Компостирующий туалет — это тип сухого туалета , который очищает человеческие отходы посредством биологического процесса, называемого компостированием . Этот процесс приводит к разложению органических веществ и превращает человеческие отходы в компостоподобный материал. Компостирование осуществляется микроорганизмами (в основном бактериями и грибами ) в контролируемых аэробных условиях. [2] В большинстве компостных туалетов для смыва не используется вода, поэтому их называют « сухими туалетами ».
Во многие конструкции туалетов с компостированием после каждого использования добавляются углеродные добавки, такие как опилки , кокосовая койра или торфяной мох . Эта практика создает воздушные карманы в человеческих отходах, способствующие аэробному разложению. Это также улучшает соотношение углерода и азота и уменьшает потенциальный запах . Большинство биотуалетных систем основаны на мезофильном компостировании. Более длительное время пребывания в камере компостирования также способствует гибели патогенов . Конечный продукт также можно переместить во вторичную систему – обычно на другой этап компостирования – чтобы дать больше времени для мезофильного компостирования и дальнейшего снижения количества патогенов.
Компостирующие туалеты вместе со стадией вторичного компостирования производят конечный продукт, похожий на гумус , который можно использовать для обогащения почвы, если это разрешено местным законодательством. Некоторые биотуалеты имеют в унитазе системы отвода мочи для отдельного сбора мочи и контроля избыточной влаги. Туалет с вермифильтром — это биотуалет со смывной водой, в котором дождевые черви используются для ускорения разложения компоста.
Компостные туалеты не требуют подключения к септикам или канализационным системам , в отличие от туалетов со смывом . [2] Общие области применения включают национальные парки , отдаленные коттеджи, курорты экотуризма , автономные дома и сельские районы в развивающихся странах .
Термин «компостирующий туалет» используется довольно широко, 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 действия микробов 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 беседок , в которых используется менее контролируемое разложение и которые не могут защитить грунтовые воды от загрязнения питательными веществами или патогенами или обеспечить оптимальную рециркуляцию питательных веществ. Они также отличаются от сухих туалетов с отводом мочи (UDDT), где снижение количества патогенов достигается за счет обезвоживания (также известного под более точным термином « высушивание ») и где хранилище для сбора фекалий поддерживается максимально сухим. Целью компостных туалетов является обеспечение определенной влажности в камере компостирования.
Компостирующие туалеты можно использовать для реализации подхода к экологической санитарии для восстановления ресурсов , и по этой причине некоторые люди называют свои конструкции компостных туалетов «экосановыми туалетами». Однако это не рекомендуется, поскольку эти два термина (т.е. компостирование и экозан) не идентичны. [3] [4]
Компостирующие туалеты также называют «туалетами из опилок», что может быть уместно, если количество аэробного компостирования, происходящего в контейнере туалета, очень ограничено. [5] « Clivus multrum » — это тип компостного туалета, который имеет большую камеру для компостирования под сиденьем унитаза, в которую также поступает непереваренный органический материал для увеличения соотношения углерода и азота. Альтернативы с меньшими камерами для компостирования называются «автономными туалетами для компостирования», поскольку камера для компостирования является частью самого туалета.
Компостные туалеты могут подойти в таких местах, 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 . Компостирующие туалеты могут уменьшить или, возможно, устранить необходимость в системе септиков для уменьшения воздействия на окружающую среду (особенно при использовании в сочетании с системой очистки сточных вод на объекте ).
Эти типы туалетов можно использовать для восстановления ресурсов путем повторного использования продезинфицированных фекалий и мочи в качестве удобрения и кондиционера почвы для садоводства или декоративной деятельности.
Компостирующий туалет состоит из двух элементов: места для сидения или приседания и устройства для сбора/компостирования. [3] Установка для 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, которая используется для очищения ануса , не представляет проблемы для компостного туалета.
Некоторые компостные туалеты отводят мочу (и воду, используемую для промывания ануса), чтобы предотвратить создание анаэробных условий, которые могут возникнуть в результате перенасыщения компоста, что приводит к появлению запахов и проблемам с переносчиками инфекции. Обычно для этого требуется, чтобы все пользователи пользовались туалетом в сидячем положении. Установка безводного писсуара в дополнение к унитазу поможет предотвратить попадание избыточного количества мочи в камеру компостирования. Альтернативно, в сельской местности мужчин и мальчиков можно поощрять просто найти дерево.
