Table of Contents

تحدي زراعة النفايات الطلاءات والسولفينتس

وتولد ملايين الأطنان من طلاءات ومذيبات النفايات كل عام عن عمليات الطلاء الصناعي، وعمليات التكرير والبناء واستخدام الأسر المعيشية، وتحتوي هذه المواد على مركبات عضوية متفجرة، ومعادن ثقيلة، ومكونات خطرة أخرى تشكل مخاطر خطيرة على المياه الجوفية، ونوعية الهواء، والصحة العامة، وبدون إدارة سليمة، فإنها يمكن أن تلوث التربة لعقود وتسهم في تكوين التربة.

وتزداد القيود المفروضة على أساليب التخلص التقليدية مثل الحرق أو الرش البري، وذلك بموجب أنظمة مثل قانون الولايات المتحدة لحفظ الموارد واسترجاعها والتوجيه الإطاري الأوروبي للنفايات، وتكلفة مدافن النفايات المصممة للنفايات الخطرة للحفاظ على الرصد الطويل الأجل، وتستلزمه، في حين يمكن للحرق أن يطلق منتجات ثانوية سامة إذا لم يكن خاضعا للرقابة بعناية، ويتيح إعادة التدوير مسارا أكثر استدامة، ويقلل في الوقت نفسه المسؤولية البيئية ويسترد المواد القيمة.

وتقدر وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة أن أكثر من 80 مليون غالون من الطلاء غير المستخدم يتراكم في المنازل الأمريكية وحدها، وينتهي معظمها في مدافن القمامة البلدية، ويكمن التحدي الهندسي في جمع هذه المواد بصورة آمنة وتحويلها إلى منتجات صالحة للاستخدام بتكلفة تتنافس مع البدائل البكر.

لماذا إعادة تدوير المسائل: سائقون بيئيون واقتصاديون

ويقلل إعادة تدوير طلاء النفايات ومذيباتها من الطلب على المواد الوسيطة الكيمائية العذرية والصبغة المعدنية، وبالنسبة للمذيبات، يمكن استعادة نسبة 90-95 في المائة من حجم المذيبات، مما يخفض تكاليف المواد الخام للمصنعين بشكل كبير.

كما أن الضغوط التنظيمية تؤدي إلى تغيير في مسارات العمل، إذ أن معايير إدارة النفايات الخطرة في وكالة حماية البيئة تتطلب مولدات لتقليل النفايات إلى أدنى حد والسعي إلى الحصول على خيارات إعادة التدوير، وقد أصدرت دول عديدة قوانين واسعة النطاق بشأن مسؤولية المنتجين تتطلب من صناع الطلاء تمويل برامج جمع النفايات وإعادة تدويرها، وقد حولت هذه البرامج، المعروفة مجتمعة باسم برنامج بانتكاري، ملايين من جالونات الطلاء من مدافن القمامة منذ إنشائها.

ومن منظور اقتصادي، يمكن أن تكون إعادة التدوير مربحة عند القيام بها على نطاق واسع، وكثيرا ما تبيع المذيبات المعاد تدويرها بسعر خصم قدره 20 إلى 40 في المائة مقارنة بالمواد البكر، بينما يمكن استخدام الطلاء المعاد تجهيزه في المعاطف الصناعية، أو الحد من الرغاوي، أو كعامل رئيسي منخفض التكلفة، وكثيرا ما ترى الشركات التي تستثمر في نظم استرداد المذيبات في الموقع فترات انتقام تقل عن سنتين من خلال خفض تكاليف التخلص من الأموال وأحجام الشراء.

الحلول الهندسية للجمع الآمن والمناولة

نظم الحاويات المطلية ومراكز النقل الآلية

ومن بين التحديات الهندسية الأولى جمع طلاءات النفايات ومذيباتها دون تسرب أو تبخر أو تطهير عبر القارات، واستخدام نظم التحصيل الحديثة لنظم الحاويات المسيل مع الإنزلاءات ذاتية الصنع وموانئ استرداد الآبار، وبالنسبة للمولدات الصناعية الكبيرة، فإن محطات النقل الآلية مجهزة بأجهزة تحويل مضخات وأجهزة استشعار مجهزة

وقد اعتمدت العديد من البلديات برامج لجمع المعلومات على نحو سريع باستخدام صناديق مصممة خصيصاً يمكن أن تحمل علب طلاء مُلَف جزئياً، وتُمسَى هذه الصناديق بمواد مُمتَصَة لمنع التسرب وتُجمع بواسطة شاحنات مجهزة بمواد مُسَكِّبة، ويسمح استخدام بطاقات تحديد الترددات على الحاويات بتتبع حجم النفايات.

