Компостирующий туалет — это тип сухого туалета , который обрабатывает человеческие отходы с помощью биологического процесса, называемого компостированием . Этот процесс приводит к разложению органического вещества и превращает человеческие отходы в компостоподобный материал. Компостирование осуществляется микроорганизмами (в основном бактериями и грибками ) в контролируемых аэробных условиях. [2] Большинство компостирующих туалетов не используют воду для смыва и поэтому называются « сухими туалетами ».
Во многих конструкциях компостных туалетов углеродная добавка, такая как опилки , кокосовая койра или торфяной мох , добавляется после каждого использования. Эта практика создает воздушные карманы в человеческих отходах для содействия аэробному разложению. Это также улучшает соотношение углерода к азоту и уменьшает потенциальный запах . Большинство систем компостных туалетов основаны на мезофильном компостировании. Более длительное время удержания в компостной камере также способствует отмиранию патогенов . Конечный продукт также можно переместить во вторичную систему — обычно на другой этап компостирования — чтобы выделить больше времени для мезофильного компостирования для дальнейшего сокращения патогенов.
Компостирующие туалеты вместе с этапом вторичного компостирования производят конечный продукт, похожий на гумус , который можно использовать для обогащения почвы, если это разрешено местными правилами. Некоторые компостирующие туалеты имеют системы отвода мочи в унитазе для отдельного сбора мочи и контроля избыточной влажности. Вермифильтрующий туалет — это компостирующий туалет со смывной водой, в котором для ускорения разложения до компоста используются дождевые черви .
В отличие от туалетов со смывом , компостные туалеты не требуют подключения к септическим резервуарам или канализационным системам . [2] Обычно их используют в национальных парках , отдаленных коттеджах, экотуристических курортах, автономных домах и сельских районах развивающихся стран .
Термин «компостирующий туалет» используется довольно свободно, и его значение варьируется в зависимости от страны. Например, в Германии и скандинавских странах компостирование всегда относится к преимущественно аэробному процессу. Это аэробное компостирование может происходить с повышением температуры из-за микробного воздействия или без повышения температуры в случае медленного компостирования или холодного компостирования. Если используются дождевые черви ( вермикомпостирование ), то повышения температуры также не происходит.
Компостирующие туалеты отличаются от выгребных ям и арборлоосов , которые используют менее контролируемое разложение и не могут защитить грунтовые воды от загрязнения питательными веществами или патогенами или обеспечить оптимальную переработку питательных веществ. Они также отличаются от сухих туалетов с отводом мочи (UDDT), где снижение патогенов достигается путем дегидратации (также известной под более точным термином « высушивание ») и где хранилище для сбора фекалий поддерживается максимально сухим. Компостирующие туалеты стремятся иметь определенную степень влажности в компостной камере.
Компостирующие туалеты могут использоваться для внедрения подхода экологической санитарии для восстановления ресурсов , и некоторые люди называют свои конструкции компостирующих туалетов «экосан-туалетами» по этой причине. Однако это не рекомендуется, поскольку эти два термина (т. е. компостирование и экосан) не идентичны. [3] [4]
Компостирующие туалеты также называют «туалетами на опилках», которые могут быть уместны, если количество аэробного компостирования, происходящего в контейнере туалета, очень ограничено. [5] « Clivus multrum » — это тип компостирующего туалета, который имеет большую компостную камеру под сиденьем унитаза, а также получает непереваренный органический материал для увеличения соотношения углерода к азоту. Альтернативы с меньшими компостными камерами называются «автономными компостирующими туалетами», поскольку компостная камера является частью самого туалета.
Компостные туалеты могут быть пригодны в таких областях, как сельская местность или парк, где нет подходящего водоснабжения , канализации и очистки сточных вод . Они также могут помочь повысить устойчивость существующих систем санитарии перед лицом возможных стихийных бедствий, таких как изменение климата , землетрясения или цунами . Компостные туалеты могут сократить или, возможно, устранить необходимость в системе септика для уменьшения воздействия на окружающую среду (особенно при использовании в сочетании с локальной системой очистки серых вод ).
