دور الترميد في إدارة الأحقاد الصناعية والفولاذ الأحيائي

وتظل إدارة الأحجام المتزايدة من المخلفات شبه الصلبة من العمليات الصناعية ومعالجة مياه الصرف الصحي البلدية واحدة من أكثر التحديات استمراراً في مجال إدارة النفايات الحديثة، حيث إن الحمأة الصناعية التي تنتجها قطاعات مثل البلب والورق، وصنع المواد الكيميائية، والانتهاء من المعادن، وتجهيز الأغذية، إلى جانب المواد التي تستمد من مصانع معالجة مياه المجاري المائية، تحتوي على المياه، والمواد العضوية، والمغذيات، وغالباً ما تكون مزيجاً معقداً من المعادن الثقيلة، والمسببة للدائن، والمركبة.

Characterizing Industrial Sludge and Biosolids

إن الحمأة الصناعية ليست مادة واحدة بل هي فئة يحددها مصدرها، إذ أن عمليات استكمال المعادن تنتج حمأة هيدروكسيدية ذات ملوثات كرومائية ونيكل وزنك ونحاس، وتولد النباتات الكيميائية العضوية مذيبات مستهلكة وحمصات وحمأة بيولوجية عالية في المواد الهيدروكربونية الخفية، وتنتج المواد الغذائية والسكرية ذات القيمة المضافة العضوية في النفايات.

(أ) إن المواد الكيميائية المثبتة والمنفصلة أثناء معالجة مياه الصرف الصحي البلدية تتألف أساساً من خلايا ميكروبية، وحطام عضوي غير مستغل، ومواطنات غير عضوية، ونسبة تتراوح بين 25 و30 في المائة من أنواع المرشَّحات غير المتجانسة من الزئبق، ونسبة تتراوح بين 50 في المائة و70 في المائة من الأطنان المتطاولة في مادة النيتروجين والفولية.

وما يوحد هذه المخلفات المتنوعة هو ارتفاع محتوى مياهها وطابعها القابل للإنقاذ، الذي يعقّد التخزين والنقل والتصريف، وما زال حجمها وتشديد معايير استخدام الأراضي يدفع الاهتمام بالعلاج الحراري، كما أن الشواغل الجديدة بشأن الميكروبات المصغرة والمخلفات الصيدلانية في التربة الزراعية تزيد من تعزيز الحاجة إلى تكنولوجيات يمكن أن تُعدن تماماً الملوثات العضوية.

لماذا الترميد يعتبر

(ج) إن عملية الرش في الحوض المائي، التي تُثبت وجودها في إطار نظام " البوليفلور " ، قد أصبحت أكثر تقييداً من جراء ندرة الأراضي، وولايات حماية المياه الجوفية، وأهداف خفض انبعاثات الميثان، وفي الاتحاد الأوروبي، يُحدّد التوجيه المتعلق بمواد البوليفلور تدريجياً المُرسلة إلى مدافن القمامة، بينما تتسع نطاق الحظر على النفايات العضوية في مدافن القمامة.

ويعترض الترميد هذه المشاكل بتأكسد المادة العضوية عند درجات الحرارة عادة بين ٠٠٨ درجة مئوية و٠٠١ ١ درجة مئوية. وتخفض هذه العملية حجم النفايات الصلبة بنسبة ٠٨-٩٠ في المائة وتدمر جميع المسببات المرضية الصالحة، بما في ذلك البكتيريا والفيروسات والبيض السائل، وما ينتج عن ذلك من رماد معقم هو جزء من الكتلة الأصلية ويمكن أن يُستحل َّل جزئيا كمواد في صناعة الأسمدة.

عملية الترميد في التجزئة

ويضم مرفق عصري لترميد الأحواض عدة عمليات للوحدة: استقبال الأحماض وتخزينها، وغسل المياه آليا، والخلط مع الوقود الإضافي عند الضرورة، والحرق المراقب، واستعادة الطاقة، وتنظيف الغازات المفلورة، ومناولة الرماد، وتحتاج مرحلة الاحتراق في حد ذاتها إلى إدارة دقيقة لدرجات الحرارة، وزمن الإقامة، والاضطرابات - وهي ثلاثة منتجات غير كاملة من ثاني أكسيد الكربون.