Камера компостирования может быть построена выше или ниже уровня земли. Он может находиться внутри конструкции или включать отдельную надстройку.
Дренажная система удаляет фильтрат . В противном случае избыток влаги может вызвать анаэробные условия и препятствовать разложению. Отвод мочи может улучшить качество компоста , поскольку моча содержит большое количество аммиака , который подавляет микробиологическую активность. [6]
Компостирующие туалеты значительно сокращают объемы человеческих отходов за счет психрофильного , термофильного или мезофильного компостирования. Поддержание изоляции и тепла камеры компостирования защищает процесс компостирования от замедления из-за низких температур.
В процессе компостирования, происходящего в биотуалетах, могут выделяться следующие газы: сероводород (H 2 S), аммиак , закись азота (N 2 O) и летучие органические соединения (ЛОС). [7] Эти газы потенциально могут привести к жалобам 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 болезнетворные микроорганизмы, если процесс повторного использования отходов не осуществляется должным образом. Скорость уничтожения патогенов в биотуалетах обычно низкая, особенно яиц гельминтов (например, из рода Ascaris ). [5] Это несет в себе риск распространения болезней, если не будет обеспечено надлежащее управление системой. Компост из отходов жизнедеятельности человека, переработанный только в мезофильных условиях или взятый непосредственно из компостной камеры, небезопасен для производства продуктов питания. [8] Для уничтожения яиц гельминтов, самых стойких из всех патогенов, необходимы высокие температуры или длительное время компостирования. Гельминтозы распространены во многих развивающихся странах .
При термофильном компостировании бактерии , которые процветают при температуре 40–60 °C (104–140 °F), окисляют (разлагают) отходы на компоненты, некоторые из которых расходуются в процессе, уменьшая объем и устраняя потенциальные патогены . Чтобы уничтожить болезнетворные микроорганизмы, термофильное компостирование должно достаточно нагреть компостную кучу, или с момента добавления свежего материала должно пройти достаточно времени (1–2 года), чтобы биологическая активность имела такой 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] Альтернативное руководство утверждает, что полное уничтожение патогена 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 °С. C (115 °F) в течение одной недели или 43 °C (109 °F) в течение одного месяца [6] , хотя другие считают это слишком оптимистичным. [3]
На процесс разложения влияют четыре основных фактора: [6]
Отходы жизнедеятельности человека и пищевые отходы не обеспечивают оптимальных условий для компостирования. Обычно содержание воды и азота слишком велико, особенно когда моча смешана с калом. Добавки или «насыпной материал», такой как древесная щепа, щепа коры, опилки, измельченные сухие листья, зола и кусочки бумаги, могут впитывать влагу. Добавки улучшают аэрацию кучи и повышают соотношение углерода и азота. [3] Наполнитель также покрывает фекалии и уменьшает доступ насекомых. При отсутствии достаточного наполнителя материал может стать слишком компактным и образовать непроницаемые слои, что приводит к анаэробным условиям и появлению неприятного запаха. [3]
Удаление фильтрата контролирует уровень влажности, что необходимо для обеспечения быстрого аэробного компостирования. Некоторые коммерческие установки для этой цели включают в себя сепаратор мочи или систему отвода мочи и/или слив в нижней части компостера.
Для микробной деятельности также необходим кислород, обычно из воздуха. Коммерческие системы обеспечивают вентиляцию, которая перемещает воздух из ванной комнаты через контейнер для отходов и через вертикальную трубу, выходящую над крышей. Это движение воздуха (посредством конвекции или принудительного вентилятора) пропускает углекислый газ и запахи.
Некоторым установкам требуются ручные методы периодической аэрации твердой массы, такие как вращение камеры компостирования или протягивание «грабли аэратора» через массу.
Компостирующие туалеты преобразуют фекалии в сухой материал без запаха, который сильно отличается от влажного фекального осадка, образующегося в выгребных ямах , о котором необходимо заботиться с помощью системы управления фекальным осадком . Компостирующие туалеты не вызывают загрязнения грунтовых вод благодаря безопасному удержанию фекалий в надземных хранилищах по сравнению с выгребными ямами, что позволяет размещать компостные туалеты в местах, где системы с выгребными ямами не подходят.
