Что надо знать о мусорных экскретах

Отмечается [43] высокий риск нахождения в непосредственной близости от объёмов мусорной свалки из-за опасности удушения, вызываемого замещением насыщенного кислородом воздуха газом свалки. Вдыхание токсических компонентов газа могут вызвать тошноту и угар. Свалочные газы, кроме того, негативно воздействуют на растения, приводя к разрушению зелёного покрова не только на рекультивированной площади мусорной свалки, но и вокруг неё.

Опасность взрыва свалочных газов объясняется образованием смесей метана с воздухом в пределах взрывоопасных концентраций метана (5 ÷ 15 объёмных процентов метана в воздухе). Подобные взрывы случаются при подземных работах в канализационных сетях, дренажной системе ливневых вод и других системах трубопроводов. Такие трубопроводы проходят через тело свалки и рядом с ней.

Таким образом, система трубопроводов «свалочного завода», работающая при избыточном давлении системы контроля вод, просачивающихся в грунт из свалки и из прилегающих пространств на свалке или рядом с ней, являются зонами высокого риска!

Метан не только взрывоопасен, но и представляет определённую пожарную опасность. Поэтому при отборе свалочного газа могут происходить загорания и пожары.

Опасности взрывов и пожаров часто непредсказуемы из-за различий в путях и скорости миграции мусорного газа через слои мусорной свалки. Зафиксировано документально [43], что мусорный газ собирался в сотнях метров от площади свалки в подвалах строений и вызывал мощные взрывы. Газ мигрирует при заливании водой мусорных свалок, либо из-за изменения барометрического давления при перемещении атмосферных фронтов и вообще при других изменениях погоды в зоне мусорной свалки.

Кроме всего прочего, газ мусорных свалок дурно пахнет из-за примесей сероводорода и других соединений серы.

Состояние мусорных свалок в России нельзя признать удовлетворительным; большая их часть — дикие или неорганизованные мусорки или помойки, некоторые считаются нормативными, но полностью требованиям закона удовлетворяют единичные экземпляры. Небольшое число свалок в настоящее время подвергается обустройству с учётом современных технологий по утилизации и переработке мусорных отходов [43].

Отмечается, что оценённое специалистами-экологами вредное воздействие газов, образующихся в мусорных свалках под воздействием бактерий, часто превышает вредное воздействие промышленных предприятий на окружающую среду. И это только без учёта всякого рода опасностей самого нахождения таких свалок вблизи проживания людей. В то же время, использование таких технологий, как выделение свалочного газа из мусорных свалок, даёт колоссальный экономический эффект от производимой из него электроэнергии и ещё больший эффект от снижения вредных выбросов в окружающую атмосферу.

При обсуждении энергетических возможностей различных мусорных экскретов нельзя не упомянуть о таком «энергетическом концентрате» как испражнения человека или животных или экскременты [3]. В борьбе за энергетическое выживание человечества немало внимания уделяется проблеме переработки отходов жизнедеятельности человека [52]. Уже проводятся проверки технологий, с помощью которых эти отходы, с помощью различных биохимических методов, перерабатываются в жидкое и газообразное топливо, приводящее в движение автомобили и отапливающее жилые помещения. Например, в печати сообщалось, что жители 200 домов британского городка Дидкот отапливают свои дома газом, полученным из собственных канализационных отходов.

Фонд Билла Гейтса призывает превращать экскременты в биодизельное и метановое топливо, пишет газета The Christian Science Monitor. Проект, получивший грант на 1,5 млн. долларов от Фонда Билла и Мелинды Гейтс, разрабатывается профессором Колумбийского университета Картиком Чандраном совместно с Waste Enterprisers в Гане.

Человеческие экскременты являются "концентрированным органическим материалом с высокой энергетической ценностью", отмечается в Фонде Билла Гейтса. Чандран и его партнёры изучают способы превращения органических составляющих этих отбросов в полезное топливо. Авторы разработки считают, что это не только создаст альтернативный источник топлива, но и предотвратит попадание отбросов, являющихся одним из источников инфекций, в окружающую среду, говорится в статье, содержание которой приводит сайт InoPressa.ru.

