كيف تعمل المطامر؟ الكيمياء الفظيعة للقمامة لدينا

نادرًا ما نفكر فيما يحدث للقمامة لدينا بعد أن تذهب إلى أقرب وعاء نفايات. سواء كانت قطعة من الورق ، أو زوج من النعال بالية ، أو بقايا طعام من الجزء الخلفي من الثلاجة ، فعادة ما ينتهي الأمر بالقمامة في نفس الوجهة النهائية: مكب النفايات. تعتبر مدافن النفايات موطنًا للكيمياء البرية التي يمكن أن تؤدي إلى أنواع مختلفة من التلوث. إنها أيضًا مواقع للهندسة الذكية التي تسعى إلى التخفيف من هذا التلوث.

قال Hinsby Cadillo-Quiroz لـ Gizmodo: في حين أن جوهر مكب النفايات هو حفرة مليئة بالقمامة ، فإن مدافن النفايات هي في الواقع مشاريع هندسية عالية تمتلئ على مراحل وتُدار باستخدام الهندسة المعمارية المتعمدة. كاديلو كيروز أستاذ علوم الحياة بجامعة ولاية أريزونا درس سابقا العمليات الميكروبية التي تؤدي إلى انهيار القمامة في مدافن النفايات. قد يتفاجأ الناس عندما يعلمون أن هناك جهدًا كبيرًا للحفاظ على البيئة المحيطة بمكب النفايات ، حتى قبل أن يتم التخلص من الجزء الأول من النفايات.

أوضح كاديلو كيروز أن “مكب النفايات يبدأ بحفرة كبيرة وكبيرة”. “عليك حماية مستجمعات المياه المحيطة ، ووضع غشاء أسفل لا يمكن للمياه العبور من خلاله.”

عادة ما تكون بطانة مكب النفايات مصنوعة من الطين ، والذي يتم ربطه أو وضعه في طبقات بين بعض أنواع النسيج ، وفقًا لـ صحيفة وقائع من وكالة حماية البيئة الأمريكية. البطانة هي الخطوة الأولى الحاسمة ، لأنه بغض النظر عن مدى جفاف المخلفات أو المناخ ، فإن تسرب المياه عبر المكب أمر لا مفر منه – سواء كان ذلك من خلال تسرب مياه الأمطار ، أو الجريان السطحي ، أو بخار الماء المتكثف على القمامة من خلال عملية Cadillo-Quiroz يدعو “التعرق”.

مع العلم أن الماء سيجد طريقه في النهاية إلى قاع الحفرة ، يصمم المهندسون المطمر بحيث يكون لأرضيته ميل طفيف. يدفع الميل المياه الواردة نحو سلسلة من الآبار بمضخات شفط ، والتي يمكن أن تزيل الجريان السطحي. مع وجود البطانة ونظام تجميع المياه ، يمكن للمشغلين البدء في ملء مكب النفايات ، ولكن الأمر لا يتعلق فقط بإلقاء القمامة في الحفرة: يتم وضع النفايات في المكب بخطة مقصودة.

قال كاديلو كيروز: “يبدأ المشغلون في ملء مكب النفايات بطرق مختلفة”. “ينتقل البعض من الشرق إلى الغرب أو من الشمال إلى الجنوب ، ولكن يجب أن يكون لديهم اتجاه معين لمواصلة الملء ، حتى يتمكنوا من القيادة [the garbage] لمواصلة ملء “.

أوضح Cadillo-Quiroz أن المطمر يُملأ على مراحل أو “خلايا” ، سيشكل العديد منها طبقة واحدة من القمامة. يبلغ سمك كل طبقة من النفايات حوالي 5 أقدام (1.5 متر) قبل تغطيتها بطبقة من التربة ، تليها طبقة أخرى من القمامة ، ثم طبقة أخرى من التربة ، وهكذا. في طبقات التربة ، سيحفر المشغلون خنادق بطول الخلايا ويضعون أنبوبًا بقطر قدم واحد للتحكم في كمية الغاز الناتجة عن تحلل النفايات. هذا النوع من هندسة مدافن النفايات المعقدة هو عملية جديدة نسبيًا – يقدر كاديلو كويروز ، استنادًا إلى مدافن النفايات التي بحثها ، أن أنابيب تجميع الغاز هذه أصبحت شائعة في منتصف التسعينيات.

