المخلفات المهضومة

المخلفات العضوية هي المادة المتبقية بعد عملية الهضم اللاهوائي (التحلل في ظروف نقص الأكسجين) للمواد الأولية القابلة للتحلل الحيوي . ينتج عن الهضم اللاهوائي منتجان رئيسيان: المخلفات العضوية والغاز الحيوي . تُنتج المخلفات العضوية عن طريق كلٍ من عملية التخمر الحمضي وعملية التخمر الميثاني ، ولكلٍ منهما خصائص مختلفة. تنبع هذه الخصائص من مصدر المواد الأولية الأصلي، بالإضافة إلى العمليات نفسها.

الهضم اللاهوائي عملية متعددة الاستخدامات، إذ يمكنها استخدام أنواع مختلفة من المواد الأولية. ومن أمثلة هذه المواد:

• حمأة الصرف الصحي : الحمأة السائلة، حمأة الصرف الصحي غير المعالجة، الحمأة المتخمرة، والحمأة المعالجة بالجير.
• مخلفات الحيوانات: دهون الحيوانات، دم الحيوانات، بقايا الطعام، محتويات المعدة، محتويات الكرش، جثث الحيوانات، وروث الدواجن والأسماك والماشية .
• محاصيل الطاقة : عادةً ما تكون الذرة والدخن والبرسيم. يمكن استخدام هذه المحاصيل كاملةً في عملية الهضم المشترك أو كمخلفات (سيقان وأغصان) من حصاد هذه المحاصيل.
• النفايات البلدية : نفايات الطعام، وفلاتر القهوة/الشاي، وبقايا الطعام العضوية، ونفايات المخابز، ونفايات المطبخ.
• المخلفات الزراعية : الفواكه، والدبس، والسيقان، وقش النبات، وبقايا قصب السكر (المخلفات الناتجة عن سحق سيقان قصب السكر أو الذرة الرفيعة).
• النفايات الصناعية : نفايات معالجة الأغذية/المشروبات، ونفايات الألبان، ونفايات صناعات النشا/السكر، ونفايات المسالخ، ونفايات مصانع الجعة. ^{[ 1 ]}

هذه مجرد أمثلة على المصادر المختلفة التي يمكن الحصول منها على مخلفات الهضم اللاهوائي. يختلف التركيب الكيميائي لهذه المخلفات باختلاف المواد الأولية المستخدمة. عادةً ما تُستهلك معظم الطاقة الموجودة في حمأة الصرف الصحي وروث الحيوانات، وذلك لأن مصدر الطاقة الأصلي (الغذاء) يُهضم داخل جسم الإنسان أو الحيوان أولاً. وهذا ما يجعل حمأة الصرف الصحي وروث الحيوانات خيارين مناسبين للهضم المشترك مع مواد أولية أخرى لإنتاج مخلفات هضم أفضل للأغراض الزراعية، فضلاً عن زيادة إنتاج الغاز الحيوي. ^{[ 2 ]}

خلال هذه المرحلة، تقوم البكتيريا المُحمِّضة بتحويل المواد الكيميائية الذائبة في الماء، بما في ذلك نواتج التحلل المائي، إلى أحماض عضوية قصيرة السلسلة، مثل حمض الفورميك، وحمض الأسيتيك، وحمض البروبيونيك، وحمض البيوتيريك، وحمض البنتانويك، وكحولات، مثل الميثانول والإيثانول، وألدهيدات، وثاني أكسيد الكربون، والهيدروجين. ويُعد الأمونيا وكبريتيد الهيدروجين من نواتج التخمر الحمضي الأخرى. تعمل هذه البكتيريا ضمن نطاق حموضة يتراوح بين 4.0 و8.5. ويمكن لهذه العملية أيضًا أن تُخفض درجة الحموضة داخل المُفاعل الحيوي بمرور الوقت، مما قد يُعيق عمل الميكروبات. لهذا السبب، يجب مراقبة درجة الحموضة بعناية. ^{[ 2 ]}

بما أن عملية التخمر الحمضي تحدث في المراحل المبكرة من عملية الهضم اللاهوائي، فإن معظم المواد العضوية لا تتحلل بالكامل، تاركةً مخلفات هضمية ليفية تتكون من مواد نباتية هيكلية، بما في ذلك اللجنين والسليلوز . ولذلك ، يُشار إليها غالبًا باسم المخلفات الهضمية الصلبة. تتميز المخلفات الهضمية المُخمرة حمضيًا بقدرتها العالية على الاحتفاظ بالرطوبة. وقد تحتوي هذه المخلفات أيضًا على معادن (وخاصةً الفوسفور) وبقايا بكتيريا .