Компостные туалеты требуют более высоких капитальных затрат, чем туалеты с выгребной ямой, но более низкие затраты в течение жизненного цикла. Они требуют большего участия пользователя, чем подход «бросил и забыл», как в туалетах с выгребной ямой.
В отличие от туалетов со смывом , биотуалеты не требуют наличия канализационной системы и не смешивают смывную воду с мочой и фекалиями. Они требуют большего участия пользователя, чем подход «смыл и забыл», используемый в туалетах со смывом, подключенных к очистным сооружениям .
Компостирующие туалеты, хотя и похожи на сухие туалеты с отводом мочи (UDDT), имеют много преимуществ и недостатков, но они более сложны и требуют большего ухода для поддержания постоянного и относительно высокого содержания влаги. Некоторые биотуалеты спроектированы с возможностью отвода мочи .
Доступны коммерческие объекты и системы «построй сам». [9] Варианты включают количество хранилищ для компостирования, съемное хранилище, отвод мочи и активное перемешивание/аэрацию. [3]
В большинстве биотуалетов используется медленное компостирование, которое также называется «холодным компостированием». Компостная куча формируется постепенно, с течением времени.
Готовый конечный продукт туалетов с «медленным» компостированием («гниющие туалеты» или «плесневеющие туалеты» в США), как правило, не свободен от болезнетворных микроорганизмов. Рекомендации Всемирной организации здравоохранения от 2006 года предлагают основу для безопасного повторного использования отходов с использованием подхода с множеством барьеров. [10]
Туалеты с медленным компостированием используют пассивный подход. Обычные приложения предполагают умеренное и часто сезонное использование, например, сети удаленных маршрутов. Обычно они проектируются таким образом, чтобы наносимые материалы можно было изолировать от рабочей части. Туалет также можно закрыть, чтобы обеспечить дальнейшее мезофильное компостирование. [11] Туалеты с медленным компостированием основаны на длительном времени выдержки для уменьшения количества патогенов и разложения отходов или на сочетании времени и/или добавлении красных червей-вигглеров для вермикомпостирования. Для ускорения компостирования можно ввести червей. В некоторых юрисдикциях США эти черви считаются инвазивными видами . [10]
«Автономные» биотуалеты компостируют в контейнере внутри туалета. Они немного больше, чем унитаз со смывом , но занимают примерно ту же площадь. В некоторых установках используются вентиляторы для аэрации и, опционально, нагревательные элементы для поддержания оптимальных температур для ускорения процесса компостирования и испарения мочи и другой влаги. Операторы биотуалетов обычно добавляют небольшое количество абсорбирующего углеродного материала (например, необработанных опилок , кокосовой койры или торфа ) после каждого использования, чтобы создать воздушные карманы для стимулирования аэробной обработки, поглощения жидкости и создания барьера для запахов. Эту добавку иногда называют «наполнителем». Некоторые владельцы-операторы используют микробные «закваски» для обеспечения присутствия в процессе компостирующих бактерий, хотя это не критично.
Туалет с вермифильтром — это биотуалет со смывной водой, в котором дождевые черви используются для ускорения разложения компоста. Его можно подключить к унитазу с низким или микросмывом, расход которого составляет около 500 миллилитров (17 жидких унций США) за одно использование. Твердые вещества накапливаются на поверхности фильтрующего слоя, а жидкость стекает через фильтрующую среду и выводится из реактора. Твердые вещества (фекалии и туалетная бумага) аэробно перевариваются аэробными бактериями и дождевыми червями компостируются в отбросы (гумус), тем самым значительно уменьшая объем органического материала. [12]
В некоторых установках используются выдвижные контейнеры с аэраторами, в то время как в других используются резервуары с наклонным дном.
Техническое обслуживание имеет решающее значение для обеспечения правильной работы, включая предотвращение появления запаха. Задачи по техническому обслуживанию включают в себя: очистку, обслуживание технических компонентов, таких как вентиляторы, а также удаление компоста, фильтрата и мочи. Удаление мочи требуется только для тех типов компостных туалетов, в которых используется отведение мочи.
