Hvala vam što ste posjetili prirodu.com. Verzija pretraživača koju koristite ima ograničenu podršku CSS-a. Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite režim kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bi se osigurala kontinuirana podrška, mjesto ćemo učiniti bez stilova i JavaScripta.
Chelsea wold je slobodni novinar sa sjedištem u Haagu, Holandiji i autoru sanjača: hitna globalna potraga za promjenom toaleta.
Specijalizirani toaletni sustavi izvlače azot i druge hranjive tvari iz urina za upotrebu kao đubrivo i druge proizvode. Image Credit: Mak / Georg Mayer / Eoos Sljedeći
Gotland, najveće ostrvo Švedske, ima malo slatke vode. Istovremeno, stanovnici se hvataju sa opasnim nivoima zagađenja iz poljoprivrede i kanalizacionih sistema koji uzrokuju štetne crkvene alga oko Baltičkog mora. Oni mogu ubiti ribu i činiti ljude bolesnim.
Da bismo pomogli riješiti ovu seriju ekoloških problema, ostrvo zabija nade o onoj malo vjerovatno da se veže: ljudskim urinom.
Počevši od 2021. godine, istraživački tim počeo je sarađivati ​​sa lokalnom kompanijom koja iznajmljuje prenosne toalete. Cilj je prikupiti više od 70.000 litara urina tokom trogodišnjeg razdoblja u pionici bezvodnosti i namjenskih toaleta na više lokacija tokom ljetne turističke sezone. Tim je došao sa švedskog univerziteta u poljoprivrednim naukama (SLU) u Uppsali, koji se ispljuvao na tvrtku koja se zove sanitator360. Koristeći proces, istraživači su razvili, osušili su urin u konkretne komade, koje su zatim prizemljili u prah i pritisnute u granule gnojiva koji odgovaraju standardnoj poljoprivrednoj opremi. Lokalni poljoprivrednici koriste gnojivo za uzgoj ječam, koji se zatim šalju na pivare za proizvodnju alea koji se može vratiti u ciklus nakon potrošnje.
Prithvi Simha, hemijski inženjer na SLU i CTO sanitarništva360, rekao je da je cilj istraživača "preći koncept i izložio u praksi" ponovna upotreba urina u velikoj mjeri. Cilj je pružiti model koji se može emitirati širom svijeta. "Naš cilj je za sve, svugdje, da radim ovu vježbu."
U eksperimentu u Gotlandu, urin oplođeni ječma (desno) u usporedbi je s neplodnim biljkama (centar) i sa mineralnim gnojivima (lijevo). Slika Kredit: Jenna Senecal.
Gotland projekt dio je sličnog svjetskog napora za odvajanje urina iz drugih otpadnih voda i reciklirati ga u proizvode poput đubriva. Praksa, poznata kao diverzija urina, proučava se grupama u Americi, Australiji, Švicarskoj, Etiopiji i Južnoj Africi, između ostalog. Ovi napori idu daleko izvan univerzitetskih laboratorija. Pisoari bez vode povezani su sa sustavima za odlaganje podruma u uredima u Oregonu i Holandiji. Pariz planira instalirati toalete za preusmjeravanje urina u ekozonu od 1.000 stana koji se gradi u 14. arrondisselu u gradu. Europska svemirska agencija u pariškom sedištem će staviti 80 WC-a, koji će započeti s radom kasnije ove godine. Zagovornici za diverziju urin kažu da bi mogla pronaći koristi na mjestima u rasponu od improviziranih vojnih okupljanja do izbjegličkih kampova, bogatim urbanim centrima i stručnim slomovima.
Naučnici kažu da bi diverzija mokraće, ako je raspoređena na velikom obimu širom svijeta, mogla donijeti ogromne koristi za okoliš i javno zdravlje. To je dijelom zato što je urin bogat hranjivim sastojcima koji ne zagađuju vodena tijela i mogu se koristiti za oplođivanje usjeva ili u industrijskim procesima. SIMHA procjenjuje da ljudi proizvode dovoljno urina kako bi zamijenili oko četvrtine svjetskih atrizonskih i fosfatnih gnojiva; Sadrži i kalijum i mnogo elemenata u tragovima (vidi "sastojke u urinu"). Najbolje od svih, ne ispiranjem mokraće niz odvod, uštedite puno vode i smanjite teret na starenjem i prepunim kanalizacijskim sistemom.
