بخشی از مقاله
ارزیابی چرخه حیات پسماند شهری با استفاده از نرم افزار IWM و تحلیل اثرات با استفاده از روش MET (مطالعه موردی شاهین شهر)
چکیده:
ارزیابی چرخه زندگی، یکی از روشهای پیشرفته مدیریت محیطزیست محسوب میشود،در منابع علمی به آن ''تحلیل چرخه زندگی'' و ''تحلیل گهواره تا گور'' اطلاق می شود. یکی از روش های ارزیابی اثرات LCA از طبقه بندی و وزن دهی روش MET استفاده می باشد، در این روش، طبقه آثار شاخص زیست محیطی عبارتند از : آثار گرمایش جهانی(گاز های گلخانه ای)، پدیده اسیدی شدن و بارش باران های اسیدی (گاز های اسیدی)، کاهش منابع تجدید نا پذیر، اکسیداسیون فتو شیمیایی و تشکیل مه دود فتو شیمیایی و آثار سمی بر انسان. پسماند شامل کلیه مواد زائد ناشی از فعالیت هایی انسانی و حیوانی بوده که معمولا به شکل جامد هستند و به صورت غیر قابل استفاده و بیمصرف دور ریخته می شود. شاهینشهر در 24 کیلومتری شمال شهر اصفهان واقع گردیده است و دارای 217.73 کیلومتر مربع مساحت میباشداین شهر دارای جمعیت 160000 نفر بوده که میزان تولید پسماند تر جمع آوری شده آن 72 تن در روز می باشد که میزان سرانه تولید پسماند در این شهر 450 گرم پسماند به ازای هر نفر در روزمی باشد .پس از شناسایی منطقه و پارامترهای مورد نیاز،داده های مورد نظر هر سناریو وارد نرم افزار IWMگردید و خروجی های هر سناریو توسط روش MET ارزیابی اثرات و نتایج سناریو ها با یکدیگر مقایسه گردید. چهار سناریو به شرح سناریو اول : کلیه پسماند ها بدون پردازش به محل دفن منتقل گردد،سناریو دوم: کلیه مواد آلی (مواد غذایی) موجود در پسماند برای تولید کمپوست و بقیه آنها به محل دفن منتقل گردد،سناریو سوم : مواد قابل بازیافت بازیافت گردیده و مواد آلی برای کمپوست سازی و باقیمانده مواد به محل دفن منتقل میگردد،سناریو چهارم : مواد قابل بازیافت بازیافت گردیده و مواد آلی برای کمپوست سازی و باقیمانده مواد برای تولید انرژی کاربرد دارد تعریف گردیده است. شاخص اکولوژیکی سناریو اول بیشتر از بقیه سناریو ها یعنی بار زیست محیطی آن بیشتر از بقیه سناریو ها بوده و شاخص اکولوژیکی سناریو چهارم کمتر از بقیه سناریو ها است در نتیجه بار زیست محیطی آن نیز کمتر از بقیه سناریو ها می باشد. در نتیجه بهترین سناریو از نظر زیست محیطی سناریو چهارم و بد ترین سناریو از نظر زیست محیطی سناریو اول می باشد.
