وتشكل صناعة الأسمنت نحو ٧-٨ في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، التي تُعزى أساساً إلى حساب الحجر الجيري وحرق الوقود الأحفوري، وفي السعي إلى تحقيق فوائد أقل من الكربون، والبدائل التعميمية، والناتج الثانوي الصافي لمعالجات المياه المستعملة البلدية والصناعية، التي ظهرت باعتبارها مادة خام واعدة، ويمكن للحمأة، عند تجهيزها على النحو المناسب، أن تحل محل كل من المواد الخام التقليدية والوقود الأحفوري.

ما هو (سلدج) ولماذا هو مرتبط بـ(كسمت)؟

والحمأة هي الجزء الصلب المتبقي الذي تولد أثناء معالجة مياه الصرف الصحي في البلديات، أو العمليات الصناعية، أو محطات تنقية المياه، وهي تحتوي على مواد عضوية، ومعادن غير عضوية (بما في ذلك الكالسيوم، والسيليكون، والألومنيوم، وأكسيد الحديد)، ومسببات الأمراض، والملوثات التي يحتمل أن تلحق الضرر مثل المعادن الثقيلة والخامات العضوية، والخامات الثانوية.

ومن الناحية التاريخية، تم التخلص من الحمأة عن طريق مساحات الأراضي، وتطبيقات الأراضي (مثل تعديل السماد/السرب)، أو الحرق، وجميع الطرق الثلاثة لها عيوب: تستهلك مساحات قيمة ويمكن أن تنتج الميثان، ويثير تطبيقات الأراضي شواغل بشأن تراكم المعادن الثقيلة في التربة، ويحتاج الحرق إلى الطاقة ويولد الرماد.

وتكمن الأهمية في كيميائيات الأسمنت، إذ تُصنع الأسمنت العادي عن طريق إطلاق خليط من الحجر الجيري (CaCO3)، والجزر (Silica and alumina)، والمواد التي تُنتج عن ذلك كتلة من الكالسيوم، والخلل العضوي، والألمان، والكمائن.

الفوائد الرئيسية لاستخدام السلغ في تصنيع الأسمنت

تحويل النفايات والحد من دفنها

ويحول إدراج الحمأة في إنتاج الأسمنت مساراً كبيراً من النفايات، وتولد محطات معالجة مياه الفضلات البلدية في البلدان المتقدمة ملايين الأطنان من الحمأة سنوياً؛ بل إن استخدام جزء من ذلك في قمائن الأسمنت يمكن أن يقلل بشكل كبير من العبء البيئي للتخلص من مدافن القمامة - بما في ذلك توليد الريشات وانبعاثات غازات الدفيئة (الغاز الميثان من التحلل الجوي) مثلاً [الغازلة].

ثاني أكسيد الكربون

وينتج عن إنتاج الوصلات ثاني أكسيد الكربون من مصدرين: حساب الحجر الجيري (نحو 60 في المائة من انبعاثات التصنيع) وحرق الوقود (حوالي 40 في المائة) ويمكن أن يقلل كل من الوحوش المخففة من حيث الكم من المواد العضوية (وبخاصة السليل والألومينا) حيث يمكن أن تحل محل بعض الحجر الجيري، مما يقلل من كمية ثاني أكسيد الكربون التي يجب حسابها.

الاقتصاد العلماني والكفاءة في استخدام الموارد

ويجسد استخدام الحمأة كخامات مبادئ الاقتصاد الدائري: إذ يصبح تدفق النفايات مدخلاً قيماً لصناعة أخرى، ويحفظ الموارد الطبيعية )الجر، والجزر، والركاز الحديدي(، ويقلل من البصمة البيئية للحجر والنقل، وقد اعترفت الرابطة الأوروبية للأسمنت، بدلاً من ذلك، بالمواد الخام البديلة مثل الحمأة، باعتبارها أساسية لتحقيق الطموحات الصافية في الصناعة.

استعادة الطاقة

وعادة ما تكون للحمأ قيمة حرارية صافية تتراوح بين 10 و15 ميغاجول/كغ من المواد الجافة، مقارنة بالفحم ذات المستوى المنخفض، وفي قمائن الأسمنت، تستخدم هذه القيمة السعرية بالكامل، مما يقلل استهلاك الوقود الأحفوري الأولي، ودرجة الحرارة العالية في العملية تضمن الحرق الكامل للمواد العضوية، ويصبح الرماد المعدني جزءا من الميزة الفريدة من نوعها مقارنة بالرشاقة المطلقة(20).

