استحصال انرژی از زباله ها
استاد مربوطه : دکتر فرهاد نژادکورکی
تهیه و تنظیم : مطهره دهقان
دانشجوی مهندسی محیط زیست
اردیبهشت 91
روش های دفع زباله
در ایران زباله ها یا در خاک دفن شده یا سوزانده می شوند و حتی گاه در طبیعت رها می شوند. همه این راه ها برای محیط زیست بسیار خطرناک هستند و باعث فرسایش خاک، آلودگی هوا، زشت شدن مناظر طبیعی و همین طور نامناسب کردن محیط برای حیات وحش می شوند.
دفن زباله ها
دفن زباله ها در دفنگاه ها و تشکیل حوزه های متمرکز دفن زباله شهری علاوه بر سازماندهی و مدیریت زباله ها، هدف هایی چون جمع آوری بیوگاز تولیدی و جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه ای را دنبال می کند.
وقتی زباله ها دفن می شوند؛ بعد از مدتی بیوگاز تولید می کنند که بوی بسیار بدی دارد. در این میان گاز متانی که درصد قابل توجهی از بیوگاز حاصل از زباله ها را تشکیل می دهد، علاوه بر آلودگی محیط زیست 24برابر پدیده گلخانه ای را تشدید می کند.
بیوگاز لندفیل
امروزه در بیشتر کشورهای جهان به دلیل وضع قوانین زیست محیطی شدید، از روش سنتی سوزاندن زباله استفاده نمیشود. زیرا به دلیل وجود این قوانین، صنایع موظف به نصب فیلترها و سایر تجهیزات کنترل کننده آلاینده های زیست محیطی هستند و از این رو به دلیل تحمیل هزینه های گزاف، این روش جای خود را به دفن زباله در دفنگاه ها داده است. با این وجود بی توجهی به دفنگاه ها و رها کردن زباله در محل دفن بدون تدابیر زیست محیطی نیز امکان پذیر نیست.
طرح مناسب لندفیل
طراحی مناسب و بهینه لندفیل ها، نقش حیاتی در عملکرد مطلوب آنها دارد. به طور کلی در یک طرح مناسب، باید کلیه شرایط موجود برای احداث لندفیل، نوع فناوری خاصی که در آینده به منظور بهره برداری از بیوگاز تولیدی آن لندفیل مورد استفاده قرار می گیرد و نیز مقدار و نوع زباله در نظر گرفته شود. براساس استانداردهای تنظیم شده ، در طراحی لندفیل بایستی موارد زیر در نظر گرفته شوند
1- استفاده اولیه از زمین لندفیل
2. نقشه اولیه و نهایی منطقه دفن زباله
3. سطح آب زیرزمینی
4. نقشه های محل شامل ساختمان ها، جاده ها ، محل جمع آوری خاکها و …
5. تمهیدات لازم به منظور جلوگیری از صدمه های ناشی از بارندگی
6. نحوه دفن و مقدار زباله مورد نظر
7. میزان و نحوه فشرده سازی زباله
8. ساختار کلی گودال ها از لحاظ پوشش کف، دیواره ها و روی لندفیل
9. سیستم جمع آوری آب زباله و تصفیه آن
10. سیستم جمع آوری گاز تولیدی
نحوه ی دفن زباله و جمع آوری بیوگاز
پس از آماده شدن لندفیل، زباله ها به محل دفنگاه انتقال می یابند. قبل از تخلیه در دفنگاه، زباله ها وزن می شوند و حجم دقیق آنها معلوم می شود. در مورد نحوه دفن زباله ها، موردی که بر روی آن در بین اغلب لندفیل های دنیا توافق نظر وجود دارد آن است که زباله به صورت روزانه کف لندفیل پخش شده و سپس به وسیله دستگاه های سنگین مانند بولدوزر کاملاً فشرده شود تا فضای خالی بین آنها کاملاً از بین برود. در انتهای هر روز کاری، یک لایه خاک بر روی آنها ریخته می شود که معمولاً ضخامت این لایه به گونه ای است که از پخش شدن احتمالی زباله به وسیله باد و یا حیوانات جلوگیری شود. افزودن لجن فاضلاب شهری یا پسمانده فرآورده های کشاورزی به درون لندفیل باعث افزایش میزان گاز تولیدی می گردد. به علاوه جداسازی فلزات محتــوی زباله شهری و نیز کاهش ضخامت لایه خاک میان زباله های درون لندفیل به افزایش تولید گاز کمک می کند. میزان بهره برداری از بیوگاز هر گودال توسط افراد متخصص به طور دقیق قابل اندازه گیری است.
زباله ها در گودال ها به طور طبیعی و در اثر فعالیت باکتری ها تجزیه و ساختار آنها به ریز مواد و گاز تبدیل می شود. این مواد به همراه آب باران مایعی تولید می کنند که به آن شیرآبه می گویند.
گازهای تولید شده از لندفیل به وسیله ی لوله های سوراخ دار افقی و عمودی که در لندفیل برای این منظور کار گذاشته شده اند جمع آوری می شوند و به واحدهای نیروگاه انتقال می یابند تا پس از جداسازی و تصفیه ترکیب بیوگاز، به وسیله ژنراتورهای مخصوصی ازآن برق تولید شود.
