徐宁

2018年11月6日，微软公司创始人比尔·盖茨出现在北京“新世代厕所博览会”现场，在他身旁的桌上摆着一罐粪便。盖茨说：“这么点人类粪便就含有200万亿个轮状病毒，200亿个志贺氏菌和10万个寄生虫卵。”全世界还有约24亿人无法安全处理粪便，缺少卫生条件良好的厕所正严重威胁发展中国家人民的健康。在会场上，盖茨发出倡议，号召人们重视卫生问题，重新设计厕所。

2018年在北京，盖茨上台讲话时随身带着一罐粪便。

为什么要重新设计厕所？

经过工业革命和城市发展浪潮的洗礼，在城市中，冲水式厕所得到普及。人类开始有能力将粪便和尿液通过下水管道运送到污水处理厂进行处理，然后安全排放至环境中。下水道加污水处理厂的模式在19、20世纪运行良好，但随着城市容纳的人口越来越多，污水处理厂的规模也越来越大，城市管理者逐渐发现这种模式存在问题：首先，污水处理厂需要稳定供水，这会加剧某些缺水城市的水资源短缺;其次，污水处理厂无法从污泥中回收全部的氮、磷，这些剩余营养物会让水体中的藻類大量繁殖，严重破坏水体生态。将污水排放至下游的办法在这颗拥挤的星球上无法起效了，因为在21世纪，每个人都在其他人的下游。

另外，在一些经济落后地区还有约24亿人用不上厕所。根据世界卫生组织统计，今天全世界仍有24亿人无法使用条件良好的卫生设施，其中10亿人在露天排便。露天排便十分危险：一方面容易遭到野生动物或罪犯袭击;另一方面是可能带来的巨大健康隐患。粪便随雨水流入河流，可能会传播霍乱、痢疾甚至脊髓灰质炎（俗称小儿麻痹）。据世界卫生组织2016年数据，低收入和中等收入国家每年因为缺水、环境卫生和个人卫生问题导致造成的总死亡人数，每年平均高达84.2万。

盖茨说，糟糕的卫生设施会加重国家医疗成本，减少国民预期寿命，而在厕所等卫生设施上进行投资，相应也会获得多方面的回报。从2011年起，盖茨基金会就开始出资支持新型厕所研发，盖茨也一直奔走于世界各地，寻找未来厕所的方案。

全世界还有24亿人无法使用卫生条件良好的厕所。图为印度农村的简易厕所。

让厕所香起来

为什么许多发展中国家人民不愿意使用厕所？原因很简单：厕所很臭，还占地方。与其在原本就不大的家中规划一块“臭臭地”，还不如去公共厕所，或者干脆在露天解决。盖茨意识到，要普及厕所，先要解决臭味。

厕所味来自哪里呢？要回答这个问题，难度可不小。粪便和尿液中含有200多种化合物，不同地区的气候环境，加上不同的饮食习惯，造成不同国家人民粪便和尿液的组成成分也不尽相同。好在有一家香水厂商联系了盖茨基金会，表示他们愿意攻克难题。

不久后，香水厂分离出四种造成厕所味的物质，并在此基础上制成了一种有强烈粪臭味和尿骚味的“香水”。他们将其命名为“大便香水”。如果有一种香水能成功消除大便香水的恶臭，也就能让臭味从厕所消失。

空气清新喷雾能用强烈的香味盖过空气里的臭味，但这家香水厂决定从神经本身下手。人类鼻腔里有大约350个嗅觉受体，有了它们人类才能闻到从玫瑰香到脚臭的各种味道。香水厂的研究人员意识到，如果能够阻止臭味感受器工作，我们就闻不到臭味了。

终于，研究人员成功地研发出了一种香水，能够抑制对恶臭敏感的嗅觉受体活性。盖茨亲自试用了这种抗臭香水，发现大便香水和抗臭香水混合后，粪臭味完全消失，只留下令人愉悦的花香味。这方案看似非常复杂，其实瞄准的恰恰是厕所难题的根源——在新型厕所诞生之前，抗臭香水能让现有的厕所不那么臭，这样更有利于一些发展中国家人民养成使用厕所的习惯。

