自己安裝這種馬桶。很長(zhǎng)時(shí)間以來，馬桶在南非一直是種族隔離的象征之一。

不過，一種新設(shè)計(jì)或能為糞尿分離技術(shù)帶來突破。2017年，奧地利設(shè)計(jì)公司EOOS發(fā)布了新產(chǎn)品Urine Trap，使用時(shí)無需仔細(xì)瞄準(zhǔn)，糞尿分離功能設(shè)計(jì)得也十分隱蔽。

該產(chǎn)品利用了水傾向于附著在物體表面的現(xiàn)象（又名“茶壺效應(yīng)”，因?yàn)樵诘共钑r(shí)，茶水總會(huì)沿著壺嘴下方流下來），引導(dǎo)尿液沿著馬桶內(nèi)側(cè)前方、流入一個(gè)單獨(dú)的洞中。無論是高端陶瓷馬桶還是塑料蹲便，都能用上這項(xiàng)設(shè)計(jì)。歐洲市場(chǎng)已經(jīng)開始生產(chǎn)這款產(chǎn)品了，取名為“save!”，不過價(jià)格可不便宜。

南方夸祖魯納塔爾大學(xué)和德班市也在測(cè)試不同版本的Urine Trap馬桶，不過這次的研究重點(diǎn)主要放在使用者身上，人們應(yīng)當(dāng)會(huì)欣然接受這種新式糞尿分離馬桶，因?yàn)樗鼈儧]有難聞的氣味，使用起來也很便捷。

不過男性必須學(xué)會(huì)坐下來上廁所，這將是一項(xiàng)巨大的文化變革。但如果這種馬桶在高收入地區(qū)得到了廣泛使用和接受，將對(duì)大范圍推廣起到很大幫助，這同時(shí)需要充分考慮到種族因素，防止人們認(rèn)為這種馬桶是專為黑人或窮人研發(fā)的。

尿液的用途

糞尿分離只是革新衛(wèi)生技術(shù)的第一步。接下來，我們還要想好這些尿液的用途。在農(nóng)村地區(qū)，人們可以將尿液儲(chǔ)存起來、殺死其中的病原體，然后用來施肥。世衛(wèi)組織已經(jīng)為這種做法發(fā)布了相關(guān)指南。

但城市中就要麻煩一些，畢竟尿量巨大。我們不可能鋪設(shè)一套專門的污水管道系統(tǒng)、將尿液統(tǒng)一輸送到某個(gè)集中的地點(diǎn)，而且尿95%的成分都是水，因此儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本都很高。所以研究人員更傾向于在馬桶或建筑物中就對(duì)尿液進(jìn)行脫水、濃縮或營養(yǎng)成分提取，直接將水分離出去。

但這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)起來并不容易。從工程角度來看，尿液是種很麻煩的溶液。除了水之外，尿液最主要的成分是尿素。

這是一種富氮化合物，是身體代謝蛋白質(zhì)的副產(chǎn)物。尿素本身用處很大，最常見的氮肥之一就是合成尿素。但尿素又很棘手，一旦與水結(jié)合就會(huì)變成氨氣，尿液標(biāo)志性的氣味正是由此而來。

假如不加以處理和控制，這些氨氣便會(huì)污染空氣，還會(huì)導(dǎo)致寶貴的氮白白浪費(fèi)。在尿素酶的催化下，尿素水解反應(yīng)只需幾毫秒便可完成，因此尿素酶是目前已知效率最高的酶之一。

有些處理方法會(huì)任由尿素水解反應(yīng)發(fā)生。瑞士聯(lián)邦水科學(xué)與技術(shù)研究所發(fā)明了一套先進(jìn)的處理流程，可以將經(jīng)過水解的尿液轉(zhuǎn)化為濃度很高的營養(yǎng)物質(zhì)溶液。首先，反應(yīng)池中的微生物會(huì)將具有揮發(fā)性的氨轉(zhuǎn)化為無揮發(fā)性的硝酸銨（這也是一種常見氮肥），然后利用蒸餾器將液體濃縮。該研究所子公司Vuna正在推動(dòng)這套處理系統(tǒng)的商業(yè)化。此外，該方法的產(chǎn)物“Aurin”已經(jīng)通過了瑞士政府的批準(zhǔn)，可用于培育農(nóng)作物，在全球尚屬首例。

