Экологическая санитария: безопасное использование отходов в сельском хозяйстве.

Введение

Подход к санитарному обеспечению, направленный на безопасное повторное использование экскрементов в сельском хозяйстве.

Экологическая санитария, обычно сокращенно экосан (также записывается как eco san или EcoSan), – это подход к санитарному обеспечению, целью которого является безопасное повторное использование экскрементов в сельском хозяйстве. До 2012 года экосан часто ассоциировался с разделением мочи и, в частности, с сухими туалетами, разделяющими мочу (UDDT), являющимися типом сухих туалетов. По этой причине термин "экосан-туалет" широко используется, когда речь идет об UDDT. Однако концепция экосанитарии не должна ограничиваться каким-либо одним типом туалета. Кроме того, UDDT могут использоваться без каких-либо мероприятий по повторному использованию, в таком случае они не соответствуют принципам экосанитарии (например, 80 000 UDDT, внедренных муниципалитетом eThekwini возле Дурбана, Южная Африка).

Использование термина "экосан"

Термин "экосан" впервые был использован в 1995 году, а первый проект стартовал в 1996 году в Эфиопии, благодаря НПО под названием Sudea. Трио – доктор Торстен Модиг из Умео, руководитель группы Алмаз Террефе и эксперт по гигиене Гундер Эдстрём – выбрали в качестве отправной точки район в плотно застроенной городской зоне. Они использовали сухие туалеты с разделением мочи (UDDT) в сочетании с мероприятиями по повторному использованию. В концепции экосана человеческие экскременты и сточные воды рассматриваются как потенциальный ресурс, поэтому её также называют "санитарией, ориентированной на ресурсы". Термин "продуктивная санитария" также используется примерно с 2006 года.

Сравнение с термином "устойчивая санитария"

В определении экосанитарии акцент делается на аспектах здоровья, окружающей среды и ресурсов в контексте устойчивой санитарии. Таким образом, экосанитария сама по себе не является устойчивой санитарией, но экосанитарные системы могут быть внедрены устойчивым образом и обладают значительным потенциалом для обеспечения устойчивой санитарии, при условии должного внимания к техническим, институциональным, социальным и экономическим аспектам. Экосанитарные системы могут оказаться "неустойчивыми", например, при недостаточной поддержке со стороны пользователей или если стоимость системы слишком высока для определенной целевой группы, что делает ее финансово неустойчивой в долгосрочной перспективе.

Обзор

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

Восстановление ресурсов

Заявление в определении экосана о "безопасной переработке" включает в себя гигиенические, микробиологические и химические аспекты. Таким образом, переработанный продукт жизнедеятельности человека, в твердой или жидкой форме, должен быть высокого качества как с точки зрения патогенов, так и всех видов опасных химических компонентов. Утверждение "минимизация использования невозобновляемых ресурсов" означает, что выгода от переработки ресурсов должна превышать затраты ресурсов на переработку. Экосан основан на комплексной концепции потоков веществ как части экологически и экономически устойчивой системы управления сточными водами, адаптированной к потребностям пользователей и конкретным местным условиям. Он не отдает предпочтение какой-либо конкретной технологии санитарии, а представляет собой определенную философию обращения с веществами, которые ранее рассматривались исключительно как сточные воды и отходы, подлежащие удалению. Снижение заболеваемости предполагалось достичь не только за счет сокращения инфекций, передающихся фекально-оральным путем, но и за счет уменьшения недоедания у детей. Связь между WASH, питанием, заболеванием, известным как энтеропатия окружающей среды (или тропическая энтеропатия), а также задержкой роста детей, вышла на передний план в повестке дня сектора WASH примерно с 2013 года. Сельскохозяйственные испытания, проведенные по всему миру, показали измеримые преимущества использования обработанных экскрементов в сельском хозяйстве в качестве удобрения и улучшителя почвы. Это особенно актуально для использования мочи. Испытания по повторному использованию в Зимбабве показали положительные результаты при использовании мочи для зеленых листовых растений, таких как шпинат или кукуруза, а также для фруктовых деревьев. Другое исследование, проведенное в Финляндии, показало, что использование мочи и мочи с древесной золой "может увеличить биомассу корней красной свеклы на 27% и 10% соответственно". Моча во многих исследованиях доказала свою ценность как удобрение, относительно простое в обращении, содержащее азот, фосфор, калий и важные микроэлементы.

Восстановление фосфора

Еще один аспект, который экосистемы стремятся решить, – это возможный будущий дефицит фосфора. Фосфор играет важную роль в росте растений и, следовательно, в производстве удобрений, но является ограниченным минеральным ресурсом. Похожая ситуация наблюдается и с калием. Известные запасы минерального фосфатного сырья истощаются и становятся все более дорогими в добыче – это также называют кризисом "пикового фосфора". Согласно одному обзору мировых поставок фосфатов, фосфор, содержащийся в моче, при условии его сбора, мог бы покрыть 22% от общего спроса.

