وحدة التخلص من النفايات

وحدة التخلص من النفايات (المعروفة أيضًا باسم وحدة التخلص من المخلفات ، أو مفرمة نفايات الطعام ، أو مفرمة داخل الحوض ، أو مفرمة القمامة ، أو مطحنة النفايات ) هي جهاز، يعمل عادةً بالكهرباء ، يتم تركيبه أسفل حوض المطبخ بين مصرف الحوض والمصيدة . يقوم الجهاز بتقطيع نفايات الطعام إلى قطع صغيرة بما يكفي - عادةً أقل من 2 مم (0.079 بوصة) في القطر - لتمر عبر أنابيب الصرف الصحي .  

اخترع جون دبليو هامس، وهو مهندس معماري يعمل في راسين بولاية ويسكونسن ، وحدة التخلص من النفايات في عام 1927. ^{[ 1 ]} تقدم بطلب للحصول على براءة اختراع في عام 1933، والتي صدرت في عام 1935. ^{[ 2 ]} طرحت شركته "إن سينك إيريتور" جهاز التخلص من النفايات في السوق في عام 1940.

إن ادعاء هامس محل خلاف، حيث قدمت شركة جنرال إلكتريك وحدة التخلص من القمامة في عام 1935، ^{[ 3 ] [ 4 ]} والمعروفة باسم Disposall .

في العديد من المدن الأمريكية خلال ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين، كانت أنظمة الصرف الصحي البلدية تفرض لوائح تمنع إلقاء نفايات الطعام (القمامة) فيها. ^{[ 5 ]} بذلت شركة InSinkErator جهودًا كبيرة، ونجحت نجاحًا باهرًا في إقناع العديد من السلطات المحلية بإلغاء هذه المحظورات. ^{[ 6 ]}

حظرت العديد من المناطق في الولايات المتحدة استخدام أجهزة التخلص من النفايات. ^{[ 7 ]} لسنوات عديدة، كانت هذه الأجهزة غير قانونية في مدينة نيويورك بسبب مخاوف من إلحاق الضرر بشبكة الصرف الصحي في المدينة . بعد دراسة استمرت 21 شهرًا مع إدارة حماية البيئة في مدينة نيويورك، ^{[ 8 ]} تم إلغاء الحظر في عام 1997 بموجب القانون المحلي 1997/071، الذي عدّل المادة 24-518.1 من قانون مدينة نيويورك الإداري. ^{[ 9 ]}

في عام 2008، حاولت مدينة رالي بولاية كارولاينا الشمالية فرض حظر على استبدال وتركيب أجهزة التخلص من النفايات، والذي امتد أيضًا إلى البلدات النائية التي تشترك في نظام الصرف الصحي البلدي للمدينة، لكنها تراجعت عن الحظر بعد شهر واحد. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

في الولايات المتحدة، كان لدى 50% من المنازل وحدات للتخلص من النفايات اعتبارًا من عام 2009، ^{[ 12 ]} مقارنة بـ 6% فقط في المملكة المتحدة ^{[ 13 ]} و3% في كندا. ^{[ 14 ]}

في بريطانيا، بدأ مجلس مقاطعة ووسترشاير ومجلس مقاطعة هيرفوردشاير بدعم شراء وحدات التخلص من النفايات في عام 2005، بهدف تقليل كمية النفايات المتجهة إلى مكبات النفايات والبصمة الكربونية لعمليات جمع القمامة. ^{[ 15 ]} ومع ذلك، تم حظر استخدام المطاحن في المباني غير السكنية في اسكتلندا عام 2016 ^{[ 16 ] [ 17 ]} في المناطق غير الريفية التي تتوفر فيها خدمة جمع نفايات الطعام، وحُظر استخدامها في أيرلندا الشمالية عام 2017. ومن المتوقع حظرها على الشركات في إنجلترا وويلز عام 2023. ^{[ 18 ]}الهدف هو تقليل استهلاك المياه.

حظرت العديد من الدول الأوروبية الأخرى أجهزة طحن النفايات أو تعتزم حظرها. والهدف من ذلك هو الاستفادة من القيمة الغذائية للنفايات وتقليل انسدادات المجاري. ^{[ 19 ]}

تُشكّل بقايا الطعام ما بين 10% و20% من النفايات المنزلية، ^{[ 20 ]} وهي عنصرٌ مُشكِلٌ في النفايات البلدية، إذ تُسبّب مشاكل صحية وبيئية في كل مرحلة، بدءًا من التخزين الداخلي وصولًا إلى جمعها بالشاحنات. عند حرقها في محطات تحويل النفايات إلى طاقة ، فإنّ محتواها العالي من الماء يعني أنّ تسخينها وحرقها يستهلك طاقةً أكثر مما يُنتج؛ وعند دفنها في مكبات النفايات ، تتحلّل بقايا الطعام وتُنتج غاز الميثان ، وهو غازٌ دفيءٌ يُساهم في تغيّر المناخ. ^{[ 21 ]}

