如果便便没粘在马桶上,我们每年能省下四个西湖

国家地理中文网 2023-09-18 22:00


地球是一个奇迹

科技|中国
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中国科学家发明了一种全新马桶,任何排泄物都不会粘黏在马桶壁上,不需要反复冲水,大大节约了家庭用水成本| 环球科学

因便便粘在马桶上,我国每年损失近四个西湖的水量。

你上厕所时有没有遇到过,便便粘在马桶上冲不下去的情况?只能不停地按着冲水开关,借冲击力祈祷便便顺利下去。

据我国统计局调查显示,每年约有100多亿立方米自来水被用来冲刷家用马桶和公共厕所,占日常用水10%。

科学家表示,有50%-90%以上的水浪费在了对抗顽固便便上

我国太湖的蓄水量为44.3亿立方米,西湖则是1400万立方米。也就是说,因为便便粘在马桶上,我们损失了约4个西湖或1个太湖的水量

太湖中国五大淡水湖之一,位居第三。| 谷歌卫星

便便有多费水?

全球范围,每天用于冲马桶的水超过1400亿升,这个数字几乎是整个非洲每日用水量的6倍。
具体到每个家庭,小小马桶可能就消耗了日常30%的用水。
据美国环保署资料显示:美国家庭每月厕所用水量占总用水量30%。‍2019年,美国前总统特朗普更是在白宫活动上发火称:“人们现在冲厕的次数是10次、15次,而不是1次,这最终会用掉更多的水。”
据联合国统计数据,全球70亿人口中,半数都面临着严重的水资源危机。冲马桶消耗的水资源过于惊人,导致一些缺水地区根本无法建造马桶。
市面上有不粘锅,为什么不能有“不粘马桶”?
为此全球科学家投入大量精力。日前,华中科技大学苏彬团队和宾州州立大学(Penn State)自然灵感工程实验室黄得胜团队研发的一款耐用超滑马桶(ARSFT)或能解决这一难题。
“超滑涂层”
“超滑马桶”的灵感来源是热带猪笼草。
猪笼草(Nepenthes mirabilis Druce)一种以昆虫为食的植物。一旦猎物进入陷阱,该植物光滑的内壁使得它们无法再爬出来,最终被分解。
原因是,内壁中有一层蜡质材料。此外在微尺度上还发现,内壁上水起到了润滑作用,使昆虫快速滑落。
猪笼草|Wikipedia
宾州州立大学黄得胜团队仿照猪笼草,研发了一种涂料,共有两层。第一层是比头发丝细10万倍的有机硅材料;第二层是千分之一毫米厚的硅胶润滑剂。
该研究于2019年发表在《自然·可持续性》上,他们将这款涂层命名为Liquid-Entrenched Smooth Surface(简称:LESS)
为了更真实地模拟便便落下过程,研究人员还从40厘米高的地方,以45度角扔下了合成粪便,并且测量了冲洗干净的马桶所需要的用水量。
结果发现,根据“粪便”含水量的差异,冲马桶的用水量可以减少50%-90%不等。而且LESS涂层能减小细菌残留,不仅环保,也更卫生。
左边是普通陶瓷,右边是使用LESS涂料的陶瓷。| Nature Sustainability
但缺点也是明显的,LESS涂层属于消耗品,大约50次排尿周期后(每个排尿周期约21秒),涂层失效,就不滑了。
有没有办法让涂层永远覆盖马桶壁上?
多孔隙结构
多孔隙结构材料,能让涂层长期存在。
华中科技大学苏彬团队进一步设计出了一款混合材料(HHS材料)由雷射烧结的3D列印技术将塑料和疏水沙粒混合而成
这种技术将塑料和疏水沙粒以化学形式层层烧结在一起,而不是熔化在一起。
该团队介绍,相比于熔化,烧结更能保留物体内部的结构。使材料形成多孔的结构,有许多小小的间隙。涂料能更充分地进入该材料复杂的空隙里,而陶瓷材料则不能。
该研究于8月5日发表于《先进工程材料》期刊,文章表示,团队分别用牛奶、蜂蜜和合成粪便,对马桶的光滑效果进行了测试,在HHS材料与润滑油结合下,合成粪便依然飞速滑走,不留下任何痕迹

滑到各种液体都站不住脚。| Advanced Engineering Materials

HHS材料不仅光滑,还非常耐用。如果表层的润滑油流失,内部孔隙里的油就会迅速补充上来,让马桶始终能保持超滑的状态。

甚至用马桶刷狠狠擦洗,在强烈的机械磨损下(例如用马桶刷造成的磨损),也能很快修复。团队以最极端的方式,通过用砂纸擦洗1000次来对此进行测试,仍然效果不错

用砂纸擦洗1000次后的效果。| Advanced Engineering Materials
该材料生产出的马桶外壳,称为耐磨超滑冲水马桶(ARSFT)
人类与便便的斗争‍‍

为了对付黏黏的便便,人类曾绞尽脑汁。

1861年,英国管道工发明了一套排水系统,终于废物排泄进入下水道,但每次排完便马桶壁总是冲不干净;1885年,英国人又发现了光滑的陶瓷,增强水流量或增加冲水次数,能让残留物彻底消失。

但无论是木质马桶、光滑的陶瓷,还是采用了流线型的内部设计、强力冲洗功能,甚至拥有特制疏水涂料的现代马桶,便便粘上内壁的情况时有发生,需要不断地冲水才能下去。

抽水马桶最开始的版本|Wikipedia

在中国,“坐便器”一线城市普及甚至没有超过40年

据2022年国家统计局公布,我国城乡居民城乡居民使用水冲式卫生厕所的户比重为94.9%和67.1%。根据联合国的数据,全球大约有26亿人无法获得基本卫生服务,如坐厕或蹲厕。

既是为了节约用水和减少洁厕灵的开支,更是为了能让全球更多人能够使用上水冲式厕所。

世界是时候需要一场“马桶革命”了。



参考资料:
[1] Wang, Jing, et al. "Viscoelastic solid-repellent coatings for extreme water saving and global sanitation." Nature Sustainability 2.12 (2019): 1097-1105.
[2] Li, Yike, et al. "Abrasion‐resistant and enhanced super‐slippery flush toilets fabricated by a selective laser sintering 3D printing technology." Advanced Engineering Materials.


撰文:ARVIN
编辑:ARVIN



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