Prema riječima stručnjaka na terenu, mnoge komponente za diverziju urina mogu uskoro postati široko dostupne zahvaljujući napretku u zahodima i strategijama odlagališta urina. Ali postoje i velike prepreke za temeljnu promjenu u jednom od najosnovnijih aspekata života. Istraživači i kompanije moraju se obratiti bezbroj izazova, od poboljšanja dizajna toaleta koji preusmjeravaju u uri da bi urinu lakši obradu i pretvori u vrijedne proizvode. To može uključivati ​​sisteme hemijskog tretmana spojeni na pojedinačne toalete ili podrumsku opremu koja poslužuju čitavu zgradu i pružanje usluga za oporavak i održavanje rezultirajućeg koncentriranog ili očvrsnog proizvoda (vidi "iz urina do proizvoda"). Pored toga, postoje širi problemi društvene promjene i prihvatanja, povezane i na različite stupnjeve kulturnih tabua povezanih s ljudskim otpadom i dubokim sjedećim konvencijama o industrijskim otpadnim vodama i prehrambenim sistemima.
Kako se društvo hvata s nedostatkom energije, vode i sirovinama za poljoprivredu i industriju, diverzija mokraće i ponovna upotreba "veliki je izazov na način na koji pružamo sanitaciju", kaže biolog Lynn Broaddus, konsultant za održivost na bazi Minneapolisa. . "Žanr koji će postati sve važniji. Minnesota, bio je protekli predsjednik vodene federacije Aleksandria, VA., Svetsko udruženje profesionalaca za kvalitet vode. "To je zapravo nešto vrijedno."
Jednom davno, urin je bila vrijedna roba. U prošlosti su ga neka društva koristila za gnojivanje usjeva, čine kožu, operiraju odjeću i prave barut. Zatim je krajem 19. i početkom 20. veka, moderni model centralizovanog upravljanja otpadnim vodama nastao u Velikoj Britaniji i širio se širom svijeta, kulminirajući u takozvanoj urinskoj sljepoći.
U ovom modelu, toaleti koriste vodu za brzo ocijenjivanje urina, izmeta i toaletnog papira niz odvod, pomiješani s drugim tekućinama iz domaćih, industrijskih izvora, a ponekad i odvode oluje. U centraliziranim postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda, energetski intenzivni procesi koriste mikroorganizme za liječenje otpadnih voda.
Ovisno o lokalnim pravilima i uvjetima postrojenja za liječenje, otpadne vode ispuštene iz ovog procesa i dalje mogu sadržavati značajne količine dušika i drugih hranjivih sastojaka, kao i nekih drugih kontaminanata. 57% svjetske populacije uopće nije povezano sa centraliziranim kanalizacijskim sustavom (vidi "ljudsku kanalizaciju").
Naučnici rade na izradi centraliziranih sustava održiviji i manje zagađujući, ali počevši od Švedske 1990-ih, neki istraživači guraju za temeljne promjene. Na kraju na kraju cjevovoda su "samo još jedna evolucija iste proklete stvari", rekla je Nancy Love, inženjer za zaštitu životne sredine na Univerzitetu u Michiganu u Ann Arbor. Preusmjeravajući urin bit će "transformativan", kaže ona. U studiju 1, koji su simulirali sustave upravljanja otpadnim vodama u tri američke države, ona i njene kolege u usporedbima u usporedbima konvencionalne sustave pročišćavanja otpadnih voda sa hipotetičkim sustavima za pročišćavanje otpadnih voda koji preusmjeravaju urin i koriste oporavljene hranjive tvari umjesto sintetičkih đubriva umjesto sintetičkih đubriva. Oni procjenjuju da zajednice koriste diverziju urina mogu smanjiti ukupnu emisiju stakleničkih plinova za 47%, potrošnja energije za 41%, slatkovodnu potrošnju za oko polovine i hranjivim sastojkom otpadnih voda za 64%. tehnologija koja se koristi.
