بازیافت مواد

بازیافت مواد

امروزه مهمترین شاخص های زندگی بشر ، حفاظت از منابع تولید است. بشر دریافته است که تبعات و پیامدهای خسارت و زیانهایی که به طبیعت وارد می کند، بمراتب بیشتر از بهره ای است که از آلودن محیط زیست دریافت می کند. از این رو ، با بکار بستن امکانات عملی و علمی می کوشد کمترین زیان را به طبیعت وارد آورد. امروزه تولید زباله در شهرهای بزرگ مسئله آفرین شده است.
فرایند تولید زباله که خود ناشی از فعالیت انسان شهرنشین مصرف کننده است و هر روز نیز او را به مصرف بیشتر ترغیب می کنند، جزء لاینفک زندگی است. بطوری که بطور متوسط هر انسان شهرنشین روزانه نیم کیلوگرم زباله تولید می کند و چنانچه جمعیت شهرنشین کشور را سی میلیون نفر تخمین زنیم، روزانه معادل پانزده هزار تن زباله تولید می شود که دفع این حجم عظیم زباله ، چنانچه بطور اصولی و بهداشتی انجام نشود، معضلات جبران ناپذیر زیست محیطی را بدنبال خواهد داشت.
از سوی دیگر چنانچه با دیدگاه مثبت به زباله بنگریم و عبارت طلای کثیف بر آن نهیم، زباله ماده ای است ارزشمند و قابل بازیافت.

استفاده از زباله بعنوان کود گیاهی
می توان زباله را طی فرآیندهایی به مواد تقویت کننده خاک یا کود ( کمپوست ) تبدیل نمود که سرشار از مواد آلی و عناصر مورد نیاز گیاه می باشد. با مصرف کمپوست می توان تا %70 در مصرف کودهای شیمیایی صرفه جویی کرد. هر انسانی که در شهر زندگی می کند، روزانه بیش از 5/0 کیلوگرم زباله تولید می کند که بیش از یک سوم آن ، قابل تبدیل به کمپوست است.
چنانچه جمعیت شهرنشین را 30 میلیون نفر تخمین بزنیم، روزانه معادل پانزده میلیون کیلوگرم زباله تولید می شود که از این مقدار ، پنج میلیون کیلوگرم آن قابل تبدیل به کمپوست است.

کمپوست
کمپوست یک کود آلی است و حاصل مجموع تغییر و تبدیل هایی است که روی انواع بازمانده های گیاهی و حیوانی در نتیجه توالی فعالیت گروههای مختلف میکروارگانیسم ها بوجود می آید. تولید کمپوست از زمانهای بسیار دور در کشاورزی سنتی اغلب کشورها با استفاده از بازمانده های محصولات زراعی و با افزودن فضولات دام و طیور به آنها متداول بوده است.
امروزه علاوه بر بازمانده های محصولات کشاورزی و دامی ، انبوهی از سایر مواد آلی بصورت مواد زائد و ضایعات برخی کارخانه های صنعتی و بخصوص کارخانه های وابسته به صنایع کشاورزی ، همچنین از طریق زباله های شهری ، لجن فاضلابها و… در حجم زیاد تولید می شوند که تجدید سیکل آنها از طریق تبدیل کمپوست و استفاده از آنها بعنوان یک کود آلی هم از نظر اصلاح خاک و افزایش سطح حاصلخیزی آن و هم از لحاظ جلوگیری از انتشار مواد آلوده کننده محیط زیست ، امری کاملا ضروری است.

تکنولوژی تولید گاز زیستی (بیوگاز) با استفاده از زباله و فاضلاب
متان یا گاز طبیعی ، محصول میکروبی حاصل از تجزیه بی هوازی مواد آلی به وسیاه میکروبها می باشد. تولید متان ، یک فرآیند کاربردی وسیع در تجزیه ضایعات آلی است زیرا این گاز نامحلول بوده و براحتی از سیستم تصفیه خارج می شود. از آنجائیکه این گاز یک ماده سوختی است، متان تولید شده در سیستم تصفیه می تواند بعنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد.

