كيف تعالج محطات معالجة مياه الصرف الصحي نفايات الطعام للحد من استخدام مكبات النفايات والمشاكل المناخية.

يومياً، تُوضع بقايا الطعام في أكياس القمامة، وتُنقل، ثم تُنسى. ومع ذلك، يمكن تحويل هذه النفايات إلى موارد قيّمة.

في الولايات المتحدة، يتم التخلص من حوالي 97 مليون طن من نفايات الطعام كل عام، وينتهي المطاف بحوالي 37 مليون طن منها في مكبات النفايات.

بمجرد دفنها تحت الأرض، تتحلل هذه المواد العضوية بدون أكسجين وتطلق غاز الميثان، وهو غاز دفيئة قصير العمر ولكنه شديد الفعالية.

مدافن النفايات ليست مصممة للتعامل مع نفايات الطعام.

تختلف مخلفات الطعام اختلافاً جوهرياً عن البلاستيك والمعادن والزجاج. فهي مواد عضوية قابلة للتحلل الطبيعي. إلا أن دفنها في مكبات النفايات يؤدي إلى انبعاث كميات كبيرة من غازات الاحتباس الحراري.

صُممت مكبات النفايات الحديثة لاحتجاز انبعاثات غاز الميثان، ومع ذلك، حتى أكثر الأنظمة كفاءةً لا تزال تسمح بتسرب ما يقارب 58% من الميثان إلى الغلاف الجوي. هذه النفايات الغذائية، التي كان من الممكن تحويلها إلى طاقة أو سماد، تُساهم بدلاً من ذلك في ظاهرة الاحتباس الحراري.

على النقيض من ذلك، تعالج محطات معالجة مياه الصرف الصحي مياه الصرف باستخدام المجتمعات الميكروبية لتحليل المواد العضوية بشكل طبيعي. كما تقوم العديد من هذه المحطات باحتجاز غاز الميثان الناتج أثناء عملية المعالجة وتحويله إلى طاقة قابلة للاستخدام. بينما تستخلص محطات أخرى مغذيات مثل الفوسفور، الذي يمكن استخدامه في صناعة الأسمدة الزراعية. ومع مرور الوقت، تطورت العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي من أنظمة صرف صحي بسيطة إلى مرافق لاستعادة الموارد، تولد الكهرباء، وتعيد تدوير المواد، وتحد من التلوث البيئي.

هذه الأنظمة الحالية قادرة بالفعل على معالجة المواد العضوية ويمكنها التعامل مع نفايات الطعام أيضًا.

ماذا يحدث لمخلفات الطعام عند نقلها إلى محطة المعالجة؟

بحثنا في ما سيحدث إذا تم إرسال مخلفات الطعام إلى محطات معالجة مياه الصرف الصحي بدلاً من مكبات النفايات. استخدمنا بيانات حقيقية من محطة كبيرة لمعالجة مياه الصرف الصحي تعالج كلاً من مخلفات الطعام ومياه الصرف الصحي.

عندما قارنا انبعاثات غازات الاحتباس الحراري لنفس تركيبة نفايات الطعام، وجدنا أن إرسال الطعام إلى مكبات النفايات ينبعث منه58.2 كيلوغرام (129 رطلاً) من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل طنمن نفايات الطعام.

وبالمقارنة، قمنا بدراسة محطة معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية - وهي النوع الأكثر شيوعًا في الولايات المتحدة. وقد حققت هذه المحطة...صافي انبعاثات مكافئ ثاني أكسيد الكربون -0.03 كيلوغرام (حوالي 1 أونصة)لكل طن من نفايات الطعام المعالجة. وعلى عكس مكبات النفايات التي تلتقط حوالي 50% من غاز الميثان، فإن هذا المصنع يلتقط أكثر من 95%، مما يقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي.

لكننا وجدنا أن محطة المعالجة المتقدمة التي درسناها قد خفضت الانبعاثات بشكل أكبر. وأظهر تحليلنا أن المنشأة المتقدمة حققت...صافي انبعاثات مكافئ ثاني أكسيد الكربون -0.19 كيلوغرام (حوالي 7 أونصات)لكل طن من نفايات الطعام.

تحقق محطات المعالجة التقليدية والمتطورة هذه الفوائد بطرق متشابهة. وبغض النظر عن نوع المحطة، فإن معالجة طن واحد من نفايات الطعام تمنع إطلاق58.2 كيلوغرام من مكافئ ثاني أكسيد الكربونتُساهم هذه المحطات في توليد الكهرباء من الغاز الحيوي الذي كان سيُلقى في مكبات النفايات لولا ذلك، مما يُقلل الحاجة إلى شراء الطاقة من الشبكة العامة. كما أنها تُعيد استخلاص كميات كافية من العناصر الغذائية لتخصيب ما يقارب 23 فدانًا من الأراضي الزراعية سنويًا، وبالتالي تُخفض الطلب على الأسمدة الكيميائية. يُذكر أن استخراج وإنتاج الأسمدة الكيميائية يتطلبان كميات هائلة من الطاقة.

