تولید متان بعنوان منبع انرژی جایگزین از زبالهای جامد شهری
استــاد راهنما:
ارائه دهنده:
فـــــهرســـــت مطـــالـــب
فـــهـرســــــت
3
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
1. مـــــــقدمه
1- مقــــدمــــه
کلیه مواد زائد جامد (فسادپذیر و فسادناپذیر) زباله گفته می شود که در منازل، موسسات صنعتی، تجاری، کشاورزی، بیمارستانها و . . . تولید می شود.
مواد آلی موجود در زباله ها بسیار بالاست.
مواد آلی موجود در زباله ها و شیرابه می تواند در محیط بی هوازی تجزیه شود.
زباله ها منبع مناسبی برای تولید گازهای مختلف از جمله گاز متان باشد. فرآورده ثانویه ای که خطرزایی ندارد راتولید می کند.
4
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
مضـــرات دفـــن غیربهداشـــــتی زبــاله ها
افزایش گاز های گلخانه ای(گرمایش جهانی)
تولید شیرابه های مضر
انتشار و انتقال بیماری
آلودگی دفع غیر بهداشتی
خطرات آتش سوزی و انفجار
ایجاد بو و چشم اندازهای بد
آسیب بــه لایه ازن
5
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
دفن غیر بهداشتی زبـــالات- 1. مـــــــقدمه
[1]
مواد زائد جامد
مواد زائد جامد در سه طبقه کلی دسته بندی می شوند [2] :
6
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
1. مـــــــقدمه- مواد زائدجامـــد
روش هــــای دفــــن زبــــــالات
دفن در زمینهای ساحلی
زمینهای باطلاقی
روش دره ای
روش ترانشه
وقتی که زمین برای گود برداری مناسب نباشد بعد از تخلیه زباله بصورت نوار باریکی 40 تا 75 سانتیمتری روی زمین تسطیح و فشرده میشوند تا به ضخامت180 تا 300 سانتیمتر برسند و آنگاه روی آنها قشری خاک به ضخامت 15 تا 30سانتیمتر میریزند و فشرده می نمایند.
.
مسطح
روش سراشیبی
7
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
1. مـــــــقدمه – روش های دفن زبالات
[3-2]
قتی که خاک کمی برای پوشش زباله باشد و در مناطق کوهستانی و یا کم شیب از این روش استفاده می نمایند.
در مناطقی که خاک با عمق کافی در دسترس است و سطح آبهای زیر زمینی به اندازه کافی پائین است. هزینه این روش بعلت گود برداری زیاد بسیار زیاد است
عملیات دفن بایستی با توجه به سطح زیر زمین – میزان و نوع زباله صورت گرفته تا آب الوده نشوند و مثل روش روش فوق است
در مناطقی که گودالهای مصنوعی یا درههای مصنوعی وجود دارد از آنها استفاده مینمایند
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
8
1
تاثیر روش های بهره برداری از محل دفن
تاثیـر گــردش دادن شـیرابــه [4]
خرد کردن مواد زاید
فشرده کردن مواد زاید
تاثیر لایه های پوششی
ترکیب مواد زائد
افزودن لجن فاضلاب
افزودن بافر
9
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
1. مـــــــقدمه – روش های بهره برداری
جدول : محل های دفن زباله در کشورهای مختلف [5]
10
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
1. مـــــــقدمه – محل های دفن زبـــاله
جدول 4: میزان زباله های جامد شهری US بر اساس آمار USEPA [6]
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
11
1. مـــــــقدمه – زبالـه جامد شهری
USEPA: United States Environmental Protection Agency
2. بـــــیوگاز و ضــــرورت تولــــید – مدیریت مواد زائد
12
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
شکل 1: سلسله مراتب مدیریت پسماند شهری [1]
2. بـــــیوگاز و ضــــرورت تولــــید
گاز لندفیل طی فرایند بیهوازی:
مولکولهای درشت زنجیر شکسته شده و به مولکولهای ساده تر تبدیل می گردند.
حاصل نهایی گازی است قابل اشتعال که بیوگاز یا گاز لندفیل نام دارد.
