Нет мусорным полигонам и стихийным свалкам… 

                       Нет отравленному воздуху и грязной  воде…

                Нет навязанной переработке отходов...

                           Нет раздельному сбору мусора и фальшивой  демагогии…

               Нет мусорной мафии и постоянно растущим сборам… 

 Технология глубокого захоронения бытовых и промышленных отходов

       В густонаселенных странах Европы, в Японии не могут себе позволить тратить территорию на мусорные полигоны, там освоили технологии относительно безопасного сжигания  промышленных и бытовых отходов. В государствах с менее плотным населением нередко можно увидеть картину, когда в городе с миллионным населением  сотни мусоровозов заняты сбором мусора и вывозом его на два – три полигона, хотя и вынесенных за черту города, но причиняющих массу неудобств и администрации, и населению, и экологии.

      А теперь представьте себе, что с этой задачей справляется  единственное предприятие по переработке отходов, располагающееся  на окраине города, причем никаких мусорных свалок или далеких перевозок, - отходы утилизируются на месте. Вы скажите, - это крупный мусоросжигательный завод. Но заводская труба отсутствует, вернее труба есть, но направлена она в противоположном направлении, - под землю, это скважина, такая же, как для добычи нефти.

     На предприятие со всего города свозятся бытовые и промышленные отходы – пластик, бумагу, стекло, древесину, отходы со строек, уличный мусор, иловые остатки  и мусор из очистных сооружений, трудно утилизируемые смывы животноводческих комплексов, допускаются и вредные  производственные отходы (кроме радиоактивных). Отходы смешиваются с водой и измельчаются до состояния суспензии. В качестве источника воды используется канализационные стоки, подаваемые вместе с иловыми осадками из очистных сооружений города по напорному  трубопроводу. Полученная суспензия подается в накопитель, из которого с помощью насосной станции непрерывно закачивается под землю через скважину глубиной в один километр.

      Попадая  под землю, подвижная масса расплывается по горизонту, постепенно отжимается от воды и образует плотное искусственное образование в виде плоской линзы. За год непрерывной работы предприятия размеры этого антропогенного пласта составят 300 метров по диаметру и 30 метров  по высоте в устье скважины. На поверхности земли почва плавно поднимется в виде округлого холма  диаметром 500 метров и высотой в 10 метров. Через год закачка переносится на другую скважину, расположенную в 200 метрах от первой. Предприятие остается на месте, передвигается лишь насосная станция, смонтированная на салазках. Никаких смердящих полигонов, отчуждаемых земель, затрат на рекультивацию, - отходы жизнедеятельности города надежно захоронены в виде искусственной, созданной человеком горной породы.

   Что это? – фантазия или прорывная технология, давайте разбираться.

Как можно поместить глубоко под землю большой объем постороннего материала, если там нет для этого места? Оказывается можно. Технология гидроразрыва пласта или фрекинг широко применяется во всем мире при добыче нефти и газа. В скважину под большим давлением, подается вода, насыщенная крупным песком, специальными прочными керамическими фрагментами размером 5 - 10 мм и другими добавками. Подвижная масса растекается по пласту  на 150 – 200 метров, расклинивая и буквально приподнимая при этом всю толщу земли. Когда давление снимается, пласт опадает и ложится на  расклинивающий агент – проппант, - введенный проницаемый материал позволяет улучшить условия продвижения газа или жидкости к устью скважины.

    Давление, которое при этом необходимо преодолеть определяется весом столба вышележащих горных пород (литостатическое давление). Для глубины в один километр при среднем удельном весе породы в 3 кГ на см куб. эта величина составит около 300 бар или 30 Мп (мегапаскалей). Современные насосные станции для фрекинга могут создавать давление  до 100 Мп. Ссылка на технологию фрекинга нужна, чтобы показать, что современныен технические средства позволяют приподнять массив горной породы и закачать туда измельченную и смешанную с водой твердую субстанцию.

     В нашем случае насосная станция работает непрерывно, суспензия из устья скважины прокладывает себе путь через наиболее влажные зоны ранее загруженной массы. Вода  не может долго находиться под давлением горной породы, она вытесняется в трещины, неплотности и газовые поры, уходит в окружающую породу. Закачиваемая масса расклинивает пласт и распространяется вширь, а когда сопротивление возрастает, прорывается вверх и начинает растекаться поверх ранее образованного слоя. Вся вышележащая масса грунта постепенно выдавливается вместе с трубой скважины в направлении вверх – в стороны, образуя на поверхности пологий холм.

   Оценим экономическую сторону, в частности, потребности в электроэнергии для предлагаемой технологии на конкретном примере. Пусть требуется обеспечить утилизацию всех отходов  города с числом жителей в один миллион с помощью одного компактно расположенного предприятия. Примем, что на каждого  жителя приходится  по 3 кГ бытовых и промышленных отходов в сутки. Общее количество отходов в сутки составит -

 3 000 000 кг = 3 000 т ~ 3 000 м куб. При непрерывной работе предприятия каждую секунду  необходимо закачивать в скважину -

3 000 000 / (24 * 3600) =  35 кг  ~ 0.035 м куб. превращенных в суспензию отходов. Допустим,  глубина скважины один километр, тогда давление, которое необходимо развивать насосной станции составит –

(3.5 -1.5) * 100 * 1000 Г/см кв.  = 200 кГ/см кв. т.е. равное разнице между весом километрового столба грунта и столба закачиваемой суспензии. (3.5 и 1.5 – соответствующие удельные веса) К сведению, давление под водой на глубине 1 км равно 100 кГ/см кв.