Преимущества

Преимущества экосанитарных систем включают в себя: (Арборлу, Скайлу и Фосса Альтерна). Питер Морган известен как один из ведущих разработчиков и сторонников решений в области экологической санитарии, которые обеспечивают безопасное повторное использование человеческих экскрементов для улучшения качества почвы и повышения урожайности. Его экосанитарные туалеты используются в странах по всему миру, позволяя превратить санитарную проблему в ценный ресурс. Технологии, используемые в экосанитарных системах, часто, но не всегда, включают элементы разделения отходов у источника, то есть разделение различных потоков отходов, поскольку это может упростить обработку и безопасное повторное использование. Наиболее распространенной технологией, используемой в экосанитарных системах, является сухой туалет с разделением мочи, но экосанитарные системы могут также использовать другие технологии, такие как вакуумные туалеты в сочетании с биогазовыми установками, искусственные водно-болотные системы, компостирующие туалеты и так далее. Примеры экосанитарных проектов по всему миру можно найти в списке, опубликованном GIZ в 2012 году, а также в тематических исследованиях, опубликованных Альянсом устойчивой санитарии, посвященных деятельности по повторному использованию ресурсов.

Повторное использование экскрементов в сухих санитарных системах

Восстановление и использование мочи и фекалий в "сухих санитарных системах", то есть без канализации или без смешивания значительных объемов воды с экскрементами, практиковалось практически всеми культурами. Повторное использование не ограничивалось сельскохозяйственным производством. Римляне, например, знали об отбеливающих свойствах аммиака в моче и использовали его для отбеливания одежды. Ценность "ночной почвы" как удобрения была признана, и существовали хорошо развитые системы для сбора экскрементов из городов и их транспортировки на поля. Китайцы знали о преимуществах использования экскрементов в производстве сельскохозяйственных культур более 2500 лет назад, что позволило им поддерживать более высокую плотность населения, чем любая другая сельскохозяйственная система. В Перу инки высоко ценили экскременты как удобрение, которое хранилось, сушилось и измельчалось для использования при посадке кукурузы. В Средние века использование экскрементов и серой воды в сельскохозяйственном производстве было нормой. Европейские города быстро урбанизировались, и санитария становилась все более серьезной проблемой, в то же время сами города становились все более важным источником питательных веществ для сельского хозяйства. Практика непосредственного использования питательных веществ из экскрементов и сточных вод для сельского хозяйства продолжалась в Европе до середины XIX века. Фермеры, осознавая ценность экскрементов, стремились получить эти удобрения для повышения урожайности и улучшения санитарии в городах. В Англии эта практика называлась "гонг-фермерством", но она несла в себе значительные риски для здоровья тех, кто занимался транспортировкой экскрементов и фекальных осадков. Помимо непосредственного использования, экскременты также перерабатывались для получения чистых химических веществ. С помощью нитрарных и нитровых грядок извлекали азот в виде нитрата калия (KNO3) – ключевого ингредиента пороха. KNO3 также сыграл роль в открытии азотной кислоты в XVII веке. Традиционные формы санитарии и повторного использования экскрементов продолжали существовать в различных частях мира на протяжении веков и оставались распространенной практикой к началу промышленной революции. Даже по мере роста урбанизации питательные вещества в экскрементах, собранных из городских систем санитарии без смешивания с водой, по-прежнему использовались во многих обществах в качестве ресурса для поддержания плодородия почвы, несмотря на увеличение плотности населения. В 1998 году Sida опубликовала книгу "Экологическая санитария", в которой были собраны все имеющиеся на тот момент знания об экосанитарии. В 2004 году было выпущено второе издание этой книги, которая также была переведена на китайский, французский и испанский языки. Немецкая государственная компания GIZ также реализовывала масштабную "экосанитарную программу" с 2001 по 2012 год. Хотя на начальном этапе программы термин "экосан" был предпочтительным, с 2007 года его все чаще заменял более широкий термин "устойчивая санитария". Фактически, в 2007 году был основан Альянс по устойчивой санитарии с целью расширения концепции экосанитарии и объединения различных заинтересованных сторон под единым зонтиком. Исследования по обеспечению безопасности повторного использования мочи и фекалий в сельском хозяйстве проводились шведскими учеными, например, Хаканом Йонссоном и его командой. Их публикация "Руководство по использованию мочи и фекалий в производстве сельскохозяйственных культур" стала важной вехой и впоследствии была включена в "Руководство ВОЗ по безопасному повторному использованию сточных вод, экскрементов и серой воды" (2006 г.). Концепция многобарьерной защиты при повторном использовании, являющаяся ключевым принципом этой публикации, привела к четкому пониманию того, как можно безопасно использовать экскременты.