Такие типы туалетов можно использовать для восстановления ресурсов путем повторного использования дезинфицированных фекалий и мочи в качестве удобрения и почвенного кондиционера для садоводства или декоративных целей.
Компостный туалет состоит из двух элементов: места для сидения или приседания и блока сбора/компостирования. [3] Блок компостирования состоит из четырех основных частей: [2]
Многие компостные туалеты собирают мочу в той же камере, что и фекалии, поэтому они не отводят мочу . Добавление небольшого количества воды, используемой для анальной очистки , не представляет проблемы для компостного туалета.
Некоторые компостные туалеты отводят мочу (и воду, используемую для анального мытья), чтобы предотвратить создание анаэробных условий, которые могут возникнуть из-за перенасыщения компоста, что приводит к появлению запахов и проблемам с переносчиками. Обычно это требует, чтобы все пользователи пользовались туалетом в сидячем положении. Предложение безводного писсуара в дополнение к туалету может помочь не допустить попадания избыточного количества мочи в компостную камеру. В качестве альтернативы, в сельской местности мужчин и мальчиков могут просто поощрять находить дерево.
Компостная камера может быть построена над или под землей. Она может находиться внутри конструкции или включать отдельную надстройку.
Дренажная система удаляет фильтрат . В противном случае избыток влаги может вызвать анаэробные условия и затруднить разложение. Отвод мочи может улучшить качество компоста , поскольку моча содержит большое количество аммиака , который подавляет микробиологическую активность. [6]
Компостные туалеты значительно сокращают объемы человеческих отходов за счет психрофильного , термофильного или мезофильного компостирования. Поддержание компостной камеры изолированной и теплой защищает процесс компостирования от замедления из-за низких температур.
В процессе компостирования, который происходит в компостных туалетах, могут выделяться следующие газы: сероводород (H 2 S), аммиак , закись азота (N 2 O) и летучие органические соединения (ЛОС). [7] Эти газы могут потенциально вызывать жалобы на запахи. Также может присутствовать некоторое количество метана , но он не имеет запаха.
Компост, полученный из отходов, перерабатывает фекальные питательные вещества, но он может переносить и распространять патогены, если процесс повторного использования отходов не выполняется должным образом. Скорость уничтожения патогенов в компостных туалетах обычно низкая, особенно яиц гельминтов (например, из рода Ascaris ). [5] Это несет риск распространения болезней, если не осуществляется надлежащее управление системой. Компост из человеческих отходов, обработанных только в мезофильных условиях или взятых непосредственно из компостной камеры, небезопасен для производства продуктов питания. [8] Для уничтожения яиц гельминтов, самых выносливых из всех патогенов, требуются высокие температуры или длительное время компостирования. Гельминтные инфекции распространены во многих развивающихся странах .
При термофильном компостировании бактерии , которые процветают при температуре 40–60 °C (104–140 °F), окисляют (расщепляют) отходы на компоненты, некоторые из которых потребляются в процессе, уменьшая объем и устраняя потенциальные патогены . Чтобы уничтожить патогены, термофильному компостированию необходимо достаточно нагреть компостную кучу или должно пройти достаточно времени (1–2 года) с момента добавления свежего материала, чтобы биологическая активность оказала тот же эффект удаления патогенов.