После завершения компостирования (или раньше) компост необходимо удалить из устройства. Насколько часто это происходит, зависит от размера контейнера, условий использования и компостирования, например температуры. [3] Активное горячее компостирование может занять месяцы, тогда как пассивное холодное компостирование может занять годы. Правильно управляемые подразделения дают объемы выпуска около 10% от затрат.
Материал из компостных туалетов представляет собой гумусоподобный материал, который может быть пригоден в качестве удобрения почвы для сельского хозяйства. Компост из бытовых биотуалетов можно использовать в домашних садах, и это основное такое применение.
Обогащение почвы компостом добавляет значительное количество азота, фосфора, калия, углерода и кальция. В этом отношении компост приравнивается ко многим удобрениям и навозу, купленным в садовых магазинах. Компост из биотуалетов имеет более высокую доступность питательных веществ, чем высушенные фекалии, образующиеся в сухом туалете с отводом мочи . [3]
Моча обычно присутствует, хотя ее часть теряется в результате выщелачивания и испарения. Моча может содержать до 90% остаточного азота , до 50% фосфора и до 70% калия . [13]
Компост , полученный из этих туалетов, в принципе имеет то же применение, что и компост, полученный из других органических отходов, таких как осадки сточных вод или муниципальные органические отходы. Однако пользователи компоста, полученного из отходов, должны учитывать риск возникновения патогенов.
Компост, полученный из отходов, может содержать фармацевтические препараты , отпускаемые по рецепту . Такие остатки также присутствуют в стоках обычной очистки сточных вод . Это может привести к загрязнению грунтовых вод . Среди лекарств, которые были обнаружены в подземных водах в последние годы, есть антибиотики , антидепрессанты , препараты , разжижающие кровь , ингибиторы АПФ , блокаторы кальциевых каналов , дигоксин , эстроген , прогестерон , тестостерон , ибупрофен , кофеин , карбамазепин , фибраты и препараты, снижающие уровень холестерина . [14] От 30% до 95% фармацевтических препаратов выводятся из организма человека. Липофильные лекарства (растворенные в жирах) с большей вероятностью попадают в грунтовые воды путем выщелачивания из фекальных отходов. На очистных сооружениях удаляется в среднем 60% этих препаратов. [15] До сих пор не сообщается о проценте лекарств, разлагающихся при компостировании отходов.
В конце 19-го века в развитых странах некоторые изобретатели, ученые и представители общественного здравоохранения поддерживали использование «сухих туалетов», типа сухого туалета , похожего на компостные туалеты, хотя сосуд для сбора отходов жизнедеятельности человека не был предназначен для компост. [16]
В 2016 году Международная организация по стандартизации ( ISO ) опубликовала стандарт «Деятельность, связанная с услугами питьевого водоснабжения и сточных вод. Руководство по управлению основными услугами бытовых сточных вод на территории предприятия». [17] Стандарт предназначен для использования в сочетании с ISO 24511. [18] Он касается туалетов (включая биотуалеты) и туалетных отходов. Руководящие принципы применимы к базовым системам сточных вод и включают полный цикл бытовых сточных вод, включая планирование, удобство использования, эксплуатацию и техническое обслуживание, утилизацию, повторное использование и здоровье.
Международная ассоциация официальных лиц сантехники и механиков (IAPMO) представляет собой структуру кодекса сантехники и механики, принятую во многих развитых странах. Недавно компания предложила дополнение к своему «Дополнению к механическому кодексу по зеленой сантехнике», в котором «...описаны критерии эффективности для компостных туалетов, построенных на месте с отводом мочи и без него, а также промышленных компостных туалетов». [19] В случае принятия этот кодекс по компостированию и отведению мочи для туалетов (первый в своем роде в Соединенных Штатах) появится в издании 2015 года «Зеленого дополнения к Единому сантехническому кодексу». [20] [21]
В США не существует общепринятых стандартов качества компостных туалетов. В семи юрисдикциях Северной Америки [22] используется американский национальный стандарт/международный стандарт NSF ANSI/NSF 41-1998: Системы очистки без насыщения жидкостью . Обновленная версия была опубликована в 2011 году. [23] Системы также могут быть внесены в список Канадской ассоциации стандартов, cETL-US и других программ по стандартизации.