کلمات کلیدی:
پسماند شهری، ارزیابی چرخه حیات، IWM ، MET
مقدمه
پسماند شامل کلیه مواد زائد ناشی از فعالیتهایی انسانی و حیوانی بوده که معمولا به شکل جامد هستند و به صورت غیر قابل استفاده و بی مصرف دور ریخته می شود. از ابتدای زندگی بشر انسانها و حیوانات از زمین برای تامین زندگی و دفع پسماند استفاده میکردهاند.در آغاز، دفع پسماند انسانی و غیره مشکل خاصی ایجاد نمیکرد چون تعداد جمعیت کم و زمین قابل دسترس برای پذیرش پسماند فراوان بوده است. (6) مدیریت پسماند عبارت است از مجموعه مقررات مرتبط با کنترل تولید، ذخیره، جمع آوری، حمل و نقل، پردازش و دفع پسماند منطبق بر بهترین اصول بهداشت عمومی، اقتصاد، علوم مهندسی، حفاظت از محیط زیست، زیبایی شناختی و دیگر ملاحظات زیست محیطی و هم چنین نگرش عموم است. (6) ارزیابی چرخه زندگی، یکی دیگر از روشهای پیشرفته مدیریت محیط زیست محسوب می شود،در منابع علمی به آن ''تحلیل چرخه زندگی'' و ''تحلیل گهواره تا گور'' اطلاق میشود.1 LCAعبارت از تحقیق و ارزیابی پیآمدهای زیستمحیطی یک محصول یا یک خدمت در طول زمان حضور شامل تهیه مواد خام، تولید، توزیع، فروش، مصرف، دور ریختن و یا دفع آن میباشد. یک محصول یا یک خدمت در مراحل چرخهزندگی ممکن است تاثیرات منفی بر محیطزیست داشته باشد، بنابراین ارزیابی و یا تحلیل آن، روش مدیریت محیطزیست را معین میسازد .(7) هفت استاندارد زیست محیطی در زمینه دستور العمل ها و ضوابط انجام ارزیابی چرخه حیات برای محصولات و خدمات مختلف توسط کمیته فنی 207 سازمان جهانی ایزو تدوین و انتشار یافته است.
-1ایزو14040 اصول وچارچوب ارزیابی چرخه حیات
-2ایزو :14041 نحوه تعیین هدف و روش مطالعه و گرد آوری داده های مربوط به چرخه حیات
-3ایزو :14042 نحوه ارزیابی اثرات زیست محیطی (فاز سوم مطالعه)
-4ایزو :14043تفسیر نتایج مطالعه
-5ایزو :14047بیان مثال هایی از انجام ارزیابی چرخه حیات
-6ایزو :14048نحوه گزارش دهی
-7ایزو :14079مثال هایی در مورد نحوه گرد آوری داده های مورد نیاز جهت انجام مطالعه ارزیابی چرخه حیات (7)
روش کار LCA یکی از زیر مجموعههای استاندارد ایزو 14000 بوده و از قوانین آن پیروی میکند. بر اساس استاندارد مذکور فرآیند LCA دارای چهار مرحله است. در اولین مرحله از فرآیند LCA ، باید اهداف و محدوده کار را تعیین و تبین نمود. چرخه زندگی محصول یا خدمت، محدوده وسیعی را تشکیل میدهد و لذا تعیین دامنه چرخه برای مراحل بعدی اهمیت دارد.
در مرحله دوم ، با عنوان سیاهه چرخهزندگی شامل جمعآوری اطلاعات، مدلسازی تولید محصول یا خدمت است، البته صحت و دقت اطلاعات بررسی شود. اطلاعات جمع آوری شده باید جامع و کامل باشد و تمام موارد زیستمحیطی، اقتصادی، اجتماعی، فنی، درون داد، و برون داد محصول یا خدمت را در بر بگیرد.
در این مرحله، استفاده از مدلهای ریاضی ، مدلهای رایانهای و استفاده از نرم افزار های اختصاصی مرسوم میباشد.