По данным фонда Гейтса, у половины жителей развивающихся стран — это примерно 2,5 млрд. человек — нет доступа к санитарно-гигиеническим удобствам. 1,2 млрд. человек осуществляют "открытую дефекацию", то есть у них вообще нет санитарных удобств, а 1,3 млрд. человек пользуются небезопасными удобствами. Поэтому полезное использование экскрементов является для стран «третьего мира» весьма актуальным и перспективным.

Вполне естественно, что специалисты из космической отрасли тоже обратили свое внимание на эти технологии, ведь утилизация продуктов жизнедеятельности экипажей космических кораблей и станций в околоземном пространстве и в Космосе является достаточно сложной операцией. Во многих случаях отбросы космонавтов обезвоживаются, замораживаются и сбрасываются за борт, где они сгорают подобно метеоритам при входе в плотные слои земной атмосферы. Последние разработки аэрокосмической техники предусматривают возвращение отбросов на землю в грузовых космических кораблях. Это нерационально и требует больших затрат. Почему бы не получить из этих экскретов лишнюю энергию или топливо для двигателей космических аппаратов?

Исследования в этом направлении проводятся группой учёных из Флоридского технологического института. Учёные взяли за основу бактерии вида Shewanella MR-1, которые способны вырабатывать водород, перерабатывая любой материал биологического происхождения. С помощью генной инженерии учёные сконструировали новый геном этих бактерий, благодаря чему они стали вырабатывать большее количество водорода и приобрели устойчивость к неблагоприятным факторам космического пространства.

Жизнеспособность нового штамма бактерий и их способность вырабатывать водород, который потом будет перерабатываться в водородных топливных элементах в электроэнергию, будет вскоре проверена на практике.

Осуществление этого новаторского проекта планируется на спутнике, являющемся результатом реализации проекта ООН и ЮНЕСКО, стоимостью 5 миллионов долларов. На этом спутнике предполагается разместить специальный биореактор, в котором будут находиться бактерии, вырабатывающие водород. Если бактерии Shewanella MR-1 приживутся в ОКП, то спутник ООН будет в течение пяти лет получать энергию от водорода, выработанного бактериями из отходов жизнедеятельности астронавтов экипажа Международной космической станции, пишет http://mobilnik.ua.

Важное значение экскретов в решении энергетических проблем человечества в скором времени приобретёт освоение месторождений горючих сланцев и использование их органического содержимого.

Горючие сланцы — породы, содержащие в большом количестве органическое вещество, являются продуктом окончательного выделения и разложения доисторических живых организмов. Они в земной коре повсеместно встречаются в виде залежей, то есть являются глобальными экскретами. Из этого природного материала получают нефть. Для этих же целей подходят и пески, насыщенные густой, вязкой нефтью.

По данным геологической службы США мировые запасы горючих сланцев и нефтеносных песков оцениваются в 700÷800 млрд. т, что в 7÷8 раз больше всех выявленных запасов нефти в мире. Только в районе Скалистых гор (США) в подобных породах концентрируется 270 млрд. т нефти, что в 2÷3 раза превышает мировые запасы нефти и в 67 раз — оставшиеся запасы нефти Соединенных Штатов. Американские геологи подсчитали, что при коэффициенте извлечения 50 % и современном уровне потребления нефти этих ресурсов хватило бы, чтобы удовлетворять запросы страны в течение 140 лет. Большие запасы горючих сланцев найдены и в нашей стране.

Казалось бы, выход из топливного тупика найден, однако высокая стоимость работ препятствует интенсивной переработке горючих сланцев и нефтеносных песков. По оценке Национального совета США, разработка битуминозных пород рентабельна при цене на нефть не менее 100÷120 $/т. До топливного кризиса о промышленной разработке сланцев не могло быть и речи. Тем не менее, в ряде стран мира несколько лет тому назад приступили уже к практическому осуществлению этой задачи.

Взоры многих нефтепромышленников мира обратились к битуминозным сланцам и нефтеносным пескам после 1973 года, когда цены на нефть резко выросли. Однако крупномасштабная переработка тяжёлой нефти и горючих сланцев — дело относительно далёкого будущего. По оценке компании „Шеврон", она начнётся в третьем тысячелетии. Причём, стоимость добычи тяжёлой нефти и битумов прогнозируется в размере $220 ÷ 314/м3, а получение синтетической нефти из горючих сланцев — $346 за кубометр.

