我正站在旧金山 1550 Mission Street 的地下室里——这是一栋位于市中心黄金地段的新高层建筑——听着人类污垢被过滤的稳定嗡嗡声。在我上方，38 层楼的居民正在进行他们的晨间例行公事，淋浴和刷牙。在我面前，由管道和软管组成的迷宫将他们丢弃的水输送到一个像后院热水浴缸一样大的膜生物反应器中。在那里，膜和氧气气泡净化水，并将其输回大楼，而不是排入污水管道，其清洁度足以冲厕所和尿布。“我们能够重复利用其中约 95% 的水，”Epic Cleantec 公司（该公司设计了这项技术）的联合创始人兼首席执行官 Aaron Tartakovsky 说。他的父亲 Igor，另一位联合创始人兼总工程师，眼中闪烁着光芒，带着自豪的笑容说道：“它的工作原理真是太酷了。”
然而，真正酷的东西则位于附近的 New Market（简称 NEMA）大楼，Aaron 和 Igor 在那里试点了他们的粪便回收项目。与 1550 Mission 的装置不同，后者只回收灰水（来自马桶和厨房水槽以外的所有地方），NEMA 的装置则负责处理污秽的工作。在这里，一台像大型食品加工机一样闪闪发光的机器，大小相当于一个小型冰箱，收集人们的排泄物，截断污水流。机器运行时，污泥会溅到其旋转的网带上。液体会渗漏下去，但粪便会留在上面。一个压榨器挤出更多的水，产生巴掌大的粪便团，然后掉进一个垃圾箱里。
在 2019 年和 2020 年的试点项目运行期间，Aaron 或他的同事们每周都会更换这个 55 加仑的垃圾箱，并将其运到公司附近的粪便处理厂 Epic Hub，该厂位于一个前汽车经销商处。在那里，排泄物被放入另一台设备中，与消毒化学品混合物充分混合，杀死病原体。消毒后的污泥被堆肥成土壤，Aaron 和 Igor 用这些土壤将 Epic Hub 外面的一个工业区变成了一个繁茂的花园。“我们称之为‘旧金山人制造、为旧金山人使用的土壤’，”Aaron 说。“我们正在与市政府谈论将其用于公园。”我完全能体会他的兴奋。作为一个在苏联时期的一个小农场长大的人，我的祖父曾用我们化粪池的内容物来施肥，我相信我们所谓的“人类粪肥”应该滋养我们的庄稼。
2018 年，美国生产了5,823,000 干公吨生物固体——这是污水处理厂的最终产品。从化学成分上看，这种东西就像普通的泥土，只是有点气味。在理想的世界里，生物固体——富含氮、磷、钾的强效肥料——会被送回蔬菜和奶牛场，以补充我们提取的营养或种植我们砍伐的树木。科学家们称这种概念为循环生态，这是 21 世纪可持续生活方式的关键。然而，目前只有一半的生物固体回到了农田。另一半则被填埋，释放温室气体——或者更糟，被送进焚烧炉，焚烧炉会向空气中排放烟雾。导致这些浪费做法的原因多种多样，从经济到后勤再到普遍存在的“恶心”因素。将污泥转化为符合 EPA 标准的无病原体肥料的新设备可能非常昂贵。如果一个大都市区每周产生数千公吨的生物固体，但附近没有足够的农田来吸收，该市将不得不使用化石燃料将其运走。最后，人们就是不喜欢污水处理厂，他们认为这些厂是污秽的缩影。
这种观念始于 2011 年，首先在科技创新者中，然后是公众，当时比尔及梅琳达·盖茨基金会发布了“再造马桶挑战”，要求专家从马桶排泄物中回收有价值的资源，包括清洁的水和营养物质。这项挑战最初旨在解决贫困国家的卫生挑战，但它也推动了污水处理的总体新想法。加州的严重干旱是另一个重要催化剂。“2014 年，我们的民选官员问道：‘为什么我们在旧金山还要用淡水冲厕所？为什么我们不能重复利用它？’”Aaron 说。“所以我们真正专注于解决这个问题。”
旧金山公共事业委员会（该委员会服务于旧金山湾区 270 万人口）的水资源总监 Paula Kehoe 表示，该市希望鼓励水的重复利用，特别是在新建的大型建筑中。“我们开始将现场水处理系统视为资源回收设施，”Kehoe 说。
