Utredning och optimering av småskalig fekaliehantering

In off-grid holiday homes, alternative toilet solutions are needed. There is a wide range of dry toilet systems, where urine-diverting systems and incineration toilets are common solutions. Urine-diverting dry toilets require that users need to manage generated fecal fractions. This is often done by private composting or through municipal latrine bucket pick-ups. In this project, fecal management for holiday homes in Sweden is examined from three perspectives by (1) studying the biological phenomenon with composting and how a compost should be managed to generate rich humus, whilst minimizing greenhouse gas emissions associated with the act of composting, (2) examine current user experiences associated with latrine compost management, and (3) map out current latrine management systems, including laws and regulations. The goal was to develop a user-friendly concept for fecal management for urine-diverting toilets, based on this research. The project was carried out in collaboration with Harvest Moon, a company focused on the development of innovative and refined dry toilet systems. The project was initiated with a literature review, the examination of current fecal management systems, and interviews with composting experts and researchers. The background research showed that there is no such thing as perfect compost management since it depends on what end goals the users have. Research also showed that frequently turning the pile, increases ammonia (NH3) emissions, but reduces methane (CH4) formation. Furthermore, biochar can be added as a bulking agent to aerate the compost mass, and aid the hygienization process of such a mass, since it binds e.g., hormones. Regarding composting methods, a static passively aerated compost is not the fastest process but has the least compost mass reduction, which is desired when using it as a soil enhancer. In addition, it requires the least management. This method was therefore chosen for further development. Furthermore, since temperature and moisture are easily measured with sensors, it was deemed interesting to implement such sensors in a final concept, to alleviate management for the user. To assure that the final concept would reflect user needs and wishes, a phase of user studies was then initiated. The studies showed that users generally see latrine compost more as something to take care of, rather than as a resource, and therefore have no interest in using composted humus. The research also showed that because many municipalities require 2-year storage of the material in the composter, users experienced scheduling issues, which ultimately led to an inefficien composting system. The third perspective that was investigated, was the management systems of today and how they are regulated by laws. Each municipality has its own requirements on how latrine composts should be managed. These requirements are based on the Environmental Code, as well as Naturvårdsverket’s recommendation for the implementation of the law. Apart from the compilation of these regulations, this investigation showed that pyrolysis, as well as the centralization of hygienized feces, could be future alternatives to latrine composting and latrine pickup. But due to the short Time-to-Market, and the project's limited time scope, product development towards system innovation was deemed unrealistic within this project. Insights from these three perspectives created a framework for the concept development phase, which was finalized with building a full-scale functional prototype. During detailed design, the concept was further developed in CAD. The final concept presented in this project is a modular, user-friendly latrine compost that can be adapted to follow different municipal regulations. It has an inner mesh that aerates the compost mass to reduce methane gas formation. The mesh is constructed with hexagonal perforated acid-proof steel. The composter has a push latch mechanism on the lid together with two gas struts, which makes it easy to open since the user only needs to push the lid once, for it to open. Temperature and moisture sensors make it easier for the user to manage their compost correctly, and a front door allows for ergonomic emptying of the finished compost humus. Future development to reduce production costs, simplify the construction, continue the CAD model development, find suitable sensors, develop product instructions as well as perform user tests with the physical prototype should be further investigated.I fritidshus som saknar kommunalt avlopp behövs alternativa toalettlösningar. Det finns en rad olika torra