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污水凈化新方法

作 者: 來 源:中國桶裝水網


跟許多發明家一樣,迪恩•卡梅倫(Dean Cameron)擁有廣博的學科背景知識和挑戰權威的愿望,最重要的是,他深知當試驗出現差錯時,可能恰恰會有新發明的靈感迸發。
在因“生物水”(Biowater)水處理系統而獲得今年亞洲創新獎的卡梅倫這里,出現差錯的是一個抽水馬桶。當時他試圖從人類糞便中提取有機酸來制造甲烷,卻不明白這個辦法為什么行不通。甲烷的產生過程是厭氧的,也就是要隔絕氧氣?穫愑X得自己的系統密封良好。容器是焊接的,眼見之處根本沒有氧氣滲入;但是生成的甲烷氣體連燃燒都不夠。

卡梅倫更加仔細地進行了觀察,發現廢棄物中所含的空氣足以讓系統保持在有氧狀態。雖然情況阻止了甲烷的產生,但卡梅倫說他觀察到的甲蟲和蛆這樣的好氧生物引起了他的興趣。

他說:“只要發現類似這樣令你驚訝的事物,都值得去思考一番,因為它出乎你的意料,所以可能會有一些重要的東西能讓你從中學到點什么。”

用卡梅倫自己的話說,他對這種時刻有充分的準備。他的父親是一位土木工程師,經常自己動手“大興土木”,卡梅倫還記得父親親自組裝上、下水系統的情形。從學校畢業以后,卡梅倫先是涉獵了神學,然后轉攻園藝、植物、生態和環境科學。在干某個工作的時候,他意識到自己需要多學一些制造方面的知識,并表示自己在上個世紀80年代發明了閃光二極管自行車燈(不過他沒有申請專利)。

在那之后,他又對樸門農藝(permaculture)產生了興趣,并在昆士蘭買了一塊地方做實驗。樸門農藝是一種人工生態系統,旨在通過可再生資源來滿足居民的需要。他說,從那個地方“引出了一系列事件,有的很偶然。”他說,生產甲烷時遇到的問題正可以用“機會只青睞那些有準備的人”這句話來詮釋。

卡梅倫不但沒有泄氣,反而開始問自己,如果反其道而行會怎么樣──加入一些蟲子和空氣,讓這個過程充滿更多氧氣會如何。“我按照這個想法所進行的第一個實驗非常成功,”他說,“而且徹底推翻了認為蟲子無法在高濕度環境中存活的傳統看法。”就這樣,卡梅倫開始了發明“生物水”的歷程。

卡梅倫的水處理系統讓人類糞便和其他廢棄物經過一個多層槽體,并經歷一個堆肥過程,利用蠕蟲、甲蟲和無數有機微生物來自然分解這些廢棄物,直到底層形成水,這些水可以用于灌溉?穫愓f,這種裝置比傳統污水處理系統節能90%,而維護它們的成本是后者的一半。

他的公司Biolytix Water Pty. Ltd.已經在太平洋沿岸的近3000個家庭、公共事業和企業內安裝了“生物水”水槽,并計劃明年進軍亞洲、美國和歐洲市場。

這個系統的關鍵之處在于那些蟲子?穫悘氖〉募淄閷嶒炛姓J識到,最快的分解并不是在水中發生──大多數傳統系統比如化糞池可能都已經證明了這一點──而是在土壤與水接觸的潮濕環境中。他發現,在有空氣和土壤生物存在的情況下,這種分解發生的速度要快得多。

這些生物會分解被抽吸入水槽頂層的廢棄物并形成腐殖質,后者是一種可以自我再生的活性基質,看上去像土壤,但其90%是水分,并充當了過濾器?穫愓f,經過處理的水不能飲用,但對土壤很有好處,因為它含有“能夠提高作物產量的有機物。”

這個東西的巧妙之處在于它利用廢棄物制造了一個能夠凈化水的活性有機過濾器,將廢棄物這樣一個問題轉化為了一種解決方案?穫愓f,有機體是“全世界生物體數量最為密集的地方;1克腐殖質里就有10億個有機物。這個數量極為驚人。”

不管是在蘇格蘭的高地還是在熱帶地區,這些有機物的類型都不會有什么變化。其中一些是自己形成的,還有一些是人為加入的;但所有的有機物都是為了同一個目標:這些以垃圾為食的生物會分解較大的物質,極大地增加廢棄物的表面積,從而加速分解。同時,其中的各類蟲子會在腐殖質中鉆出細小的通道,讓空氣進入這個過濾器中,防止水被阻塞。

數百萬體積細小的原尾蟲、跳蟲和甲蟲在潮濕的表面上生活,吸收或吞食卡梅倫所稱的“微生物層湯”。這個豐富的群體不斷吸收和分解為流動的廢水所腐蝕的物質。與此同時,輪蟲和橈足動物之類的微生物又會消耗細菌,清除沙門氏菌一類的病原體。所有這些活動都減小了顆粒的體積,直到形成腐殖質。

這個系統的好處在于它能以非常小的規模運行,而且成本低廉?穫惖墓疽呀涢_發出了此系統的一個概念驗證版,可供四個人使用,費用僅為200澳元(合175美元)。而且這個系統需要的能源很少,甚至可以完全不用:Biolytix BF6型號使用一個功率為5瓦特的氣泵。這比五年一次抽空化糞池所需的能源還要少。還有些型號完全不需要動力。

“我們最終要達到的目標是將物質分解,”卡梅倫說。“如果你能避免消耗很多能源,那你就應該這樣做。”

卡梅倫認為廢棄物處理幾乎從一開始就有重大缺陷。“科技發展的過程就是這樣,”他說,“人們關注所發生的事,并不斷作出改進。”

卡梅倫說,在工業革命期間污水處理方法開始走入歧途。早期的人們意識到接觸污水會致病,于是他們就將排水管埋在地下。他說,這一點是“工程師們走錯的第一步。”這樣一來就喪失了可以讓廢棄物迅速分解的氧氣──空氣中20%為氧氣,而水中的氧氣含量只有百萬分之七。當廢棄物體積太大的時候,自然環境就難以補充水中的氧氣含量?穫愓f,這些人從來沒想過他們在做什么,“他們的第一步只是把它弄走。”

他說,從那時起,后續的改進只是重點關注如何更有效地將氧氣注入水中,這個過程很浪費資源,5%的電網電力用來處理廢棄物,而其中大部分都被這個過程消耗了。

“如果用我們的辦法,這種能源浪費是完全沒有必要的,”他說。“我們開發的這個系統可以讓需氧過程完全在無能耗狀態下進行。唯一需要能源的地方就是將凈化后的水抽吸出來用于灌溉。”卡梅倫表示,要說服一個墨守成規的行業并抓住投資者的想象力很難。但全世界有25億人沒有良好的衛生設備,因此他堅信自己這個從抽水馬桶底部開始的計劃將變成現實。

 

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