Экосанитария

Экологическая санитария, часто именуемая сокращенно Экосан (также произносится как эко-сан или ЭкоСан) — это подход, который характеризуется стремлением безопасно «замкнуть петлю» (прежде всего для питательных веществ и органического вещества) между санитарией и сельским хозяйством. Экосанитарные системы безопасно утилизируют продукты жизнедеятельности человека (прежде всего мочу и фекалии) для использования их сельском хозяйстве таким образом чтобы использование невозобновимых ресурсов было минимизировано. Когда экосанитарные системы надлежащим образом спроектированы и эксплуатируются, то они направлены на то чтобы обеспечить гигиенически безопасный, экономически оправданный и замкнутый процесс превращения отходов человеческой жизнедеятельности в питательные вещества, которые возвращаются в почву, а также возвращения воды в её естественный круговорот.

Экосанитарный круговорот веществ и воды

Обзор

Основными целями экологической санитарии являются снижение рисков для здоровья, связанных с санитарией, загрязненной водой и отходами; предотвращение загрязнения подземных вод и поверхностных вод; а также повторное использование питательных веществ или энергии, содержащихся в отходах.

Экосанитария основана на общей концепции материальных потоков как части экологически и экономически устойчивой системы управления сточными водами, адаптированной к потребностям пользователей и соответствующим местным условиям. Это не способствует конкретной технологии санитарии, а скорее является определенной философией в обращении с веществами, которые до сих пор рассматривались просто как сточные воды и отходы, переносимые водой для удаления[1].

Повторное использование в качестве удобрения

Первые сторонники систем экосанитарии уделяли большое внимание повышению производительности сельского хозяйства (за счет повторного использования экскрементов в качестве удобрений) и, таким образом, улучшению состояния питания людей в то же время, обеспечивая их безопасной санитарией[2]. Снижение заболеваемости должно было быть достигнуто не только за счет сокращения числа инфекций, передаваемых фекально-оральным путем, но и за счет сокращения недоедания у детей.

Сельскохозяйственные испытания по всему миру показали измеримые преимущества использования обработанных экскрементов в сельском хозяйстве в качестве удобрения и кондиционера почвы. Это относится, в частности, к использованию мочи. Испытания повторного использования в Зимбабве показали положительные результаты при использовании мочи на зеленых листовых растениях, таких как шпинат или кукуруза, а также на фруктовых деревьях[3][4]. Другое исследование в Финляндии показало, что использование мочи и использование мочи и древесной золы "может дать на 27% и 10% больше биомассы корней красной свеклы"[5]. Во многих исследованиях было доказано, что моча является ценным, относительно простым в обращении удобрением, содержащим азот, фосфор, калий и важные микроэлементы[6].

Восстановление фосфора

Еще одной проблемой, которую пытаются решить системы экосанитарии, является возможная предстоящая нехватка фосфора[7]. Фосфор играет важную роль в росте растений и, следовательно, в производстве удобрений, но является ограниченным минеральным ресурсом[8]. Аналогичная ситуация и с калием. Известные запасы минеральных фосфатных пород становятся дефицитными и все более дорогостоящими для добычи – это также называется "пиковым фосфорным" кризисом. Один обзор мирового предложения фосфатов показал, что в случае сбора фосфат в моче может обеспечить 22% от общего спроса[9].

Преимущества

Преимущества систем экосанитарии включают в себя:

  • Сведение к минимуму проникновения патогенов из человеческих экскрементов в водный цикл (подземные и поверхностные воды) - например, загрязнение подземных вод выгребными ямами.
  • Сохранение ресурсов за счет снижения потребления воды, замены минеральных удобрений и минимизации загрязнения воды.
  • Меньшая зависимость от добываемого фосфора и других невозобновляемых ресурсов для производства удобрений.
  • Снижение потребления энергии при производстве удобрений: Мочевина является основным компонентом мочи, но мы производим огромное количество мочевины, используя ископаемое топливо. При правильном управлении мочой можно снизить затраты на лечение, а также затраты на удобрения.

История

Повторное использование экскрементов в системах сухой санитарии

Восстановление и использование мочи и кала в "сухих системах санитарии", то есть без канализации или без смешивания значительного количества воды с экскрементами, практикуется почти во всех культурах. Повторное использование не ограничивалось сельскохозяйственным производством. Римляне, например, знали об отбеливающем свойстве аммиака в моче и использовали его для отбеливания одежды.

