مكب النفايات

عند وضع النفايات في مكب النفايات، تحتوي الفراغات على كميات كبيرة من الأكسجين الجزيئي (O₂ ₎ . ومع إضافة النفايات وضغطها، ينخفض ​​محتوى الأكسجين _{في طبقات المفاعل الحيوي لمكب النفايات تدريجيًا. وتنمو التجمعات الميكروبية، وتزداد الكثافة. ويسود التحلل البيولوجي الهوائي، أي أن الأكسجين} هو المستقبل الأساسي للإلكترونات .

يتحلل الأكسجين (O₂ _{) بسرعة بفعل الكائنات الحية الدقيقة الموجودة. ويؤدي انخفاض تركيز الأكسجين} إلى ظروف أقل هوائية وأكثر لاهوائية في الطبقات. وتُعد النترات والكبريتات مستقبلات الإلكترونات الأساسية خلال هذه المرحلة الانتقالية، حيث يُستبدل الأكسجين (O₂) بسرعة بثاني أكسيد الكربون (CO₂ _{) في} الغاز الخارج.

تبدأ عملية تحلل الجزء القابل للتحلل الحيوي من النفايات الصلبة في مرحلة تكوين الحمض، مما يؤدي إلى تراكم سريع للأحماض الدهنية المتطايرة في الراشح. ويؤدي ارتفاع محتوى الأحماض العضوية إلى انخفاض درجة حموضة الراشح من حوالي 7.5 إلى 5.6. خلال _هذه المرحلة، تساهم مركبات التحلل الوسيطة، مثل الأحماض الدهنية المتطايرة، بشكل كبير في الطلب الكيميائي على الأكسجين . تتحول الأحماض العضوية المتطايرة طويلة السلسلة إلى حمض الخليك (C₂H₄O₂ ₎ وثاني أكسيد الكربون _{وغاز الهيدروجين} . يؤدي ارتفاع تركيز الأحماض الدهنية المتطايرة إلى زيادة كل من الطلب البيولوجي على الأكسجين وتركيز الأحماض العضوية المتطايرة، مما يحفز إنتاج الهيدروجين _{بواسطة البكتيريا المخمرة، وبالتالي} يحفز نمو البكتيريا المؤكسدة للهيدروجين _. تُعد مرحلة إنتاج الهيدروجين _قصيرة نسبيًا لأنها تكتمل بنهاية مرحلة تكوين الحمض. وتؤدي زيادة الكتلة الحيوية للبكتيريا المنتجة للأحماض إلى زيادة تحلل النفايات واستهلاك العناصر الغذائية. قد تصبح المعادن، التي تكون بشكل عام أكثر قابلية للذوبان في الماء عند درجة حموضة منخفضة، أكثر حركة خلال هذه المرحلة، مما يؤدي إلى زيادة تركيزات المعادن في الراشح.

تُحوّل الكائنات الحية الدقيقة المنتجة للميثان نواتج المرحلة الوسيطة لتكوين الأحماض (مثل حمض الأسيتيك، وحمض البروبيونيك، وحمض البيوتيريك) إلى غاز الميثان _وثاني أكسيد الكربون _. ومع استقلاب الأحماض الدهنية المتطايرة بواسطة هذه الكائنات، يعود الرقم الهيدروجيني لمياه مكب النفايات إلى التعادل. وينخفض ​​تركيز المواد العضوية في العصارة، المُعبر عنه باستهلاك الأكسجين، بسرعة مع ازدياد إنتاج غازي الميثان _{وثاني أكسيد} الكربون . وتُعد هذه المرحلة الأطول في عملية التحلل.