بیوگاز
بیوگاز مخلوطی قابل اشتعال است که در اثر تخمیر مواد آلی در یک محدوده گرمایی و PH مشخص و در شرایط بی هوازی توسط میکروبها بوجود می آید. ترکیبات آن ، شامل 56-55 درصد گاز متان و گازهای دیگر مانند دی اکسید کربن ، نیتروژن و سولفید هیدروژن و بعضی هیدروکربورهاست.
استفاده از گاز متان حاصل از تخمیر مواد بیولوژیکی حداقل 70 سال پیش در تصفیه خانه های فاضلابهای شهری اروپا مطرح شده است. ولی استفاده از بیوگاز در ده سال اخیر بعلت کمبود انرژی و افزایش قیمت آن مورد توجه خاص قرار گرفته است.

منبع تهیه بیوگاز
قسمت اعظم فضولات انسانی ، حیوانی ، گیاهی قابل تجزیه بوده و می تواند تحت شرایط ویژه تخمیر شده و با تولید بیوگاز ، جوابگوی قسمتی از نیازهای انرژی شهر و روستا باشد. علاوه بر آن با تولید کود بهداشتی و بهبود آلودگی محیط زیست توسط دستگاه بیوگاز در روستاها دو بحران عمده روستائیان مرتفع خواهد گردید. در اروپای غربی ، در دامداری ها و مجتمع های کشاورزی و تقریبا کلیه تصفیه خانه های فاضلاب مجهز به دستگاه های بیوگاز هستند. این واحدها قسمت عمده انرژی مورد نیاز خود را از طریق بیوگاز تامین می کنند.

محاسن استفاده از بیوگاز
1. کنترل آلودگی های محیط زیست از طریق متمرکز نمودن فضولات انسانی و حیوانی در مخازن تخمیر و جلوگیری از پراکندگی مواد در محیط زندگی مردم.
2. تهیه کود مناسب و بهداشتی که حاصل از تخمیر فضولات دامی و انسانی می باشد.
3. تولید گاز متان جهت سوخت و ساز ، روشنایی و یا تبدیل آن به انرژی های مکانیکی.

استفاده از ضایعات کارخانه های فراوری مرکبات جهت مصارف غذایی
در دنیای امروز ، استفاده از محصولات ثانویه مرکبات روز به روز اهمیت بیشتری به خود می گیرد و مخصوصا پس از اختراع ماشین های آب میوه گیری به فکر استفاده از تفاله های کارخانه نیز برآمده اند. تعیین درجه اهمیت بین تولیدات اصلی و جنبی همیشه امکانپذیر نمی باشد. بعنوان مثال ، در " گینه " و " ساحل عاج " ، اسانس لیمو اهمیت بیشتری از لیمو دارد.
از پوست مرکبات روغن کشی می کنند. از قسمت سفید پوست آنها ، ماده Pectine استخراج می کنند. از روغن ها و تفاله های هسته ، مواد متعدد تهیه می کنند. مهمترین محصولات جانبی این کارخانه ها ، پالپ خشک شده ، ملاس ، پالپ شسته شده ، اسانس و روغنها هستند. نمونه هایی از این محصولات تولید هیسپردین ، نارنجین ، لیمونین ، آنزیمها ، اسانسها ، ترکیبات شیمیایی طعم دهنده و پکتین هستند.

سیستمهای بازیافت مواد و انرژی

برخی از مواد موجود در مواد زاید جامد شهری و صنعتی برای بازیافت و استفاده مجدد مناسبند. با توجه به این نکته می توان پی برد که کاغذ ، مقوا ، پلاستیک ، شیشه ، فلزات غیر آهنی و فلزات آهن مناسبترین مواد برای بازیابی اند و جز پلاستیکها بقیه مواد مذکور معمولا بازیابی می شوند.

مشخصات مواد
کاغذ ، مقوا ، پلاستیک ، شیشه ، فلزات آهنی و غیرآهنی از جمله مواد قابل بازیافت اصلی در مواد زاید جامد شهری هستند. در هر موقعیتی تعمیم برای بازیابی هر یک از این مواد معمولا با تکیه بر ارزیابی اقتصادی و ملاحظات محلی صورت می گیرد. در ارزیابی اقتصادی بازیابی مواد مشخصات مواد حائز اهمیت است.