گازهایی که در اثر تخمیر فضولات گیاهی و جانوری دور از اکسیژن و در اثر فعالیت باکتریهای بی هوازی تولید می گردد.
در نتیجه فرایند فیزیکی، شیمیایی و فرآیندهای میکروبی درون زباله تولید می شود.
لندفیلها به عنوان محل دفن پسماندهای جامد که توسط واکنشهای شیمیایی و فعالیتهای بیولوژیکی تجزیه می شوند، معرفی می گردند [7].
13
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
جدول 1: ترکیــبات اصــــلی بیوگــاز[8]
14
2. بـــــیوگاز و ضــــرورت تولــــید
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
شکل 2: نرخ متان تولید شده از فعالیتهای انسانی[9]
15
2. بـــــیوگاز و ضــــرورت تولــــید
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
نفت
زغال سنگ
گاز طبیعی
زباله های جامد
فاضلاب
سوخت
بیو فیول احتراقی
زیست توده
برنج
کودشیمیایی
تخمیر
ضــــــرورت تولــــید بیــــــوگـــــاز [1]
Biogas
1- افزایش جمعیت و رشد شهرنشینی
2- افزایش تولید مواد زائد و آلاینده ها
3- گسترش واحدهای صنعتی
4- کاهش حجم شیرابه
16
2. بـــــیوگاز و ضــــرورت تولــــید
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
بیوگازهای حاصل از دفن زباله بعنوان یک منبع :
انرژی در دسترس و تجدیدپذیر بوده
برای تولید برق
بعنوان سوخت جایگزین
سوخت ارزان
سازگار با محیط زیست
تبدیل متان به متیل الکل
عوامل مــــوثر بر تــــولیـــد گاز لــندفـــیل [4]
LFG
عــوامل غیرزیسـتی موثر دیگر شامل:
اکسیژن، هیدروژن
ترکیبات موجود در زباله
رطوبت زباله
ســن لنــدفــیل
دمــای لنــدفیــل
میزان قلیایی بودن
وجــود مواد مغــذی
17
2. بـــــیوگاز و ضــــرورت تولــــید
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
3. روش های تولید بیوگاز
تکنــولوژیهای تولیــد انرژی از زباله های شهری
18
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
تولیــد سوخــت زبــالــه
جدول 19: خلاصه ای از انتخاب تکنولوژیها [10]
19
3. روش های تولید بیوگاز
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
تجــــزیه بیــولوژیکی بیــهوازی MSW [11]
20
3. روش های تولیـــد بیوگـــاز- هضم بیهوازی
جامدات و ترکیبات آلی پیچیده محلول توسـط عـوامـل تخمیر کننده هیدرولیز شده و به اسیدهای چرب فرار اولیه، الکل ها، هیدروژن و دی اکسید کربن تبدیل می شوند.
باکتریهای اسیدساز محصولات مرحله اول را به اسیـد اسـتیک تبدیل می کنند .
در آخرین مرحله متان به وسیله باکتری های که شامل باکتری های اسید دوست با تبدیل اسید استیک به متان و دی اکسید کربن و باکتری های هیدروژن دوست با تبدیل هیدروژن و دی اکسید کربن به متان هستند تولید می شوند.
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
روش هضــــم بیــــهوازی [12]
21
3. روش های تولیـــد بیوگـــاز – هضم بیهوازی
AD: Anaerobic Digestion
فرایندی است که:
در طی فرآیند هضم بیهوازی توسط میکروارگانیسم های بیهوازی تحت یک محیط خالی از اکسیژن تجزیه می نمایند.
یکی از محصولات نهایی روش تجزیه هضم بیهوازی (AD) بیوگاز است که به طور معمول حاوی:
متان (55- 75 درصد حجمی) و دی اکسید کربن (25-45 درصد حجمی) است
و همچنین غنی از نیتروژن می باشد.
روش هاضم بی هوازی فن آوری برای بهبود ضایعات بازیافتی و فاضلاب می باشد.
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
فرایندی است که:
این روش به سبب فن آوری ساده نیازمند انرژی کم و فضای مورد نیاز کم است.
فرآیند هضم بیهوازی گرمادوست است.