إن تحسين المياه أمر بالغ الأهمية، إذ أن الأجهزة الميكانيكية مثل أجهزة الطرد المركزي، أو أجهزة الرش، أو المسامير، تؤدي عادة إلى رفع محتوى الصلب إلى 20 إلى 35 في المائة، وتخفض المواد الصلبة المرتفعة عبء التبخر في الفرن، ويمكن أن تسمح بحرق الغازات الآلية - حيث تحافظ الحرارة التي يفرج عنها الجزء العضوي من الحمأة على العملية دون استهلاك إضافي من الوقود.

ويُعدّ هذا المقياس، بعد أن يُجرى داخل الفرن، التجفيف، والتفكك، والإشعال، والحرق في الأشعة المقطعية، في مناطق الحرارة المتتابعة، حيث يتراوح زمن إعادة التحلل بين ثانيتين في أجهزة الحرق المسيل وساعات في تصميمات متعددة القلب، ويُحمل الغاز المُسبب للحرق العضوي، والغازات الحمضية (HCl, SO2)، وأكسيدات الفلكية.

أنواع تكنولوجيات الترميد

ويعتمد اختيار تكنولوجيا الحرق على خصائص الحطام، والقدرة النباتية، وأهداف استعادة الطاقة، والحدود من الانبعاثات، وتهيمن ثلاثة تشكيلات رئيسية على السوق، وكل منها له مزايا ومبادلات متميزة.

Multiple-Hearth Furnaces

وقد تألفت من سلاسل متعددة الترددات، وأجهزة ضغط ذات ترددات عالية، وأجهزة ضغط ذات ترددات عالية، وأجهزة ضغط ذات ترددات عالية، وأجهزة ضغط عالية، وأجهزة ضغط ذات ترددات عالية، وأجهزة ضغط ذات ترددات عالية، وأجهزة ضغط عالية، وأجهزة ضغط عالية، وأجهزة ضغط عالية، وأجهزة ضغط ذات ترددات عالية، وأجهزة تخفض مستويات الحرارة، وتخفض هذه الأجهزة إلى مستوى أعلى من المحتوي على محركات متطورة.

مصانع مجهزة ببطاقات مفلورة

وتُحدث أجهزة الترميد ذات التردد الفلوري المُعادل، وتُحدث أيضاً مواد مُثبطة ذات ترددات عالية، وتُحدث هذه المواد في شكل كميات كبيرة من الغازات ذات التردد العالي، وتُحدث أيضاً زيادة في حجم المواد المُبخرة في البطاقات الفلورية، وتُحدث في هذه البلدان زيادة في الحرارة، وتُحدث زيادة كبيرة في الحرارة، حيث تُصبح الحرارة أعلى من 800 درجة مئوية.

نظم السيكلونيك والروتاري - كيلن

كما أن الكيلومترات الدوارة أفقية ومائلة إلى حد ما من الكيس المكسور الذي يتناوب ببطء ويضع اللوم ويعرضه للغاز الساخن، وهي مادة ذات سعة عالية من المواد الغذائية، وتحتوي على مواد غلافية شديدة جداً، وتحتوي على مواد غلافية شديدة الخطورة، وتستخدم في كثير من الأحيان في مواد غسيلية شديدة الخطورة.

الحرق المشترك في النباتات الصناعية القائمة

(ب) إن الحرق المشترك في قمائن الأسمنت ومحطات الطاقة التي تعمل بالنحاس يشكل خياراً آخر، ويمكن للحمأة أن تحل محل جزء من الوقود الأحفوري، وفي حالة إنتاج الأسمنت، يصبح الرماد مدمجاً في جهاز التحكم في الانبعاثات الصلبة، ويستلزم هذا المسار مراقبة دقيقة للجودة لتجنب تلوث الناتج النهائي بالمعادن الخام أو الفوسفات التي يمكن أن تؤثر على خصائص الرش.