وسيستمر مشغلو المكب بعد ذلك في ملء الحفرة حتى تصبح “أعلى من الدرجة” ، كما يقول كاديلو كويروز ، مما يعني أن طبقات النفايات والتربة قد تجاوزت مستوى الأرض ، مما يحول الحفرة إلى جبل. قد تستغرق هذه العملية سنوات ، اعتمادًا على مدى عمق مكب النفايات ، ولكن أيضًا لأن التربة والقمامة بحاجة إلى الاستقرار قبل إضافة المزيد من القمامة على القمة. عادةً ما يتم تغطية مكبات النفايات بطبقة من العشب ، وفقًا لليز رودجرز ، المتدربة في وزارة الزراعة الأمريكية وطالبة الدكتوراه في جامعة ميسوري. تعمل مع Chung-Ho Lin ، الأستاذة في قسم الزراعة والغذاء والموارد الطبيعية.

يعتمد تكوين مكب النفايات بشكل كبير على المجتمعات المحيطة به ، وقال كاديلو كيروز إن مدافن النفايات غير متجانسة بشكل لا يصدق ، وذلك بفضل الأنواع المختلفة من القمامة التي تدخل في مكبات النفايات في أوقات مختلفة من الأحياء المختلفة والسلوك السكاني.

لنفترض أن الجميع يبني في هذه الفترة الزمنية. هذا يولد الكثير من النفايات. الآن لديك كل مواد البناء هذه التي تأتي في شاحنات كبيرة لمدة أسبوع كامل ، “قال كاديلو كيروز. “مثال آخر هو الفصول. نحن الآن في فصل الشتاء ، وهناك المزيد من المواد التي نستخدمها [then] التي تنتهي في سلة المهملات “.

وصف رودجرز ولين ظاهرة مماثلة ، حيث يمكن أن يكون التلوث المنبعث من مكب نفايات مختلفًا عن التلوث الناتج عن مكب آخر ، حيث يمكن أن يكون لدى المجتمعات والأحياء المختلفة عادات استهلاك متباينة بشكل كبير.

قال لين: “إذا كان المجتمع أكثر صناعية ، فيمكن أن يكون لدينا فئة مختلفة من الملوثات”. وأضاف رودجرز: “سيكون للمجتمعات الريفية تركيبة نفايات مختلفة عن المجتمعات الصناعية ، مقابل المجتمعات الحضرية ، مقابل مجتمعات الضواحي ، على الرغم من أنه قد يكون لديهم خيوط مشتركة تربطهم جميعًا معًا ، مثل البلاستيك”.

هناك نوعان رئيسيان من التلوث الناتج عن مدافن النفايات – تلوث الهواء والماء – والكيمياء المحددة لذلك التلوث تعتمد بشكل كبير على ما يحدث في مكبات النفايات. هذا ينطبق بشكل خاص على العصارة ، أو الماء الذي تسلل إلى مكب النفايات ثم تسرب المواد الكيميائية والملوثات من القمامة المتحللة. يمكن أن تشتمل المواد الكيميائية التي تدخل في العصارة على معادن ثقيلة من النفايات الإلكترونية ، وقطع من البلاستيك تتحلل ، ومواد عضوية متحللة. تكمن المشكلة في أنه على الرغم من أن مدافن النفايات مصممة لتجميع أكبر قدر ممكن من العصارة ، إلا أن بعضها لا بد أن يهرب ويتخلل التربة وطبقات المياه الجوفية إلى مياه الشرب وخزانات المياه الطبيعية.

قال روجرز: “في معظم هذه الأنظمة ، ستكون مياه الأمطار التي نهتم بها تتسرب عبر النفايات ، أو الجريان السطحي الذي يمكن أن يلتقط الأشياء من السطح”. “على الرغم من أن مكبات النفايات هذه تحتوي على بطانات ، فلا يوجد شيء مثالي بنسبة 100٪. الأشياء سوف تمر من خلالهم. لا يمكننا منع الملوثات تمامًا من التسرب من مدافن النفايات ، بغض النظر عن مدى جودة البطانة. “

وفي الوقت نفسه ، يتكون تلوث الهواء من غازات تتولد عن انهيار النفايات داخل مدافن النفايات ، والتي يمكن أن يكون بعضها أكسيد النيتروز أو ثاني أكسيد الكربون أو كبريتيد الهيدروجين. لكن معظم تلوث الهواء الناتج عن مدافن النفايات هو غاز الميثان.