В одном из руководств утверждается, что уровень патогенов снижается до безопасного уровня путем термофильного компостирования при температуре 55 °C в течение как минимум двух недель или при 60 °C в течение одной недели. [3] В другом руководстве утверждается, что полное уничтожение патогенов может быть достигнуто уже в том случае, если вся компостная куча достигнет температуры 62 °C (144 °F) в течение одного часа, 50 °C (122 °F) в течение одного дня, 46 °C (115 °F) в течение одной недели или 43 °C (109 °F) в течение одного месяца, [6] хотя другие считают это чрезмерно оптимистичным. [3]
На процесс разложения влияют четыре основных фактора: [6]
Человеческие отходы и пищевые отходы не обеспечивают оптимальных условий для компостирования. Обычно содержание воды и азота слишком велико, особенно когда моча смешивается с фекалиями. Добавки или «наполнитель», такие как древесная щепа, щепа коры, опилки, измельченные сухие листья, зола и кусочки бумаги, могут поглощать влагу. Добавки улучшают аэрацию кучи и увеличивают соотношение углерода к азоту. [3] Наполнитель также покрывает фекалии и ограничивает доступ насекомых. При отсутствии достаточного наполнительного материала материал может стать слишком плотным и образовать непроницаемые слои, что приводит к анаэробным условиям и запаху. [3]
Удаление фильтрата контролирует уровень влажности, что необходимо для обеспечения быстрого аэробного компостирования. Некоторые коммерческие установки включают в себя мочеотделитель или систему отвода мочи и/или слив в нижней части компостера для этой цели.
Микробная деятельность также требует кислорода, обычно из воздуха. Коммерческие системы обеспечивают вентиляцию, которая перемещает воздух из ванной комнаты через контейнер для отходов и наружу через вертикальную трубу, выходящую над крышей. Это движение воздуха (через конвекцию или принудительное вентилирование) пропускает углекислый газ и запахи.
В некоторых установках требуются ручные методы периодической аэрации твердой массы, такие как вращение компостной камеры или протягивание «аэраторной грабли» через массу.
Компостирующие туалеты преобразуют фекалии в сухой, не имеющий запаха материал, который сильно отличается от влажного фекального шлама, образующегося в выгребных ямах , который необходимо утилизировать с помощью системы управления фекальным шламом . Компостирующие туалеты не загрязняют грунтовые воды благодаря безопасному удержанию фекалий в надземных хранилищах по сравнению с выгребными ямами, что позволяет размещать компостирующие туалеты в местах, где системы с выгребными ямами не подходят.
Компостные туалеты могут иметь более высокие капитальные затраты, чем выгребные ямы, но более низкие затраты на жизненный цикл. Они требуют большего участия пользователя, чем подход «бросил и забыл» выгребных ям.
В отличие от туалетов со смывом , компостные туалеты не требуют канализационной системы и не смешивают воду для смыва с мочой и фекалиями. Они требуют большего участия пользователя, чем подход «смыл и забыл» туалетов со смывом, подключенных к очистным сооружениям .
Компостные туалеты, хотя и похожи на сухие туалеты с отводом мочи (UDDT) и имеют много преимуществ и недостатков, являются более сложными и требуют большего обслуживания для поддержания постоянного и относительно высокого уровня влажности. Некоторые компостные туалеты спроектированы с отводом мочи .
Доступны коммерческие установки и системы, которые можно построить самостоятельно. [9] Варианты включают в себя несколько компостных камер, съемную камеру, отвод мочи и активное смешивание/аэрацию. [3]
Большинство компостных туалетов используют медленное компостирование, которое также называется «холодным компостированием». Компостная куча наращивается шаг за шагом с течением времени.