وحدات مجموعة متنقلة ومراكز لسحب النفايات

وخدمة المناطق الريفية والأعمال التجارية الصغيرة، تم تطوير وحدات تجميع متنقلة، وهي مقطورات ذاتية التهوية، وإغلاق الحرائق، واحتواء ثانوي، وهي تسافر إلى مواقع محددة، وتتقبل النفايات، ثم تنقل إلى مرفق التجهيز المركزي، وتستخدم مراكز التسرب في مخازن الأجهزة وأجهزة الطلاء مبادئ احتواء مماثلة، مع وجود موظفين مدربين تدريبا خاصا على التفتيش والمواد.

وتركز الهندسة التي تقوم عليها نظم الجمع هذه على السلامة السلبية - معدات تصميم لا تزال آمنة حتى في حالة خطأ المشغل، فعلى سبيل المثال، يجب أن تكون جميع المكونات الكهربائية في مناطق جمع المذيبات معاكسة للانفجار لمنع حرق البواسير القابلة للاشتعال، والنظم الأرضية ونظم الربط إلزامية للحاويات المعدنية لتبريد رسوم ثابتة أثناء النقل.

تكنولوجيات المعالجة الكيميائية: من النفايات الخطرة إلى المنتجات القابلة لإعادة الاستخدام

التصفية والاسترداد

والتحلل هو أكثر الحلول الهندسية استخداماً في إعادة تدوير المذيبات، وتشمل هذه العملية تدفئة مذيبات النفايات إلى نقطة الغليان فيها، وتكثيف البخار، وجمع المذيبات التطهيرية، والبقايا غير المزروعة - بما في ذلك الطلاءات المذوبة والزيوت وبقايا الجسيمات في قاع القاع، والتخلّص منها باعتبارها نفايات خطرة أو معالجة أخرى.

وتصمم وحدات التفكك الحديثة من أجل تحقيق كفاءة عالية واستهلاك منخفض للطاقة. ] أعمدة التفكك الرجعي ] خلائط منفصلة مذيبة تستند إلى اختلافات في نقاط الغليان، مما يتيح استعادة مذيبات متعددة من مذيبات من مجرى النفايات الواحد.

وتشمل النظم المتقدمة التحلل الغامض لتقليل نقاط الغليان، مما يتيح استعادة المذيبات التي قد تعطل في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى خفض تكاليف الطاقة وتحسين السلامة عن طريق تقليل التصريف في مواقع الدفن إلى أدنى حد، كما أن بعض الوحدات أصبحت الآن وحدات متنقلة ومجهزة بمواد من المذيبات، مما يتيح تركيب محطات تصنيع النفايات مباشرة.

الحياد الكيميائي وتحقيق الاستقرار

وبالنسبة لطلاء النفايات التي لا يمكن فصلها إلى مكونات قابلة لإعادة الاستخدام، فإن التحييد الكيميائي يمكن أن يجعلها أقل خطورة، وهذا مهم بصفة خاصة بالنسبة للطلاء الذي يحتوي على أيزومرات أو أكاسيد أو محفزات تفاعلية، وقد طور المهندسون صيغ استقرار التي تتفاعل مع مجموعات الأيزوينات الحرة، وتحوّلها إلى مركبات متعددة البوليوريات، بعد أن تستقر.

وتستخدم عملية تحييد قاعات المحصول في الطلاءات المذيبة التي لها رشاش عالي بسبب عوامل التنظيف أو الملوثات. وتعقب التسوية الهيدروجينية التخثرية والرواسب، حيث تستقر الهيدروكسيدات المعدنية والخنازير، ويُزيل من الحمأة الناتجة عن ذلك باستخدام جهاز استصلاح تصفية أو جهاز طارد مركزي، مما يُنتج عن ذلك كعكة ذات محتوى منخفض الطوابق يمكن إرسالها إلى كتلة من الطاقة.

تكنولوجيات التصويب والتصوير

ويؤدي التخزين دوراً حاسماً في إعادة تدوير الطلاء. Cros-flow membrane filtration] وباستخدام الميثرات الخزفية أو المتعددة الزمر يمكن أن يفصل الخنازير الطلاءية والربطات من المذيبات دون انقطاع.

وبالنسبة للطلاءات القائمة على المياه، تستخدم الرش الفوق ] لتركيز الصلدة المتخلفة وإزالة الملوثات التي تعمل في المياه، ويمكن في كثير من الأحيان تصريف الميورة (المياه النظيفة) إلى المجاري أو إعادة استخدامها لتنظيف المعدات، بينما يمكن إعادة صياغة المستودعات (الطلاء المركّز) إلى نظم جديدة تعمل على ضغط المياه.