يتباطأ معدل النشاط الميكروبيولوجي خلال المرحلة الأخيرة من تحلل النفايات، حيث يحدّ توفر المغذيات من التفاعلات الكيميائية، على سبيل المثال، مع ازدياد ندرة الفوسفور المتاح بيولوجيًا . يكاد إنتاج الميثان يختفي تمامًا، بينما يعود الأكسجين _{والأنواع المؤكسدة} تدريجيًا إلى الظهور في آبار الغاز مع تسرب الأكسجين _نزولًا من طبقة التروبوسفير. يؤدي هذا إلى تحويل جهد الأكسدة والاختزال في الراشح نحو عمليات الأكسدة. قد تتحول المواد العضوية المتبقية تدريجيًا إلى الحالة الغازية، ومع تحلل المادة العضوية، أي تحويلها إلى مركبات شبيهة بالدبال . ^{[ 6 ]}

عندما تهطل الأمطار على مكبات النفايات المكشوفة، أو عند انطلاق المياه من تحلل النفايات، تتسرب المياه عبر النفايات وتتلوث بالمواد العالقة والمذابة، مُشكّلةً عصارة غنية بالمواد العضوية والمعادن الثقيلة والملوثات العضوية وغيرها من الملوثات الموجودة في النفايات. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} إذا لم يتم احتواء هذه العصارة، فقد تُلوّث المياه الجوفية . تستخدم جميع مكبات النفايات الحديثة مزيجًا من البطانات غير المنفذة للماء ، والتي يبلغ سمكها عدة أمتار، ومواقع مستقرة جيولوجيًا، وأنظمة تجميع لاحتواء هذه العصارة والتقاطها. بعد ذلك، يمكن معالجتها وتبخيرها. بمجرد امتلاء مكب النفايات، يُغلق بإحكام لمنع دخول الأمطار إليه وتكوّن عصارة جديدة. مع ذلك، فإن للبطانات عمرًا افتراضيًا، غالبًا ما يكون عدة مئات من السنين أو أكثر، ولكن في نهاية المطاف، قد تتسرب أي بطانة لمكب النفايات، ^{[ 10 ]} لذا يجب فحص التربة المحيطة بمكبات النفايات للكشف عن العصارة لمنع الملوثات من تلويث المياه الجوفية.

تُعدّ مشكلة النيتروجين ، وخاصةً نيتروجين الأمونيوم ، أكبر مشكلة تواجه مدافن النفايات الصحية فيما يتعلق بجودة العصارة . ^{[ 11 ]} ينتج عن تحلل النفايات إطلاق مركبات كربونية مثل البيكربونات وحمض الخليك ، بالإضافة إلى إطلاق الأمونيوم. لا تسمح البيئة اللاهوائية في مدافن النفايات بعملية النترجة والاختزال المترافقة ، وهي المسار المعتاد لإزالة النيتروجين في التربة، مما قد يؤدي إلى تراكم الأمونيوم في العصارة وتركيزات تصل إلى عدة آلاف من المليغرامات لكل لتر. ^{[ 7 ]}

_{ينتج عن الهضم} اللاهوائي للنفايات العضوية بواسطة الميكروبات غازات التحلل ، وخاصة ثاني أكسيد الكربون _{والميثان} . وتعتمد نسبة مكونات الغاز بشكل أساسي على الأكسجين المتاح، وتختلف تبعًا لعمر مكب النفايات ونوع النفايات ومحتوى الرطوبة وعوامل أخرى. في المتوسط، يشكل الميثان حوالي نصف التركيز الحجمي لغاز مكب النفايات، بينما يشكل _ثاني أكسيد الكربون أقل بقليل من النصف _؛ وتزداد هذه النسبة مع زيادة التحلل الهوائي. _[ ^{12 ] يحتوي} _{غاز مكب النفايات أيضًا على حوالي 5} % من النيتروجين الجزيئي ، وأقل من 1% من كبريتيد الهيدروجين ، وتركيزات منخفضة من المركبات العضوية غير الميثانية، حوالي 2700 جزء في المليون حجميًا. _[ ^{13 ] يمكن} توضيح الحد الأقصى لكمية غاز مكب النفايات المنتجة من خلال تفاعل صافٍ مبسط لأكسالات ثنائي الإيثيل يأخذ في الاعتبار هذه التفاعلات المتزامنة: ^{[ 13 ]}

