Zoals de legende zegt, toen Franse arbeiders begin 1900 hun levensonderhoud bedreigd voelden door automatisering, ze gooiden hun klompen, sabots genaamd, in de machines om ze te stoppen. Vandaar het woord sabotage.

In plaats van goed schoeisel te verspillen, misschien hadden ze nat toiletpapier moeten proberen.

In twee nieuwe artikelen gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap van de totale omgeving , ingenieurs van Duke University rapporteren over de resultaten van de eerste grootschalige, praktijktesten van kritieke componenten van hun off-grid sanitatiesysteem. Sinds 2011, Het "Reinvent the Toilet"-initiatief van de Bill &Melinda Gates Foundation heeft meer dan $ 200 miljoen geïnvesteerd om deze en andere inspanningen te financieren om kleinschalige sanitaire systemen te creëren om te voorzien in de behoeften van de 4,2 miljard mensen die wereldwijd geen veilig beheerde sanitaire voorzieningen hebben.

Hoewel hun processen voor het verwijderen van voedingsstoffen verbeterd moeten worden, de onderzoekers zeggen dat ze aangenaam verrast waren over hoe lang de componenten van het systeem meegingen. Ze werden er ook aan herinnerd hoe belangrijk culturele praktijken kunnen zijn voor het succes van een wereldwijde technische uitdaging.

"De eerste stap in ons opnieuw uitgevonden toiletsysteem scheidde het vaste en vloeibare afval via een lopende band van elastiekjes, " zei Brian Hawkins, onderzoekswetenschapper in het Duke Centre for Water, Sanitaire voorzieningen, Hygiëne en Infectieziekten (WaSH-AID). "Het werkt geweldig in India, waar ze een wascultuur hebben, maar in Zuid-Afrika, waar ze een veegcultuur hebben, het toiletpapier kwam in de mix en gomde alle versnellingen op. Dat zorgde ervoor dat het systeem om de paar dagen moest worden schoongemaakt, wat niet houdbaar is."

Om de door Gates gefinancierde sanitaire systemen als succesvol te beschouwen, ze moeten niet alleen ziekteverwekkers verwijderen uit menselijk afval en hulpbronnen terugwinnen zoals energie, schoon water en voedingsstoffen, ze moeten dit doen "off the grid, " zonder toegang tot externe elektriciteits- of waterbronnen. Om het helemaal af te maken, de systemen moeten minder dan vijf cent per gebruiker kosten, per dag - dat zijn 200 gebruikers voor $ 10.

Samen met Jeffrey Glass en Brian Stoner, beide faculteitsleden in Duke's Department of Electrical &Computer Engineering, Hawkins heeft bijna tien jaar aan zijn systeem gewerkt bij RTI International en Duke Engineering. Na het op grote schaal testen van het vloeistofbehandelingssysteem in de praktijk, het lijkt erop dat de toewijding van het team vruchten begint af te werpen.

"Het belangrijkste dat we probeerden uit te vinden, is hoe lang we dit systeem kunnen laten draaien voordat het kritisch onderhoud nodig heeft. "zei Hawkins. "En dat wil je doen in situaties die zo realistisch mogelijk zijn."

Gedurende een groot deel van 2018, de Duke-onderzoekers installeerden een prototype afvalverwerkingssysteem op twee locaties:een slaapzaal voor vrouwen in een textielfabriek in Coimbatore, India en een gemeenschappelijk toiletgebouw aan de rand van Durban, Zuid-Afrika. In de loop van acht maanden, beide systemen bedienden op elk moment tot 50 potentiële gebruikers, verwerken van meer dan 11, 000 liter afval tijdens de veldproeven.

Hoewel het probleem van toiletpapier een belangrijke ontdekking was, het primaire doel van de proeven was om de levensduur van de kritische componenten van het vloeistofbehandelingsproces te testen. Nadat de vaste stoffen van de vloeistoffen zijn gescheiden, ze worden door een groot actief koolfilter geduwd.

Terwijl dit bijna alle biologische vaste stoffen verwijdert, het desinfecteert het water niet en verwijdert geen opgeloste zouten. Maar dat is oke, omdat de onderzoekers het ene probleem kunnen gebruiken om het andere op te lossen. Elektriciteit wordt door het water geleid om de moleculaire bindingen in de resterende zouten af ​​te breken om chloorhoudende oxidanten te produceren, een krachtig ontsmettingsmiddel.

"Het elektrochemisch behandelen van gevaarlijk afval heeft veel voordelen, " zei Glass. "Je hoeft geen chemicaliën te verzenden of te behandelen voor de desinfectie, en het proces kan zeer efficiënt zijn."

Afhankelijk van de specifieke chemie van het water, echter, de elektrische leidingen die nodig zijn voor dit proces kunnen snel corroderen. De onderzoekers wisten ook niet zeker hoeveel gebruik de actieve koolfilters aankonden voordat ze moesten worden vervangen. Maar de veldproeven hielpen die angsten weg te nemen.

"Beide proeven duurden acht maanden en de filters faalden nooit. Ik had het in mijn hoofd dat het geweldig zou zijn als ze een jaar mee zouden gaan, en tot nu toe lijkt het erop dat ze dat kunnen, "zei Hawkins. "Zolang we het elektrische systeem regelmatig schoonmaken, het duurde honderden uren dienst. Dat is een onderdeel dat, als u het om de zes maanden zou moeten vervangen, het gaat niet lukken. Maar als je het drie of vier jaar kunt volhouden, dat is goed."

In het algemeen, de resultaten van de veldproeven waren veelbelovend wat betreft de potentiële onderhoudsbehoeften en prestaties van het systeem. De prototypesystemen van Duke voldeden aan alle biologische parameters en aan drie van de vijf chemische normen voor vloeibaar effluent volgens de onlangs vrijgegeven stand-alone rioolwaterzuiveringsvereisten van de International Organization for Standardization (ISO). Ze voldeden echter niet aan de normen voor de resterende hoeveelheden fosfor en stikstof.

"Deze twee chemicaliën zijn van bijzonder belang wanneer je water in meren en beken loost, omdat te veel van beide algenbloei kan veroorzaken, ", aldus Hawkins. "Er zijn efficiënte manieren om fosfor en stikstof te verwijderen tegen lage kosten voor grote volumes, of voor kleine volumes tegen hoge kosten, maar niet voor lage volumes tegen lage kosten. Dat is voor ons een continu R&D-onderwerp."

Duke-ingenieurs testen nu oplossingen voor dergelijke problemen in hun volgende iteratie van systemen in India. De nieuwe systemen zijn compacter en efficiënter - en net iets dichter bij het gebruik als volledige werkoplossingen.

"Als je kijkt naar het stroomschema van ons oorspronkelijke systeem en wat we nu testen, de componenten zijn allemaal hetzelfde, maar de nieuwste prototypes zijn veel slanker en gemener, "Zei Hawkins. "Op dit moment herhalen we meestal dezelfde technologieën, maar niet echt grote veranderingen aanbrengen."