The recovery and use of urine and feces in "dry sanitation systems", i. e. without sewers or without mixing substantial amounts of water with the excreta, has been practiced by almost all cultures. The reuse was not limited to agricultural production. The Romans, for example, were aware of the bleaching attribute of the ammonia within urine and used it to whiten clothing. The value of "night soil" as a fertilizer was recognized with well developed systems in place to enable the collection of excreta from cities and its transportation to fields. The Chinese were aware of the benefits of using excreta in crop production more than 2500 years ago, enabling them to sustain more people at a higher density than any other system of agriculture. In Peru, the Incas had a high regard for excreta as a fertilizer, which was stored, dried and pulverized to be utilized when planting maize. In the Middle Ages, the use of excreta and greywater in agricultural production was the norm. European cities were rapidly urbanizing and sanitation was becoming an increasingly serious problem, whilst at the same time the cities themselves were becoming an increasingly important source of agricultural nutrients. The practice of directly using the nutrients in excreta and wastewater for agriculture therefore continued in Europe into the middle of the 19th century. Farmers, recognizing the value of excreta, were eager to get these fertilizers to increase production and urban sanitation benefited. This practice was also called gong farmer in England but carried many health risks for those involved with transporting the excreta and fecal sludge. Besides direct use, excreta was also processed to produce pure chemicals. Using nitraries and nitre beds, one extract the nitrogen within as potassium nitrate (KNO3), a key ingredient in gunpowder. KNO3 was also responsible for the discovery of nitric acid in the 17th century. Traditional forms of sanitation and excreta reuse have continued in various parts of the world for centuries and were still common practice at the advent of the Industrial Revolution. Even as the world became increasingly more urbanised, the nutrients in excreta collected from urban sanitation systems without mixing with water were still used in many societies as a resource to maintain soil fertility, despite rising population densities. A publication by Sida called "Ecological sanitation" in 1998 compiled the knowledge generated to date about ecosan in a popular book which was published as a second edition in 2004. The book has also been translated into Chinese, French and Spanish. The German government enterprise GIZ also had a large "ecosan program" from 2001 to 2012. Whilst the term "ecosan" was preferred in the initial stages of this program, it was from 2007 onwards more and more replaced by the broader term "sustainable sanitation". In fact, the Sustainable Sanitation Alliance was founded in 2007 in an attempt to broaden the ecosan concept and to bring together various actors under one umbrella. Research into how to make reuse of urine and feces safe in agriculture was carried out by Swedish researchers, for example Hakan Jönsson and his team, whose publication on "Guidelines on the Use of Urine and feces in Crop Production" was a milestone which was later incorporated into the WHO "Guidelines on Safe Reuse of Wastewater, Excreta and Greywater" from 2006. The multiple barrier concept to reuse, which is the key cornerstone of this publication, has led to a clear understanding on how excreta reuse can be done safely.

Споры между экспертами

В 1990-х годах, когда термин «экосан» был новым, дискуссии были ожесточенными и конфликтными. Сторонники экосана заявляли о приоритете в вопросах сдерживания, обработки и повторного использования отходов. Противники, сторонники традиционных систем санитарии, защищали выгребные ямы и канализационные системы. Сторонники экосана критиковали традиционную санитарию за загрязнение водоемов питательными веществами и патогенами. Примерно с 2007 года две противостоящие стороны стали постепенно находить способы взаимодействия, а создание Альянса устойчивой санитарии в том же году способствовало созданию платформы для всех участников санитарной сферы, чтобы встречаться и двигаться в одном направлении – к устойчивой санитарии.