إنتاج الميثان هو المرحلة الأخيرة من الهضم اللاهوائي. خلال هذه المرحلة، تُنتج العتائق المنتجة للميثان غاز الميثان من المواد الأولية المتولدة أثناء عملية إنتاج الأسيتات. تتكون هذه المواد الأولية بشكل أساسي من الأسيتات والهيدروجين. يمكن أن يحدث إنتاج الميثان أيضًا باستخدام مسار أيضي آخر يعتمد على التعاون بين البكتيريا المخمرة والعتائق المنتجة للميثان، وهو مسار إنتاج الميثان التكافلي. خلال مسار إنتاج الميثان التكافلي، تقوم البكتيريا التي تنتمي بشكل رئيسي إلى فئة الكلوستريديا بأكسدة الأسيتات إلى هيدروجين وثاني أكسيد الكربون _، واللذان تستغلهما العتائق الهيدروجينية تباعًا لإنتاج الميثان. تُعد الميكروبات المنتجة للميثان حساسة نسبيًا لتغيرات الرقم الهيدروجيني، وتفضل نطاقًا يتراوح بين 5.0 و8.5 اعتمادًا على نوعها. ^{[ 2 ]} لهذا السبب، في بعض المفاعلات الحيوية، تُفصل حجرات مراحل الهضم اللاهوائي المختلفة لتحقيق الإنتاج الأمثل للغاز الحيوي.

في هذه المرحلة ، تتحلل معظم المواد العضوية، تاركةً وراءها مخلفات الهضم الميثانوجينية المعروفة باسم الحمأة (وتُسمى أحيانًا السائل أو مخلفات الهضم السائلة). تتميز الحمأة بغناها بالعناصر الغذائية مثل الأمونيوم والبوتاسيوم . أما الناتج الثانوي الآخر لهذه المرحلة فهو غاز الميثان ، الذي يُجمع غالبًا ويُستخدم كمصدر للوقود.

يحدث هذا عندما يختلط الجزء الصلب من مخلفات الهضم الحمضية مع الجزء السائل من مخلفات الهضم الميثانوجينية لتكوين مخلفات الهضم الكاملة. ويتكون هذا المزيج من النوعين على شكل حمأة. يشكل الجزء السائل ما يصل إلى 90% من مخلفات الهضم حجميًا، ويحتوي على 2-6% من المواد الجافة، وجزيئات يقل  حجمها عن 1.2 مم، ومعظم النيتروجين والبوتاسيوم الذائبين، بينما يحتفظ الجزء الصلب بمعظم فسفور مخلفات الهضم، ويحتوي على نسبة مواد جافة تزيد عن 15%. ^{[ 3 ]}

يُتيح دمج المكونين في مُخرَج هضمي كامل زيادة توافر مجموعة واسعة من العناصر الغذائية المفيدة للأنشطة الزراعية. تحتوي بعض المفاعلات الحيوية اللاهوائية على حجرة هضم واحدة فقط، مما يسمح لهذين المكونين بالاختلاط تلقائيًا دون أي تدخل إضافي.

تشمل المعايير الرئيسية لتقييم جودة المخلفات العضوية الناتجة عن عملية الهضم اللاهوائي عند استخدامها في التطبيقات الزراعية: درجة الحموضة، والمغذيات، والمواد الصلبة الكلية، والمواد الصلبة المتطايرة، والكربون الكلي. وتعتمد هذه الجودة على نوع المادة الأولية ونوع نظام الهضم اللاهوائي. ^{[ 3 ]} عادةً ما يُمثل محتوى الأمونيا في المخلفات العضوية الناتجة عن عملية الهضم اللاهوائي ما يقارب 60-80% من إجمالي محتوى النيتروجين، ولكن بالنسبة لمواد أولية مثل مخلفات الطعام المنزلية، قد تصل هذه النسبة إلى 99%. كما أشارت التقارير إلى أن المخلفات العضوية الناتجة عن عملية الهضم اللاهوائي تحتوي على تركيز أعلى من الفوسفور والبوتاسيوم مقارنةً بالسماد العضوي. ويبلغ متوسط ​​نسبة الفوسفور إلى البوتاسيوم حوالي 1:3. كل هذه العوامل تجعل المخلفات العضوية الناتجة عن عملية الهضم اللاهوائي مصدرًا واعدًا لتحسين التربة الزراعية لبعض المحاصيل. ^{[ 4 ]}

يُستخدم مُخلفات الهضم بشكل أساسي كمُحسّن للتربة . ^{[ 5 ]} تُساهم مُخلفات الهضم الحمضية في الحفاظ على رطوبة التربة وتزويدها بالمواد العضوية. ويمكن لهذه المواد العضوية أن تتحلل بشكل أكبر هوائياً في التربة . أما مُخلفات الهضم الميثانية فتُوفر العناصر الغذائية اللازمة لنمو النباتات ، كما يُمكن استخدامها لحماية التربة من التعرية.

يمكن أيضًا استخدام مخلفات الهضم الحمضية كحشو صديق للبيئة لإعطاء بنية للبلاستيك المركب .

أظهرت تجارب النمو على المخلفات العضوية الناتجة عن النفايات المختلطة نتائج نمو جيدة للمحاصيل. ^{[ 6 ]} ويمكن أيضًا استخدام المخلفات العضوية في الزراعة المكثفة للنباتات في البيوت الزجاجية، على سبيل المثال، في الزراعة الثنائية .

