محرقة النفايات الصلبة

ما المقصود بمحارق النفايات؟

الاحتراق: هو رد فعل سريع للحرارة بين الوقود والأكسجين (O2)، في تطبيقات الحرق يكون الوقود في الغالب نفايات (على الرغم من أن الوقود الأحفوري قد يتم إطلاقه بشكل مشترك) ومصدر الأكسجين هو الهواء، ينتج الاحتراق العديد من المنتجات النهائية المستقرة نفسها سواء كانت المادة المحروقة هي الغاز الطبيعي أو الفحم أو الخشب أو البنزين أو النفايات الصلبة البلدية أو النفايات الخطرة أو النفايات الطبية، حيث أن منطقة اللهب في محرقة جيدة التصميم ساخنة بما يكفي لتحطيم جميع الجزيئات العضوية والعديد من الجزيئات غير العضوية مما يسمح بالتفاعلات بين معظم المكونات المتطايرة للنفايات والأكسجين والنيتروجين (N2) في الهواء.
التفاعلات السائدة هي بين الكربون (C) والأكسجين وإنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO2) وبين الهيدروجين (H) والأكسجين مما ينتج بخار الماء (H2O)، ينتج الاحتراق غير الكامل للمركبات العضوية في مجرى النفايات بعض أول أكسيد الكربون والجزيئات المحتوية على الكربون، حيث يتفاعل الهيدروجين أيضًا مع الكلور المرتبط عضويًا لإنتاج كلوريد الهيدروجين (HCl)، بالإضافة إلى ذلك تحدث العديد من التفاعلات الأخرى مما ينتج أكاسيد الكبريت (SOx) من مركبات الكبريت وأكاسيد النيتروجين (NOx) من مركبات النيتروجين (وقليلاً من النيتروجين في الهواء) وأكاسيد المعادن من مركبات بعض المعادن، حيث تعتبر المعادن أبخرة من مركبات الآخرين.
على الرغم من وجود مجموعة كبيرة ومتنوعة من محارق النفايات إلا أنها تتكون عادةً من عدة أجزاء مختلفة، تشمل هذه الأجزاء: الفرن الدوار (غرفة الاحتراق الأولية) وحارق لاحق (غرفة الاحتراق الثانوية) ونظام مراقبة ومراقبة تلوث الهواء، هناك ضرورة إضافية بالطبع وهي النفايات سواء كانت صلبة أو سائلة لحرق المحرقة، على الرغم من أنها عملية ميكانيكية معقدة يجب مراقبة جميع أجزاء محرقة النفايات والحفاظ عليها باستمرار إذا كانت تعمل بشكل صحيح ولا تسبب أي نوع من المخاطر الصحية على العمال أو البيئة أو الجمهور.

ما هي خطوات حرق النفايات الصلبة؟

تم تصميم الفرن لإنتاج خلط جيد لهواء الاحتراق والغازات والأبخرة القادمة من النفايات المحترقة، ومع ذلك في أجزاء من الفرن حيث لا يكتمل الاحتراق (على سبيل المثال بالقرب من جدران الفرن)، يتم حرق المكونات القابلة للاحتراق من المركبات العضوية تاركة الجسيمات غير القابلة للاحتراق المعروفة باسم الرماد المتطاير محصورة في غاز المداخن ويتم ترك الجزء غير القابل للاحتراق من النفايات (المعروف باسم الرماد السفلي).
الخطوة الاولى (الحرق): الخطوة الأولى من العملية هي إدخال النفايات في الفرن الدوار حيث يُحفظ الفرن الدوار عادة عند 1800 درجة فهرنهايت أو أكثر ويقوم الفرن بتدوير النفايات مثل خلاطة أسمنت أو مجفف ملابس للتأكد من تعرض كل جانب من النفايات للحرارة، يتم ضخ مكونات النفايات التي يتم تحويلها إلى غاز في الحارق اللاحق ويتم طرد المواد التي تبقى صلبة في شكل رماد إلى حاوية منفصلة يتم أخذها ومعالجتها، تتعرض هذه الغازات في الحرق التالي للحرارة عند 2200 درجة فهرنهايت والحرارة الشديدة غالبًا ما تجبر الغازات على كسر روابطها الكيميائية أكثر وتصبح مستقرة عادة مركبات غير خطرة مثل الماء وثاني أكسيد الكربون.
درجة الحرارة المحققة هي نتيجة للحرارة التي تطلقها عملية الأكسدة ويجب الحفاظ عليها عالية بما يكفي لضمان استمرار الاحتراق ولكن ليس عاليًا جدًا لتلف المعدات أو توليد أكاسيد النيتروجين المفرطة، عادة يتم التحكم في درجات الحرارة عن طريق الحد من كمية المواد المشحونة في الفرن لضمان أن معدل إطلاق الحرارة في النطاق المطلوب ومن ثم تخفيف الظروف الناتجة عن طريق تغيير كمية الهواء الزائد.
الخطوة الثانية (التصريف): يتم تحليل النفايات التي دمرها المرمد الغاز والرماد الصلب ويتم فحص مستويات المواد الكيميائية الخطرة للتأكد من أنها أقل من المعايير اللازمة، في كثير من الأحيان يتم معالجة الرماد كيميائيًا لضمان عدم تلف المعادن الخطرة أو المواد الأخرى للتربة، بمجرد اعتبار المخلفات المدمرة الناتجة آمنة وأقل من المعايير اللازمة يتم بعد ذلك نقل الرماد إلى مكب الأرض وإيداعه هناك، يتم إطلاق الغازات بمجرد معالجتها واعتبارها آمنة في الغلاف الجوي ثم تبدأ العملية من جديد.