Конечный продукт из «медленно» компостирующих туалетов («гниющие туалеты» или «гниющие уборные» в США), как правило, не свободен от патогенов. Руководящие принципы Всемирной организации здравоохранения от 2006 года предлагают структуру для безопасного повторного использования отходов , используя многобарьерный подход. [10]
Туалеты с медленным компостированием используют пассивный подход. Обычные применения включают скромное и часто сезонное использование, например, удаленные сети троп. Обычно они спроектированы таким образом, чтобы откладываемые материалы могли быть изолированы от рабочей части. Туалет также может быть закрыт, чтобы обеспечить дальнейшее мезофильное компостирование. [11] Туалеты с медленным компостированием полагаются на длительное время удержания для снижения количества патогенов и разложения отходов или на сочетание времени и/или добавления красных червей-вигглеров для вермикомпостирования. Черви могут быть введены для ускорения компостирования. Некоторые юрисдикции США считают этих червей инвазивными видами . [10]
«Автономные» компостные туалеты компостируют в контейнере внутри туалета. Они немного больше, чем смывной туалет , но используют примерно ту же площадь пола. Некоторые устройства используют вентиляторы для аэрации и, по желанию, нагревательные элементы для поддержания оптимальной температуры, чтобы ускорить процесс компостирования и испарить мочу и другую влагу. Операторы компостных туалетов обычно добавляют небольшое количество абсорбирующего углеродного материала (например, необработанные опилки , кокосовое волокно или торфяной мох ) после каждого использования, чтобы создать воздушные карманы для стимуляции аэробной обработки, поглощения жидкости и создания барьера для запаха. Эту добавку иногда называют «наполнителем». Некоторые владельцы-операторы используют микробные «стартовые» культуры, чтобы гарантировать, что компостирующие бактерии находятся в процессе, хотя это не критично.
Туалет с вермифильтром — это компостирующий туалет со смывной водой, в котором для разложения компоста используются дождевые черви . Его можно подключить к туалету с низким смывом или к туалету с микросмывом, который использует около 500 миллилитров (17 жидких унций США) за одно использование. Твердые частицы накапливаются на поверхности фильтрующего слоя, в то время как жидкость стекает через фильтрующую среду и выгружается из реактора. Твердые частицы (фекалии и туалетная бумага) аэробно перевариваются аэробными бактериями и компостирующими дождевыми червями в отходах (гумус), тем самым значительно уменьшая объем органического материала. [12]
В некоторых установках используются выдвижные контейнеры, оснащенные аэраторами, в то время как в других используются резервуары с наклонным дном.
Техническое обслуживание имеет решающее значение для обеспечения надлежащей работы, включая предотвращение запаха. Задачи по техническому обслуживанию включают: очистку, обслуживание технических компонентов, таких как вентиляторы, и удаление компоста, фильтрата и мочи. Удаление мочи требуется только для тех типов компостных туалетов, которые используют отвод мочи.
После завершения компостирования (или раньше) компост необходимо удалить из установки. Частота этого процесса зависит от размера контейнера, использования и условий компостирования, таких как температура. [3] Активное, горячее компостирование может занять месяцы, тогда как пассивное, холодное компостирование может занять годы. Правильно управляемые установки дают объемы на выходе около 10% от вложений.
Материал из компостных туалетов представляет собой гумусный материал, который может быть пригоден в качестве почвенной добавки для сельского хозяйства. Компост из жилых компостных туалетов может быть использован в домашних садах, и это является основным таким применением.
Обогащение почвы компостом добавляет существенное количество азота, фосфора, калия, углерода и кальция. В этом отношении компост эквивалентен многим удобрениям и навозу, купленным в садовых магазинах. Компост из компостных туалетов имеет более высокую доступность питательных веществ, чем высушенные фекалии, которые получаются из сухого туалета с отводом мочи . [3]
Моча обычно присутствует, хотя часть теряется через выщелачивание и испарение. Моча может содержать до 90 процентов остаточного азота , до 50 процентов фосфора и до 70 процентов калия . [ 13]
Компост, полученный из этих туалетов, в принципе имеет то же применение, что и компост, полученный из других органических отходов, таких как осадок сточных вод или муниципальные органические отходы. Однако пользователи компоста, полученного из отходов, должны учитывать риск патогенов.