Многие традиционные сельскохозяйственные общества признавали ценность человеческих отходов для плодородия почвы и практиковали "сухой" сбор и повторное использование экскрементов. Это позволило им жить в сообществах, в которых питательные вещества и органические вещества, содержащиеся в экскрементах, возвращались в почву. Исторические описания этих практик скудны, но известно, что повторное использование экскрементов широко практиковалось в Азии (например, в Китае, Японии, Вьетнаме, Камбодже, Корее), а также в Центральной и Южной Америке. Однако наиболее известным примером организованного сбора и использования человеческих экскрементов для поддержки производства продуктов питания является Китай[10]. Ценность "ночного золота" в качестве удобрения была признана благодаря хорошо развитым системам, позволяющим собирать экскременты из городов и транспортировать их на поля. Китайцы знали о преимуществах использования экскрементов в растениеводстве более 2500 лет назад, что позволило им содержать больше людей с более высокой плотностью, чем любая другая система сельского хозяйства.

В Мексике культура ацтеков собирала человеческие экскременты для сельскохозяйственного использования. Один из примеров такой практики был задокументирован для ацтекского города Теночтитлан, который был основан в 1325 году и был одним из последних городов доиспанской Мексики (завоеванной в 1521 году испанцами): население проводило уборку в специальных лодках, пришвартованных в доках вокруг города. Смеси мусора и экскрементов использовались для удобрения чинамп (сельскохозяйственных полей) или для укрепления берегов, граничащих с озером. Мочу собирали в контейнеры во всех домах, затем смешивали с грязью и использовали в качестве красителя для ткани. Ацтеки признавали важность переработки питательных веществ и соединений, содержащихся в сточных водах[11].

В Перу инки высоко ценили экскременты в качестве удобрения, которое хранилось, сушилось и измельчалось для использования при посадке кукурузы[12].

В Средние века использование экскрементов и серой воды в сельскохозяйственном производстве было нормой. Европейские города быстро урбанизируются, и санитария становится все более серьезной проблемой, в то же время сами города становятся все более важным источником сельскохозяйственных питательных веществ. Таким образом, практика непосредственного использования питательных веществ в экскрементах и сточных водах для сельского хозяйства продолжалась в Европе до середины 19 века. Фермеры, признавая ценность экскрементов, стремились получить эти удобрения для увеличения производства и улучшения городской санитарии. Эта практика также называлась гонг-фермером в Англии, но несла много рисков для здоровья тех, кто был связан с транспортировкой экскрементов и фекального осадка.

Традиционные формы санитарии и повторного использования экскрементов сохранялись в различных частях мира на протяжении веков и все еще были обычной практикой на заре промышленной революции. Даже по мере того, как мир становился все более урбанизированным, питательные вещества в экскрементах, собираемых из городских систем санитарии без смешивания с водой, все еще использовались во многих обществах в качестве ресурса для поддержания плодородия почвы, несмотря на рост плотности населения[13].

Снижение извлечения питательных веществ из человеческих экскрементов в сухих системах

Извлечение питательных веществ из экскрементов в системах канализации, не связанных с канализацией, решает проблемы санитарии в населенных пунктах в Европе и других странах и способствует повышению производительности сельского хозяйства. Однако эта практика не стала доминирующим подходом к городской санитарии в 20-м веке и постепенно была заменена канализационными системами санитарии без рекуперации питательных веществ (за исключением сельскохозяйственного повторного использования осадка сточных вод в некоторых случаях) – по крайней мере, для городов, которые могут себе это позволить.

Было четыре основных движущих фактора, которые привели к упадку в восстановлении и использовании экскрементов и серой воды из европейских городов в 19 веке:

  • Рост городских поселений и увеличение удаленности от сельскохозяйственных полей.
  • Увеличение потребления воды и использование смывного туалета: Промывка воды значительно увеличила объем сточных вод, в то же время разбавляя питательные вещества, что делает практически невозможным их восстановление и повторное использование, как это было ранее.
  • Производство дешевых синтетических удобрений, делающих любые усилия по извлечению и повторному использованию питательных веществ и органического материала из больших объемов сточных вод устаревшими.
  • Политическое вмешательство как следствие осознанной необходимости изменений в отношении того, как обращаться с пахучими веществами: Вплоть до конца девятнадцатого века доминирующей теорией распространения болезней была теория миазмов. Эта теория утверждала, что от всего, что пахнет, нужно избавиться, потому что вдыхание плохих запахов, как считалось, приводит к болезни.