其它方法則試圖通過快速提高或降低尿液酸堿度來制止水解反應(yīng)（尿液排出體外時(shí)一般為中性）。非營利組織Rich Earth Institute合作研發(fā)一套適用于樓宇的處理系統(tǒng)，通過管道將液態(tài)檸檬酸輸送到糞尿分離馬桶和免沖洗小便池中，然后通過反復(fù)冷凍和解凍將尿液濃縮，設(shè)法將尿液脫水，形成固態(tài)尿素與其它營養(yǎng)物質(zhì)的混合物。該團(tuán)隊(duì)的最新版設(shè)計(jì)是一款裝有內(nèi)置干燥機(jī)的馬桶，目前正在接受評(píng)估。

還有其它方法以尿液中的不同營養(yǎng)物質(zhì)為重點(diǎn)，這些方法很容易與現(xiàn)有的化肥和工業(yè)化學(xué)品供應(yīng)鏈相整合。

例如，通過添加鎂從經(jīng)過水解反應(yīng)的尿液中提取磷已經(jīng)是一種相當(dāng)成熟的做法，可以析出一種名叫鳥糞石的化肥，現(xiàn)在可以以氨或磷酸鹽的形式、選擇性地提取出尿液中的氮和磷。接著再用一種名叫再生劑的液體沖洗這些顆粒，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)溶解在再生劑中，顆粒則可恢復(fù)如初、可以再次使用。這種方法科技含量并不高，但其中使用的商業(yè)化再生劑會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，因此研究團(tuán)隊(duì)正在嘗試制備成本更低、更加環(huán)保的再生劑。

還有一些研究人員試圖用尿液和微生物燃料電池來發(fā)電。此外，南非開普敦的一支團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種顛覆傳統(tǒng)的制磚方法，將尿液與砂子和可產(chǎn)生尿素酶的細(xì)菌在模具中結(jié)合，無需燒制便可鈣化形成各種形狀的建筑磚塊。歐空局已經(jīng)瞄上了宇航員的尿液，認(rèn)為這種“資源”或可用來在月球上建造棲息地。

研究人員在嘗試各種將尿液轉(zhuǎn)化為商品的方法時(shí)，都深知前方充滿了艱難險(xiǎn)阻。畢竟這涉及到多個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)，化肥與食品企業(yè)、農(nóng)民、馬桶制造商和監(jiān)管部門都不大愿意改變自己做事的方式。

例如，加州大學(xué)伯克利分校以科研和宣教為目的，試圖安裝一臺(tái)勞芬save!馬桶，沒想到這一裝就是將近三年，總花費(fèi)高達(dá)5萬多美元，其中包括建筑改造、施工和報(bào)規(guī)費(fèi)用，而且安裝工作至今還沒有完成。此外，相關(guān)規(guī)范和法律法規(guī)的缺乏也給設(shè)施管理帶來了一定麻煩。

來自消費(fèi)者的阻力也是相關(guān)行業(yè)不愿做出變革的原因之一。但2021年在16個(gè)國家開展的一項(xiàng)調(diào)查顯示，在法國、中國和烏干達(dá)，將近80%的受訪者都表示愿意食用以尿液為肥料的食物。

要想在大城市中實(shí)現(xiàn)糞尿分離，最實(shí)際、性價(jià)比最高的做法應(yīng)當(dāng)是在翻新或新建大樓中安裝局部離網(wǎng)系統(tǒng)，并進(jìn)行定期維護(hù)和糞便收集。

考慮到糞尿分離技術(shù)的各種優(yōu)勢(shì)，這類技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)和自動(dòng)化應(yīng)當(dāng)很快便可實(shí)現(xiàn)。糞尿分離技術(shù)正是我們需要的技術(shù)，也是近期唯一能解決生活污水產(chǎn)生的營養(yǎng)物污染問題的技術(shù)。但人們要有勇氣邁出這一步才行。

關(guān)鍵詞： 視點(diǎn)·觀察 尿液革命：尿液的回收利用將如何拯救全世界