بالإضافة إلى ذلك، فقد ثبتت فائدة كل من المخلفات العضوية الصلبة والسائلة في إنتاج المحاصيل المائية. وأظهرت دراسات متعددة أن هذه المخلفات يمكن أن تنتج غلة مماثلة أو أعلى في محاصيل متعددة مقارنةً بممارسات الزراعة التقليدية المستخدمة في الزراعة المائية والزراعة في ركائز بدون تربة. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

أظهرت الدراسات أن استخدام مخلفات التخمير يساهم في تثبيط أمراض النباتات وتحفيز مقاومتها. ويؤثر استخدام هذه المخلفات بشكل مباشر على الأمراض التي تنتقل عن طريق التربة، كما يؤثر بشكل غير مباشر من خلال تحفيز النشاط البيولوجي.

لا يُعدّ المُخَمَّر سمادًا عضويًا بالمعنى الدقيق للكلمة، على الرغم من تشابهه معه في الخصائص الفيزيائية والكيميائية. يُنتَج السماد العضوي عن طريق الهضم الهوائي - أي التحلل بواسطة الكائنات الهوائية . ويشمل ذلك الفطريات والبكتيريا القادرة على تحليل اللجنين والسليلوز بدرجة أكبر.

أظهرت المعالجة، على سبيل المثال باستخدام الموجات فوق الصوتية ، أنها تعزز ذوبان المخلفات العضوية كما يتضح من زيادة مستويات الطلب الكيميائي للأكسجين الذائب (sCOD) والكربون العضوي الكلي الذائب (sTOC) والنيتروجين الكلي الذائب (sTN) المنطلقة في المحلول. ^{[ 10 ]}

في محطات معالجة المخلفات الصلبة التي تخضع لمزيد من المعالجة الهوائية، أو النضج، أو التسميد، قد ينتج تيار إضافي من المخلفات، يُشار إليه أحيانًا باسم جزء مخلفات السماد، أثناء عملية الفرز أو تكرير السماد. ^{[ 11 ]} قد تحتوي هذه المادة على مواد بلاستيكية، وزجاج، ومعادن، وجزيئات كبيرة الحجم، وملوثات خاملة أخرى، ويتأثر إنتاجها بجودة المواد الأولية وكفاءة خطوات المعالجة المسبقة والفصل. ^{[ 12 ]}

يمكن تقييم جودة المخلفات الناتجة عن الهضم اللاهوائي بناءً على ثلاثة معايير: الكيميائية والبيولوجية والفيزيائية. يجب مراعاة الجودة الكيميائية من حيث المعادن الثقيلة والملوثات غير العضوية الأخرى، والمركبات العضوية الثابتة، ومحتوى العناصر الكبرى مثل النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم. وبحسب مصدرها، قد تحتوي المخلفات الحيوية على مسببات الأمراض، مما قد يؤدي إلى انتشار الأمراض التي تصيب الإنسان أو الحيوان أو النبات في حال عدم إدارتها بشكل سليم.

تشمل المعايير الفيزيائية للسماد العضوي بشكل أساسي المظهر والرائحة. ورغم أن التلوث المادي لا يُشكل مشكلة فيما يتعلق بصحة الإنسان أو النبات أو الحيوان، إلا أن التلوث (على شكل مواد بلاستيكية ومعادن وسيراميك) قد يُؤدي إلى انطباع سلبي لدى العامة. حتى لو كان السماد العضوي عالي الجودة ومُطابقًا لجميع المعايير، فإن الانطباع السلبي لدى العامة عن الأسمدة العضوية المُصنعة من النفايات لا يزال قائمًا. ويُذكّر وجود الملوثات المرئية المستخدمين بذلك.

يُعدّ ضبط جودة المواد الخام أهم وسيلة لضمان جودة المنتج النهائي. لذا، ينبغي تحديد محتوى ونوعية النفايات الواردة إلى الموقع بدقة قدر الإمكان قبل توريدها.

في المملكة المتحدة، تُحدد المواصفة المتاحة للعموم (PAS110) تعريفَ المُخرَجات الناتجة عن الهضم اللاهوائي للمواد القابلة للتحلل الحيوي المفصولة من مصادرها. ^{[ 13 ]} تضمن هذه المواصفة أن تكون جميع المواد المُخَمَّرة ذات جودة متسقة ومناسبة للغرض المطلوب. إذا استوفت محطة الغاز الحيوي هذه المواصفة، تُعتبر مُخرَجاتها مُستعادة بالكامل، ولم تعد تُصنَّف كنفايات، ويُمكن بيعها تحت مُسمى "السماد الحيوي". ^{[ 14 ]}

• التحلل اللاهوائي
• أنواع الهاضمات اللاهوائية
• الهضم اللاهوائي
• محطة توليد الطاقة بالغاز الحيوي
• المواد الصلبة الحيوية
• المعالجة البيولوجية الميكانيكية

• الوسائط المتعلقة بـ "المخلفات الهضمية" على ويكيميديا ​​كومنز