لا يعني توصيل مخلفات الطعام إلى محطات معالجة مياه الصرف الصحي أن يقوم الناس بسكب بقايا الطعام في المصارف أو طحنها باستخدام مطاحن النفايات. في المحطة التي درسناها، تُجمع مخلفات الطعام بشكل منفصل، تمامًا مثل المواد القابلة لإعادة التدوير أو مخلفات الحدائق، ثم تُنقل إلى محطة المعالجة بواسطة الشاحنات. ولا تشمل حساباتنا لانبعاثات الشاحنات، حيث تُستخدم الشاحنات أيضًا في طرق أخرى لإدارة مخلفات الطعام.

بدأت بعض المدن بجمع مخلفات الطعام بالشاحنات ونقلها إلى مرافق التسميد. وتُطبّق سان فرانسيسكو هذا النظام منذ عام 1996. أما مدينة نيويورك، فتمتلك أكبر نظام لجمع النفايات العضوية من المنازل في الولايات المتحدة، حيث يتم فيه تحويل مخلفات الطعام من 3.4 مليون منزل إلى سماد.

في محطة معالجة مياه الصرف الصحي التي أجرينا عليها الدراسة في جنوب شرق الولايات المتحدة، تنقل الشاحنات نفايات الطعام إلى محطة استقبال، حيث تُعالج لإزالة البلاستيك والمعادن والمواد غير العضوية الأخرى قبل خلطها مع المواد الصلبة في مياه الصرف الصحي لتكوين معلق. ثم يُضخ هذا المزيج إلى مفاعلات التخمير اللاهوائي - وهي خزانات مغلقة تقوم فيها الكائنات الدقيقة بتحليل المواد العضوية.

يتم جمع غاز الميثان الناتج واستخدامه لتوليد الكهرباء والحرارة. أما المواد الصلبة المتبقية فهي غنية بالعناصر الغذائية ويمكن استخدامها لإنتاج مواد قيّمة مثل الأسمدة.

وجدنا أيضًا أن إضافة مخلفات الطعام لم تُسبب إرهاقًا للمحطة أو مشاكل تشغيلية. عالجت المحطة جميع مخلفات الطعام المدفونة في المقاطعة - 107,320 طنًا سنويًا، ما يُمثل 38% من إجمالي مخلفات الطعام في المقاطعة. ولأن مخلفات الطعام أقل كثافة من مياه الصرف الصحي، فقد زادت من قدرة المحطة على المعالجة اليومية بنسبة 0.43% فقط. وقد استوفت المحطة باستمرار المعايير التنظيمية لجودة المياه المُعالجة. علاوة على ذلك، في بعض الحالات، تحسنت كفاءة المعالجة بفضل المواد العضوية الإضافية، التي عززت عمليات المعالجة البيولوجية في النظام.

غالباً ما يشعر المسؤولون المحليون ودافعو الضرائب بالقلق إزاء التكاليف المحتملة لمثل هذه البرامج. فمعالجة مياه الصرف الصحي مكلفة بالفعل، وقد تكون محطات المعالجة القائمة في المجتمعات قريبة من طاقتها القصوى.

مع ذلك، يُظهر تحليلنا أن معالجة مخلفات الطعام في محطات معالجة مياه الصرف الصحي مجدية اقتصاديًا. تدفع المدن بالفعل ما يُسمى برسوم التخلص من النفايات إلى مكبات النفايات ومحارقها بناءً على وزنها. ويمكن لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي أيضًا تحصيل هذه الرسوم.

كما يمكنهم بيع أو استخدام غاز الميثان المُنتَج في الموقع، وبيع الأسمدة المصنوعة من المنتجات الثانوية. هذه الإيرادات الإضافية تعني أن المحطة يمكن أن تكون مربحة حتى مع رسوم معالجة أقل من مكبات النفايات.

لا تستطيع جميع محطات معالجة مياه الصرف الصحي استقبال مخلفات الطعام فورًا. المحطة التي قمنا بتحليلها كبيرة ومجهزة تجهيزًا جيدًا. أما محطات معالجة مياه الصرف الصحي الأصغر حجمًا فقد تحتاج إلى شراء أو تحديث المعدات، الأمر الذي يتطلب تخطيطًا واستثمارًا محليًا.

نستنتج بشكل عام أن العامل المحدد ليس التكنولوجيا أو التمويل. فالأنظمة الأساسية لتحويل مخلفات الطعام إلى موارد قابلة للاسترداد موجودة بالفعل: إذ تعالج المدن المواد العضوية يومياً وتشغل أنظمة معالجة بيولوجية متطورة. وتُظهر أدلتنا أن هذه المرافق قادرة بالفعل على معالجة مخلفات الطعام بطرق مستدامة بيئياً واقتصادية في آن واحد.