4 C ₆ H ₁₀ O ₄ + 6 H ₂ O → 13 CH ₄ + 11 CO ₂

يمكن أن تتسرب غازات مدافن النفايات من المدافن إلى الهواء والتربة المحيطة بها. وهذا ما يجعل مدافن النفايات مصدرًا رئيسيًا للغازات الدفيئة ، لا سيما ثاني أكسيد _{الكربون} والميثان _، حيث تُعد مدافن النفايات ثالث أكبر مصدر لانبعاثات الميثان _على مستوى العالم [ ^{14 ] [ 15 ] ،} _ويبلغ تأثير الميثان على الاحتباس الحراري 29.8 ± 11 مقارنةً بثاني أكسيد الكربون _على مدى 100 عام، و82.5 ± 25.8 على مدى 20 عامًا. ^{[ 16 ]} تضمن إدارة مدافن النفايات بشكل سليم جمع الغازات واستخدامها، بدءًا من حرقها للتخلص منها وصولًا إلى استخدامها في توليد الكهرباء . ^{[ 17 ]} يُنبه رصد غازات مدافن النفايات العاملين إلى تراكمها إلى مستويات ضارة. وفي بعض البلدان، تُجرى عمليات استخلاص غازات مدافن النفايات على نطاق واسع. في الولايات المتحدة، على سبيل المثال، يوجد أكثر من 850 مكب نفايات مزود بأنظمة فعالة لاستعادة غازات مدافن النفايات. ^{[ 18 ]}

تشمل المشكلات المحتملة الأخرى لمدافن النفايات اضطراب الحياة البرية نتيجة احتلالها لموائلها ^{[ 19 ]} ، وتدهور صحة الحيوانات بسبب استهلاكها للنفايات من المدافن ^{[ 20 ]} ، والغبار، والروائح الكريهة، والتلوث الضوضائي ^{[ 21 ]} ، وانخفاض قيمة العقارات المحلية ^{[ 22 ]} . وقد تصبح المدافن سيئة الإدارة مصدر إزعاج إضافي بسبب وجود نواقل مثل الفئران والذباب التي تنقل الأمراض المعدية . ويمكن الحد من انتشار هذه النواقل باستخدام الأغطية اليومية ^{[ 23 ]} .

تُشكّل ممارسة دفن النفايات الصحية تحدياتٍ فيما يتعلق بالاستدامة . فبعد انتهاء عمر المكبّ ودخوله مرحلة الصيانة اللاحقة، فإنّ الممارسة الشائعة المتمثلة في تغطية النفايات بأغطية تُقيّد الملوثات داخل المكبّ وتمنع تعرّض النفايات للعوامل البيئية. وبالتالي، تبقى قدرة النفايات على تلويث البيئة قائمةً داخل المكبّ، ويُصبح استبدال الأغطية ومعالجة العصارة ضرورةً مُستمرة. ونتيجةً لذلك، تُولي بعض الدول، مثل هولندا، أهميةً قصوى للصيانة اللاحقة طويلة الأمد، والتي قد تصل إلى الأبد. ^{[ 25 ]} ويتمثّل أحد البدائل في تشغيل المكبّ كمفاعل حيوي، يُحفّز عملية التحلل إما عن طريق تهوية النفايات ^{[ 26 ]} أو إعادة تدوير العصارة عبرها. ^{[ 27 ]} وتُحفّز مكبات النفايات التي تعمل بالمفاعلات الحيوية إزالة الملوثات إلى درجةٍ لا تُشكّل فيها انبعاثات الملوثات تهديدًا للبيئة. عند هذه المرحلة، لم يعد تركيب البطانات ومعالجة الغاز والراشح ضروريًا، مما يحدّ بشكل كبير من التكاليف ويقلل من التأثير على الأجيال القادمة. ^{[ 28 ]} تشمل الفوائد الإضافية زيادة إنتاج الغاز خلال فترة المعالجة النشطة، مما يسمح بإمكانية توليد طاقة أكثر كفاءة خلال فترة زمنية أقصر. ^{[ 28 ]}