تقوم فكرة الاستخدام الأمثل للمُتخلصات على اعتبار بقايا الطعام سائلة (تحتوي في المتوسط ​​على 70% ماء، مثل فضلات الإنسان)، واستخدام البنية التحتية القائمة (شبكات الصرف الصحي تحت الأرض ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي) لإدارتها. تتميز محطات معالجة مياه الصرف الصحي الحديثة بكفاءتها في تحويل المواد الصلبة العضوية إلى منتجات أسمدة (تُعرف باسم المواد الصلبة الحيوية )، كما تقوم مرافق الهضم اللاهوائي المتقدمة باستخلاص غاز الميثان ( الغاز الحيوي ) لإنتاج الطاقة. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

يُستخدم محرك كهربائي معزول عالي العزم ، تتراوح قدرته عادةً بين 250 و750 واط ( من 0.3 إلى 1 حصان) ^{[ 24 ]} في الوحدات المنزلية، لتدوير قرص دوار دائري مُثبّت أفقيًا فوقه. تدور المحركات الحثية بسرعة تتراوح بين 1400 و2800 دورة في الدقيقة ، ولها نطاق من عزم بدء التشغيل، اعتمادًا على طريقة بدء التشغيل المُستخدمة. قد يُشكّل الوزن والحجم الإضافيان للمحركات الحثية مصدر قلق، اعتمادًا على مساحة التركيب المُتاحة وتصميم حوض المغسلة. أما المحركات العامة ، والمعروفة أيضًا بالمحركات ذات الملفات المتسلسلة، فتدور بسرعات أعلى، ولها عزم بدء تشغيل عالٍ، وعادةً ما تكون أخف وزنًا، ولكنها أكثر ضجيجًا من المحركات الحثية، ويعود ذلك جزئيًا إلى السرعات الأعلى، وجزئيًا إلى احتكاك فرش المبدل بالمبدل ذي الفتحات. ^{[ 25 ] [ 26 ]}  

يوجد داخل حجرة الطحن قرص معدني دوار تسقط عليه بقايا الطعام. تقوم مروحتان معدنيتان دوارتان ومروحتان معدنيتان ثابتتان مثبتتان أعلى القرص بالقرب من الحافة بقذف بقايا الطعام على حلقة الطحن بشكل متكرر. تعمل الحواف القاطعة الحادة في حلقة الطحن على تفتيت البقايا حتى تصبح صغيرة بما يكفي للمرور عبر فتحات الحلقة. في بعض الأحيان، تمر البقايا بمرحلة ثالثة حيث يقوم قرص سفلي بتقطيعها بشكل إضافي، ثم يتم تصريفها في البالوعة.

عادةً ما يوجد غطاء مطاطي جزئي، يُعرف باسم واقي الرذاذ، أعلى وحدة التخلص من النفايات لمنع تناثر بقايا الطعام خارج حجرة الطحن. وقد يُستخدم أيضًا لتخفيف الضوضاء الصادرة من حجرة الطحن لضمان تشغيل أكثر هدوءًا.

يوجد نوعان رئيسيان من مطاحن النفايات: المطاحن ذات التغذية المستمرة والمطاحن ذات التغذية الدفعية. تُستخدم المطاحن ذات التغذية المستمرة عن طريق إدخال النفايات بعد تشغيلها، وهي الأكثر شيوعًا. أما المطاحن ذات التغذية الدفعية، فتُستخدم عن طريق وضع النفايات داخلها قبل تشغيلها. ويتم تشغيل هذه المطاحن بوضع غطاء مصمم خصيصًا فوق الفتحة. بعض الأغطية تُشغّل مفتاحًا ميكانيكيًا، بينما تسمح أغطية أخرى بمحاذاة المغناطيسات الموجودة في الغطاء مع المغناطيسات الموجودة في المطحنة. وتسمح شقوق صغيرة في الغطاء بتدفق الماء. تُعتبر المطاحن ذات التغذية الدفعية أكثر أمانًا، لأن الجزء العلوي منها يكون مغطى أثناء التشغيل، مما يمنع سقوط الأجسام الغريبة داخلها.

قد تتعطل وحدات التخلص من النفايات، ولكن يمكن عادةً إزالة هذه المشكلة إما بتدوير القرص الدوار من الأعلى أو بتدوير المحرك باستخدام مفتاح سداسي يُدخل في عمود المحرك من الأسفل. ^{[ 27 ]} ويمكن للأجسام الصلبة، سواءً أُدخلت عن طريق الخطأ أو عمدًا، مثل أدوات المائدة المعدنية، أن تُلحق الضرر بوحدة التخلص من النفايات وتتلف هي الأخرى، على الرغم من التطورات الحديثة، مثل المراوح الدوارة، التي حُدِّدت للحد من هذا الضرر.