هناك حاجة إلى الاضطراب لتوفير اتصال مناسب بين الغازات القابلة للاشتعال والأكسجين عبر غرفة الاحتراق (الخلط المجهري) وعلى المستوى الجزيئي (الخلط المجهري)، يشار إلى التشغيل الصحيح عند وجود ما يكفي من الأكسجين في الفرن وتكون الغازات مختلطة للغاية، يمكن أن تحدث بقع باردة بجوار جدران الفرن، حيث تستخرج الحرارة أولاً من عملية الاحتراق، تكون هذه البقع الباردة على الجدران أكثر أهمية في أفران الحوائط المائية منها في الأفران المبطنة بالحرارة.
تشتمل مرافق الحرق على عدد من الطرق العامة لضمان الاحتراق المناسب وخفض الانبعاثات، يعزز الوضع المستقر مع عدم وجود تقلبات كبيرة في معدل إمدادات تغذية النفايات أو تدفقات احتراق الهواء أو ظروف الترميد الأخرى الاحتراق الفعال، يمكن أن يؤدي الاحتراق غير الفعال إلى مستويات أعلى من منتجات الاحتراق غير الكامل، وبالمثل كلما تم تشغيل وإغلاق المرفق في كثير من الأحيان (للصيانة أو بسبب حجم تدفق النفايات غير المناسب أو المتغير) كلما زاد الاحتراق غير المتكافئ وزاد احتمال زيادة الانبعاثات.

مزايا محرقة النفايات الصلبة:

تستخدم محارق النفايات الصلبة لحرق المواد العضوية الموجودة في النفايات، حيث يحول الحرق النفايات الصلبة إلى رماد وغازات مداخن وحرارة، الترميد هو البديل الرئيسي لمدافن النفايات التي تحتفظ بالنفايات الصلبة في منطقة محتوية، تقوم محارق النفايات الصلبة الحديثة بفصل الغازات والجسيمات الأكثر خطورة عن غازات المداخن الناتجة أثناء عملية الحرق.
فيما يلي مزايا محرقة النفايات الصلبة:

• يقلل من حجم النفايات الصلبة: تعمل المحارق على تقليل حجم النفايات بحوالي 95 بالمائة وتقليل الكتلة الصلبة للنفايات الأصلية بنسبة 80 بالمائة إلى 85 بالمائة، (تعتمد النسبة الدقيقة على المواد المكونة للنفايات الصلبة) لذلك في حين أن الحرق لا يلغي الحاجة إلى تفريغ الأرض تمامًا فإنه بالتأكيد يقلل من مساحة الأرض المطلوبة، بالنسبة للبلدان الصغيرة يعد هذا أمرًا مهمًا حيث تشغل المدافن مساحات كبيرة يمكن استخدامها بشكل أكثر إنتاجية.
  
• توليد الطاقة والحرارة: مع ارتفاع تكاليف الطاقة في الخمسينيات سعت العديد من الدول إلى دمج الطاقة والحرارة المتولدة من محارق القمامة لإنتاج الكهرباء من خلال التوربينات البخارية، علاوة على ذلك على سبيل المثال قامت أوروبا واليابان بدمج المحارق في أنظمة التدفئة المركزية الحضرية، حيث كانت هذه الدول تنتج 8 في المائة من احتياجاتها من التدفئة من 50 في المائة من النفايات المحروقة.
  
• يقلل التلوث: وقد أظهرت الدراسات أن محارق النفايات الصلبة تنتج تلوثًا أقل من المدافن، على سبيل المثال أظهرت إحدى الدراسات على وجه الخصوص خلال دعوى قضائية في الولايات المتحدة عام 1994 أن موقع محرقة النفايات أكثر ملاءمة للبيئة من مكب نفايات مكافئ، (كلاهما كان يحتوي على 1500 طن في اليوم)، ووجدت الدراسة أن المكب أطلق كميات أكبر من غازات الدفيئة والهيدروكربونات والمركبات العضوية غير الميثانية وملوثات الهواء الخطرة وأكاسيد النيتروجين والديوكسين مقارنة بالمرمد، كما أن مدافن النفايات تتسرب إلى مواد كيميائية خطرة في المياه الجوفية الكامنة والتي يمكن أن تلوث شبكات المياه الجوفية.
  
• مرشحات الملوثات: كان القلق الرئيسي المرتبط بترميد النفايات الصلبة هو إطلاق المركبات الخطرة الديوكسين على وجه الخصوص، مع ذلك تستخدم مصانع الحرق الحديثة المرشحات لاحتجاز الغازات الخطرة والجسيمات مثل الديوكسين، إن إطلاق الديوكسين من قبل معظم مصانع الحرق الحديثة يقع ضمن الحدود الموصى بها من قبل وكالة حماية البيئة والبروتوكولات الدولية.