زمانهای ماند کوتاه (در مدت 6 تا 8 روز) بهتر بوده و بیوگاز بیشتری را تولید می کند.
آماده سازی مواد خوراک قبل از خوراک دهی بسیار مهم است .
(زباله های فـسادپذیر را خرد کرده و با شیرابه و موا د هضم شده خروجـی مخلـوط کرده)
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
22
1
بیوگـــاز زبالـــه در هاضـــم های بزرگ
در این روش زباله پس از تفکیک، خرد شده و با شیرابه، لجن فاضلاب و … مخلوط شده
در مخازنی در دمای بالاتر از محیط بصورت بیهوازی هضم شده
و گاز تولیدی پس از پالایش به سیستم دیزل ژنراتور منتقل شده
سپس به تولید برق می پردازد.
هزینه این سیستمها اندکی کمتر از زباله سوز می باشد.
23
3. روش های تولیـــد بیوگـــاز – هضم بیهوازی
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
ویژگیهـــای فنـــی و اقتصــــادی
– دارای قابلیت امحاء زباله های آلی شهری و لجنهای فاضلاب
– دوستدار محیط زیست
– قابلیت تولید برق و حرارت
– فضای لازم جهت احداث زیاد نمیباشد.
– ته مانده شامل کودآلی مفید جایگزین کودهای آلی شیمیائی
– تفکیک زباله و خرد کردن آن ضروری و حساس می باشد.
– ترکیب این سیستم با دفنگاه های قدیمی برقی پایدار و ثابتی را رائه می دهد.
– هزینه سرمایه گذاری اولیه و تعمیر و نگهداری آن تا حدودی کمتر از زباله سوز می باشد.
24
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
3. روش های تولیـــد بیوگـــاز – دفن گاه زبـــاله
زبــــالــــه ســــوز
3. روش های تولیـــد بیوگـــاز- زباله سوز
25
فرایندی است که:
توسط حرارت، مواد زائد را اکسید و مواد کربنی را کاهش می دهند.
محصولات خروجی از زباله سوزها، دی اکسید کربن، آب، خاکستر و حرارت حاصل از احتراق می باشد
ساده بودن و هزینه پایین اجرای آن ازمزیت این روش است.
این روش به سبب کاهش زباله، کاهش آلودگی زیست محیطی و نشر دی اکسیدکربن نسبت به سوخت های دیگر معرفی شده است[13]
.
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
ویژگیهـــای فنـــی و اقتصــــادی
– نیازمند سیستمهای فیلتراسیون قوی می باشد که در این صورت به سیستمهای بسیار کم خطرتر و دوستدار محیط زیست تبدیل می شوند.
– قابلیت تولید برق و حرارت
– فضای لازم جهت احداث 7 تا 10 هکتار می باشد.
– ته مانده حداکثر 10 درصد زباله می باشد.
– نیاز به تفکیک زباله بویژه شیشه، فلزات است.
– خرد کردن در آن بسیار جدی و حساس می باشد.
– هزینه سرمایه گذاری اولیه و تعمیر و نگهداری آن بالا و هزینه تفکیک و پردازش زباله نیز قابل توجه است .
26
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
زباله سوز- 3. روش های تولیـــد بیوگـــاز
تولــــید انرژی بـــه روش پلاســـما [14]
در این روش زباله، یا به انرژی تبدیل شده و یا از گاز بوجود آمده از فرایند امحائ زباله ، مواد مفیدی می توان تولید کرد.
تکنولوژی پلاسما حرارت فوق العاده زیادی تولید می کند که فقط در شکافت جوش هسته ای قابل تولید می باشد.
پلاسما با دمای هسته بالغ بر 10000 درجه سانتیگراد می باشد.
قادر است که ترکیبات سمی را در هزارم ثانیه بشکند.
هیچگونه مواد ثانویه حاصل از احتراق یا گازهای آلوده کننده تولید نشود.
27
3. روش های تولیـــد بیوگـــاز- پلاســــما
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
می باشد.
سیستم پلاسما موثرترین راه برای تفکیک همه اجزای آلی و غیر آلی می باشد.