Что касается регулирования побочных продуктов, несколько штатов США разрешают утилизацию твердых частиц из компостируемых туалетов (обычно различие между различными типами сухих туалетов не проводится) путем захоронения с различной минимальной глубиной или без нее (всего 6 дюймов). Например:
Агентство по охране окружающей среды не имеет юрисдикции в отношении побочных продуктов сухого туалета, если отходы не называются «удобрением» (а просто материалом, который подлежит утилизации). Федеральное правило 503, известное в просторечии как «Правило EPA по твердым биологическим веществам» или «Правило EPA по осадку», применяется только к удобрениям . Таким образом, отдельные штаты регулируют биотуалеты. [30] [31]
Правила использования компостных туалетов и других форм сухих туалетов в Германии варьируются от штата к штату и от одного применения к другому (например, использование на приусадебных участках или использование в семейных домах и поселениях). В разных землях Германии использование таких альтернативных туалетов регулируется «Landesbauordnung» (переводится как «государственные правила гражданского строительства») соответствующего штата. [32] Большинство из них предусматривают использование туалетов со смывом , однако есть много исключений, например, в землях Гамбург , Нижняя Саксония , Бавария , Мекленбург-Передняя Померания , Рейнланд-Пфальц , Саксония-Анхальт и Тюрингия . [32] Как правило, они делают исключения для использования биотуалетов в домах при условии, что это не представляет угрозы для здоровья населения.
Правила, регулирующие использование компоста и мочи из биотуалетов, менее ясны в Германии, но, похоже, 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 сетям водоснабжения или канализации, что требует от домовладельцев эксплуатации собственных систем. Отдельные частные колодцы, то есть неглубокие выкопанные колодцы или скважины в скале, часто используются для водоснабжения, и многие домовладельцы предпочитают использовать компостные туалеты. Кроме того, такие туалеты распространены в домах отдыха, часто расположенных вблизи чувствительных водоемов. По этим причинам многие производители биотуалетов базируются в Финляндии, в том числе Biolan, Ekolet, Kekkilä, Pikkuvihreä и Raita Environment. [33] [34]
По оценкам ведущих финских производителей биотуалетов и Глобальной ассоциации сухих туалетов Финляндии, были получены следующие данные об использовании компостных туалетов в Финляндии в 2014 году:
Компостные туалеты успешно устанавливаются в домах высотой до четырех этажей. [3] По оценкам 2008 года, количество компостных туалетов в домохозяйствах в Германии составляет 500. [35] Большинство этих жилых домов также подключены к канализационной системе; компостный туалет не был установлен 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-Хасси, Билефельд- Вальдкуелле, Вена-Гансерндорф) 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]
Экологический поселок в Гамбурге-Аллермёэ имеет биотуалеты с 1982 года. В поселке из 36 односемейных домов с населением около 140 человек используются биотуалеты, сбор дождевой воды и построенные водно-болотные угодья . Компостные туалеты экономят около 40 литров воды на душу населения в день по сравнению с обычными смывными туалетами (10 литров на смыв), что дает экономию воды до 2044 м³ в год для всего поселения. [36]
Туалеты с медленным компостированием были установлены клубом Green Mountain в лесных массивах Вермонта . Они используют несколько хранилищ (называемых кроватками) и передвижное здание. Когда одно из хранилищ заполняется, здание перемещается по пустому хранилищу. Полное хранилище оставляют нетронутым как можно дольше (до трех лет), прежде чем оно будет опорожнено. Большая площадь поверхности и воздействие воздушных потоков могут привести к высыханию сваи. Чтобы противодействовать этому, знаки предписывают пользователям мочиться в туалете. [37] Клуб также использует выгребные ямы и простые туалеты-ведра с щепой и внешним компостированием, а также предписывает пользователям мочиться в лесу, чтобы предотвратить появление неприятных анаэробных условий. [38]
Компостирующие туалеты с большим контейнером для компостирования (типа Clivus Multrum и его производных) популярны в США, Канаде, Австралии, Новой Зеландии и Швеции. Их можно купить и установить как коммерческие продукты, как конструкции для самостоятельной сборки или как «производные конструкции», которые продаются под разными названиями. По оценкам, во всем мире может использоваться около 10 000 таких туалетов. [ нужна цитата ]
Установки очистки сточных вод ... NSF/ANSI 41 – 2011: Системы очистки без насыщения жидкостью (компостные туалеты)[ постоянная мертвая ссылка ]