在我们提倡本地种植食品的时代，就地处理残余物也很有意义。大多数城市市政当局依赖的集中式处理厂可能在 20 世纪运行良好，但许多现在已经老化到不再可持续或经济的地步。典型污水管道的寿命为 50 至 100 年；美国的平均管道年龄约为 45 年，有些甚至超过一个世纪，这带来了污水泄漏和污染的风险。根据《美国基础设施报告卡》2019 年的估计，该国公用事业部门花费了超过 30 亿美元更换了约 4,700 英里的管道——这仅占该国总计 130 万英里管网的一小部分。2017 年的一份报告估计，到 2042 年，将有 5600 万人使用这些集中式处理系统，每年需要约 2710 亿美元的资金来维持它们。
现场过滤和处理可能是一种重要的替代方案。“集中式污水处理系统当然有其优势，因为在一个地方可以获得专业知识和技术专长，以防万一出现问题，”Brown and Caldwell（一家环境工程和建筑公司）的高级生物固体工程师 Bill Brower 说。然而，在气候变化和干旱日益加剧的时代，在源头净化宝贵的水资源也具有实际的益处。“我认为分散式处理肯定有其空间，”Brower 说。但在我们关闭污水管道之前，我们需要弄清楚“二号”该去哪儿。
从苏联难民到粪便企业家
Igor Tartakovsky 在 1960 年代出生于乌克兰敖德萨，当时是苏联的一部分，他立志成为一名火箭科学家。“我想制造飞机和宇宙飞船——这是我的童年梦想，”他说。然而，对于一个犹太孩子来说，这是一条艰难的道路。苏联帝国的反犹主义是显而易见的：Igor 以最高荣誉毕业于高中，但被他所在城镇的工程学院拒之门外。他不轻易放弃，最终被西伯利亚一座冰天雪地的城市新西伯利亚的电机工程学院录取，学习航空学。他毫不犹豫地用新西伯利亚的严寒取代了敖德萨温和的气候。
第二年，当他申请暑期工程工作时，他填写了 15 份表格，提交了十几张自己的照片，但仍然被拒绝了。他放弃了航空航天梦想，转而学习制冷和空调。
职业生涯的转变并没有带来帮助。同样，Igor 以班级第一的成绩毕业，并且再次被他申请的工作拒之门外。他找到了一份在海上渔业加工船上的工作，这艘船在寒冷的远东地区航行，每次航行六个月。除了冷藏海产品，他的工程技术在建造一个用发酵苹果汁蒸馏私酒的装置方面也派上了用场——这项壮举让他的船员们很喜欢，但 Igor 并不喜欢。他觉得自己浪费了生命。他清楚自己在苏联已经没有前途了，于是他的家人决定离开。
当时，从克格勃控制的国家移民的唯一方法是收到居住在国外的亲戚发出的“家庭团聚”邀请。任何寻求此类帮助的通信都可能被政府拦截。所以 Igor 的亲戚写了一封所谓的“内裤信”。他们将自己的名字和出生日期写在一对内裤的松紧带上；当橡胶收缩时，文字就看不见了。一个要离开国家的人带着他的内裤便条，一年后，梦寐以求的邀请函就来了。负责 Igor 案子的克格勃官员称他为“白痴”，因为他在“这个国家显然有光明的前景”，并给了他 45 天的离境时间。Igor 照办了。他的父母和姐姐随后也跟着离开了。
在旧金山，Igor 遇到了他未来的妻子，找到了一份工作，并有了孩子。后来他创办了自己的公司，为这座城市的公寓和办公楼设计空调系统。他从未想过自己最终会制造“人类粪肥”。
人类 vs. 粪肥
纵观人类历史的大部分时间，我们与废物的关系一直很棘手。我们无法停止产生它，但我们也无法与它共存。粪便中未消化的营养物质——蛋白质、脂肪、糖——会滋生肠道蠕虫和导致痢疾、胃肠炎和伤寒等疾病的致命细菌。为了避免疾病传播，我们必须尽快有效地摆脱我们的代谢产物。
过去 150 年的工业化西方污水系统使这一过程臻于完善。随着城市的发展，集中式污水处理业务也随之发展。美国第一批污水处理厂于 19 世纪 50 年代建成。如今，有 16,000 多家这样的工厂日夜运转，处理市政、家庭和办公室管道中的污水。总而言之，美国的这种管道足够绕地球 52 圈。或者说，足够往返月球近三次。每天约有 625 亿加仑的废水通过这些管道流动。
对我祖父来说，这一切在经济或环境上都没有意义，尤其是将粪便与垃圾一起丢弃的部分。“你必须像喂养人一样喂养大地，”他过去常说，每年秋天他都会把化粪池里的黑色泥浆填满他的堆肥坑。然后他将它们封起来，让大自然去工作。三年后，当他再次挖掘时，坑里充满了蓬松的黑土，营养丰富，以至于我们的植物即使在俄罗斯短暂、寒冷、多雨的夏天也能结出果实。