إعادة صياغة المنتجات الجديدة وبيعها

والهدف النهائي لإعادة تدوير الطلاء هو إنتاج منتج قابل للتسويق، حيث عادة ما يختلط الطلاء المعاد تدويره بالمواد البكر لضمان الأداء المتسق، أما بالنسبة للطلاءات المذيبة، فإن المذيب المستخرج يحلل بواسطة كروماتوغرافية الغازية للتحقق من تركيبه ثم يعود إلى خزان التزييف الخاص بالصانع ويمكن إدراج التركيز المفصل للخنزير والمربط في بطاريات جديدة، شريطة أن يفي بمواصفات عالية الجودة لللون والاختباء.

Post-consumer paint recycling] programs often produce two grades: a 100% recycled paint and a blended paint with virgin content. The recycled paint is suitable for primer, industrial floor coatings, and general-purpose maintenance where exact color matching is not critical. Some programs process leftover paint into a concrete additive or a ground cover material for landscaping.

Companies like PaintCare] and ] Earth911]] provide directories of paint recycling centers and offer guidance on proper disposal.

دراسات الحالات: التطبيقات الهندسية الناجحة

Automotive OEM Solvent Recovery

وقد قام مصنع كبير للسيارات بتركيب نظام للاسترداد في مذيبات مغلقة في محل الطلاء، ويستخدم النظام تصفية الفراغ لاستصلاح السيلين والتولوين من مذيبات غسيل الطلاء، وقد تم تحليل المذيب المسترد وتعديله بحيث يكون مستوى النقاء الصحيح - 99.5 في المائة ثم أعيد استخدامه في نفس الكشك، وأبلغ الصانع عن انخفاض قدره 75 في المائة في الادخار المذيب.

جمع الطلاءات البلدية وإعادة المعالجة

وتدير مدينة بورتلاند، أوريغون، برنامجا لإعادة تدوير الطلاء بالشراكة مع إعادة تدوير خاص، ويمكن لمالكي المنازل أن يسقطوا من بقايا الطعام والطلاءات القائمة على النفط في مرافق معينة، ويتم تجهيز طلاء الراحل من خلال سلسلة من الشاشات والطرد المركزي لإزالة الجذور وتعديل الفول، ويباع الطلاء المعاد تدويره الناتج عن ذلك بتكلفة منخفضة للمقيمين وتستخدم في مشاريع الاسترداد المستندة إلى النفط.

استخلاص السائل الصيدلي

وفي صناعة المستحضرات الصيدلانية، كثيرا ما تحتوي المذيبات على مكونات القطبية وغير القطبية ذات الأحراج الحادة المعقدة، وقد صمم المهندسون نظاما هجينا يجمع بين التفكك والتفكيك الاستخراجي باستخدام عنصر ثالث لكسر الأزيتروبي، ويسترد النظام الأسيتون والميثانول وخليط إيثيل الأيستين عند النقاء بنسبة تزيد على 99.9 في المائة، مما يسمح بإعادة الاستخدام المباشر في المخدرات.

الاعتبارات التنظيمية والمتعلقة بالسلامة

ويجب أن يمتثل أي حل هندسي لطلاء النفايات وإعادة تدويرها للوائح السلامة والبيئة الصارمة، وفي الولايات المتحدة، يجب أن تحصل المرافق التي تعالج النفايات الخطرة على رقم تعريفي من وكالة حماية البيئة وأن تمتثل لمتطلبات التقييم الإقليمي للتخزين والعلاج والتصريف، وتلزم خطط الوقاية من النزيف ومكافحته وتدابير المكافحة بمرافق تخزن السوائل الخطرة فوق سطح الأرض، وتحتاج معدات السلامة والصحة المهنيتين إلى رصد التعرض للمذيبات

وفيما يتعلق بعمليات التطهير، فإن خطر الحريق والانفجار كبير، ويجب على المهندسين تصميم نظم مع إجراءات الاتصال الخطرة ]، ويجب تصنيف المعدات وفقاً للمدونة الوطنية للكهرباء في أجواء قابلة للاشتعال، كما أن نظم الإغلاق الآلي، وصمامات تخفيف الضغط، وبطان الغازات الخام سمات قياسية.

وتفرض لائحة الاتحاد الأوروبي المتعلقة بإعادة تدوير المواد الكيميائية [(FLT:0)] شروطاً إضافية لتسجيل المواد الكيميائية المستخدمة في عمليات إعادة التدوير والإذن بها، ويجب أن تستوفي المذيبات المعاد تدويرها نفس معايير النقاء التي تطبقها المواد البكر إذا ما أريد لها أن تُوضع في السوق دون تسجيل آخر، مما شجع على تطوير عمليات استرداد عالية النقاء يمكن أن تنتج مذيبات تفي بمواصفات المادة ( REACH).