Međutim, koncept ostaje niša i u velikoj mjeri ograničen na autonomna područja kao što su skandinavska eko-sela, ruralna gospodarska zgrada i razvoj u područjima sa niskim primanjima.
Tove Larsen, hemijski inženjer na švicarskom Federalnom zavodu za vodenu nauku i tehnologiju (EAWAG) u Dübendorfu, kaže da je veći dio zaostataka uzrokovan samim zajmove. Prvo se predstavilo na tržištu devedesetih i 2000-ih, većina toaleta za preusmjeravanje urina ima mali bazen ispred njih kako bi prikupili tekućinu, postavku koja zahtijeva pažljivo ciljanje. Ostali dizajni uključuju trake za transportne trake koji omogućuju isušivanje urina kako se gnojivo prevozi u kantu za kompost ili senzore koji upravljaju ventilima za izravnu urinu u zasebnu utičnicu.
Prototip toalet koji odvaja urin i osuši ga u prah testira se u sjedištu švedske vode i kanalizacije VA Syd u Malmöu. Kredit za slike: Eoos Sljedeći
Ali u eksperimentalnim i demonstracijskim projektima u Evropi ljudi nisu prihvatili njihovu upotrebu, rekao je Larsen, žali se da su previše glomazni, smrdljivi i nepouzdani. "Zaista smo odbacivali temu toaleta."
Ta se zabrinutost proganjala prva velika upotreba toaleta za preuzimanje urina, projekta u južnoafričkom gradu Ethekwiniju u 2000-ima. Anthony Odili, koji studira zdravstveno upravljanje na Univerzitetu u KwaZulu-Natal u Durbanu, rekao je da je naglo širenje gradskih granica post-aparthejda rezultiralo vlastima koje preuzimaju neke loše ruralne površine bez toaleta i vodene infrastrukture.
Nakon izbijanja kolere u augustu 2000. godine, vlasti su brzo rasporedile nekoliko sanitarnih objekata koji su zadovoljili financijska i praktična ograničenja, uključujući oko 80.000 suvih toaleta za preusmjeravanje urina, od kojih se većina još uvijek koristi danas. Urine se odvodi u tlo ispod toaleta, a izmet završava u skladištu koje se grad ispraznio svakih pet godina od 2016.
Odili je rekao da je projekat stvorio sigurnije sanitarne objekte u tom području. Međutim, istraživanje društvenih nauka identificiralo je mnoge probleme sa programom. Uprkos pregledu da su toaleti bolji od ničega, studija, uključujući neke studije u kojima su učestvovali, kasnije pokazali su da ih korisnici uglavnom ne sviđaju, rekao je Odili. Mnogi od njih izgrađeni su sa lošim kvalitetom materijala i neugodne su za upotrebu. Iako bi se takvi toaleti teoretski sprečili mirise, urin u Ethekwini WC-a često završava u prostoru za prostore, stvarajući strašan miris. Prema Odili, ljudi "nisu mogli normalno disati." Štaviše, urinu se praktično ne koristi.
Konačno, prema ODILI, odluka o uvođenju suhih toaleta koji preusmjeravaju urin je odozgo i nije uzeo u obzir preferencije ljudi, uglavnom za javne zdravstvene razloge. Studija iz 2017. godine utvrdila je da je više od 95% ispitanika Ethekwinija željelo pristup pogodnim, mirisnim toaletima koje koriste bogati gradski stanovnici bijelih bijela, i mnogi su planirali da ih instaliraju. U Južnoj Africi toaleti su dugo bili simbol rasne nejednakosti.