يمكن اعتبار مكبات النفايات مصدرًا وفيرًا ومجديًا للمواد والطاقة . ففي الدول النامية، غالبًا ما يبحث جامعو النفايات عن مواد قابلة للاستخدام. وفي السياقات التجارية ، اكتشفت الشركات أيضًا مواقع مكبات النفايات، وبدأ العديد منها في استخراج المواد والطاقة منها. ^{[ 29 ]} ومن الأمثلة المعروفة على ذلك مرافق استخلاص الغاز. ^{[ 30 ]} وتشمل المرافق التجارية الأخرى محارق النفايات المزودة بخاصية استخلاص المواد. ويُمكن استخلاص هذه المواد باستخدام المرشحات ( المرشح الكهربائي ، ومرشح الكربون النشط والبوتاسيوم، وجهاز التبريد السريع، وغسالة حمض الهيدروكلوريك، وغسالة _ثاني أكسيد الكبريت ، وشبكة الرماد السفلي ، إلخ).

بعد وضع الغطاء وإغلاق مكب النفايات، غالباً ما يُعاد استخدام المنطقة لأغراض أخرى. تشمل الاستخدامات البديلة الشائعة للأراضي أغراضاً ترفيهية (مثل مسارات الدراجات الجبلية ^{[ 31 ]} )، ووضع ألواح شمسية لإنشاء مزارع للطاقة الشمسية ^{[ 32 ]} ، وحدائق ^{[ 33 ]،} أو مناطق سكنية.

تخضع مكبات النفايات في كندا لرقابة الهيئات البيئية الإقليمية وتشريعات حماية البيئة. ^{[ 34 ]} وتميل المنشآت القديمة إلى الالتزام بالمعايير الحالية، ويتم رصدها للكشف عن أي تسربات . ^{[ 35 ]} وقد تم تحويل بعض المواقع السابقة إلى متنزهات.

في الاتحاد الأوروبي، تلتزم الدول الفردية بسن تشريعات للامتثال لمتطلبات والتزامات توجيهات الاتحاد الأوروبي بشأن مدافن النفايات .

تفرض غالبية الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي قوانين تحظر أو تقيد بشدة التخلص من النفايات المنزلية عبر مكبات النفايات. ^{[ 36 ]}

يُعدّ دفن النفايات حاليًا الطريقة الرئيسية للتخلص من النفايات البلدية في الهند. كما تمتلك الهند أكبر مكب نفايات في آسيا، وهو مكب ديونار في مومباي . ^{[ 37 ]} ومع ذلك، تنشأ مشكلات متكررة نتيجةً لمعدل النمو المقلق لمكبات النفايات وسوء إدارتها من قِبل السلطات. ^{[ 38 ]} وقد شاع اندلاع الحرائق على سطح مكبات النفايات الهندية وتحتها خلال السنوات القليلة الماضية. ^{[ 37 ]}

شهدت ممارسات دفن النفايات في المملكة المتحدة تغييرات في السنوات الأخيرة لمواكبة متطلبات توجيهات الاتحاد الأوروبي بشأن مدافن النفايات . وتفرض المملكة المتحدة حاليًا ضريبة على النفايات القابلة للتحلل الحيوي التي تُدفن في مدافن النفايات. إضافةً إلى ذلك، تم إنشاء نظام تداول حصص مدافن النفايات لتمكين السلطات المحلية في إنجلترا من تداول حصص مدافن النفايات. أما في ويلز، فيُطبق نظام مختلف، حيث لا يُسمح للسلطات بالتداول فيما بينها، ولكن لديها حصص تُعرف بنظام حصص مدافن النفايات.

تخضع مكبات النفايات في الولايات المتحدة لتنظيم وكالة البيئة في كل ولاية، والتي تضع الحد الأدنى من الإرشادات؛ ومع ذلك، لا يجوز أن يقل أي من هذه المعايير عن تلك التي تحددها وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA). ^{[ 39 ]}

يستغرق الحصول على ترخيص لمكب النفايات عادةً ما بين خمس وسبع سنوات، ويكلف ملايين الدولارات، ويتطلب دراسات وتجارب دقيقة في تحديد الموقع والهندسة والبيئة لضمان تلبية المخاوف البيئية والسلامة المحلية. ^{[ 40 ]}