太阳能热干燥系统在源分离粪便处理中的设计与测试：可持续卫生解决方案的开发

为解决发展中国家资源受限地区的卫生挑战，南非水研究委员会(WRC)支持开发了一种利用太阳能和风能的源分离粪便干燥系统。研究通过原型测试表明，在中等环境条件下(平均湿度47%)可获得7.2%的终末含水量，高温干燥条件下(湿度42%)更可降至4.4%，为离网卫生设施提供了可持续解决方案。

　　

在全球水资源日益紧张的背景下，传统冲水厕所的弊端日益凸显——据统计，南非66%的家庭使用市政污水系统，每年消耗约9.6亿立方米珍贵的水资源冲洗厕所。与此同时，仍有13.6%的人口使用未经通风的坑厕，面临地下水污染和清掏困难等问题。这种卫生危机在发展中国家尤为突出，促使南非水研究委员会(WRC)于2017年启动"再设计厕所"计划，旨在开发适应本地环境的创新卫生技术。

南非比勒陀利亚大学等机构的研究人员响应这一倡议，开发了一种革命性的源分离干燥系统。该系统通过尿液分流技术将粪便含水量降低85%，随后利用南非丰富的太阳能资源（日均辐射4.5-6.5 kWh/m²）进行热干燥。研究团队采用模块化设计策略，重点开发了包含传送带、压辊和风驱通风系统的核心干燥隧道。

关键技术包括：1) 基于蒙特卡洛三角分布模型模拟6-8人家庭使用频率；2) 采用3D CAD进行虚拟原型设计；3) 在四种典型气候条件下（冬季低温、春季干燥、夏季高湿等）测试原型性能；4) 测量隧道内三点温度及粪便终末含水量。测试使用模拟粪便规避生物危害，通过颜色编码区分初始含水量。

干燥条件与终末含水量关系
在7月测试（冬季中等条件）中，34小时停留时间使粪便含水量降至7.2%，隧道温度波动于8-64°C。9月高温干燥条件下，同样停留时间使含水量进一步降至4.4%，证实温度对干燥效率的正向影响。但在12月高湿测试（平均湿度76%）中，终末含水量高达19.4%，凸显环境湿度的制约作用。

操作挑战与改进方案
单辊压扁系统在负载下出现传送带松弛（图6），促使团队提出双辊+支撑辊的改进设计（图7）。尼龙网布耐久性不足的问题将通过改用特氟龙涂层金属网解决。未密封的隧道结构导致热效率损失，下一代原型将增加气密设计和橡胶密封取样口。

系统优化方向
研究建议：1) 为雨季设计太阳能再生干燥剂除湿系统；2) 增加腹泻液体收集处理功能；3) 开发专用厕纸处理通道。这些改进将使系统在ISO 30500标准下更符合非管网卫生系统(NSSS)的安全性能要求。

该研究首次验证了纯可再生能源驱动的粪便处理系统可行性，其模块化设计尤其适合缺乏水电网基础设施的偏远社区。相比传统处理方式，该系统可减少83%的能源消耗，干燥产物（热值16.3 MJ/kg）还可通过热解转化为生物炭。这项成果为达成可持续发展目标(SDG)6提供了关键技术支撑，也为其他太阳能资源丰富地区提供了可复制的卫生解决方案模板。论文发表在《Environmental Technology》期刊，为离网卫生技术创新树立了重要里程碑。