我原想研究干净的水，结果在厕所里越走越远……

科普中国-我是科学家 2020-10-16

　　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……》。

　　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。

　　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。