در مرحله سوم، ارزیابی پی آمدهای چرخه زندگی انجام میپذیرد.چنین ارزیابی دارای جنبههای ملی و بینالمللی نظیر گرم شدن کرهزمین میباشد. ارزیابی و محاسبه کمیت و کیفیت پیآمدها، بر اساس نتایج 1 LCIانجام می شود، بنابراین در قدم اول، دستهبندی اثرات و در قدم دوم نرمالیزاسیون و وزن دهی صورت میپذیرد. تفسیر نتایج تحلیل ازمهمترین مرحله LCA میباشد.در این مرحله نحوه مدیریت کاهش اثرات منفی زیستمحیطی، اقتصادی و اجتماعی هر یک از مراحل چرخهزندگی مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد .(7)
رضا رفیعی و همکاران، در سال 1386 وضعیت, موجود سامانه مدیریت پسماند شهر مشهد را بررسی کردند .به این منظور، 3 سناریو شامل ( (1انتقال مستقیم پسماند، ( (2 کمپوست کردن و ( (3 انتقال غیرمستقیم از راه ایستگاه های انتقال در نظر گرفته شد . داده های مورد نیازسیاهه نویسی چرخه حیات با بررسی منابع و طرح های پژوهشی پایان یافته، تهیه پرسش نامه و تکمیل آن به وسیله پرسنل و نیز کار صحرایی انجام گرفت. سیاهه نویسی چرخه حیات به کمک مدل IWM-. صورت پذیرفت . سپس نتایج بدست آمده از سیاهه نویسی به پنج طبقه اثر شامل مصرف انرژی، گازهای گلخانه های، گازهای اسیدی،، مه دود فتوشیمیایی و خروجی های سمی تخصیص داده شد . مقادیر سیاهه شده در فاکتورهای ویژگی سازی ضرب گردید و در نهایت نمایه بوم شناختی برای هریک از سناریوها به دست آمد از نقطه نظر محیط زیستی، نتایج این مطالعه نشان داد که کمپوست کردن به عنوان یکی از گزینه های مدیریتی و نیز کاربرد ایستگاه های انتقال پسماند در مواردی که محل دفن و سا یر تاسیسات سامانه مانند کارخانه بازیافت و کمپوست در فواصل ور از نقاط ثقل تولید قرار می گیرند، نقش مهمی در کاهش بار آلاینده ها و نیز مصرف انرژی ناشی از سامانه مدیریت پسماند دارد((3 علی علیزاده اوصالو و همکاران در سال 1387 نشان داد که،در این مطالعه با معرفی تکنیکها ی مختلف ارزیابی آثار زیست محیطی و بیان مزایا و معایب هر یک، ارزیابی اثرات زیست محیطی مبتنی بر چرخه حیات فرایندی مورد بررسی دقیقتر قرار گرفت و با موشکافی آن ، موارد کاربرد این تکنیک و مزایا و معایب آن با توجه به فرایند مورد مطالعه، بحث و بررسی شد، در ادامه روش اجرایی ارزیابی بر پایه چرخه حیات فرایندی ارایه شده و مشکلات فراروی این روش مورد بحث قرارداده شد . نتایج بررسی حاکی از آن است که این تکنیک قابلیت استفاده در ارزیابی اثرات زیست محیطی صنایع پتروشیمی را دارا بوده و با در نظر گرفتن ملاحظات مربوط به شرایط محلی و منطقه ای می توان از این تکنیک استفاده نمود((3
نعمت االله خراسانی و همکاران در سال 2012 مطالعه ای با نام ارزیابی چرخه حیات پسماند های شهری مطالعه موردی شهر کرج ارائه نمودند. در این مطالعه که از مدل IWM-1 استفاده گردیده است سه سناریو تعریف گردیده است ، سناریو اول بهینه سازی سیستم جمع آوری ، سناریو دوم بهینه سازی سیتم حمل و نقل و سناریو سوم بهینه سازی سیستم زباله بیان گردیده است.سپس مدل IWM-1برای هر کدام از سناریو ها اجرا گردیده است و خروجی آن به 5 کلاس تاثیر استفاده از انرژی ، گاز های گلخانه ای ، گاز های اسیدی ، مه دود فتوشیمیایی و گاز های سمی تقسیم بندی شده است. به منظورمقایسه هر سناریو و گزینه های مربوط به آن، ارزش موجودی برای هر طبقه موثر در نظر گرفته شده است. بر این اساس هر طبقه اثر در ارزش موجودی بر اساس نرخ مدیریت پسماند در هر سناریو نرمالیزه گردید .