Kehoe 说：“2015 年，旧金山任何超过 25 万平方英尺的新建筑都必须安装现场水处理系统，以满足其厕所和灌溉需求。“2021 年，这一要求也适用于任何超过 10 万平方英尺的新建筑。”
对于 Igor 和他的第三个也是最小的儿子 Aaron 来说， Aaron 曾学习政治学，但最终追随了他父亲的工程脚步，这次的转型是偶然的。他们刚刚涉足污水领域，并渴望深入其中。
史诗般的起源故事
2013 年，一位客户请 Igor 为他们在湾区的空间寻找一个全楼的污水回收系统。他找不到任何市场上的型号。几个月后，在一次技术会议上，Igor 看到有人用高锰酸钾在一个食品加工机里搅拌狗粪来消毒。他从孩提时代就认识这种化学品：它被称为 *margantsovka*，是一种常见的消毒剂。他回忆说，当他的观赏鱼生病时，他会滴几滴。“细菌会死亡，鱼会在玫瑰色的水中游一会儿，因为高锰酸钾也是一种着色剂。”这种化合物（化学式 KMnO₄）会引起氧化反应，杀死微生物，包括常见的人类病原体。“它被广泛用于清洗伤口或消毒别人喝过的玻璃杯，”马里兰大学巴尔的摩县分校生物化学工程教授Govind Rao说。“它是一种非常强大的氧化剂，但当病原体负荷较低时效果最好。”消毒典型的污水需要数吨 KMnO₄，但 Tartakovsky 父子找到了一个解决办法——在源头处理。大多数人肠道中不携带大量危险病原体（否则他们会非常生病），所以他们冲下去的东西通常不会充满细菌。只有当污泥在数英里的管道中漂浮数天后，它才会开始被各种天然存在的细菌所定殖，这些细菌会生长和繁殖。“当污水在管道中打转数天数周后，其病原体负荷就非常高了，”Aaron 解释说。“但如果你在有人冲马桶后立即处理，病原体负荷就会低得多。”
Igor 和 Aaron 最初也用食品加工机搅拌他们家狗的粪便。为了更好的消毒效果，他们添加了其他化学品，研制出了公司专有的微生物清除混合物。现在他们需要扩大规模，于是他们说服一家制造工业用混合机的意大利公司，允许他们在佛罗伦萨附近的一个污水处理厂使用他们的中和方法处理化粪池污泥。2015 年 3 月，他们飞往那里进行测试。当他们调整一个像后院烤架一样大的机器的设置时，反应产生了过多的热量。混合机的顶部炸飞了，将消毒过但仍然有臭味的粘液溅满了天花板——Aaron 将这一历史性事件录了下来。但这教会了这对父子工业用加工机的参数。回到家后，他们成立了废水回收解决方案公司 Epic Cleantec，并专注于制造自己的混合机。
他们聘请了明尼苏达州的一家工程公司制造了一个。在“万湖之乡”进行测试也同样混乱。Aaron 在装满一桶粪便时，高压污泥猛烈撞击底部，溅了他满身。“那天我差点吐了，”他回忆道。后来，在严寒的中西部冬季，污泥部分结冰，在混合机里嘎嘎作响。他们从未考虑过放弃。“我早就学会了失败不是一种选择，”Igor 说。Aaron 的灵感来自于他的家族历史。“我的祖父母是犹太人大屠杀的幸存者，”他说。“考虑到他们所经历的一切，我能处理好污水。”
明尼苏达州的实验给了他们精确的混合机尺寸——长度、直径、叶片大小。但最终版本是由洛杉矶的一家公司制造的。Aaron 开车去尝试，给该地区的每一个宠物收容所打电话，要求狗粪。大多数人都嘲笑他，认为这是一个恶作剧，但有五家给了些。SPCA 也给了些，后来成为 Epic 的第一家官方粪便供应商。
Igor 和 Aaron 还在组装管理污水流量的设备，该设备会将污泥通过旋转网带和压榨器，将其压榨成巴掌大的粪便团，然后送入消毒混合机。将网带和压榨器连接起来相对简单，但这对父子需要大量的污水来端到端地测试整个过程。2017 年，Epic 开始从斯坦福大学的 Codiga 资源回收中心购买污泥，该中心有一个微型污水站，以继续校准他们的系统。“每磅成本 40 美分，”Codiga 的执行董事 Sebastien Tilmans 回忆道。