چراغ هایی که با زباله ها روشن می شوند
در کشورهای پیشرفته اماکنی وجود دارد که بخشی از زباله ها را در آنجا تا 2 هزار درجه سانتی گراد حرارت می دهند. گرمای حاصل از سوختن زباله در این کوره ها تانکهای بزرگ آب را به جوش می آورد و از بخار تولید شده برای تولید الکتریسیته استفاده می کنند. شاید بعضی ها اینگونه تصور کنند که سوزاندن زباله بهترین راه برای خلاصی از دست زباله هاست. به ویژه که می توان از گرمای حاصل از سوخت آن برق هم تولید کرد
. اما سوزاندن زباله هم مشکلاتی دارد. یکی از این مشکلات آن است که وقتی زباله ها را در دمای بالای می سوزانند، گازهای زیادی نظیر دی اکسین تولید می شود که برای سلامت کسانی که نزدیک این مراکز زندگی می کنند زیان آور است. مشکل دوم اینکه خاکستر باقیمانده شامل فلزاتی نظیر سرب و کادیوم است که به راحتی در آب باران حل می شوند و از لایه های زیرین زمین می گذرند و آبهای زیرزمینی را آلوده می کنند. از این رو کارشناسان یکی از روشهای کارساز در این رابطه را هضم بی هوازی تولید بیوگاز می دانند. این تکنولوژی علاوه بر سهولت در فرآیند تولید، به عنوان یک انرژی ارزان است که بازده انرژی آن 2برابر حاصل از سوزاندن زباله هاست. همچنین علاوه بر گرمازایی می توان مصارف دیگری مانند تولید روشنایی و استفاده در موتورهای گازسوز داشته باشد که مهم ترین نتیجه آن کاهش آلودگی محیط زیست است.
تولید بیوگاز از زباله های شهری
تولید پیوسته بیوگاز از مخازن گوارنده (راکتیو تخمیر) نیازمند پردازش زباله و جداکردن اجزای غیر آلی و ترکیبات غیر قابل تجزیه آن مانند لاستیک، ظروف پلاستیکی و نایلون می باشد. زباله پردازش شده وارد مخزن گوارنده می شود ومقدارکافی آب به آن اضافه می شود تا محتویات درون مخزن از رطوبت کافی برخوردار گردند. شیرابه تولید شده از زباله های اشباع از آب، در زیر مخزن جمع آوری می گردد و به طرف مخزن هضم شیرابه می رود. شیرابه در آن مخزن تحت فرایند تخمیر بی هوازی قرار می گیرد و بخشی از آن موفق به تولید بیوگاز می گردد. باقیمانده شیرابه از بالای مخزن هضم شیرابه جمع آوری می شود و پس از عبور از گرمکن ، با دمایی در حدود 70 درجه سانتیگراد به مخزن تخمیر مواد جامد باز گردانده می شود . این چرخه تا تجزیه حداکثر مواد آلی و تولید حداکثر بیوگاز ادامه می یابد. تولید بیوگاز در هر دو مخزن مواد جامد و شیرابه روی می دهد.
درصد بالای متان در بیوگاز، آن را به منبع عالی و ممتاز انرژی های تجدیدپذیر برای جانشینی گاز طبیعی و دیگر سوخت های فسیلی تبدیل کرده است. امروزه از بیوگاز در گرم کردن دیگ های بخار کارخانه ها، موتور ژنراتورها برای تولید برق، گرم کردن خانه ها و پخت وپز استفاده می شود. استفاده از فناوری تولید بیوگاز در ایران تاکنون کاربرد عمومی نیافته، درحالی که در کشورهای اروپای غربی، جنوب شرقی آسیا و به ویژه چین و هندوستان این فناوری بسیار قابل توجه است و این کشورها با بهره گیری از این فناوری تا حد قابل توجهی نیاز خود را به سوخت برطرف کرده اند. راه اندازی نیروگاه زباله سوز مشهد گامی است به سوی استفاده از بیوگاز برای تولید انرژی.
وقتی زباله ها انرژی تولید می کنند
محققان نتایج خوبی در استفاده از ضایعات و سایر محصولات اضافی صنعتی به منظور ایجاد سوخت های جدید ونوآورانه به منظور استفاده در حمل و نقل به دست آوردند.
محققان در فرهنگستان فنلاند در بخش برنامه ی تحقیقات انرژی پایدار، فرایند تولید سوخت به دو روش بیو بوتانول و بیوگاز را به سوخت حمل و نقل مورد مطالعه قرار دادند. بیو متانول را می توان از محصولات صنایع غذایی و صنعت کاغذ و خمیر کاغذ به دست آورد و همین عامل سبب نامزدی مناسب این محصول برای جایگزینی به جای بنزین به عنوان سوخت می گردد. متان مشتق شده از بیوگاز نیز یک نامزد مهم برای جایگزینی سوخت می باشد .
بوتانول یک جایگزین بسیار با انرژی کارآمد بوده و مانند اتانول ، گزینه ی مناسبی برای تولید در مقیاس صنعتی به نظر می رسد. تولید بوتانول دارای روندی میکروبیولوژیکی است که در آن مواد خام به قند تبدیل شده و بیشتر انجام فرایند با استفاده از میکروب ها می باشد. این میکروب ها به طور موثری ترکیبات کربنی را به بوتانول تبدیل می کنند. بوتانول دارای کربن بیشتری نسبت به اتانول است و در نتیجه نیز بیشتر در مصرف انرژی کارآمد است.
پروژه لاسی Lassi همچنین به مطالعه تولید بوتانول از طریق سنتز شیمیایی پرداخته که در آن با استفاده از مواد کاتالیزوری جدیدی، ترکیباتی مانند گلیسرول، اتانول و متانول را به الکل هایی مانند بوتانول، پنتانول و ترکیبات الکلی تبدیل می کند. این محصولات برای استفاده مستقیم در خودرو ها به عنوان سوخت مایع مناسب می باشند.