این مقادیر در مقادیر ویژه در جهت محاسبه اثرات ارزش موجودی در هر طبقه در نظر گرفته شده است. در مرحله بعدی شاخص بدست آمده در هر طبقه در وزن نسبی آن طبقه ضرب گردیدند در نتیجه بار زیست محیطی هر یک از طبقات بر اساس واحد معادل یا شاخص زیست محیطی محاسبه گردیده است که نتایج نشان می دهند از نظر زیست محیطی بازیافت از بهترین گزینه ها برای مدیریت پسماند ها دارد .نتایج این تحقیق نشان می دهند از نقطه نظر زیست محیطی بازیافت یکی از بهترین گزینه ها برای مدیریت مواد زائد می باشد.علاوه بر این کمپوست نقش مهمی در کاهش بار آلاینده ها و مصرف انرژی دارا می باشد . (2)
ozlar.d و همکاران در سال 2005 مطالعه ای با عنوان ارزیابی چرخه حیات مدیریت پسماند های شهری مطالعه موردی شهر آنکارا ارائه نمودند. هدف از این مطالعه تعیین بهترین گزینه سازگار با محیط زیست در سیستم مدیریت مواد زائد در شهر آنکارا بوده است که ارزیابی چرخه حیات بوسیله مدلIWM-1 رخ داده است. 5 سناریو مختلف تعریف گردیده و اثرات زیست محیطی هر کدام از لحاظ تولید گاز های گلخانه ای ، مواد زائد جامد نهایی ، انرژی مصرفی و جنبه اقتصادی بیان گردیده است. ورودی ها و خروجی ها هر مرحله مدیریت در محاسبات انتشار، به عنوان ورودی های منتشر شده بوسیله مدل در گروه های اثر گذار طبقه بندی شده است;پتانسیل تبادل منابع غیر قابل تجدید، مواد زائد جامد نهایی سمی و غیر سمی،گرمایش جهانی ، اسیدی شدن، پرغذایی و سمیت انسانی. این اثرات کمی شده اند بوسیله فاکتور وزن و هر گروه به عنوان یک سناریو به صورت نمایه زیست محیطی گسترش پیدا کرد.در بیشتر گروه ها ، سناریو کاهش منبع به عنوان روشی امکان پذیر در مدیریت پسماند پذیرفته شد. کمترین اثر در گرمایش جهانی برای سناریو هضم بی هوازی به دست آمده است (17).
Al-Salem و همکاران سال 2009در پژوهشی با عنوان خروجی تجزیه و تحلیل مدل IWM برای مدیریت پسماند جامد شهری در دولت کویت: موجودی چرخه حیات (LCI)مبتنی بر زباله های پلیمری است.در این پژوهش یک سناریو که همان وضعیت موجود در منطقه (جمع آوری و حمل و نقل، طبقه بندی، دفن زباله و بازیافت تصفیه زیستی و حرارتی) تعریف گردیده است . کلیه اطلاعات جمع آوری شده وارد نرم افزار IWM گردیده است .نتیجه حاصل از این تحقیق بالا بودن مقدار گازهای گلخانه ای حاصل از زباله های پلیمری و الزام دولت در جهت کاهش این مقدار از گاز های گلخانه ای است .(8)
مواد و روش:
شاهینشهر در 24 کیلومتری شمال شهر اصفهان واقع گردیده است و دارای 217.73 کیلومتر مربع مساحت میباشد.
این شهر دارای جمعیت 160000 نفر بوده که میزان تولید پسماند تر جمع آوری شده آن 72 تن در روز می باشد که میزان سرانه تولید پسماند در این شهر 450 گرم پسماند به ازای هر نفر در روز می باشد. (4)
با توجه به این که پسماند ها پس از انتقال به کارخانه کود آلی با پسماند شهر های دیگر مخلوط گردیده و عملا آنالیز های فیزیکی دقیقی در مورد پسماند های این شهر وجود ندارد و تنها آنالیز موجود آنالیز درج شده طرح جامع مدیریت پسماند(بیو کمپوست و پردازش)شهرستان های شاهین شهر و میمه، برخوار و خمینی شهر در نتیجه برای تامین وضعیت دقیق از پسماند ها در این مطالعه نمونه گیری از پسماند ها انجام گردید و میانگینی از این داده ها گرفته شد.