Использование (пахучего) навоза животных в сельском хозяйстве продолжается и по сей день, вероятно, потому что считалось, что запах навоза не способствует человеческим болезням.

Извлечение питательных веществ из сточных вод по-прежнему продолжается в двух формах:

  • Повторное использование сточных вод или рекуперация ресурсов: использование необработанных, очищенных или частично очищенных сточных вод для орошения в сельском хозяйстве (с соответствующими рисками для здоровья, если это делается ненадлежащим образом, что часто имеет место в развивающихся странах).
  • Применение осадка сточных вод на сельскохозяйственных угодьях, что не лишено противоречий во многих промышленно развитых странах из-за риска загрязнения почв тяжелыми металлами и микрозагрязнителями при неправильном управлении[13].

Исследования с 1990-х годов и далее

Шведское агентство по международному сотрудничеству в целях развития (Sida) финансировало "Программу исследований и разработок SanRes" в период с 1993 по 2001 год, которая заложила основу для последующей "программы EcoSanRes", осуществляемой Стокгольмским институтом окружающей среды (2002-2011)[14][1]. Публикация Sida под названием "Экологическая санитария" в 1998 году обобщила накопленные на сегодняшний день знания об этой науке в популярной книге, которая была опубликована вторым изданием в 2004 году[14]. Книга также была переведена на китайский[14], французский[15] и испанский[14] языки.

Исследование того, как сделать повторное использование мочи и кала безопасным в сельском хозяйстве, было проведено шведскими исследователями: Хаканом Йонссоном и его командой, чья публикация "Руководящие принципы использования мочи и кала в растениеводстве"[16] стала важной вехой, которая позже была включена в "Руководящие принципы ВОЗ по безопасному повторному использованию сточных вод, экскрементов и серой воды" с 2006 года[17]. Концепция множественных барьеров для повторного использования, которая является ключевым краеугольным камнем этой публикации, привела к четкому пониманию того, как можно безопасно повторно использовать экскременты.

Споры между экспертами

В 1990-е годы, когда термин "экосанитария" был чем-то новым, дискуссии были жаркими и конфронтационными. Сторонники экологической санитарии заявили о своих правах на сдерживание, обработку и повторное использование. Сторонники же традиционных систем канализации защищали отхожие места и канализационные системы с водой. Сторонники экосанитарии критиковали традиционную санитарию за загрязнение водных путей питательными веществами и патогенами. Примерно с 2007 года две противоборствующие стороны постепенно находили способы взаимодействия друг с другом, и создание Альянса по устойчивой санитарии в этом году еще больше помогло обеспечить пространство для встречи всех субъектов санитарии и продвижения в одном направлении устойчивой санитарии.

