Что надо знать о мусорных экскретах

Весьма перспективной признана фотокаталитическая топливная установка (ФТУ) получения электрической энергии из отбросов. Её основу составляет ячейка, электродами в которой являются анод из системы титаноксидных (TiO2) нанотрубок и катод из платины. Она способна разрушать органические соединения в сточных водах [26], производя электричество. Для её работы используется энергия коротковолновой части спектра солнечного света. При очищении возникает направленное движение электронов к катоду, которые преобразуются в электрический ток. Химическая энергия отбросов, таким образом, превращается в энергию электрическую.

По оценкам создателей этой установки, полная переработка всех органических соединений, находящихся в сточных водах, способна обеспечить около трети общемировой ежегодно потребляемой энергии. Отмечается, что сточные воды являются весьма перспективным источником получения энергии, а предложенный способ выработки электричества из канализационных отбросов не представляет опасности для окружающей среды.

Оказалось [26], что при модификации электродов в фотокаталитической ячейке полупроводниками, например, сульфидом кадмия, очистительная система может использовать для разложения органики свет видимой области спектра вместо ультрафиолета. Этот факт открывает новые возможности для использования системы, так как при этом пропадет необходимость в специально приспособленных камерах с ультрафиолетовым излучением. Такая модифицированная система может успешно работать под «открытым небом».

Мусорное биотопливо или свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Газ мусорной свалки не является ископаемым горючим сырьём, а возникает при микробиологическом распаде органического материала (отбросов) свалок. Получение свалочного газа может решить сразу две проблемы: получить биотопливо и очистить планету от мусора. Данные ООН, полученные в результате исследования соотношения выброса мусорных экскретов и потребности в энергии 173 стран и обнародованные в Интернете, показали большую перспективность этого способа. Оказалось, что теоретически из имеющихся в мире свалок могут быть выработано около 83 млрд. литров целлюлозного этанола [42]. Энергии полученного топлива хватило бы на функционирование всего существующего автобусного городского транспорта.

Обустроенная для получения газа свалка может иметь вполне респектабельный вид и легко может быть вписана в жилищную структуру поселения городского типа (см. Рис. 3.3.4.). Свалочный газ такого «завода» способен на многие годы обеспечить энергией небольшой городок или крупный район мегаполиса.

Оценки [43] показывают, что каждая тонна свалочного мусора содержит приблизительно от 150 кг до 250 кг биологически разлагаемых органических веществ с выходом энергетически ценного метана. Один кубический метр мусорного газа имеет энергетический эквивалент от 4 до 5 кв. ч, что соответствует тепловой энергии приблизительно 0,5 л топливного мазута. Если предположить, что 1 тонна бытовых отходов имеет потенциал производства 180÷250 м3 газа за период 15÷20 лет, то энергетический потенциал, скрытый в мусорных свалках становится воистину бесценным!

В условиях ограничения кислорода бактериальное разложение органических веществ свалки условно можно подразделить на 4 фазы [43], после чего «свалочный газ» возникает как конечный продукт биоразложения. В ходе первой фазы «созревания» газа собранные на мусорной свалке экскреты содержат ещё достаточно много кислорода, что приводит к их аэробному биологическому разложению. Кислород постепенно удаляется в атмосферу в виде CO2, и позднее, когда кислород становится практически исчерпанным, наступает вторая фаза процесса.

Эта вторая фаза может быть определена как стадия кислотного брожения в процессе разложения отбросов и наступает в зависимости от окружающей температуры примерно через 2 недели после начала разложения. В это время вещества, такие как целлюлоза, белки и жиры разлагаются, давая выход субстратам, которые далее биологически разлагаются в короткоцепочные жирные кислоты, углекислый газ CO2 и водород H2. В ходе этой фазы образование CO2 и H2 достигает максимума. В стадии кислотного брожения при практически полном отсутствии кислорода в толще мусора начинают активизироваться микробы, ответственные за образование метана. Третья фаза реально начинается через 3÷4 месяца после засыпки свалки. Скорость образования газа при этом стабилизуется в пределах 2÷3 лет, после чего начинается четвертая — самая продуктивная фаза.

В четвертой фазе "свалочный газовый реактор" будет поставлять газ постоянного состава на протяжении длительного периода. Время работы такого источника энергии и его расходные характеристики зависят от многих факторов — в первую очередь от состава тела свалки и условий окружающей среды.

Безусловно, процесс биологического разложения мусора отличается от свалки к свалке и зависит от ряда существенных переменных: состава отходов, их рыхлости или слеживания, влажности, материала покрытия свалки и т. п. Эти параметры тела свалки оказывают заметное влияние на доступность и качество «питательной смеси», которую используют производящие метан микроорганизмы.

Состав и процентное содержание основных компонентов свалочного газа приведены в Таблице № 2.3.1. Кроме указанных в таблице газов в незначительных количествах имеются и некоторые другие газы, часть которых — токсична.