استعادة الطاقة وتقييم الموارد

وفي حالة احتراق الدونات، تبلغ نسبة الـ 000 8 إلى 15 مليون متر مربع لكل كيلوغرام من الصلب الجاف، مقارنة بالفحم المنخفض، ويحول التقاط هذه الطاقة مسؤولية التخلص إلى مصدر من مصادر الحرارة والطاقة المتجددة، وتنتج نظم الحرارة والطاقة المجمَّعة بخار عالي الكساد عن طريق توربين، وتولد الكهرباء وتصدر البخار المنخفض الكثافة من أجل معالجة الصادرات من المواد الكهربائية في المناطق بنسبة 25 في المائة.

وفيما عدا الطاقة، فإن الرماد المتبقي يجتذب الاهتمام المتزايد كمورد ثانوي، ويمكن أن يحتوي رماد المحارم على 10-20 في المائة من الفوسفور (مثل P2O5)، مما يجعله مادة وسيطة محتملة لإنتاج الأسمدة، كما أن عمليات تغسل الرماد باستخدام حمض أو حمض الكلي، والعلاج الحراري باستخدام مادة الصوديوم أو الإضافات المغنزية، وعمليات الاستعادة الكهرومغناطيسية، هي الآن قيد التطوير الفعلي

الانبعاثات والضمانات البيئية

وتحتاج التدقيق العام والتنظيمي إلى انبعاثات الهواء، والملوثات الرئيسية المثيرة للقلق هي المادة الجسيمية والغازات الحمضية (HCl, SO2, HF) وأكسيد النيتروجين (NOx) وثاني أكسيد الكربون (VOCs) والمعادن الثقيلة (Hg, Cd, Tl, Pbox, As, etc.) ومتوسط ثاني أكسيد الكربون المصممة

وتُدرج تدابير الرقابة داخل الفرن: الحفاظ على درجات الحرارة فوق 850 درجة مئوية لمدة ثانيتين على الأقل في وجود ما يكفي من أجهزة التكسين، مع وجود وحدات غير كاملة من أجهزة التحلل التراكمي، أو أجهزة التحلل الحرارية المُبلغ عنها، أو التي تعمل على إحداث الاحتراق، أو التي تعمل على إحداث الاحتراق، أو على إحداث الاحتراق في أجهزة الأشعة السينية، أو على نحو ما يُستخدم في ذلك.

وتخضع انبعاثات المعادن الثقيلة للرقابة من خلال مزيج من إدارة الحرارة (لخفض التطاير) والصيد في المجرى المائي، مثلاً، تميل الكادميوم والثاليوم إلى التكتل على الجسيمات الدقيقة وتُزال بفعالية في أجهزة التصفية النسيجية، حيث إن الزئبق شديد التقلب يتطلب حقن الكربون المنشط أو الرش المبتع مع عوامل مسببة للأكسدة.

الإطار التنظيمي

كما أن المادة 129 من قانون الهواء النظيف تتناول تحديداً وحدات حرق النفايات الصلبة، كما أن قاعدة الرش الـ 40 CFR Part 503 تضع معايير للحد من المسببات المرضية وجذب الحشرات إلى جانب حدود التحميل المعدني للمواد الأحيائية، سواء كانت مجهزة أو غير محرقة. [مجموع الخيوط المرجعية]

وفي الاتحاد الأوروبي، كان التوجيه المتعلق بالانبعاثات الصناعية (IED) 2010/75/EU و) بشأن أفضل التقنيات المتاحة في اليابان، والوثيقة المرجعية يحدد قيم الحد الأقصى للانبعاثات بالنسبة للمواد بما في ذلك الغبار، وHCl، وHF، وNOx، والمعادن الثقيلة، وDoxins.