Компост, полученный из отходов, может содержать рецептурные фармацевтические препараты . Такие остатки также присутствуют в обычных сточных водах очистки сточных вод. Это может загрязнять грунтовые воды . Среди лекарств, которые были обнаружены в грунтовых водах в последние годы, есть антибиотики , антидепрессанты , разжижители крови , ингибиторы АПФ , блокаторы кальциевых каналов , дигоксин , эстроген , прогестерон , тестостерон , ибупрофен , кофеин , карбамазепин , фибраты и лекарства, снижающие уровень холестерина . [14] От 30% до 95% фармацевтических лекарств выводятся из организма человека. Лекарства, которые являются липофильными (растворяются в жирах), с большей вероятностью попадают в грунтовые воды путем выщелачивания из фекальных отходов. Очистные сооружения удаляют в среднем 60% этих лекарств. [15] Процент лекарств, разложившихся во время компостирования отходов, пока не сообщался.
В конце 19 века в развитых странах некоторые изобретатели, ученые и должностные лица здравоохранения поддержали использование «сухих земляных туалетов» — разновидности сухого туалета , имеющего сходство с компостными туалетами, хотя емкость для сбора человеческих отходов не была предназначена для компостирования. [16]
В 2016 году Международная организация по стандартизации ( ИСО ) опубликовала стандарт «Деятельность, связанная с услугами по питьевой воде и сточным водам — Руководство по управлению основными услугами по очистке бытовых сточных вод на месте». [17] Стандарт предназначен для использования совместно с ISO 24511. [18] Он касается туалетов (включая компостные туалеты) и туалетных отходов. Руководство применимо к основным системам сточных вод и включает в себя полный цикл бытовых сточных вод, такой как планирование, удобство использования, эксплуатация и обслуживание, утилизация, повторное использование и здоровье.
Международная ассоциация сантехников и механиков (IAPMO) — это структура сантехнических и механических кодексов, принятая многими развитыми странами. Недавно она предложила дополнение к своему «Зеленому сантехническому механическому кодексу», которое «...излагает критерии производительности для компостных туалетов, построенных на месте, с отводом мочи и без него, а также для промышленных компостных туалетов». [19] В случае принятия этот кодекс компостных и мочеотводящих туалетов (первый в своем роде в Соединенных Штатах) появится в издании 2015 года Зеленого дополнения к Единому сантехническому кодексу. [20] [21]
В США нет общепринятых стандартов производительности для компостных туалетов. Семь юрисдикций в Северной Америке [22] используют Американский национальный стандарт/Международный стандарт NSF ANSI/NSF 41-1998: Системы обработки нежидких насыщенных стоков . Обновленная версия была опубликована в 2011 году. [23] Системы также могут быть перечислены в Канадской ассоциации стандартов, cETL-US и других программах стандартов.
Что касается регулирования побочных продуктов, несколько штатов США разрешают утилизацию твердых отходов из компостных туалетов (обычно не делается различий между различными типами сухих туалетов) путем захоронения, с различными или отсутствующими минимальными требованиями к глубине (всего 6 дюймов). Например:
Агентство по охране окружающей среды не имеет юрисдикции над побочными продуктами сухого туалета, пока отходы не называются «удобрением» (а просто утилизируемым материалом). Федеральное правило 503, известное в разговорной речи как «правило EPA Biosolids» или «правило EPA sludge», применяется только к удобрениям . Таким образом, отдельные штаты регулируют компостные туалеты. [30] [31]
Правила для компостных туалетов и других форм сухих туалетов в Германии различаются от штата к штату и от одного применения к другому (например, использование в садовых участках или использование в семейных домах и поселениях). В разных землях Германии именно «Landesbauordnung» (переводится как «государственные правила гражданского строительства») соответствующей земли регулирует использование таких альтернативных туалетов. [32] Большинство из них предусматривают использование смывных туалетов , однако есть много исключений, например, в землях Гамбург , Нижняя Саксония , Бавария , Мекленбург-Передняя Померания , Рейнланд-Пфальц , Саксония-Анхальт и Тюрингия . [32] Они, как правило, делают исключения для использования компостных туалетов в домах при условии, что нет проблем для общественного здравоохранения.