抵抗恶臭的“抗臭香水”如何起效？

没有下水道，也不需要水

一些发展中国家的住房没有配备下水管道，要如何为这些国家和地区的居民修建厕所呢？2013年，科学家设计出了一个“集装箱公用厕所”。他们用一个标准集装箱作为厕所主体结构，粪便和尿液通过管道来到位于集装箱下方的处理系统。在这里，液体废物和固体废物首先被分离，然后超临界水氧化装置瞬间完成粪便消毒，杀死其中的细菌、病毒、寄生虫卵等致病原。最后的产物是干燥的固体废物和较为洁净的冲洗用水。但这种社区公用厕所也存在不足，集装箱采购和处理系统就是笔不小的开支。

集装箱改装的公厕。下方是一个“微型污水处理厂”。

纳滤膜马桶结构图

既然有了公用厕所，有没有能够轻易进入家庭的新型厕所呢？2018年9月，英国科学家研制的“纳滤膜马桶”内部有齿轮、螺丝和保温区，可分离、储存粪便，还能实现无水清洁马桶。人方便完后，首先盖上马桶盖，铰链带动齿轮运作，马桶底部打开，刮刀将粪便刮入马桶最底部的收集盒中并清洁马桶壁。粪便被螺旋装置抬升，并被转化成干燥的小颗粒，投入燃烧腔进行燃烧处理。尿液等污水经过燃烧腔外部时被加热，然后通过纳滤膜，转化成无病原体的洁净水。净水经过换热器冷凝后流入水箱。这些水可以用于清洁室内和浇灌植物。这种厕所不需要接入下水管道也无须冲水，算上纳滤膜的更换费用，每天的使用成本不到0.3元。

人粪：被丢掉的宝贝

我们每去厕所大便一次，就浪费了一些能源，因为人类粪便也能作为能源。研究人员曾经对115名参与者的粪便做过统计，发现参与者每天平均排便123.6克。假设这也是全球的人均水平，那么全人类每天会产生96万吨粪便。排除掉粪便中的水，能用作燃料的干物质大约质量为24万吨。

如果想要获取粪便中的能量，一种方法是对粪便进行加热处理，将其转变为生物柴油、生物煤炭等燃料。这种方法的缺点是加工过程中会排放氮氧化合物，污染环境。还有一种方法是利用厌氧微生物分解粪便，并收集细菌排放出的甲烷。因为甲烷具有强温室效应，捕获甲烷可以有效减缓全球变暖。

一家美国公司在极度缺水的岛国马达加斯加经营起粪便生意。在总人口2200万的马达加斯加，至少有1000万人处于缺少干净饮用水的边缘。水资源紧缺和基建落后，导致马达加斯加全国几乎没有一家上规模的污水处理厂。

该公司在村落中设置免冲洗公共厕所，定期派人回收用塑料袋封存的粪便;他们还从当地餐馆回收来厨余垃圾。一台大型“绞肉机”将剩饭和蔬菜残渣磨成糊状，这些食物泥和粪便一起，被装入蒸煮罐中加热至70℃，以杀灭其中大部分病原体（按照盖茨基金会的要求，蒸煮罐的热源完全来自处理厂收集的沼气）。这些经过巴氏消毒后的人类生活废物被转移至生物消化器，待废物的溫度下降到合适范围，工人向其中投入厌氧菌菌种，消化器搅拌废料，厌氧菌就开始分解废物。消化器的上方有一个富有弹性的大袋子，细菌产生的沼气就被收集在这个袋子里。

粪便处理厂占地仅400平方米，核心部分是一个近30立方米的生物消化器，附属部分包括蚯堆肥箱等装置。粪便处理厂每个月能生产3吨液体肥和1.5吨堆肥。该厂将这些肥料出售给农民。粪便处理厂不但妥善处理了粪便和厨余垃圾，也不需要大量用水。

从粪便里提取饮用水

2015年的一天，在美国西雅图北部的杰尼基全能处理站，盖茨从水龙头中接了一杯处理粪便后回收的洁净水，喝了一口后他说，这杯“粪水”味道和瓶装水一样好。

在杰尼基内部，污水和污泥首先被运入锅炉煮沸。干燥的污泥又被用作加热锅炉的燃料，锅炉加热产生的蒸汽用于发电，冷凝后被收集起来。这些水经过反渗透净化后，成为安全的饮用水。杰尼基可以依靠锅炉蒸汽发电为辅助泵、风扇和电动机供能，剩余的电能上传电网。简单来说，污水和污泥进去，净水和电出来，并且全过程不产生臭味。正在开发的新一代杰尼基全能处理站，单站能处理10万人的粪便和尿液，每天生产86吨饮用水，净上网发电量250千瓦。