   Далее, работа, которую насосная станция производит за секунду равна произведению давления на расход носителя, т.е. -

 0.035 * 200 * 10 000 = 70 000 кг*м  (10 000 кв. см в одном кв. м) 

Такую работу выполняет насосная станция мощностью -

70 000 / 100 = 700 квт           (100 кГ * м / сек   =  1 квт)

Например, в России серийно выпускается мощный триплексный насосный агрегат типа НБТ 750, способный выполнять эту работу.                                                          

Допустим мощности всего остального оборудования  предприятия составят еще 300 квт, тогда затраты на электроэнергию из расчета на одного жителя города получим – один ватт или в годовом исчислении –

365 * 24 \ 1000 = 8.76 квт–час электроэнергии в год на человека, что вполне приемлемо.

   Почему скважина должна иметь глубину  именно в один километр. Не обязательно, может быть 750 метров, зависит от горных условий. При более мелком заложении может возникнуть эффект всплывания легкого с удельным весом 1.5 пузыря не потерявшей еще влагу суспензии сквозь более плотный грунт. Возникнет аварийная ситуация аналогичная грязевому вулкану. На большой глубине этот процесс невозможен из-за высокого удельного давления и плотности окружающей породы, кроме того, уменьшается вероятность вытеснения  на поверхность грязной воды, отжимаемой из суспензии.

     Закономерен вопрос, насколько реально на одном предприятии за сутки переработать в  суспензию 3 000 тонн разнообразного мусора. Предприятие использует известные машины и механизмы такие, как щековые, вальцовые и молотковые дробилки,  барабанные измельчители, грохоты и шаровые мельницы. Важно иметь резерв оборудования, не создавать промежуточные склады, образовывать замкнутые производственные контуры, когда достаточно измельченные отходы сразу удаляются и тем самым снижают энергозатраты, а трудно перерабатываемые возвращается в начало  контура.

      Заметим, что не весь мусор требует серьезных затрат на измельчение. Часть отходов, допустим, 30% имеют нулевую размерность, их достаточно расслоить и перемешать. Здесь зола с ТЭЦ, пыль, собранная с магистралей, иловые осадки с очистных сооружений, содержимое отстойников животноводческих ферм, пищевые отходы. Другая часть отходов имеет одномерную структуру (20%): веревки, ткани, втч стеклоткань и карбоновое волокно, древесина, растительные отходы с садов и парков. Такие отходы достаточно расслоить и разделить на кусочки по 5 – 7 мм. Двухмерную размерность имеют пленки, пластиковые бутылки и упаковки, картон (25%).  Здесь требуется превратить эти материалы в чешуйки площадью 5 – 6 мм кв. И, наконец, трехмерные отходы (25%) – стеклобой, гравий, бетон, массивная древесина, предметы быта, изделия из пластика. Эта категория материалов проводит в рабочих механизмах  больше времени и требует больших энергозатрат.

       Мусор очень неравномерен по прочностным характеристикам, и, попадая в шаровую мельницу, часть материала распадается очень быстро, а часть проявляют известную стойкость. Здесь полезно организовать контур непрерывного прохождения содержимого мельницы через сетки промежуточного фильтра, чтобы избавить мельницу от ненужной работы. Другой пример, поток мусора подается на жестко подпружиненные зубчатые вальцы. В том же корпусе сразу за ними помещена еще пара вальцов, вращающихся с бо’льшей скоростью. Такой агрегат не только раздавит бутылки и измельчит гравий, он раздергает на куски колбасу из картона и пленки, которую формирует и одновременно придерживает первая пара.

     В горно-рудной отрасли для обогащения бедных руд цветных металлов производится размалывание тысяч тонн породы до состояния муки. При этом размер частиц доводится до размера 0.1 мм, иначе технология флотационного разделения минералов не эффективна. В нашем случае, максимальный размер фрагментов, которые может «нести» суспензия - это несколько миллиметров в поперечнике, если их количество не превышает определенного уровня. Готовая суспензия сохраняется в медленно поворачивающимся барабане – накопителе, из которого непрерывно закачивается в пласт насосной станцией в темпе 35 кГ в секунду. Насосный агрегат работает с маслом в качестве рабочего тела, переход на эмульсию осуществляется в специальном переходном устройстве, где усилие передается от масла на  суспензию.