التحديات والبحوث الجارية

Variability of Waste Composition

ومن أكبر التحديات الهندسية التباين الواسع في طلاء النفايات وتكوينها المذيب، وقد تحتوي مجموعة واحدة من الطلاءات المجمعة على مزيج من المطاط والآلكيد والكريليكات والإضافات من مختلف الجهات المصنعة، وتختلف متطلبات الأداء بالنسبة لمختلف الاستخدامات النهائية، ويمكن أن تسبب عوامل الجودة، وتركز البحوث الأخيرة على ] [تحلل المضاربات] في الوقت الحقيقي [تحلل الترددات:]

Economic Viability at Small Scales

وفي حين أن محطات إعادة التدوير الواسعة النطاق كثيرا ما تكون مربحة، فإن العمليات الصغيرة الحجم تكافح لتغطية تكاليف رأس المال وتكاليف التشغيل، ويمكن أن تؤدي تكلفة معدات التفكيك، واستبدال الغشاء، والامتثال التنظيمي إلى الحد من الأعمال التجارية الصغيرة، ويقوم المهندسون بتطوير نظم مركَّبة قابلة للتشغيل يمكن أن تُنشر بتكلفة أقل.

وتقوم الحكومات ومجموعات الصناعة أيضا باستكشاف نماذج الخدمات المشتركة ، حيث تجمع المولدات الصغيرة المتعددة نفاياتها لتحقيق وفورات الحجم، ويعمل اتحاد لمحلات إصلاح السيارات في هولندا وحدة تفكك متنقلة تقوم بزيارات كل موقع مرة في الأسبوع، وتسترد المذيبات في الموقع، وتترك الحمأة للشحنة الصحيحة.

التكنولوجيات الناشئة: الحلول الكيمائية والبيولوجية الأساسية

ويجري حالياً إجراء بحوث لوضع أساليب الكهروكيميائية تكسر موازنات الطلاء إلى أحاديات قابلة لإعادة الاستخدام، وتستعمل هذه العمليات الكهرباء لحمل ردود الفعل ذات القيمة الحمراء التي تزيل راتنج الزمرة والبوليسترات، وتنتج مواد وسيطة لتوليف البوليمرات الجديدة، وعلى الرغم من أن هذه العمليات لا تزال في نطاق المختبر، فإن النتائج المبكرة تبين إمكانية إعادة تدوير الطلاء إلى مواد خام عالية القيمة بدلاً من المنتجات المدوَّبة.

كما أن المذيبات القائمة على أساس بيولوجي والمستمدة من المواد الوسيطة الزراعية تحظى باهتمام كبير، وهذه المذيبات أقل سمية وأكثر قابلية للتحلل الأحيائي من المذيبات التقليدية القائمة على النفط، ويعمل المهندسون على عمليات العلاج التي يمكن أن تزيل بصورة انتقائية المياه والأوراق من المذيبات البيولوجية مع الحفاظ على خصائصها المستصوبة. برنامج الاختيار الآمن [FLT: تمت الموافقة على قائمة الأمان]

أفضل الممارسات لتنفيذ برامج إعادة التدوير

وبالنسبة للمنظمات التي تسعى إلى وضع برنامج لتدوير طلاء النفايات وإعادة تدوير المذيبات، تطبق عدة ممارسات هندسية وعملية على أفضل المستويات:

مستقبل إعادة تدوير الطلاء والسولفين

ويتجه هذا المجال نحو نماذج الاقتصاد العلماني حيث تُعامل النفايات كمورد بدلاً من المسؤولية، ويتزايد تصميم مصانعي الطلاء لمنتجات ذات قابلية لإعادة التدوير في استخدام العناصر الخطرة الأقل، وتسمية الحاويات بوضوح، ودعم برامج الاسترجاع، وتسمح التطورات في الاستخبارات الاصطناعية والآليات بتصنيف حاويات الطلاء آلياً، وتحديد أنواعها وشروطها.

إن التطورات السياسية مثل توسيع نطاق مسؤولية المنتجين عن الطلاء في عدة ولايات في الولايات المتحدة، وخطة عمل الاتحاد الأوروبي للاقتصاد العلماني توفر حوافز مالية للهياكل الأساسية لإعادة التدوير، ونظرا لأن هذه الأنظمة ستتوسع، فإن الحلول الهندسية ستحتاج إلى أن تصبح أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة لمعالجة المجلدات المتزايدة من طلاء النفايات ومذيباتها.

وسيكون التعاون بين المهندسين الكيميائيين وعلماء المواد والمنظمين البيئيين أساسيا للتغلب على الحواجز التقنية والاقتصادية المتبقية، ومن خلال مواصلة الابتكار في تكنولوجيات جمع النفايات وفصلها وإعادة تجهيزها، يمكن للصناعة أن تحول مسار النفايات الخطرة إلى مورد قيّم، يحمي البيئة والخَط الأدنى.