گازساز پلاسما محیطی با کمبود اکسیژن بوده بنابراین هیچ احتراقی صورت نمی گیرد و از این رو گازساز پلاسما یک زباله سوز یا سیستم احتراق ی نیست.
گاز تولید شده عمدتاً شامل منواکسید کربن و هیدروژن می باشد.
مواد پسماند این روش، بی ضرر،کم حجم و حتی قابل صرف نظر
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
28
1
ویژگیهـــای فنـــی و اقتصــــادی
– دارای قابلیت امحاء هر نوع پسماند
– دوستدار محیط زیست
– قابلیت تولید برق و حرارت
– فضای لازم جهت احداث خیلی کم و سیستمهای کوچکتر بصورت موبایل و متحرک با قابلیت نصب بر روی تریلر
– ته مانده در صورت ورود زباله شهری 3تا 5 درصد می باشد.
– نیازی به تفکیک زباله نمی باشد.
– هزینه سرمایه گذاری اولیه و تعمیر و نگهداری آن بالا می باشد.
– دارای بالاترین میزان تولید انرژی به ازاء هر تن زباله است.
29
3. روش های تولیـــد بیوگـــاز- پلاســــما
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
تولید برق از دفن گاه زباله [16-15]
اولین دستگاه در اروپا، اواسط دهه 1970 ، با استفاده از تجارب ایالات متحده ساخته شد.
در صورت دفن زباله های خانگی در عدم حضور اکسیژن، بخش آلی زباله مدفون تجزیه شده و ترکیبی از گازهای متان، دی اکسید کربن، هیدروژن، ازت و مقدار کمی ترکیبات کلر و فلوئور و رطوبت تولید می شود.
تولید گاز پس از دو ماه از دفن آغاز شده و تا 100 سال ادامه دارد.
30
ه3. روش های تولیـــد بیوگـــاز- دفن گاه زبـــاله
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
چاه های استحصال گاز با فواصل مختلف نسبت بهم حفر گردیده:
لوله های پلی اتیلنی سوراخ دار در درون چاه قرار گرفته
گاز تولیدی پس از عبور از سیستم رطوبت گیر و حذف گازهای خورنده وارد سیستم تولید برق می شود.
ویژگیهـــای فنـــی و اقتصــــادی
– دارای قابلیت امحاء هر نوع زباله
– در صورتی که دفن گاه بصورت مهندسی طراحی و اجرا شده باشد کاملاٌ دوستدار محیط زیست می باشد.
– قابلیت تولید گاز متان، برق و حرارت
– فضای لازم جهت احداث خیلی زیاد
– نیازی به تفکیک زباله و خرد کردن آن نمی باشد.
– هزینه سرمایه گذاری اولیه، تعمیر و نگهداری آن پائین تر از تمام تکنولوژیهای موجود می باشد.
– نیاز به سیستم جمع آوری و پردازش شیرابه دارد.
– به ترکیب پسماند هیچ وابستگی ندارد.
31
3. روش های تولیـــد بیوگـــاز- دفن گاه زبـــاله
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
جمــــع بندی و پیـــشنــــهادات
تبدیل بیهوازی مواد آلی و آلاینده ها یک تکنولوژی لازم و ضروری برای حفاظت محیط زیست از طریق بهبود مواد زائد و فاضلاب است.
محصول بیوگاز منبع انرژی تجدیدپذیر و مفید است.
انتخاب فناوری مناسب برای تولید انرژی از پسماندهای جامد شهری همسو با استراتژی مدیریت آنها قابل انجام می باشد.
از مزیت های مهم سوخت تجدیدپذیر متان این است که هنگام سوختن، گاز سمی و خطرناک منواکسید کربن تولید نمی کند.
32
جــمــع بندی و پیشـــنهادات
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
جمــــع بندی و پیـــشنــــهادات
کاهش گرمایش جهانی، از بین بردن بیماری های انگلی، کنترل بو از زباله های شهری از دیگر مزایا است.
دفن بهداشتی و تولید برق و حرارت و یا تزریق گاز به شبکه گازرسانی بعنوان پرکاربردترین و ارزانترین روش شناخته شده است.
روش پلاسما و زباله سوز بعنوان گرانترین فناوری های تولید انرژی از پسماندهای شهری مطرح هستند .