В России проблема извлечения нефти из насыщенных нефтью песков решается по-иному, а именно путём шахтной добычи. Впервые нефтяная шахта была сооружена в районе города Ухта в 1939 г. Глубина её не превышала 500 м. Разработка вязкой нефти производится следующим образом. Шахта проходит продуктивный пласт, который дренируется несколькими скважинами. Нефть под действием силы тяжести идёт самотеком и попадает в специальные канавки, расположенные на дне шахты и имеющие небольшой уклон для стока в нефтехранилище. Если продуктивный пласт находится ниже шахты, то нефть извлекается насосами через специальные скважины. Из подземного нефтехранилища на поверхность нефть подается также насосами.

Предлагается воздействовать на нефть в шахте горячей водой или паром. По расчетам, таким образом можно получить дополнительно в нашей стране не менее 50 млн. т нефти за год, причём глубина шахт не будет превышать 1 км.

Аналитики утверждают, что эра „дешёвой нефти" подошла к концу. То, что сейчас считается дороговизной, через некоторое время покажется необычайно дешёвым продуктом. Даже современная стоимость нефти в 100÷150 $/м3 через 30÷35 лет будет выглядеть мелочью по сравнению с 300÷350 $/мз.

Нефть будущего станет ограниченным для использования и чрезвычайно дорогостоящим ресурсом, который не рационально использовать в качестве топлива.

В заключение этого раздела книги отметим, что во многих литературных источниках отмечается, что производство биогаза из отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности станет возобновляемым источником топлива и способно решить энергетическую проблему цивилизации. Кроме того решается другая проблема переработки мусорных экскретов — бытового мусора, сельскохозяйственных, бытовых и промышленных стоков. Подобные разработки способствуют сбережению окружающей среды. Продукт анаэробного метанового сбраживания может служить удобрением. Доказана способность анаэробного сбраживания отходов обеззараживать их.

Сущность большинства разработанных и используемых проектов заключается в оптимизации и усовершенствовании методов получения биогаза. При этом токсичные бытовые и промышленные отходы сбраживаются в анаэробной среде до горючего газа метана с целью решения экологической проблемы их утилизации c различными добавками или при различных физико-химических условиях.

Приведём в качестве примера проект [56], новизна которого заключается «в оценке влияния стимулирующих добавок растительной массы, например, фитомассы амаранта багряного (Amaranthus cruentus), на метаногенез в процессе производства биогаза».

По мнению проектировщиков сущность проекта заключается в том, что «органическое сырьё (навоз, пивная дробина, свекловичный жом, осадки сточных вод) в анаэробной среде сбраживается до горючего газа метана. Растительная масса применяется как стимулирующая добавка, увеличивающая выход метана в 10 раз. Для получения биогаза используются ферментаторы, непрерывно термостатируемые при температуре 35–37 °C, а для измерения объёма выделяющегося газа — газометры. Состав выделяющегося газа исследуется методом газовой хроматографии».

Предлагаемая анаэробная переработка отбросов имеет преимущество по сравнению с аэробной, поскольку не только способствует их утилизации, но и позволяет параллельно решать топливную проблему путём выработки горючего биогаза. Присутствующие в исходных мусорных экскретах тяжёлые металлы (свинец, ртуть, кадмий, мышьяк) в процессе анаэробного сбраживания превращаются в сульфиды, нерастворимые в воде, и поэтому нетоксичные. Известно, что в процессе анаэробного сбраживания погибают болезнетворные микроорганизмы и яйца гельминтов, присутствующие в отбросах. Наконец, выработка биогаза приводит к утилизации метана, который в ином случае выделяется из стоков и свалок в атмосферу, создавая угрозу парникового эффекта.

Известно, что сбор и улавливание метана рекомендованы положениями Киотского протокола. Таким образом, выработка биогаза решает сразу несколько самых насущных проблем цивилизации: энергетическую, экологическую, а также косвенно — проблему голода в странах третьего мира. Биогаз производится не из пищевых продуктов, а из отходов.

К мусорным экскретам, способным генерировать биогаз, относятся осадки бытовых сточных вод и активные илы водоочистных сооружений, фекальные массы, пищевые отбросы, а также навоз и помёт сельскохозяйственных животных и птицы, который выгодно подвергать метаногенезу, прежде чем увозить на поля.

Следует отметить, что современные технологии производства биогаза сложны и требуют больших затрат [56]. Их массовое применение эффективно пока только в высокоразвитых странах.