toalettsystem, där urinsorterande och förbränningstoaletter är vanliga lösningar. Urinsorterande torrtoaletter kräver att användaren själv tar hand om genererade fekalier. Detta görs genom antingen privat latrinkompostering eller kommunal hämtning av latrin. I detta projekt undersöks fekaliehantering för fritidshus i Sverige från tre perspektiv genom att (1) studera biologiska fenomen i en kompost och hur en kompost ska hanteras för att få en rik humus, samt minimera växthusgasutsläpp som bildas vid just kompostering, (2) undersöka användarupplevelsen vid hantering av latrinkomposter idag, samt (3) kartlägga nuvarande system för latrinhantering, inklusive rådande lagar och förordningar. Målet med projektet var att utveckla ett användarvänligt koncept för fekaliehantering från urinsorterande toaletter, baserat på denna forskning. Projektet genomfördes i samarbete med Harvest Moon, ett företag som arbetar med att utveckla innovativa och estetiskt tilltalande torrtoalettsystem. Projektet inleddes med att studera litteratur, undersöka befintliga fekaliehanteringssystem, samt att intervjua komposteringsexperter och forskare inom området. Efter denna bakgrundsforskning kunde slutsatsen dras att det inte finns en perfekt komposthantering, då det beror på de mål som användaren har. Forskningen visade också att ju mer man vände kompostmassan, desto mer ökade utsläppen av ammoniak (NH3), dock minskade bildningen av metan (CH4). En annan insikt var att biokol kan tillsättas för att lufta, samt hjälpa till att hygienisera kompostmassan, då det binder till sig till exempel hormonrester. Gällande komposteringsmetoder så är en statisk passivt luftad kompost inte den snabbaste processen, men den leder till minst kompostreduktionen, vilket är bra om målet är att använda det komposterade materialet som jordförbättrare. Dessutom kräver det den minsta hanteringen av användaren. Denna metod valdes därför för vidareutveckling av slutkoncept. Slutligen, eftersom både temperatur och fukt lätt går att mäta med sensorer, så ansågs det intressant att implementera dessa typer av sensorer i ett slutkoncept i och med att det skulle kunna underlätta hanteringsprocessen för användaren. För att säkerställa att det slutliga konceptet skulle återspegla vad användarna behöver och önskar, inleddes sedan en fas av användarstudier. Användarstudierna visade att användare i allmänhet ser latrinkompost mer som något de måste ta hand om, än som en resurs, och har därmed inget intresse av att ta vara på det materialet som har komposterats. Studierna visade också att på grund av att många kommuner kräver två års lagring av materialet i fekaliekomposten, upplevde användare svårigheter med att få till en bra rutin kring hanteringen, vilket bidrog till att hela latrinhanteringssystemet fungerade sämre. Det tredje perspektivet som undersöktes inom projektet var hur systemen för latrinhantering ser ut idag, samt hur och av vilka lagar de regleras. Varje kommun har egna krav på hur en latrinkompost ska hanteras. Dessa krav är baserade på Miljöbalken, liksom Naturvårdsverkets rekommendationer gällande den praktiska implementeringen av Miljöbalken. Utöver sammanställningen av dessa regelverk visade studien att pyrolys, alternativt centralisering av hygieniserade fekalier, skulle kunna vara framtida alternativ till kompostering eller kommunal hämtning av latrin. Men på grund av den korta Time-to-Market för denna produkt, samt projektets begränsade tidsram ansågs produktutveckling mot systeminnovation vara orealistisk inom detta projekt. Insikter från dessa tre perspektiv bildade ett ramverk för konceptutvecklingsfasen, som avslutades med byggandet av en fullskalig funktionsprototyp. Under detaljutvecklingen fortsattes utvecklingen av konceptet i CAD. Det slutgiltiga konceptet som presenteras i projektet är en modulär, användarvänlig latrinkompost som går att anpassa till att följa olika kommunala regler. Den har en inre struktur som luftar kompostmaterialet för att minska bildandet av metangas. Strukturen består av hexagonalt perforerat syrafast stål. Komposten har en push latch mekanism på locket tillsammans med två gasfjädrar, vilket gör det enkelt att öppna eftersom användaren endast behöver trycka locket för att det ska öppnas. Temperatur- och fuktsensorer gör det lättare för användaren att hantera sin kompost korrekt, och en främre dörr möjliggör ergonomisk tömning av färdigt kompostmaterial. Framtida utveckling för att minska produktionskostnaderna, förenkla konstruktionen, vidareutveckla CAD-modellen, hitta lämpliga sensorer, utveckla användarinstruktioner, samt genomförandet av användartester med funktionsprototypen bör vidare undersökas