Примечания

  1. ↑ 1 2 S. Heim. The work of GTZ (Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit GmbH) // Prosthetics & Orthotics International. — 1996-04. — Т. 20, вып. 1. — С. 39–41. — ISSN 0309-3646. — doi:10.3109/03093649609164413.
  2. ↑ Steven A. Esray. Towards a recycling society: ecological sanitation - closing the loop to food security // Water Science and Technology. — 2001-02-01. — Т. 43, вып. 4. — С. 177–187. — ISSN 1996-9732 0273-1223, 1996-9732. — doi:10.2166/wst.2001.0215.
  3. ↑ Peter Morgan. Arborloo - The Single Pit Compost Toilet // Toilets That Make Compost. — Rugby, Warwickshire, United Kingdom: Practical Action Publishing, 2008-01. — С. 7–27. — ISBN 978-1-85339-674-8, 978-1-78044-131-3.
  4. ↑ S. Nilsson, A.S. Merritt, T. Bellander. Endotoxins in urban air in Stockholm, Sweden // Atmospheric Environment. — 2011-01. — Т. 45, вып. 1. — С. 266–270. — ISSN 1352-2310. — doi:10.1016/j.atmosenv.2010.09.037.
  5. ↑ Surendra K. Pradhan, Jarmo K. Holopainen, Janne Weisell, Helvi Heinonen-Tanski. Human Urine and Wood Ash as Plant Nutrients for Red Beet ( Beta vulgaris ) Cultivation: Impacts on Yield Quality (англ.) // Journal of Agricultural and Food Chemistry. — 2010-02-10. — Vol. 58, iss. 3. — P. 2034–2039. — ISSN 1520-5118 0021-8561, 1520-5118. — doi:10.1021/jf9029157. Архивировано 2 июня 2021 года.
  6. ↑ Malin Beckman, Junko Mochizuki, Sopon Naruchaikusol. Changing Land Use, Disaster Risk and Adaptive Responses in Upland Communities in Thailand // Journal of Integrated Disaster Risk Management. — 2015-06. — Т. 5, вып. 1. — С. 1–20. — ISSN 2185-8322. — doi:10.5595/idrim.2015.0083.
  7. ↑ J.J. Schröder, A.L. Smit, D. Cordell, A. Rosemarin. Improved phosphorus use efficiency in agriculture: A key requirement for its sustainable use // Chemosphere. — 2011-08. — Т. 84, вып. 6. — С. 822–831. — ISSN 0045-6535. — doi:10.1016/j.chemosphere.2011.01.065.
  8. ↑ Leading soil scientist warns of threat to food security // ECOS. — 2012. — ISSN 0311-4546. — doi:10.1071/ec12488.
  9. ↑ James R. Mihelcic, Lauren M. Fry, Ryan Shaw. Global potential of phosphorus recovery from human urine and feces (англ.) // Chemosphere. — 2011-08. — Vol. 84, iss. 6. — P. 832–839. — doi:10.1016/j.chemosphere.2011.02.046. Архивировано 3 октября 2021 года.
  10. ↑ WIN KURLFINK. Feed or Feedback. Agriculture, Population Dynamics and the State of the Planet, BY A. DUNCAN BROWN, 432 pp., 22×15×3 cm, ISBN 90 5727 048 X paperback, US$ 29.95/GB£ 17.95, Utrecht, the Netherlands: International Books, 2004 // Environmental Conservation. — 2005-03. — Т. 32, вып. 1. — С. 93–94. — ISSN 1469-4387 0376-8929, 1469-4387. — doi:10.1017/s0376892905222087.
  11. ↑ J.E. Becerril, B. Jiménez. Potable water and sanitation in Tenochtitlan: Aztec culture (англ.) // Water Supply. — 2007-03-01. — Vol. 7, iss. 1. — P. 147–154. — ISSN 1607-0798 1606-9749, 1607-0798. — doi:10.2166/ws.2007.017. Архивировано 13 апреля 2021 года.
  12. ↑ Sustainable sanitation in cities : a framework for action. — Rijswijk: Papiroz Publ. House, 2011. — 165 Seiten с. — ISBN 978-90-814088-4-4, 90-814088-4-4.
  13. ↑ 1 2 Christoph Lüthi, Jennifer McConville, Anna Norström, Arne Panesar, Rahul Ingle. Rethinking Sustainable Sanitation for the Urban Domain // Proceedings of the Water Environment Federation. — 2010-01-01. — Т. 2010, вып. 2. — С. 449–465. — ISSN 1938-6478. — doi:10.2175/193864710798285363.
  14. ↑ 1 2 3 4 Mayling Simpson-Hebert, Arno Rosemarin, Uno Winblad. Ecological sanitation // The Business of Water and Sustainable Development. — Routledge, 2018-05-08. — С. 155–167. — ISBN 978-1-351-28268-0.
  15. ↑ Jacqueline Aloisi de Larderel. Fiscalité, environnement et gestion des ressources naturelles // Annales des Mines - Responsabilité et environnement. — 2012. — Т. N° 65, вып. 1. — С. 21. — ISSN 2271-8052 1268-4783, 2271-8052. — doi:10.3917/re.065.0021.
  16. ↑ Per-Anders Hansson, Hans Fredriksson. Use of summer harvested common reed (Phragmites australis) as nutrient source for organic crop production in Sweden // Agriculture, Ecosystems & Environment. — 2004-05. — Т. 102, вып. 3. — С. 365–375. — ISSN 0167-8809. — doi:10.1016/j.agee.2003.08.005.
  17. ↑ Santosh M. Avvannavar, Monto Mani. Guidelines for the safe use of wastewater, excreta and greywater, Volume 3: Wastewater and Excreta use in Aquaculture, 2006, WHO, 20, Avenue Appia, 1211, Geneva, 27 Switzerland, 92-4-154684-0 (V 3), US $ 45.00, 158. // Science of The Total Environment. — 2007-09-01. — Т. 382, вып. 2-3. — С. 391–392. — ISSN 0048-9697. — doi:10.1016/j.scitotenv.2007.04.034.