هضم بیهوازی یک فرایند با تکنولوژی ساده و حداقل انرژی مورد نیاز برای تبدیل مواد آلی از طیف گسترده ای از انواع فاضلاب، مواد زائد جامد و زیست توده به متان است.
33
جــمــع بندی و پیشـــنهادات
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
مــــــراجـــــــــــــع
34
[1] شقایق افشار، مدیریت گاز تولیدی در محل های دفن زباله، خوزستان : کارشناس محیط زیست انسانی اداره کل محیط زیست خوزستان.
[2] اختر کاویانی- طاهره ابراهیم پور، روشهای دفع مواد زائد جامد، http://rasekhoon.net/
[3] دکتر عمرانی، کتاب مدیریت مواد زائد جامد، جلد اول انتشارات سازمان بازیافت و تبدیل مواد.
[4] مصطفی خضری، فرامرز معطر، یاسر سالار، عوامل موثر بر تولید گازها در محل دفن زباله، دوره 12، شماره (28 ، بهار 1393، صفحه 39-31.
[5] H., Willumsen. Experience with landfill gas recovery plants : Renewable Energy, 2003.
[6] USEPA. Municipal solid waste generation, recycling, and disposal in the United States, Facts and Figures;. www.epa.gov/epaoswer/non-hw/muncpl/pubs/msw05rpt.pdf. [Online] 2003.
[7] علی سوفسطائی، فناوری های استخراج بیوگاز و بررسی پتانسیل استحصال بیوانرژی از حوزه های دفن زباله شهر اصفهان، همایش ملی بایو انرژی، 21 مهر 1389، تهران.
[8] Teodorita Al Seadi, Dominik Rutz, Heinz Prassl, Michael Köttner, Tobias Finsterwalder. Biogas handbook.: University of Southern Denmark Esbjerg, Niels Bohrs Vej 9-10, . ISBN 978-87-992962-0-0 .
مراجـــــع
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
مــــــراجـــــــــــــع
35
مراجـــــع
[9] USEPA. International analyses of methane, 2002, epa.gov/methane/intlanalyses.html.
[10] جواد نصیری، بررسی و مقایسه فناوری های تولید برق از پسماندهای جامد شهری. ایران، مدیر دفتر زیست توده سازمان انرژِی های نو : سومین همایش ملی مدیریت پسماند، ا اردیبهشت 1386، تهران، کد COIمقاله: NCWM03_006
[11] عبدالرضا کرباسی و اکبر باغوند، استفاده از انرژی بیوگاز زباله های شهری به عنوان سوخت جایگزین، سومین همایش ملی پسماند، 1 اردیبهشت 1386، تهران، کد COI مقاله: NCWM03_016.
[12] Chen Y, Cheng JJ, Creamer KS. Inhibition of anaerobic digestion process: a review . Bioresource Technology 2008 and 99(10):4044–64.
[13] Ruth, Lawrence A , energy from municipal solid waste: a comparison with coal combustion technology: Prog. Energy Combust, 1998, Vol. 24, pp. 545-564,.
[14] محسن شریفی، مهدیه اسلامی، حمیدرضا آخوندزاده، محمدرضا پورغریب شاهی، استفاده از راکتور پلاسما در پروسه تولید انرژی الکتریکی، همایش ملی تولید و بهره برداری از انرژی های نو سازگار با محیط زیست کد COIمقاله: .1394. KRMS01_001.
[15] Riitta H. Kettunen, Juha-Kalle M. EinolaJukka A. Rintala. Landfill Methane Oxidation in Engineered Soil Columns at Low Temperature. : Water, Air, and Soil Pollution, November 2006, Vol. 177, pp. 313–334.
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
مــــــراجـــــــــــــع
36
مراجـــــع
[16] Sormunen, Kai.,Einola., Joha.,Ettala Matti .,Rintala Juka. Leachate and gaseous emissions from initial phases of landfilling mechanically and mechanically-biologically treated municipal solid waste rediduals: Bioresource Technology, 2008, Vol. 99, pp. 2399–2409.
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
تولید متان بعنوان سوخــــت جایگزین از MSW
37
1
از توجه شما متشکرم