即使这个来源的污泥量仍然微不足道，Epic 也开始“字面意义上”地用卡车运送污泥。那时，Epic Hub 位于一个前汽车经销商处，所以那些正在清空湾区一些化粪池的污水卡车会开进来倾倒它们的货物。“我们会将一根软管从卡车连接到我们的系统，让它运转，端到端，”Aaron 说。“有些卡车运载的是来自 Facebook 餐厅洗手间的污水，”他解释说。“我们的一些土壤就是 Facebook 制造的。”
在 Epic Hub 测试完混合-处理器后，Tartakovsky 父子联系了 NEMA 的业主（Igor 认识他们），让他们在实际生活中进行测试。建筑工程师 Derwin Narvaez 最初的反应是极度的厌恶。“你要做什么？”他记得自己问道。看到这项技术在实际运行后，他被说服了。“最终产品只是黑色的泥土！”
Aaron 站在定制的混合机旁边，这台机器看起来像一个巨大的绞肉机，他演示了这黑色泥土是如何在试点期间生产出来的。从 NEMA 地下室的污泥压榨机上收集的粪便团被倒入收集箱——机器会用 Epic 的消毒混合物嚼 20 分钟。然后 Aaron 会对新鲜制成的土壤进行一系列测试，检查病原体和重金属，然后再在 Epic Hub 花园附近晾干。“我一直想知道附近摩天大楼里的人们在想我们 G。但这似乎并不影响我们的声誉，因为没有臭味。”
“我的祖父母是犹太人大屠杀的幸存者。考虑到他们所经历的一切，我能处理好污水。”
——Aaron Tartakovsky
他从混合机的内部刮下一些泥土残留物，递给我。经过一番犹豫，我把粉状的黑色物质拿在手里，小心翼翼地闻了闻。它看起来和闻起来都和我祖父的堆肥坑里的花园泥土一模一样。但虽然他家后院的农场方法在小规模上是有效的，但 Epic 的方法可能会改变我们处理整栋高层建筑的污水的方式，而这至关重要，因为到 2050 年，全球三分之二的人口很可能将居住在城市地区。
其他公司也在以自己独特的方式重新定义我们与排泄物的关系。佛蒙特州的一群尿液回收者创立了Rich Earth Institute，这是一个非营利组织，收集居民的尿液并将其分发给农民，但对许多人来说，这种人工过程是一个缺点。总部位于以色列的初创公司HomeBiogas率先推出了一款有助于生产肥料和甲烷的马桶，后者可用作烹饪燃料——这是一种适合私人住宅和小型建筑的自给自足的方法，但不适用于高层建筑。南非公司LiquidGold Africa开发了一种从尿液中提取肥料化合物的方法，尿液可以从建筑物的水管中大量收集，但它还不回收固体。在俄勒冈州波特兰市，一个大型公寓综合体Hassalo on Eighth建造了一个完整的户外废水处理设施，但这需要大量周围空间。总部位于澳大利亚的公司 Aquacell 在湾区运营着多个建筑级别的废水回收系统；据 Kehoe 说，还有几个正在进行中，但 Aquacell 不涉足固体业务。相比之下，Epic 的端到端技术特别适合人口稠密城市的办公楼和住宅，这些城市的数量将持续增长。“这家公司似乎拥有一项扎实、创新的技术，”水解决方案专业公司 BlueTech Research 的可持续发展策略师William Toffey说。“旧金山的 1550 公寓是其最闪亮的例子。”
会有更多的摩天大楼加入吗？Narvaez，现在是一位坚定的支持者，他认为会的。“与其定量配给水，不如让建筑采用这种方法，”他说。“对我来说，这是所有新建筑的未来。建筑将节省大量成本，社会也将节省大量成本。这是一个双赢的局面。”
在未来几年，Epic 的下一代 OneWater 系统将安装在圣地亚哥和圣何塞的另外四栋建筑中，它将作为一个功能齐全的微型处理厂运行。网带处理器将从污泥中挤出水。膜生物反应器将净化水并将其重新投入循环。Tartakovsky 父子希望，混合机将把污泥变成花园表层土，最终用于喂养城市公园。“我们将使用同样的口号，”Aaron 说。“‘圣地亚哥人制造，为圣地亚哥人使用的土壤’。等等。”
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