تتميز بعض الوحدات المتطورة بخاصية إزالة الانسدادات التلقائية عن طريق عكس اتجاه الدوران. باستخدام مفتاح بدء طرد مركزي أكثر تعقيدًا ، يدور المحرك ذو الطور المنفصل في الاتجاه المعاكس لدورته السابقة في كل مرة يتم تشغيله. يمكن لهذه الخاصية إزالة الانسدادات البسيطة، ولكن يدّعي بعض المصنّعين أنها غير ضرورية: فمنذ أوائل الستينيات، استخدمت العديد من وحدات التخلص من النفايات مراوح دوارة تجعل عكس اتجاه الدوران غير ضروري. ^{[ 28 ]}

تعتمد بعض أنواع وحدات التخلص من النفايات الأخرى على ضغط الماء بدلاً من الكهرباء. وبدلاً من القرص الدوار وحلقة الطحن الموصوفة سابقاً، يتميز هذا التصميم البديل بوحدة تعمل بضغط الماء مزودة بمكبس متذبذب وشفرات لتقطيع النفايات إلى قطع صغيرة. ^{[ 29 ]} وبفضل هذه الخاصية، يمكنها التعامل مع النفايات الليفية. تستغرق الوحدات التي تعمل بضغط الماء وقتاً أطول من الوحدات الكهربائية لمعالجة كمية معينة من النفايات، كما أنها تحتاج إلى ضغط ماء عالٍ نسبياً لتعمل بكفاءة.

• 
  أجزاء جهاز التخلص من النفايات
• 
  منظر علوي للحوض، مع ظهور واقي الرذاذ
• 
  وحدة التخلص من النفايات الحديثة

تزيد وحدات التخلص من نفايات المطابخ من كمية المواد العضوية التي تصل إلى محطة معالجة المياه، مما يزيد بدوره من استهلاك الأكسجين. ^{[ 30 ]} وقد حدد ميتكالف وإيدي هذا التأثير بمقدار 0.04 رطل (18 غرامًا) من الطلب البيولوجي على الأكسجين لكل شخص يوميًا عند استخدام هذه الوحدات. ^{[ 31 ]} ووجدت دراسة أسترالية قارنت بين معالجة الطعام في الحوض وبدائل التسميد من خلال تقييم دورة الحياة، أنه على الرغم من أن وحدة التخلص من النفايات في الحوض كانت فعالة فيما يتعلق بتغير المناخ والتحمض واستهلاك الطاقة، إلا أنها ساهمت في زيادة احتمالية التخثث والتسمم. ^{[ 32 ]} 

قد يؤدي ذلك إلى ارتفاع تكاليف الطاقة اللازمة لتوفير الأكسجين في العمليات الثانوية. مع ذلك، إذا تم التحكم بدقة في معالجة مياه الصرف الصحي، فقد يساعد الكربون العضوي الموجود في الطعام على استمرار عملية التحلل البكتيري، إذ قد يكون الكربون ناقصًا في هذه العملية. ويُعدّ هذا الكربون المتزايد مصدرًا رخيصًا ومستمرًا للكربون الضروري لإزالة المغذيات البيولوجية. ^{[ 33 ]}

إحدى النتائج هي زيادة كميات المخلفات الصلبة الناتجة عن عملية معالجة مياه الصرف الصحي. ووفقًا لدراسة أجرتها وكالة حماية البيئة الأمريكية في محطة معالجة مياه الصرف الصحي التابعة لمنطقة إيست باي للخدمات البلدية ، فإن مخلفات الطعام تُنتج ثلاثة أضعاف كمية الغاز الحيوي مقارنةً بحمأة الصرف الصحي البلدية. ^{[ 34 ]} ويبدو أن قيمة الغاز الحيوي الناتج عن الهضم اللاهوائي لمخلفات الطعام تتجاوز تكلفة معالجة هذه المخلفات والتخلص من المواد الصلبة الحيوية المتبقية (استنادًا إلى اقتراح مطار لوس أنجلوس الدولي لتحويل 8000 طن سنويًا من مخلفات الطعام السائبة). ^{[ 35 ]}

في دراسة أجريت في محطة معالجة مياه الصرف الصحي هايبريون في لوس أنجلوس، أظهر استخدام أجهزة التخلص من النفايات تأثيراً ضئيلاً أو معدوماً على إجمالي المواد الصلبة الحيوية الناتجة عن معالجة مياه الصرف الصحي، وتأثيراً ضئيلاً مماثلاً على عمليات المناولة، حيث أن عملية تكسير المواد الصلبة المتطايرة (VSD) من نفايات الطعام تنتج كمية ضئيلة من المواد الصلبة في المخلفات. ^{[ 35 ]}

يبلغ استهلاك الطاقة عادةً 500-1500  واط، وهو ما يُعادل استهلاك مكواة كهربائية ، ولكن لفترة قصيرة جدًا، ويبلغ إجمالي استهلاك الكهرباء حوالي 3-4 كيلوواط ساعة لكل منزل سنويًا. ^{[ 36 ]} يختلف استهلاك المياه اليومي، ولكنه عادةً ما يكون 3.8 لتر (غالون أمريكي واحد ) من الماء للشخص الواحد يوميًا، ^{[ 37 ]} وهو ما يُعادل استخدامًا إضافيًا لشطف المرحاض . ^{[ 38 ]} وقد وجدت إحدى الدراسات الاستقصائية التي أُجريت على وحدات معالجة الأغذية هذه زيادة طفيفة في استهلاك المياه المنزلية. ^{[ 39 ]}