Međutim, novi dizajn mogao bi biti proboj u diverziji mokraće. U 2017. godini na čelu dizajner Harald Grundl, u saradnji s Larsenom i drugima, austrijska firma za dizajn EOOS (Spyp off eoos sljedeće) objavila je urinu. Ovo eliminira potrebu za korisniku da cilja, a funkcija diverzije urina gotovo je nevidljiva (vidi "Novu vrstu wc-a").
Koristi tendenciju vode da se drži na površinama (naziva se efektom čajnika jer djeluje poput neugodnog kuhanja kapljenja) da biste direktno izbacili urin s prednjeg dijela toaleta u zasebnu rupu (vidi "Kako reciklirati urin"). Razvijeno sa finansiranjem Fondacije Bill & Melinda Gates u Seattleu, Washington, koji je podržao široku zaštitu istraživanja u WC-u za postavke sa malim primanjima, urinu se može ugraditi u sve od visokih keramičkih pistestalnih utovarivača do plastičnih keramičkih pistela. Razvijeno sa finansiranjem Fondacije Bill & Melinda Gates u Seattleu, Washington, koji je podržao široku zaštitu istraživanja u WC-u za postavke sa malim primanjima, urinu se može ugraditi u sve od visokih keramičkih pistestalnih utovarivača do plastičnih keramičkih pistela. Razvijeno sa finansiranjem Fondacije Bill & Melinda Gates u Seattleu, Washington, koji je podržao širok spektar inovacija za inovacije sa niskim dohotkom, urinu se može ugraditi u sve iz modela sa keramičkim stavovima u plastične čučnjeve.lonci. Razvijeno sa finansiranjem Fondacije Bill & Melinda Gates u Seattleu, Washington, koji podržava opsežna istraživanja inovacija toaleta sa malim dohotkom, kolekcionar urinu može se ugraditi u sve od plastike sa visokim keramičkim pladanjom.Švicarski proizvođač Laufen već oslobađa proizvod koji se zove "Sačuvaj!" Za evropsko tržište, iako je njen trošak previsok za mnoge potrošače.
Univerzitet u KwaZulu-Natal i Ethekwini Gradsko vijeće također testiraju verzije toaleta za urine koji mogu preusmjeriti urin i ispirati česticu. Ovog puta studija se fokusira na korisnike. Odimistična je optimistična da će ljudi preferirati nove toalete za preusmjeravanje urina jer mirišu bolje i lakše su koristiti, ali napominje da muškarci moraju sjediti na uriniranje, što je ogromna kulturna smjena. Ali ako su toaleti "takođe usvojeni i usvajaju susjedstva sa visokim primanjima - od ljudi iz različitih etničkih podrijetla - zaista će pomoći širiti", rekao je. "Uvek moramo imati rasno sočive", dodao je, da se osigura da ne razvijaju nešto što se "crne samo" ili "samo" samo ".
Odvajanje urina samo je prvi korak u transformaciji sanitarijata. Sljedeći dio shvati šta učiniti u vezi s tim. U ruralnim područjima ljudi mogu ga pohraniti u vatu da bi ubili bilo koji patogeni, a zatim je primijenili na poljoprivredno zemljište. Svjetska zdravstvena organizacija daje preporuke za ovu praksu.
Ali urbano okruženje je složenije - tu se proizvodi veći dio urina. Ne bi bilo praktično izgraditi nekoliko zasebnih kanalizatora u cijelom gradu kako bi se urin dostavio na središnju lokaciju. A zato što je urin oko 95 posto vode, preskupi je za skladištenje i transport. Stoga se istraživači fokusiraju na sušenje, koncentriranje ili na drugi način vađenje hranjivih sastojaka iz urina na nivou toaleta ili zgrade, ostavljajući vodu iza sebe.
Neće biti lako, rekao je Larson. Sa inženjerskog stanovišta "Piss je loše rješenje", rekla je. Pored vode, većina je urea, sloj bogat dušikovo da tijelo proizvodi kao nusproizvod metabolizma proteina. Urea je samostalno korisna: sintetička verzija je uobičajena dušična gnojiva (vidi zahtjeve dušika). Ali to je takođe škakljivo: Kada se u kombinaciji sa vodom, urea se pretvara u amonijak, što urinu daje karakterističnom mirisu. Ako nije uključeno, amonijak može osjetiti miris, zagađivati ​​zrak i oduzeti vrijedan dušik. Katalizovano sveprisutnim enzimom urezom, ova reakcija, koja se naziva hidrolizom uree, može potrajati nekoliko mikrosekundi, čineći je najučinkovitijim enzimima poznatim.