كما تؤثر اتفاقية بازل على الشحن الدولي للحطام لأغراض الحرق، ولا سيما بالنسبة للأنواع الخطرة، ويتيح قرار مجلس منظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي بشأن مراقبة حركة النفايات العابرة للحدود الإدارة السليمة بيئياً للحمأ داخل بلدان منظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي، ولكن العديد من الدول تحافظ على فرض حظر صارم على الواردات.

مقارنة الترميد مع خيارات الإدارة البديلة للحمأة

ولا يصمد الترميد وحده؛ بل يجب تقييمه ضد الترشيح، والاستخدام الزراعي، والتسمم، واستقرار الكالسينات، والعمليات الحرارية الناشئة مثل التحلل الحراري والتغويز، ويتوقف الاختيار على جودة الحطام، والاقتصاد، والأنظمة المحلية، والقبول المجتمعي.

(أ) يعود استخدام الأراضي إلى المادة العضوية والمغذيات إلى التربة، ويغلق حلقة المغذيات، غير أنه ينطوي على خطر انتقال المرض (إذا عولجت معالجة غير سليمة)، والأورام المسببة للمرض، والتراكم التدريجي للمعادن الثقيلة والملوثات العضوية الثابتة في التربة، وقد أدى تزايد القلق بشأن النظام الغذائي للمركبات في المواد الحلقية الأحيائية إلى تقييد تطبيقات المادة، وإعادة توجيه الحمأة إلى المادة الحرارية)

وتُعتبر خلايا مدافن القمامة المخصصة للحلوى بسيطة من الناحية التشغيلية ولكنها تولد خصوم الميثان والليخوت والولادة والعناية الطويلة الأجل، كما أنها لا تسترد أي قيمة، وتخفض الترميد الحجم الذي يتطلب مدافن القمامة بنسبة تصل إلى 90 في المائة، وتمتد حياة مواقع التخلص، وتتجنب مخاطر تلوث المياه الجوفية، وبموجب التوجيه الإطاري للاتحاد الأوروبي بشأن النفايات، تحرق كميات من الطاقة كعملية للاسترداد (التخلص من النفايات).

(ب) إن التحلل والتغويز اللذين يُعدان حُكمة حرارية في بيئة مُحدَّدة بالأكسجين لإنتاج الفحم الأحيائي والغاز والزيت، قد يجذبان الانتباه إلى بدائل أقل من الانبعاثات، وهما يوفران قدرة على إحداث خفض في إنتاج الغازات الفلورية وينتجان شحنة كربونية يمكن استخدامها كتعديل للتربة أو وقودها، غير أن هذه التكنولوجيات لا تزال أقل نضجاً على نطاق كامل بالنسبة للحمأة الرطبوط، مما يتطلبه من المنتجات المُرضَّة.

إن استقرار الكلين باستخدام الليمون في رفع مستوى الهيدروجين وخفض المسببات المرضية خيار منخفض التكلفة ولكنه لا يقلل من حجم الملوثات العضوية أو يدمرها، وهو ينتج منتجاً لا يزال يتطلب التخلص من الأراضي ويمكن أن يولد دواً، ويعالج الترميز بعض هذه القضايا ولكنه يتطلب عوامل السوائب ويولد الانبعاثات والدوائر، مع تدمير محدود للمسببات المرضية، ولا يمكن لأي من الطريقة تدمير المواد الكيميائية أو المخلفات الصيدلانية في الأسواق.

التحديات والنزعات العنصرية

وعلى الرغم من مزاياه التقنية، يواجه حرق الأحماة تحديات مستمرة، إذ أن ارتفاع تكاليف رأس المال والتشغيل يثني البلديات الأصغر حجما، ويمكن أن يكلف محرقة واحدة مسيلة لمدينة متوسطة الحجم ما يصل إلى ١٠٠ مليون دولار، وأن تضيف النظم الفرعية لمراقبة تلوث الهواء واسترداد الطاقة إلى المجموع، وتهيمن تكاليف التشغيل على الوقود الإضافي )عندما لا يمكن تلبية شروط التصريف الذاتي(