Правила, регулирующие использование компоста и мочи из компостных туалетов, в Германии менее четкие, но, по-видимому, в целом это разрешено при условии, что они используются на собственной территории и не продаются третьим лицам. [32]
Многочисленные малонаселенные деревни в сельской местности Финляндии не подключены к муниципальным водопроводным или канализационным сетям, что требует от домовладельцев управлять своими собственными системами. Отдельные частные колодцы, т. е. неглубокие вырытые колодцы или скважины в коренной породе, часто используются для водоснабжения, и многие домовладельцы выбрали компостные туалеты. Кроме того, такие туалеты распространены в домах отдыха, часто расположенных вблизи чувствительных водоемов. По этим причинам многие производители компостных туалетов базируются в Финляндии, включая Biolan, Ekolet, Kekkilä, Pikkuvihreä и Raita Environment. [33] [34]
По оценкам ведущих финских производителей компостных туалетов и Всемирной ассоциации сухих туалетов Финляндии, в 2014 году были получены следующие цифры по использованию компостных туалетов в Финляндии:
Компостные туалеты были успешно установлены в домах высотой до четырех этажей. [3] По оценкам 2008 года, количество компостных туалетов в домохозяйствах Германии составляло 500. [35] Большинство этих жилых домов также подключены к канализационной системе; компостный туалет был установлен не из-за отсутствия канализационной системы, а по другим причинам, в основном из-за «экологического мышления» владельцев.
В Германии и Австрии компостные туалеты и другие типы сухих туалетов были установлены в одно- и многоквартирных домах (например, Гамбург, Фрайбург, Берлин), экологических поселениях (например, Гамбург-Аллермёэ, Гамбург-Брамвиш, Киль-Хассе, Билефельд-Вальдквелле, Вена-Гензерндорф) и в общественных зданиях (например, Ökohaus Rostock, VHS-Ökostation Stuttgart-Wartberg, общественные туалеты в зонах отдыха, рестораны и хижины в Альпах, плавучие дома и лесные детские сады). [35]
Экологическое поселение в Гамбурге-Аллермёэ имеет компостные туалеты с 1982 года. Поселение из 36 односемейных домов с приблизительно 140 жителями использует компостные туалеты, сбор дождевой воды и искусственные водно-болотные угодья . Компостные туалеты экономят около 40 литров воды на душу населения в день по сравнению с обычным сливным туалетом (10 литров на смыв), что в сумме составляет 2044 м3 экономии воды в год для всего поселения. [36]
Клуб Green Mountain Club установил в лесах Вермонта туалеты с медленным компостированием . Они используют несколько хранилищ (называемых яслями) и передвижное здание. Когда одно из хранилищ заполняется, здание перемещается над пустым хранилищем. Полное хранилище остается нетронутым как можно дольше (до трех лет), прежде чем его опорожняют. Большая площадь поверхности и воздействие воздушных потоков могут привести к высыханию кучи. Чтобы предотвратить это, знаки предписывают пользователям мочиться в туалете. [37] Клуб также использует выгребные ямы и простые туалеты-ведра с древесной щепой и внешним компостированием и предписывает пользователям мочиться в лесу, чтобы предотвратить зловонные анаэробные условия. [38]
Компостные туалеты с большим компостным контейнером (типа Clivus Multrum и его производные) популярны в США, Канаде, Австралии, Новой Зеландии, Швеции и Финляндии. Их можно купить и установить как коммерческие продукты, как проекты для самостоятельной сборки или как «производные дизайна», которые продаются под разными названиями. Было подсчитано, что примерно 10 000 таких туалетов могут использоваться по всему миру. [ необходима цитата ]
Wastewater Treatment Units ... NSF/ANSI 41 – 2011: Системы очистки, не насыщенные жидкостью (компостирующие туалеты)[ постоянная мертвая ссылка ]