سیستم های فرآیند و بازیافت
به منظور جداسازی اجزای دلخواه و انجام فرآیند بر مواد قابل اشتعال ، برای بازیابی مواد یا انرژی لازم است دیاگرامهای عملیاتی ترسیم شود. مواد سبک قابل احتراق معمولا به نام سوخت حاصل از دور ریز خوانده می شوند.
طراحی و ترسیم سیستم
طراحی و ترسیم تاسیسات فیزیکی که دیاگرام واحد فرآیند را تشکیل می دهند، زمینه اصلی اجزا عملکرد موفقیت آمیز چنین سیستم ها هستند. عوامل مهمی که در طراحی و ترسیم چنین سیستم هایی باید مورد توجه قرار گیرند عبارتند از:
1. بازده و کارایی فرآیند
2. اطمینان و انعطاف پذیری
3. سادگی و عملکرد اقتصادی
4. خوشایند بودن وضعیت ظاهری
5. کنترل های زیست محیطی
بازیابی مواد حاصل از تبدیل بیولوژیکی مواد زاید جامد عبارتند از: کود ترکیبی ، متان ، پروتئینها و الکلهای مختلف و انواع مختلفی از ترکیبات واسطه ای عالی. تهیه کود ترکیبی و هضم بی هوازی دو فرآیندی هستند که بیش از همه فرآیندها توسعه یافته اند.

تولید کود ترکیبی (تبدیل هوازی)
اگر مواد آلی به استثنای پلاستیک ، لاستیک و چرم از مواد زاید جامد شهری جدا شده و در معرض تجزیه باکتریایی قرار گیرند، محصول نهایی به جا مانده پس از فعالیت باکتریایی هاضم و غیرهاضم ، کود ترکیبی یا هوموس خوانده می شود. کل فرآیند که در برگیرنده جداسازی و تبدیل باکتریایی مواد زاید جامد آلی است به نام تولید کود ترکیبی شناخته می شود. تجزیه مواد زاید جامد آلی با وجود اکسیژن و یا نبودن آن ممکن است به دو صورت هوازی یا بی هوازی صورت گیرد.
مراحل عملیات تهیه کود ترکیبی
1. تهیه مواد زاید جامد
2. تجزیه مواد زاید جامد
3. تهیه محصولات و بازیابی
• مرحله سوم شامل آسیاب کردن ، اختلاط با مواد افزودنی متعدد ، دانه بندی ، بسته بندی ، ذخیره سازی ، محل و در برخی از مواقع عرضه مستقیمبه بازار است.
هضم بی هوازی
هضم بی هوازی یا تخمیر بی هوازی فرآیندی است که برای تولید متان از مواد زاید بکار می رود. در اغلب فرآیندها که گاز متان از مواد زاید جامد در اثر هضم بی هوازی تولید می شود.
مراحل هضم هوازی
• اولین مرحله عبارت است از آماده سازی جز آلی مواد زاید جامد برای هضم بی هوازی و این مرحله معمولا شامل مراحل دریافت ، تنظیم ، جداسازی و کاهش اندازه است.
• مرحله دوم عبارت است از افزایش رطوبت و مواد مغذی ، بهم زدن ، تنظیم PH تا حدود 7/6 ، حرارت دادن دوغاب تا دمای بین 228 تا 333k (55 تا 60Cْ) و هضم بی هوازی در یک راکتور با جریان پیوسته که محتویات آن به خوبی برای مدت زمانی بین 5 الی 10 روز مخلوط می شوند.
• مرحله سوم عبارتست از جمع آوری ، ذخیره سازی و در صورت نیاز جدا کردن اجزای گاز متصاعد شده در حین فرآیند هضم ، دفع مواد زاید هضم شده عملی است که الزاما باید صورت بگیرد.