传统污水处理厂会产生固体废物。有的污水处理厂将这些废物运到沙漠中丢弃，附近没有沙漠的就买柴油等燃料将其焚烧掉。无论是运输还是燃烧，都要消耗大量能源，贫穷国家无力负担。而杰尼基处理后的废物有足够的能量燃烧下一批废物。一个自给自足的垃圾处理厂有效地解决了固体废物处理难题。杰尼基等垃圾处理厂的出现，让粪便成为更有价值的商品，从而推动粪便回收。

盖茨从龙头中接过一杯用粪水过滤后的水，尝了一口后他觉得味道很好。

新型厕所的出现引起了不少争论。有人认为这些新厕所只是“看上去很美”，实际上没有哪个贫穷地区能负担得起，而且后期维护也是难题。盖茨则表示，发达国家的厕所、污水管网、污水处理厂等加在一起，运行成本更高，且如果不维护则无法使用，因此不适用某些贫穷国家。只有研发出既便宜、使用成本也低的厕所，才能让24亿人用上厕所。

我们现有的污水处理系统浪费了大量的水资源和能源。2013年，英国节能信托某基金会对8.6万户英国家庭进行调查。结果显示，浴厕用水占家庭平均用水量的47%，其中25%用于洗澡，22%用于厕所冲水。抽水马桶每天使用的水量是英国人均日饮水量的十多倍。当世界人口突破100亿大关，我们还有足够的水冲洗厕所吗？

这场厕所革命可以给没有良好厕所条件的国家带来卫生、医疗和社会安全方面的改善，也能为已经普及厕所的国家节省水资源和能源。虽然我们还没有找到理想的未来厕所方案，不过已经朝前迈进了一大步。 （责任编辑 王川）

厕所简史

从处理粪便这个问题上，能看出人类文明的发展历程。

人粪落地后，立即就会吸引各种昆虫。它们的目标是粪便中的磷和氮，以及未被消化完的蛋白质。这些昆虫不但吃粪便，还在粪便里产卵。因为粪便会成为各种病原体的栖息地，所以我们的祖先知道必须定期清理粪便，并尽可能远离它们。

在游牧时代，人类可以拉完就走，用不着处理粪便。有时，当他们回到以前停留过的草原，会发现粪便上长出了果树或灌木，并结出了水果或浆果。久而久之，人类学会种植作物，并逐渐进入农业文明。有了稳定的食物来源，人类过上了定居生活。定居意味着要妥善处理粪便，于是。我们的祖先学会将粪便集中堆积在土坑中，倒入田地或河流。

中国周代在城中街道设“路厕”，汉代则称“都厕”，都是城市管理者为百姓修建的公厕。在人口上百万的唐都长安（今西安），收集城市中的粪便成为一门抢手的营生，人粪被运到城外售给农民做肥料。

古罗马人在处理污物这个问题上发挥了他们的想象力。他们在城中修建公共厕所，人们一边上厕所一边聊天谈事。粪便和尿液落入厕所下方的水沟中，随着持续不断的流水被带入城外。这也是现代下水管网的雏形。

欧洲进入中世纪后，大量农民搬进城市生活，空间变得稀缺而珍贵。这时期粪便的处理比起古罗马时期居然还倒退了：一到早晨，家家户户推开窗户，将便盆中的污物倒在大街上。13世纪时，巴黎甚至出台法令，严禁街边楼房向下倾倒屎尿，但基本没人遵守。中世纪欧洲大多数城市没有公共厕所，行人随处方便，城市臭气熏天。

同时期，欧洲贵族和皇室的卫生条件要稍好些，有些城堡中修建了较为完善的厕所。1595年。英国作家约翰·哈林顿将自己发明的杠杆冲水马桶安装在英女王的宫殿中。这是历史上首个冲水马桶。1775年，英国钟表匠卡明斯给马桶加上了自动蓄水的水箱。又过了几十年，英国发明家布拉梅给马桶设计了能阻止臭味的S形管。至此，现代抽水马桶的要素基本上都出现了。

进入19世纪，伦敦等欧洲枢纽城市的人口突破百万。这些城市拥挤不堪，四溢的污水污染了街道与河流。1831年，一场大规模霍乱几乎让伦敦变为死城。1848年，伦敦政府强制新建房配备厕所。1865年，伦敦的下水道修建完成，至此，伦敦因霍乱、伤寒等介水传染病造成的死亡人数大大减少。

19世纪末，一些城市开始对污水进行沉淀和化学处理。1890年，美国伍斯特市出现了全世界第一座污水处理厂。