جدول -2تفکیک فیزیکی پسماند شهر شاهین شهر
ارزیابی چرخه حیات (چهارچوب(LCA یک کار بزرگ و پیچیده است که متغییرهای بسیار زیادی در آن وجود دارد با این وجود توافقی کلی در مورد ساختار اسمی LCA ایجاد شده است از سه مرحله تشکیل شده است
-1تعریف هدف و دامنه
-2تجزیه و تحلیل فهرست موجودی
-3تجزیه و تحلیل اثر همه مراحل در نهایت به تفسیر نتایج ختم میشوند.(در برخی از مراجع با احتساب مرحله تفسیر نتایج چهار مرحله در نظر گرفته می شود)(.(15 مفهوم ارزیابی چرخه حیات در شکل2 بیان گردیده است:
مراحل انجام LCA در این پروژه به شرح زیر است.
اهداف: هدف این مطالعه مقایسه 4 سناریوی که در بر گیرنده روش های مختلف دفع پسماند، سیستم مدیریت پسماند شهر شاهین شهر است. اجزا و قسمت های سیستم مدیریت پسماند شاهین شهر که توسط سناریو ها بررسی گردیدند عبارتند از: مرحله جمع آوری و حمل و نقل زباله، مرحله کاهش در مبدا، واحد و تجهیزات بازیافت مواد((1MRF، کمپوست، زباله سوز و لندفیل است.
دامنه و برد: مرز های مجموعه مورد مطالعه ازجمع آوری زباله از درب منازل شروع می شود و با دفن زباله در محل دفن یا تبدیل به کمپوست در کارخانه کود آلی پایان می پذیرد. مولفه های مورد ارزیابی در بر آورد بار محیط زیستی شامل آلودگی آب، آلودگی هوا ، انرژی مصرفی و پسماند به جا مانده است.مقدار بار آلودگی و مصرف انرژی در سناریوی تولید کمپوست بر اساس میزان متان تولید شده(در صورتی که کمپوست به صورت غیر هوازی تهیه شود و یا اینکه هوادهی به اندازه کافی صورت نگیرد،
گاز متان تولید می شود) مقدار شیرابه و انرژی مصرفی ماشین آلات و سوخت های مورد استفاده در فرآیند تولید کمپوست در نظر گرفته شد.مقدار بار آلودگی و مصرف انرژی انرژی در سناریوی زباله سوز بر اساس میزان آلاینده های رها شده از دودکش و تجهیزات کنترلی گاز، خاکستر فرار و خاکستر کف، مقدار شیرابه و انرژی مصرفی ماشین آلات و تجهیزات کوره زباله سوز در نظر گرفته شد.مقدار بار زیست محیطی مرحله جمع آوری و حمل و نقل نیز از انرژی مصرفی و آلاینده ای تولیدی کامیون های مورد استفاده و نیز آلودگی های ناشی از آنها و نیز آلودگی حاصل از شیرابه گاز متان تولید شده ر آورد و محاسبه شدند و در ارزیابی نهایی مورد استفاده قرار گیرد.
واحد کار : کل پسماندتولیدی سالانه در شهر شاهین شهر مقدار 26280 تن در سال ( حاصلضرب تعداد روز سال در تولید روزانه بدست می آید.که حاصلضرب 365 روز در تولید روزانه 72 تن 26280 تن در سال خواهد شد) همچنین برای تعیین مقدار اجزا وارد شده در هر سناریو با توجه به محدودیت ها از نمونه آنالیز فیزیکی موجود در طرح جامع شرکت مدیریت پسماند شهرداری های شهرستان های شاهین شهر ، میمه ، خمینی شهر و برخوار و همچنین یک نمونه آنالیز فیزیکی انجام شده توسط خود محقق و میانگین گیری از آن ها درصد اجزا تعیین گردید.