Neke metode omogućuju nastavak hidrolize. Istraživači EAWAG-a razvili su napredni proces koji hidrolizirani urin pretvara u koncentriranu hranjivu otopinu. Prvo, u akvarijumu, mikroorganizmi pretvoruju isparljive amonijak u nehlapljive amonijum nitrate, zajedničko gnojivo. Destilator zatim koncentriše tečnost. Podružnica koja se zove Vuna, također sa sjedištem u Dübendorfu, radi na komercijalizaciji sustava za zgrade i proizvod koji se zove Aurin, koji je prvi put odobren u Švicarskoj za prehrambene biljke prvi put na svijetu.
Drugi pokušavaju zaustaviti reakciju hidrolize tako što brzo podižu ili spuštajući pH mokraće, koji je obično neutralan prilikom izlučivanja. Na kampusu Univerziteta u Michiganu, partnerstvo s neprofitnim institutom obiljem Zemlje u Brattleboru, Vermont, kako bi razvio sistem za zgrade koje uklanja tekuću limunsku kiselinu od preusmjeravanja toaleta i bezvodnja. Voda izbija iz pinala. Urin se zatim koncentrira ponovljenim zamrzavanjem i otapanjem5.
Ekipa SLU koji je vodio inženjer zaštite okoliša Bjorn Winneros na otoku Gotland razvio je način da se osuši urin u čvrsta urea pomiješana s drugim hranjivim sastojcima. Tim ocjenjuje njihov najnoviji prototip, samostalni toalet sa ugrađenim sušilicom, u sjedištu švedske vode i kanalizacije VA Syd u Malmöu.
Ostale metode ciljaju pojedine hranjive sastojke u urinu. Mogli bi se lakše integrirati u postojeće lance opskrbe za gnojive i industrijske hemikalije, kaže hemijski inženjer William Tarpeh, bivši postdoktorski momak kod ljubavi koji je sada na Univerzitetu Stanford u Kaliforniji.
Uobičajena metoda obnavljanja fosfora iz hidrolizirane urine je dodavanje magnezijuma, što uzrokuje padavine gnojiva koje se zove struviti. Tarpeh eksperimentira sa granulama adsorbentnog materijala koji se može bilektivno ukloniti dušikom kao amonijak6 ili fosfor kao fosfat. Njegov sistem koristi različitu tekućinu koja se zove regenerant koji teče kroz balone nakon što im ponestane. Regenerant uzima hranjive tvari i obnavlja lopte za narednu rundu. Ovo je nisko tehnološka, ​​pasivna metoda, ali komercijalni regenerirani su loši za okoliš. Sada njegov tim pokušava da bude jeftiniji i ekološki prihvatljiviji proizvodi (vidi "zagađenje budućnosti").
Ostali istraživači razvijaju načine za proizvodnju električne energije postavljanjem urina u ćelije mikrobne gorivne gorivne vrijednosti. U Cape Townu, Južna Afrika, drugi tim je razvio metodu za pravljenje nekonvencionalne zgrade cigle miješajući bakterije koje proizvodeći mokraću, pijesak i uređenje u kalup. Oni se kalcificiraju u bilo koji oblik bez pucanja. Europska svemirska agencija razmišlja o urinu astronauta kao resurs za izgradnju kućišta na Mjesecu.
"Kad razmišljam o širokoj budućnosti recikliranja urina i recikliranja otpadnih voda, želimo da budemo u mogućnosti proizvesti što više proizvoda", rekao je Tarpeh.