عندما يتم تغطية مكب النفايات ، فإن المواد العضوية مثل الورق وفضلات الخضروات وحتى شحوم الطهي سوف تتحلل في بيئة غنية بالأكسجين. نظرًا لأن الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في القمامة تتغذى على المواد العضوية ، فإنها تستهلك أي أكسجين متبقي داخل مكب النفايات بعد تغطيته. بمجرد أن تستخدم الكائنات الحية الدقيقة كل الأكسجين المتاح لها ، فإنها ستستمر بعد ذلك في تكسير النفايات في البيئة اللاهوائية ، التي تنتج غاز الميثان. يدرك مشغلو مكبات النفايات هذه الكيمياء ويمكنهم استخدام الأنابيب التي تمر عبر طبقات التربة في المكب للمساعدة في امتصاص بعض الميثان قبل انبعاثه في الغلاف الجوي.

قال كاديلو كيروز: “عندما تقوم بتطبيق ضغط تفريغ عالي ، فإن فيزياء الانتشار ستسحب الهواء من الخارج ، وهذا الهواء يجلب بعض الأكسجين”. “متى [operators] ابدأ برؤية بعض الأكسجين الذي بدأ في الظهور في الغاز الذي يتم استخراجه ، فسيقلل الضغط “.

على الرغم من أن مشغلي مدافن النفايات قادرون على إدارة بعض انبعاثات الميثان ، إلا أن الميثان هو أحد الغازات الدفيئة القوية ، ومدافن النفايات هي مصدر جدير بالملاحظة بشكل خاص للملوثات. تقدر وكالة حماية البيئة أن 14.5٪ من انبعاثات الميثان في 2020 من مكبات النفايات ، مما يجعلها ثالث أكبر مصدر للغاز.

قد تبدو مدافن النفايات في وضعها الحالي وكأنها خسارة / خسارة – فبدلاً من إحداث ثورة في الطريقة التي نخلق بها القمامة ونتخلص منها ، يبدو أننا عالقون مع حفر النفايات التي تسبب التلوث. ومع ذلك ، يقوم لين ورودجرز بالبحث في العديد من المواد الكيميائية التي يمكن أن توجد في العصارة من أجل تحديث القوائم التنظيمية القديمة لماهية الملوثات الموجودة في الجريان السطحي لمدافن النفايات وما يمكن أن يكون تأثيرها على صحة الإنسان. بالإضافة إلى ذلك ، يدرس الثنائي طريقة لتقليل تأثير العصارة على مستجمعات المياه وخزانات المياه الجوفية من خلال عملية تسمى المعالجة النباتية. من خلال زرع حاجز من الأشجار حول المكب بعد تغطيته ، يمكن لجذور هذه الأشجار سحب العصارة من التربة قبل أن تصل إلى مصدر المياه.

وأوضح رودجرز: “لقد أنشأنا هذه الحواجز من الأشجار ، وأنظمة المعالجة النباتية هذه ، التي تستخدم أشجار الحور والصفصاف ، وهي أشجار متخصصة وسريعة النمو ، لامتصاص بعض الملوثات ومعالجة هذه المواقع. إنها تقع في جميع أنحاء ميتشجان وويسكونسن في مدافن النفايات ، لأن هذه المواقع التي حددناها تقع ضمن مستجمعات المياه في البحيرات العظمى ، لذا فمن المحتمل أن تصل المياه الجوفية المتدفقة عبر هذه المواقع إلى البحيرات العظمى “.

في غضون ذلك ، يجادل كاديلو-كيروز بأنه في حين أن مدافن النفايات مصدر قوي للميثان ، فإن الغاز يمكن أن يكون فرصة هائلة للطاقة. يقول Cadillo-Quiroz إنه إذا تمكنا من تسخير الميثان المنبعث من مكب النفايات ، فيمكن استخدامه لتشغيل المولدات ، مما يعني أنه يمكن إعادة توجيه غاز النفايات هذا إلى مصدر للطاقة—لكن فقط إذا صممنا مدافن النفايات بشكل أكثر تعمدًا وبأنظمة إدارة أفضل.

“أعتقد أن هذه هي النظرة إلى ذلك. قال كاديلو-كيروز: “إن تجهيز مقالب القمامة والتلاعب بالميكروبات قد يمنحنا في الواقع فرصة اقتصادية وفرصة بيئية لاستخدام هذه الأماكن بخلاف كونها مجرد حفرة حيث نفرغ الأشياء”.

تعتبر مدافن النفايات ، بكل تنوعها وكيميائها النشطة ، أكثر بكثير من مجرد حفر قمامة. إنها مصادر متغيرة باستمرار للتلوث تعيش وتتنفس – لكن لا يتعين عليها البقاء على هذا النحو. في الوقت الحالي ، تساهم مدافن النفايات في تفاقم أزمة المناخ ، ولكن مع المزيد من البحث والهندسة ، يمكن أن تصبح حليفًا لنا.