التحديات الرئيسية وكيفية التصدي لها

الفرق في تكوين سداسي

فالحمار بعيد عن الزي الرسمي، إذ يعتمد تركيبه الكيميائي على المصدر (الشركات ضد الصناعة)، وعملية المعالجة، والوسمية، وحتى وقت اليوم، وقد تؤدي الاختلافات في الكالسيوم، والسليليكا، والألمينا، والحديد، ولا سيما محتوى الرطوبة، إلى إزعاج الكيمياء الخام، مما يؤثر على نوعية الكينكرينك، وسبب الكيندر، على سبيل المثال، ارتفاع مفاجئ في الكبريت أو الخردة.

Solution:] Implement rigorous feed quality control. Cement plants typically blend sludge with other raw materials in proportioning silos, using online X-hinray fluorescence (XRF) analyzers to adjust the mix in real time. Pre-homogenization of sludge suppliers (e.g., through mixing lagoons or blending beds)

تكاليف المواصلات والتدريج

ويمكن أن تحتوي الحمأة الخام من معالجة مياه الصرف على 70-80 في المائة من المياه، وأن استخدامه مباشرة في القمينة سيزيد استهلاك الطاقة من أجل التبخر ويقلل من الكفاءة الحرارية، ويمكن أن يؤدي التحلل الميكانيكي (الأجهزة المركزية، والمصفوفات) إلى تخفيض الرطوبة إلى نحو 60-70 في المائة، بل إنه مرتفع جداً بالنسبة لتغذية القمينة الفعالة، وغالباً ما يكون التجفيف الحراري ضرورياً للوصول إلى 10-20 في المائة من الطراز.

Solution:] Many cement plants have installed integrated sludge drying systems that use waste heat from the clinker cooler or the kiln exhaust. This “thermal valorization” approach dries sludge without additional fuel consumption. alternatively, sludge can be co-processed in a dedicated dryer that uses alternative fuels.

المعادن الثقيلة وإدارة الملوثات

يحتوي الدودة على معدن ثقيلة متأصلة مثل الكدميوم والزئبق والرصاص والكروم والنيكل والزنك، وإذا لم تدار إدارة سليمة، يمكن لهذه المعادن أن تقفز من منتج الإسمنت النهائي أو أن تُطلق في غازات المداخن، وعلى وجه الخصوص، فإن الزئبق متقلب ويمكن إطلاقه أثناء الاحتراق.() وتسمح الحدود التنظيمية للمحتوى المعدني الثقيل في الإسمنت (مثل، 197)

(ب) Solution:] Cement kilns operate at temperatures of 1450°C or higher, with long gas residence times (up to 6-8 seconds) Under these conditions, most heavy metals become incorporated into the clinker’s plastic lattice, effectively immobilized. Non-volatile metals (egzi, chroel).

الملوثات العضوية الثابتة والمسببات

وقد تحتوي الحمأة على ملوثات عضوية صغيرة (مثل المستحضرات الصيدلانية، ومسببات الإضرار بالإندورين، ومسببات اللهب) ومسببات الأمراض (البراكتريا، والفيروسات، والطفيليات) وإذا لم تدمر، فإنها قد تشكل مخاطر صحية وبيئية.

Solution:] The high temperature and long residence time in a cement kiln are more than sufficient to destroy virtually all organic compounds (including dioxins and furans) and to pasteurize or sterilize the material. Studies have shown that destruction efficiencies exceed 99.99% for even the most persistent organicsses confirm not co-scale leadin

العقبات التنظيمية والتأثيرية

وتصنف ولايات قضائية عديدة الحمأة (لا سيما حمأة مياه المجارير البلدية) كمواد نفايات، مع مراعاة استخدامها كمواد خام أو وقود في أنظمة صارمة لإدارة النفايات، ويجب على محطات الأسمنت أن تحصل على تصاريح تحدد أنواعا مقبولة من الحمأة، ومعدلات استبدال قصوى، وحدود الانبعاثات، ومتطلبات الرصد، ويمكن أن تكون عملية السماح طويلة ومكلفة.

][FLT:]Solution:[FLT:]FLT:] In the European Union, the End —Waste criteria (under the Waste Framework Directive) allow certain treated sludges to cease being waste if they meet specific quality standards (e.g. heavywater approval, stability) Similar frameworks exist in other regions. Cement producers with established environmental management systems (ISO 14001) often find it easier compliance

تكنولوجيات المعالجة وأفضل الممارسات لاستخدام الحقائب

إزالة المياه والجفاف

ويقلل التحلل الميكانيكي (الصحافة التي تحتوي على أحزمة، والطرد المركزي، والضغط على المسامير) من 80 في المائة إلى 60 في المائة، ويمكن أن يؤدي التجفيف الحراري (مجفف الطبول الحرارية، ومجففات الأسر المسيل، ومجففات الحزام) إلى زيادة تخفيض الرطوبة إلى 10-20 في المائة، وبالنسبة لمركبات الأسمنت، فإن الرطوبة المستهدفة عادة ما تقل عن 20 في المائة لتجنب الاستهلاك المفرط للطاقة.