وكثيرا ما تنشأ المعارضة العامة عن المخاطر الصحية المتصور، ولا سيما انبعاثات الديوكسين، حتى عندما تمتثل النباتات لحدود الانبعاثات التي تقل عن ألف مرة في الجيل المبكر من المحارق، ويمكن أن تؤدي المشاركة المجتمعية الفعالة، وبيانات الرصد الشفافة، والفوائد المحلية الملموسة مثل إمدادات التدفئة في المقاطعات إلى التخفيف من هذه المعارضة، ولكنها تتطلب جهدا متواصلا، وفي اليابان، يوجد العديد من محطات الترميد في المناطق الحضرية وتشمل المسابقات ومراكز التعليم العامة التي تجذب الثقة.

ولا تعتبر آثار كربونية لحرق الأحواض، وإن كانت أقل من تلك التي تُستخدم في تصفية الأراضي بسبب الميثان المتجنّب، غير ضئيلة، وفي حين أن الجزء الأحيائي من الحمأة يعتبر محايداً من الكربون في إطار العديد من الأطر المحاسبية، فإن الكربون المستمد من الأحفوريات في الأحواض الصناعية والوقود الإضافي المستخدم أثناء فترات بدء التشغيل وقيمة منخفضة تسهم في انبعاثات غازات الدفيئة الصافية.

الآفاق المستقبلية والابتكار

وقد تبشر عدة اتجاهات تكنولوجية بإعادة حرق حمأة الفرن في العقود القادمة، حيث يمكن استبدال الهواء بخليط من الأكسجين النقي وغاز المداخن الجاهز، وإنتاج تدفق ثاني أكسيد الكربون الميسر لالتقاط الكربون واستخدامه وتخزينه، وتستكشف المشاريع الرائدة في أوروبا وأمريكا الشمالية هذا المسار لعملية إنتاج ثاني أكسيد الكربون مجتمعة.

وتتجاوز الأكسدة المفرطة في المياه عقوبة التبريد من المياه عن طريق رد الفعل في مرحلة متسارعة تزيد على 374 درجة مئوية و22.1 درجة مئوية، وتحقيق الأكسدة دون خطوة للتجفيف من مرحلة الغاز، وتملك المنظمة إمكانية تدمير ملوثات عالية الارتداد، مع الحد الأدنى من الانبعاثات في الغلاف الجوي، حيث توجد محطات للرد.

ويسمح هذا التشخيص بخفض نسب الميكانيكية إلى الطاقة، واحتياجات الصيانة المتوقعة، وتقليل تكوين الملوثات المنظمة في الوقت الحقيقي، ويمكن للمراقبين الذين يقودهم المعهد أن يعدلوا توزيع الهواء ومعدلات التغذية للحفاظ على درجات الحرارة الثابتة ومستويات النيتروز، وتقليل نسبة استخدام الوقود في المناطق الحضرية إلى أدنى حد.

وقد انتقلت عملية استعادة الفوسفور من الرماد من البحوث إلى الواقع التجاري، حيث أن عدة محطات كاملة النطاق في أوروبا وأمريكا الشمالية تستخرج الآن الفوسفور كحمض فوسفاتي للحساب الإلكتروني، أو حمض الفوسفوري، أو تساعد على تأمين إمدادات محلية من هذا المغذي الحاسم، مع إزالة تسمم الرماد لاستخدام مواد البناء.

خاتمة

ويحتل الترميد موقعا استراتيجيا في الهيكل الهرمي للحمأة الصناعية وإدارة العوازل البيولوجية، إذ أنه يحقق خفضا غير متناظر في الحجم وتحويلا صحيا، ويخفف من التزامات استخدام الأراضي في الأجل الطويل، ويمكن أن يولد في الوقت نفسه الطاقة المتجددة والموارد المعدنية القابلة للاسترداد، ومع ذلك فقد نضجت التكنولوجيا من الاحتراق الخام إلى التثبيت الحراري بعناية مع التحكم في التلوث المتعدد المراحل القادر على الوفاء بالحل الصارم.