مدل سازی مرحله فهرست نویسی داده ها(جمع آوری داده ها)
داده های مورد نیاز برای انجام این پژوهش از مطالعات طرح جامع مدیریت پسماند( بیو کمپوست و پردازش پسماند ها تا مر حله (1RDF شهرستان های شاهین شهر و میمه ، برخوار و خمینی شهر و نیز مصاحبه حضوری با پرسنل شرکت مدیریت پسماند شهرداری های شهرستان های شاهین شهر ، میمه ، خمینی شهر و برخوار و همچنین آنالیز فیزیکی محقق این پایان نامه به دست آمده است. در این مرحله ویژگی های پسماند شهر شاهین شهر از جمله مقدار تولیدی پسماند، آنالیز فیزیکی پسماند قبل از پردازش، و نیز روش های مختلف مختلف دفع و تصفیه پسماند شاهین شهر که شامل مراحل تفکیک در مبدا ، جمع آوری و حمل پسماند، کمپوست، بازیافت،دفن نهایی شناسایی و داده های مربوط به هر مرحله جمع آوری و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.و همچنین در ادامه روش های نوین دفع پسماند در شاهین شهراز جمله روش بازیافت انرژی از زباله(نیروگاه زباله سوز) مورد تجزیه تحلیل قرار گرفتند.با استفاده از داده های موجود منطقه مورد مطالعه و نیز داده های استاندارد و قرار دادی، موجود در مدل IWM توانستیم میزان آلاینده ناشی از هر کدام از سناریو ها و نیز انرژی مصرفی در آنها را به دست آوریم.این داده ها به طور کلی بر آوردی عمومی از وضعیت مصرف انرژی و تولید آلاینده ها را نشان داد . پس از شناخت پارامتر ها و موارد مورد نیاز برای نرم افزار IWM و جمع آوری اطلاعات مورد نیاز آن سناریو ها ی مورد نیاز با توجه به نظر سنجی با رویکرد دلفی و نظر متخصصان تعریف می گردند.
سناریو اول : کلیه پسماندها بدون پردازش به محل دفن منتقل گردد.
سناریو دوم: کلیه مواد آلی (مواد غذایی) موجود در پسماند برای تولید کمپوست و بقیه آنها به محل دفن منتقل گردد سناریو سوم : مواد قابل بازیافت بازیافت گردیده و مواد آلی برای کمپوستسازی و باقیمانده مواد به محل دفن منتقل میگردد.
سناریو چهارم : مواد قابل بازیافت بازیافت گردیده و مواد آلی برای کمپوستسازی و باقیمانده مواد برای تولید انرژی کاربرد دارد
داده های مورد نظر هر سناریو وارد نرم افزار IWMگردید و خروجی های هر سناریو توسط روش 2MET ارزیابی اثرات و نتایج سناریو ها با یکدیگر مقایسه گردید. در فاز ارزیابی اثرات چرخه حیات نتایج به دست آمده از سیاهه نویسی چرخه حیات به واحد های فیزیکی تبدیل شدند تا از آنها روش هایی مدیریتی به دست آید. تا کنون برای انجام ارزیابی اثرات، چرخه حیات روش شناسی یکسان و استانداردی که مقبولیت جهانی داشته با شد ارائه نشده است، این مرحله خود شامل مراحل زیر است.
-1 طبقه بندی و ویژگی سازی اثرات بدست آمده از مرحله فهرست نویسی -2 وزن دهی به هر طبقه بر طبق فرمول مربوطه و بدست آوردن شاخص هر اثر برای مرحله ازیابی اثرات این مطالعه از طبقه بندی و وزن دهی روش MET استفاده گردید، در این روش، طبقه آثار شاخص زیست محیطی عبارتند از : آثار گرمایش جهانی(گاز های گلخانه ای)، پدیده اسیدی شدن و بارش باران های اسیدی (گاز های اسیدی)، کاهش منابع تجدید نا پذیر، اکسیداسیون فتو شیمیایی و تشکیل مه دود فتو شیمیایی و آثار سمی بر انسان.
در مرحله طبقه بندی، تنش های سیاهه شده فهرست نویسی با توجه به طبقات اثر تعریف شده در روش MET طبقه بندی شد.(لازم به ذکر است که مرحله طبقه بندی اثرات، مرحله اختیاری است و بسته به اهداف و دامنه برد مطالعه، نوع و تعداد طبقات قابل تغییر است.) در جدول3 طبقات در نظر گرفته شده و واحد معادل، در هر طبقه و در جدول4 نحوه تخصیص مقادیر سیاهه شده به هر طبقه، در مطالعه حاضر ارائه شده است.