المعالجة المشتركة كبديل للوقود ومواد الروس

وأكثر الطرق شيوعا هو حقن الحثالة المجففة أو شبه المدفعية في صمامات ارتفاع السعرات الحرارية أو في المحرق الرئيسي، والحمأة تعمل كوقود )حرق المحتوى العضوي( وكخامات )يصبح الرماد المعدني جزءا من الفرنك( وعادة ما يقتصر معدل استبدال المادة على ٥-١٥ في المائة من المدخل الحراري و ٢-٥ في المائة من مصانع التغذية الخام.

استخدام الحشيش الرطب

(ب) بدلاً من استخدام الحمأة الخام، فإن بعض محطات الأسمنت تعمل على تجهيزات مياه الصرف الصحي التي يتم الحصول عليها من محطات الحرق المخصصة، ووكالة الفضاء السويدية جافة وعقيمة، ولديها تركيبة ثابتة إلى حد ما غنية بالسيليكا والألومنيوم والكالسيوم، ويمكن إطعامها مباشرة في المطحنة الخام كبديل جزئي للخلاء والجير، ويقضي هذا النهج على القضايا المتصلة بالرطوبة ويقلل من المخاطرة.

التنفيذ العالمي الفعلي ودراسات الحالات الإفرادية

وقد نجح عدد من منتجي الأسمنت في إدراج الحمأة في عملياتهم، فعلى سبيل المثال، تعمل Holcim محطات للزراعة في سويسرا التي كانت تستخدم كحمار مياه المجارير في التجهيز المشترك لأكثر من 20 سنة، مما يحقق معدلات استبدال تبلغ 10-15 في المائة من الطاقة الحرارية الإجمالية.

ومن الأمثلة البارزة مشروع " CSEW " الممول من الاتحاد الأوروبي ] (الاسمنت من Sewage Sludge)، الذي أثبت أن رفع مستوى حمأة الصرف الصحي يمكن أن يحل محل 15 في المائة من غلاف الحجر الجيري بينما يقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 12 في المائة، كما أظهر المشروع أن الإسمنت الناتج عن ذلك يفي بجميع معايير الأداء ذات الصلة (EN 197 - 1) وأن الرط الثقيل لا يزال يُصُ المعادن الثقيل.

التوقعات المستقبلية والاتجاهات الناشئة

ومن المرجح أن يتسع استخدام الحوض في صناعة الأسمنت حيث تواجه كلتا الصناعات ضغطا متزايدا على إزالة الكربون وإغلاق حلقات المواد، وهناك اتجاهات عديدة تدفع هذا إلى:

  • Stricter landfill and incineration regulations] in the EU (Landfill Directive, Industrial Emissions Directive) and elsewhere are making sludge disposal more expensive, pushing treatment plants to find useful uses.
  • Carbon pricing] and the EU Emissions Trading System (ETS) penalize fossil CO2 emissions; substituting fossil fuels with biogenic carbon from sludge can generate emissions savings and allowances.
  • Advanced pretreatment technologies] such as hydrothermal carbonization (HTC) are being developed to produce hydrochar from sludge-a dry, coal-like material with higher calorific value and lower moisture that can be used more easily in cement kilns.
  • ]Digitalization and real —time analytics] (مثلاً، خليط خام قائم على أساس عال، نموذج الإبلاغ الموحد على الإنترنت) هما اللذان يمكّنان محطات الأسمنت من التعامل مع نسب أكبر من المواد البديلة المتغيرة دون المساس بالنوعية.
  • Integration with wastewater treatment through “cement‐water” partnerships is creating business models where sludge is pre-treated to a specification ratified by the cement plant, reducing technical and regulatory barriers.

ولا تزال هناك تحديات، لا سيما فيما يتعلق بالتصور العام - فالحكيم غالبا ما ينظر إليه بصورة سلبية، وقد تعارض المجتمعات المحلية استخدامه في مصانع الأسمنت بالقرب من المناطق السكنية، كما أن من الضروري أن يكون هناك اتصال واضح بشأن تدمير المسببات والملوثات، فضلا عن تطهير المعادن الثقيلة، ويمكن أن تساعد بيانات الرصد الشفافة والتصديقات على الأطراف الثالثة على بناء الثقة.

خاتمة

فالاستعمال كحمأة خام في صناعة الأسمنت يتيح فرصة ملحة لخفض النفايات وحفظ الموارد الطبيعية وتخفيض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وإنقاذ التكاليف، وقد ثبت أن الجدوى التقنية قد تحققت على مدى عقود من الممارسة في أوروبا وما بعدها، غير أن النجاح يتوقف على إدارة التقلبات، والمحتوى المتحرك، والمعادن الثقيلة، والمتطلبات التنظيمية، فبقدر ما تصبح معالجة سليمة ومراقبة الجودة، والتطبيق الأمثل للطغينة القائمة على البيئة البديلة.