Примеры

Швеция является лидером в Европе по внедрению экосанитарии в практику в более широком масштабе. Например, муниципалитет Танум в Швеции внедрил туалеты с разделением мочи из-за сложного и скалистого рельефа местности, а впоследствии – для извлечения фосфора. В 2013 году Швеция также разрешила сертифицировать безопасные и обеззараженные фекальные стоки (мочу и человеческие экскременты) из систем сбора фекальных стоков для дальнейшего использования в качестве признанного удобрения. К таким системам относятся вакуумные туалеты или септики. Критерии сертификации были разработаны Шведским институтом сельскохозяйственной и экологической инженерии и могут открыть фермерам возможность использовать человеческие отходы для сельскохозяйственного производства. Федерация шведских фермеров активно участвовала в этом развитии. Кроме того, шведское агентство по охране окружающей среды (EPA) в своем последнем предложении 2014 года снизило оценку гигиенических рисков, связанных с мочой. Стокгольмский институт окружающей среды (SEI) в период с 2001 по 2011 год проводил масштабную международную исследовательскую программу "Ecosanres", посвященную экосанитарии. Одним из пилотных проектов в рамках этой программы, использующим "сухую экосанитарию" (т.е. сухие туалеты), стало масштабное внедрение UDDT в многоэтажных зданиях в сочетании с другими технологиями для извлечения ресурсов из экскрементов. Этот проект получил название "Эко-город Эрдос" и был реализован в городе Эрдос автономного района Внутренняя Монголия (Китай). Он был осуществлен в сотрудничестве между правительством района Донгшенг в Эрдосе и Стокгольмским институтом окружающей среды и был направлен на экономию воды и обеспечение санитарных услуг в этом засушливом и быстро урбанизирующемся регионе северного Китая. По ряду технических, социальных и институциональных причин UDDT были демонтированы уже через несколько лет, и проект не достиг поставленных целей в области извлечения питательных веществ. Этот проект хорошо задокументирован и повысил осведомленность о проблемах и недостатках "городской экосанитарии". Институт Rich Earth в Браттлборо, Вермонт (США) – это НПО, занимающаяся восстановлением человеческой мочи в качестве удобрения. Они создали единственную в США программу восстановления питательных веществ из мочи в масштабах сообщества и проводят исследования и разработки технологий обработки для оптимизации использования мочи в качестве удобрения. SOIL на Гаити построила так называемые "экосанитарные туалеты" (UDDT) в рамках оказания экстренной помощи после землетрясения на Гаити в 2010 году. В настоящее время более 20 000 гаитян используют экологические санитарные туалеты SOIL, и в результате SOIL произвело более 400 000 литров компоста. Компост используется для сельскохозяйственных и лесовосстановительных проектов. Процесс компостирования, применяемый SOIL, эффективно инактивирует яйца аскарид – индикатор наличия яиц гельминтов в целом – в экскрементах, собранных из сухих туалетов, в течение 16 недель. Методы компостирования и мониторинга, используемые SOIL на Гаити, могут служить примером для других стран. НПО CREPA, работавшая в регионе франкоязычной Западной Африки (ныне WSA – Water and Sanitation in Africa), активно продвигала экосанитарию с 2002 по 2010 год, уделяя особое внимание UDDT в сочетании с повторным использованием в сельском хозяйстве, особенно в Буркина-Фасо.

Sweden is the leader in Europe to put ecosan into practice at a larger scale. For example, Tanum Municipality in Sweden has introduced urine separation toilets due to their very rocky and challenging terrain initially, and later also to recover phosphorus. Sweden has also made it possible in 2013 to certify safe and sanitized blackwater (urine and human excreta) from blackwater systems and for further use as a recognized fertilizer. Such blackwater systems could be vacuum toilets or septic tanks. The criteria for the certification have been developed by the Swedish Institute for Agricultural and Environmental Engineering and may pave the way for farmers to use human waste for agricultural production. The Federation of Swedish Farmers have been active in this development. Furthermore, the Swedish EPA in their last proposal in 2014 has downgraded the hygiene risk associated with urine. Stockholm Environment Institute (SEI) ran a large worldwide ecosan research programme called "Ecosanres" from 2001 to 2011. One of the "dry ecosan" pilot projects (i. e. with using dry toilets) of this programme was a large scale implementation of UDDTs in multi story buildings together with other technologies to allow resource recovery from excreta. This project was called the Erdos Eco Town Project in a town called Erdos in the Inner Mongolia Autonomous Region of China. It was a collaboration between the Dongsheng District government in Erdos and the Stockholm Environment Institute and aimed to save water and provide sanitation services in this drought stricken and rapidly urbanizing area of northern China. For a variety of technical, social and institutional reasons, the UDDTs were removed after only a few years and the project failed to deliver in the area of nutrient recovery. This project is now well documented and has raised more awareness of the challenges and disadvantages of "urban ecosan". The Rich Earth Institute in Brattleboro, Vermont, US, is an NGO dedicated to reclaiming human urine as fertilizer. They have established the only community scale urine nutrient reclamation program in the United States and are researching and developing treatment technologies to optimize the use of urine as fertilizer. SOIL in Haiti built what they call "ecosan toilets" (UDDTs) as part of the emergency relief effort following the 2010 Haiti earthquake. More than 20,000 Haitians are currently using SOIL ecological sanitation toilets and SOIL has produced over 400,000 liters of compost as a result. The compost is used for agricultural and reforestation projects. SOIL's composting process is effective in inactivating Ascaris eggs – an indicator for helminth eggs in general – in the excreta collected from the dry toilets within 16 weeks. The composting and monitoring methods used by SOIL in Haiti may serve as an example for other international settings. The NGO CREPA which was operating in the French speaking West Africa region (now called WSA – Water and Sanitation in Africa) was very active in ecosan promotion from 2002 to 2010 with a strong focus on UDDTs coupled with reuse in agriculture, especially in Burkina Faso.