Off-grid sanitetssystemer viser løfte, trods toiletpapir

Som legenden har det, da franske arbejdere følte deres levebrød truet af automatisering i begyndelsen af ​​1900'erne, de kastede deres træsko kaldet saboter ind i maskinerne for at stoppe dem. Derfor ordet sabotage.

I stedet for at spilde godt fodtøj, måske skulle de have prøvet vådt toiletpapir.

I to nye artikler offentliggjort i tidsskriftet Videnskab om det samlede miljø , ingeniører fra Duke University rapporterer om resultater fra den første store, virkelige feltforsøg af kritiske komponenter i deres off-grid sanitetssystem. Siden 2011 har Bill &Melinda Gates Stiftelsens initiativ "Reinvent the Toilet" har investeret mere end 200 millioner dollars til at finansiere disse og andre bestræbelser på at oprette små sanitetssystemer for at imødekomme behovene hos de 4,2 milliarder mennesker, der mangler sikkert håndteret sanitet på verdensplan.

Mens deres processer til fjernelse af næringsstoffer skal forbedres, forskerne siger, at de var positivt overrasket over, hvor længe systemets komponenter varede. De blev også mindet om, hvor vigtig kulturel praksis kan være for succesen med en global ingeniørudfordring.

"Det første trin i vores genopfindede toiletsystem adskilte det faste og flydende affald gennem et transportbånd lavet af gummibånd, "sagde Brian Hawkins, forsker i Duke Center for Water, Sanitet, Hygiejne og infektionssygdomme (WaSH-AID). "Det fungerer godt i Indien, hvor de har en vaskekultur, men i Sydafrika, hvor de har en aftørringskultur, toiletpapiret kom ind i blandingen og gummede alle gearene op. Det resulterede i, at systemet skulle rengøres hvert par dage, hvilket ikke er bæredygtigt. "

For at de Gates-finansierede sanitetssystemer kan betragtes som vellykkede, de må ikke kun fjerne patogener fra menneskeligt affald og genvinde ressourcer som energi, rent vand og næringsstoffer, de skal gøre dette "off the grid, "uden adgang til ekstern elektricitet eller vandkilder. For at toppe det hele, systemerne skal koste mindre end fem øre pr. bruger om dagen - det er 200 brugere for $ 10.

Sammen med Jeffrey Glass og Brian Stoner, begge fakultetsmedlemmer i Duke's Department of Electrical &Computer Engineering, Hawkins har arbejdet på sit system hos RTI International og Duke Engineering i næsten et årti. Efter at have testet væskebehandlingssystemet i store skalaer i virkelige omgivelser, det ser ud til, at holdets dedikation begynder at betale sig.

"Den store ting, vi forsøgte at finde ud af, er, hvor længe vi kan køre dette system, før det har brug for kritisk vedligeholdelse, "sagde Hawkins." Og du vil gøre det i så tæt på virkelige situationer som muligt. "

I store dele af 2018 Duke -forskerne installerede et prototype affaldsbehandlingssystem to steder - en kvinders sovesal på en tekstilmølle i Coimbatore, Indien og en kommunal ablutionsblok i udkanten af ​​Durban, Sydafrika. I løbet af otte måneder, begge systemer betjente op til 50 potentielle brugere på et givet tidspunkt, behandler mere end 11, 000 liter affald i hele feltforsøgene.

Selvom problemet med toiletpapir var en vigtig opdagelse, det primære formål med forsøgene var at teste levetiden for de kritiske komponenter i væskebehandlingsprocessen. Efter at faste stoffer er adskilt fra væskerne, de skubbes gennem et stort aktivt kulfilter.

Selvom dette fjerner næsten alle biosolider, det desinficerer ikke vandet eller fjerner eventuelle opløste salte. Men det er okay, fordi forskerne kan gøre brug af det ene problem til at løse det andet. Elektricitet føres gennem vandet for at nedbryde molekylære bindinger i de resterende salte for at producere chlorholdige oxidanter, et kraftigt desinfektionsmiddel.

"Elektrokemisk behandling af farligt affald har mange fordele, "sagde Glass." Du behøver ikke at sende eller håndtere kemikalier til desinfektionen, og processen kan være meget effektiv. "

Afhængigt af vandets specifikke kemi, imidlertid, de elektriske ledninger, der er nødvendige til denne proces, kan korrodere hurtigt. Forskerne var heller ikke sikre på, hvor meget brug de aktive kulfiltre kunne klare, før de skulle udskiftes. Men feltforsøgene hjalp med at lindre denne frygt.

"Begge forsøg gik i otte måneder, og filtrene mislykkedes aldrig. Jeg havde det i hovedet, at det ville være dejligt, hvis de kunne holde et år, og indtil videre ser det ud til, at de måske kan, "sagde Hawkins." Så længe vi rengjorde det elektriske system med jævne mellemrum, det varede i hundredvis af timers service. Det er en komponent, der hvis du skulle udskifte det hvert halve år, det går ikke. Men hvis du kan få det til at vare tre eller fire år, det er okay."

Generelt, feltforsøgets resultater var lovende med hensyn til systemets potentielle vedligeholdelsesbehov og ydeevne. Duke's prototypesystemer opfyldte alle de biologiske parametre og tre ud af de fem kemiske standarder for flydende spildevand i henhold til nyligt frigivne enkeltstående krav til spildevandsrensning fra International Organization for Standardization (ISO). Men de undlod standarderne for resterende mængder fosfor og nitrogen.

"Disse to kemikalier er særligt bekymrende, når du udleder vand i søer og vandløb, fordi for meget af begge kan forårsage algeblomstring, "sagde Hawkins." Der er effektive måder at fjerne fosfor og nitrogen til lave omkostninger for store mængder, eller for små mængder til høje omkostninger, men ikke for lave mængder til lave omkostninger. Det er et løbende emne for F&U for os. "

Duke -ingeniører tester nu løsninger på sådanne problemer i deres næste iteration af systemer i Indien. De nye systemer er mere kompakte og effektive-og bare en lille smule tættere på at blive ansat som fuldskala arbejdsløsninger.

"Hvis du ser på flowdiagrammet for vores originale system, og hvad vi tester nu, komponenterne er alle ens, men de nyeste prototyper er meget mere slanke og slemme, "Sagde Hawkins." På dette tidspunkt gentager vi mest de samme teknologier, men egentlig ikke foretage store ændringer. ”