       Есть опасения, что предлагаемая технология приведет к загрязнению подземных вод. При попадании на глубину лишняя жидкость из суспензии постепенно отжимается горным давлением в смежные области, а далее начнет медленно мигрировать вверх, отфильтровываясь в плотных породах. Суспензия подвижна и текуча лишь до тех пор, пока ее твердые частицы окружены сомкнутой пленкой воды, достаточно убрать из нее 5 – 10 процентов жидкости  и зерна смыкаются, делая массу вязкой и тягучей, как пластилин.  Нагрузка от вышележащей породы ложится на твердую фазу, а давление жидкости в порах между частицами может быть любым, в зависимости от ситуации. На таких глубинах обычно мало свободной воды и много непроницаемых пластов, если бы вода под землей постоянно находилась под литостатическим давлением, в нашем случае около 300 атмосфер, то защититься от нее в шахтах было бы невозможно. Таким образом, основная доля загрязненной воды остаются на месте в пласте формируемой породы. Постепенно в условиях высокого объемного давления и повышенной температуры пластичность загруженной массы снижается за счет взаимной диффузии и действия молекулярных сил, из микроорганизмов остаются лишь те, которые могут существовать в анаэробной среде. Углерод из органики мусора вынужден соединятся с водородом, образуя метан, который после годового цикла использования скважины может через нее же выводиться на поверхность для использования.
     В наземных мусорных полигонах отравленная вода прямиком попадает в грунтовые воды и водоемы, а промывка мусора дождевой водой продолжается десятилетиями. Человечество, как правило, использует для своих нужд обновляемые осадками поверхностные воды, к подземным, особенно полученным с большой глубины, относятся с осторожностью, они зачастую непригодны даже для полива из-за высокого содержания солей кальция, натрия и других примесей. Зато поверхностные воды активно загрязняются отходами жизнедеятельности, и особенно свалками и помойками. Здесь предлагается локализовать специальным образом нормализованные отходы в виде некой антропогенной геологической породы на недоступной для выветривания и расползания глубине. И для этого у людей есть все предпосылки и возможности.

   Обычно успокаивают себя тем, что на отработанных мусорных полигонах проведена рекультивация. Многометровый слой активно разлагающегося мусора разравнивают, укатывают и засыпают тонким слоем грунта. Но эта территория на многие десятилетия остается неполноценной, по сути, она отчуждается. Строить на бывшем полигоне нельзя, - грунт дает неравномерную просадку, использовать территорию для выращивания  сельскохозяйственных культур – то же. Невозможно создать полноценную почву с правильно функционирующими грунтовыми водами  на рыхлой искусственной  основе. Постоянно поднимающийся снизу углекислый газ вытесняет кислород, связываясь с водой, образует угольную кислоту, - идет перманентное закисление почвы, метан также не способствует жизнедеятельности растений. На бывших свалках, как показывает опыт, даже деревья многие десятилетия не растут. В районах с сухим климатом рекультивированные полигоны продолжают сохранять высокую пожароопасность.

    В нашем случае грунт на месте захоронения отходов плавно и равномерно приподнимется в виде пологого холма, при этом коммуникации, структура почвы и растительность сохраняются. Для равнинного города такая территория приобретает дополнительную ценность, например, для закладки парка или малоэтажного строительства. Готовую подвижную суспензию с помощью простого шнекового насоса можно легко перекачивать  по трубопроводу, что позволяет вынести скважину и соответственно насосную станцию достаточно далеко на территорию, которую полезно поднять. Мощный, глубоко заложенный массив материала можно использовать как инструмент геологического воздействия на местный рельеф. Например, для подпора оползнеопасного склона, поднятия заболоченного участка, для компенсации пустот при ликвидации заброшенных шахт или карстовых провалов.

     Способ глубокого захоронения бытовых и промышленных отходов предлагается впервые, он запатентован в России и может стать направлением для экспорта этой технологии в другие страны. Для этого необходимо разработать и отладить оптимальный комплект оборудования для измельчения отходов широкого спектра, приготовления суспензии и освоить практику загрузки ее под землю. Россия могла бы занять эту новую нишу в международном разделении труда. Комплектная  поставка металлоемкого  современного оборудования и запасных частей на потенциальные рынки сбыта могла бы качественно поднять уровень промышленности нашей страны.

      Объективные замеры по всему миру показывают, что содержание углекислого газа в земной атмосфере заметно возросло, доказана учеными и принята обществом необходимость ограничения выбросов парниковых газов, придумали соответствующий термин: углеродная нейтральность.

      Леса и сельхозугодия производят кислород, но созданная при этом органика неизбежно разлагается бактериально или горит с поглощением того же кислорода. Стехиометрия процесса: уравнение фотосинтеза обратно уравнению горения целлюлозы. Болот, надолго консервирующих органику крайне мало, а фитопланктон океана, разлагаясь, растворяет свой углерод в виде углекислого газа в толще воды и тут же возвращает его через поверхность океана обратно в атмосферу.
        У человечества есть только одна возможность выйти на подлинную углеродную или карбоновую нейтральность – ограничить сжигание углеродосодержащих материалов, в том числе мусора и начать надежно захоранивать произведенную фотосинтезом и прошедшую цикл использования органику глубоко под землей. Выкопали тонну угля - закопайте столько же в пересчете на углерод органики под землю. И предлагаемая здесь технология предназначена именно для этого. А начинать надо с так мешающих людям пластиковых отходов.