بازیابی محصولات تبدیل گرمای
محصولات تبدیلی گرمایی که از مواد زاید جامد بدست می آیند، عبارتند از حرارت ، گازها ، تعداد متنوعی از روغنها و مقداری از ترکیبات آلی مربوط به یکدیگر.
• احتراق مواد زاید: عناصر اصلی مواد زاید جامد عبارتند از: کربن ، هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن و گوگرد در شرایط مطلوب در هنگام سوختن مواد زاید جامد محصولان نهایی گازی شامل CO2 (دی اکسید کربن) H2O (آب) N2 (نیتروژن) و SO2 (دی اکسید سولفور) می شوند.
خاکسترسازی همراه با بازیافت گرما
گرمای موجود در گازها حاصل از خاکسترسازی جامد را می توان در اثر تبدیل به بخار بازیابی کرد. گرمای اندکی که در گازهای پس از بازیافت گرما باقی می ماند را می توان آن برای پیشگرم کردن هوای احتراق آب جبرانی دیگ بخار یا سوخت مواد زاید جامد مورد مصرف قرار داد.
خاکسترسازهای بزرگ موجود
خاکسترسازهای بزرگ موجود به منظور استخراج گرما از گازهای احتراق بدون وارد کردن مقادیر اضافی هوا یا رطوبت می توان از دیگهای بخاری که سوخت آنها را مواد زاید تشکیل می دهند، استفاده کرد. در عمل خاکسترساز پیش تخلیه به اتمسفر (از دامنه دمایی 1250 تا 1375k (1800 تا ْ2000f ( تا دامنه دمایی 500 تا 800k (600 تا ْ1000f خنک می شوند. قطع نظر از تولید بخار ، استفاده از سیستم دیگ بخار در کاهش حجم گازهای تحت فرآیند در تجهیزات کنترل آلودگی هوا کارساز است.
خاکسترسازهایی که آب در دیواره آنها جریان دارد.
در این خاکسترسازها ، دیواره های داخلی محفظه احتراق دارای لوله های دیگ بخار است که بطور عمودی قرار گرفته اند و در قسمتهای پیوسته بر یکدیگر جوش خورده اند. هنگامی که به جای مواد نسوز از دیواره های دارای لوله های جریان آب استفاده می شود. این سیستم نه تنها برای باز یافت بخار کار آمد است بلکه در کنترل دمای کوره بدون وارد ساختن هوای اضافی نیز به مقدار زیادی موثر است.

استفاده از سوختهای حاصل از مواد زاید
این قبیل سوختها که معمولا به شکل پودر هستند در دیگهای باز صنعتی در حال حاضر با استفاده از زغال سنگ یا نفت برای تولید انرژی استفاده می شوند، بطور مستقیم قابل سوختن می باشند. سوختهای حاصل از مواد زاید جامد همراه با زغال سنگ یا نفت نیز قابل سوختن هستند. با استفاده از ماشین های مکعب ساز کشاورزی می توان سوختهای تراکم حاصل از مواد زاید جامد تولید کرد. سوختهای مکعبی شکل برای استفاده در تعدادی از فرآیندهای تبدیلی خاکسترسازی و یا تبدیل به گاز و پیرولیز مناسبند.

تبدیل به گاز
فرایند تبدیل به گاز عبارت است از احتراق جزیی از سوخت کربنی به منظور تولید یک گاز سوختی قابل احتراق که مقدار منو اکسید کربن و هیدروژن در آن زیاد است. دستگاه تبدیل کننده گاز اساسا یک خاکستر ساز است که تحت شرایط احیا کننده عمل می نماید. گرمای لازم برای ادامه فرایند از واکنشهای گرمازا بدست می آید در حالیکه اجزای قابل احتراق گاز دارای انرژی کم عمدتا از واکنشهای گرماگیر بدست می آیند. وقتی که یک دستگاه تبدیل کننده گاز در فشار اتمسفر با استفاده از مواد به عنوان اکسید کننده عمل می کند، محصولات نهایی فرایند به گاز عموما گازهای کم انرژی هستند که از نظر حجمی حاوی CO2%100 و CO20% و H215% و CH42% می باشند که مابقی آن را گاز N<SUB<2< sub> و پودر غنی از کربن تشکیل می دهد.

تجزیه مواد به کمک حرارت (پیرولیز)
پیرولیز فرآیندی به شدت گرماگیر است به همین دلیل عبارت تقطیر مخرب نیز به صورت ترازو با پیرولیز بکار می رود مشکل فیزیکی مواد زاید جامد تحت پیرولیز ، می تواند از مواد زاید خام خرد نشده تا مواد زاید کاملا پودر شده باقی مانده پس از دو مرحله خرد کردن و مواد تغییر نماید. خواص سه جز اصلی حاصل ازپیرولیز عبارتست از:
1. جریانی از گاز که عمدتا حاوی هیدروژن ، متان ، منو کسید کربن و دی اکسید کربن و گازهای دیگر در ارتباط با خواص آلی مواد پرولیز شونده می باشد.
2. جزئی از قیر و یا جریان روغن که در دمای متعارف محیط مایع است و دارای ترکیباتی نظیر اسید استیک ، استون و متانل می باشد.
3. پودری که از کربن تقریبا خالص همراه با موادی بی اثر داده شده در فرآیند تشکیل شده است.

پایان

6