موضوعات القطاع
في تاريخ الإبداع البشري، تستلهم العديد من الاختراعات والتقنيات من الظواهر الطبيعية. أسرع القطارات وأكثرها كفاءة في العالم — قطارات الشينكانسن اليابانية — تتحرك بسرعة تزيد عن 186 ميلاً في الساعة. للتخلص من الازدهار الصوتي الذي تنتجه هذه السرعة، قام المصممون بتبسيط القطارات لتشبه المنقار الطويل لطائر الرفراف، حيث أن هذا الطائر يطير ويسبح بأقل قدر من الرشاش. وبالمثل، يستخدم مصممو توربينات الرياح في القرن الحادي والعشرين زعانف الحيتان كنماذج: فالثدييات الضخمة على الرغم من ذلك هي السباحون والقفازون والغواصون الأكثر رشاقة في البحار بسبب طبيعة الزعانف المسننة. يحدث تحلل المواد العضوية في الطبيعة طوال الوقت. عندما يتم عزل النباتات والحيوانات الميتة، الأوراق المتساقطة، قصاصات العشب المهملة، سماد الماشية، مخلفات الطعام ومياه الصرف الصحي عن الأكسجين — كما هو الحال في مكب النفايات أو كومة السماد — تخضع هذه المواد للهضم اللاهوائي. يتم تحليل هذه المواد المتحللة بواسطة التكوينات البكتيرية، وتطلق غاز الميثان (CH₄) وثاني أكسيد الكربون (CO₂). إدراكًا للقيمة الاقتصادية والبيئية لتسخير الميثان للطاقة، طور العلماء آلات لتكرار وتسريع عملية الهضم اللاهوائي. تسمى هذه أحيانًا الهضم الحيوي.
يمر الهضم اللاهوائي بأربع مراحل للوصول إلى الميثان. التحلل المائي (HYDROLYSIS) — تتكون المواد العضوية من بوليمرات، يتم تكسير الروابط الكيميائية الخاصة بها بواسطة البكتيريا لتشكيل سكريات بسيطة وأحماض أمينية وأحماض دهنية. التكوين الحمضي (ACIDOGENESIS) — يتم تحليل نواتج التحلل المائي بشكل أكبر بواسطة البكتيريا المخمرة. المنتجات النهائية للتكوين الحمضي هي الأحماض الدهنية المتطايرة، الأمونيا، CO₂ وكبريتيد الهيدروجين. التكوين الخليك (ACETOGENESIS) — يتم تكسير المركبات بشكل أكبر لإطلاق حمض الأسيتيك، بالإضافة إلى CO₂ والهيدروجين. التكوين الميثاني (METHANOGENESIS) — يتم تحويل بقايا التفاعلات السابقة إلى ميثان وثاني أكسيد الكربون وماء. تشكل هذه مجتمعة ما يُعرف بالغاز الحيوي. غالبًا ما تتم معالجة الغاز الحيوي بعد الإنتاج لإزالة الملوثات والمواد الكيميائية الأخرى التي قد تعيق أداءه.
إن نظام الهضم الحيوي، أو نظام الهضم البيئي، هو خزان لا يسمح بدخول الأكسجين (O₂). إنه يقوم بما تفعله الطبيعة مع السماد العضوي، السماد، وما إلى ذلك، إلا أن تلك المواد — أو الركيزة — تخضع لحرمان فوري من الأكسجين، مما يحفز التفاعلات الكيميائية في نظام الهضم الحيوي. أولاً، يتم استقبال وجمع الركيزة، وبعد ذلك قد تخضع للمعالجة المسبقة لتسهيل العملية. بمجرد تأمينها داخل نظام الهضم نفسه، تمر المادة العضوية بالمراحل الأربع المذكورة أعلاه. عندما تقوم الكائنات الدقيقة بعملها، يتم فصل الغاز الحيوي عن المخلفات الهاضمة، أي المادة الصلبة المتبقية.
نظرًا لأن الغاز الحيوي يُستخدم لتوليد الكهرباء من جهة، ويُستخدم أيضًا كوقود للمركبات وللتدفئة من جهة أخرى، توجد مخططات مختلفة لإنتاجه اللاهوائي. أنظمة الهضم ذات البحيرة اللاهوائية المغطاة — تستقر المواد العضوية في حوض كبير ومغلق مغطى بغطاء مرن. أنظمة الهضم ذات التدفق المتصل — تعمل بشكل أفضل عندما تُكشط الركيزة، مثل روث الأبقار، من ألواح الأرضية، كما هو الحال في منشأة لمنتجات الألبان. أنظمة الهضم ذات الخلط الكامل — غالبًا ما تكون خزانًا فوق الأرض، مغلقًا ومدفأ بنظام هيدروليكي لخلط الغاز، موضوعًا على قاعدة خرسانية. مفاعلات البطانية المحفزة — تعمل على مبدأ هضم الحمأة. تتشكل طبقة من الرواسب تحافظ على البكتيريا اللازمة للهضم اللاهوائي.
يفصل الهضم اللاهوائي الغاز الحيوي عن الركيزة، تاركًا ما يسمى بالمخلفات الهاضمة. يمكن أن تكون هذه المخلفات ذات طبيعة ليفية أكثر أو أشبه بالملاط — مثل العديد من مخلفات المزارع الهاضمة. غالبًا ما يتم استخدامها كسماد، أو محسّن للتربة، مع نتائج جيدة. تعد المخلفات الهاضمة أيضًا مكونًا لبعض المواد البلاستيكية المركبة بالإضافة إلى فرش للماشية. لا يلزم أن تكون كبيرة — تخدم أنظمة الهضم الحيوي صغيرة النطاق الأسر، والمطاعم، والمزارع الصغيرة، مما يوضح أن فوائد الهضم اللاهوائي يمكن الوصول إليها على كل نطاق.
تحدث مع متخصص
هل لديك أسئلة حول أنظمة الهضم الحيوي لإدارة الحمأة؟