Kako istraživači vode niz ideja za kočiju urin, znaju da je to uzbrdo bitka, posebno za udruženu industriju. Gnojivo i prehrambene kompanije, poljoprivrednici, proizvođači i regulatori toagata, polako su postigli značajne promjene u svojim praksama. "Ovdje je puno inercije", reče Simcha.
Na primjer, na Univerzitetu u Kaliforniji, Berkeley, ugradnja istraživanja i obrazovanja Laufena Sačuvaj! To uključuje potrošnju na arhitekte, izgradnju i poštivanje opštinskih propisa - a to još nije učinjeno, rekao je Kevin Ona, inženjer zaštite životne sredine koji sada radi na zapadnoj Virdžiniji u Morgantownu. Rekao je da je nedostatak postojećih kodeksa i propisa stvorio probleme upravljanja objektima, pa se pridružio grupi koja je razvijala nove kodove.
Dio inercije može biti zbog straha od otpornosti na kupca, ali 2021. istraživanje ljudi u 16 zemalja7 otkrilo je da je na mjestima poput Francuske, Kine i Ugandi, spremnost za konzumiranje hrane u urinu blizu 80% (vidi da će ga vidjeti? ').
Pam Elardo, koji vodi administraciju otpadnih voda kao zamjenik administratora Agencije za zaštitu životne sredine u New Yorku, rekao je da podržava inovacije poput diverzije urina dok ključni ciljevi njene kompanije budu dodatno smanjenje resursa zagađenja i recikliraju. Ona očekuje da će za grad poput New Yorka, najpraktičnija i isplativija metoda preusmjeravanja urina bit će izvan mreže u retrofituru ili novim zgradama, dopunjenim operacijama održavanja i prikupljanja. Ako inovatori mogu riješiti problem ", trebali bi raditi", rekla je.
S obzirom na ove avanse, Larsen predviđa da masovna proizvodnja i automatizacija tehnologije diverzije urina možda neće biti daleko. To će poboljšati poslovni slučaj za ovaj prijelaz u upravljanje otpadom. Diverzija mokraće "je prava tehnika", rekla je. "Ovo je jedina tehnologija koja može riješiti probleme sa kućom u razumnom vremenu. Ali ljudi se moraju odlučiti. "
Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Enviru. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Enviru.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Bager, GT, Zhou, B. i ljubav, NG Enviru. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Enviru. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Enviru.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Bager, GT, Zhou, B. i ljubav, NG Enviru.nauka. Tehnologija. 55, 593-603 (2021).
Sutherland, K. et al. Pražnjenje dojmova preusmjeravanja toaleta. Faza 2: Oslobađanje plana validacije Ethekwini City UDDT (Univerzitet KwaZulu-Natal, 2018).
Mkhize, N., Taylor, M., Udert, km, Gounder, TG & Buckley, Caj Water Sanit. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, km, Gounder, TG & Buckley, Caj Water Sanit.Mkhize n, taylor m, udert km, Gounder tg. i Buckley, Caj Water Sanit. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, km, Gounder, TG & Buckley, Caj Water Sanit. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, km, Gounder, TG & Buckley, Caj Water Sanit.Mkhize n, taylor m, udert km, Gounder tg. i Buckley, Caj Water Sanit.Menadžment razmjene 7, 111-120 (2017).
Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Ciurli, S. Angew. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Ciurli, S. Angew. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Churli, S. Angue. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Ciurli, S. Angew. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Ciurli, S. Angew. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Churli, S. Angue.Hemikalija. Međunarodni raj engleski. 58, 7415-7419 (2019).
Noe-hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & LJUBAV, NG ACS Est Engg. Noe-hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & LJUBAV, NG ACS Est Engg. Noe-hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & LJUBAV, NG ACS Est Engg. Noe-hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & LJUBAV, NG ACS Est Engg. Noe-hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & LJUBAV, NG ACS Est Engg. Noe-hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & LJUBAV, NG ACS Est Engg. Noe-hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & LJUBAV, NG ACS Est Engg. Noe-hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & LJUBAV, NG ACS Est Engg.https://doi.org/10.1021/access.1c00271 (2021 g.).