بخشی از مقاله
چکیده
در سالهاي اخیر در کشورهاي توسعه یافته استحصال برق و حرارت در تصفیه خانههاي فاضلاب شهري رواج بسیاري دارد. این تکنولوژي علاوه براینکه با کاهش عوامل بیماريزا، بوزا و حجم لجن از نظر زیست محیطی ضروري است، موجب تولید مقادیر قابل توجهی انرژي به صورت برق و حرارت میگردد. با توجه به نتایج ارائه شده در این مقاله، نرخ بازده داخلی سرمایهگذاري - IRR - این طرحها حدود 29 درصد و زمان بازگشت سرمایه آن حدود 5 سال میباشد. با توجه به حساسیت قابل توجه نتایج اقتصادي به پارامتر درآمد حاصل از فروش برق به شبکه، افزایش اندکی در نرخ خرید برق تولیدي از بیوگاز هاضمها میتواند این سرمایهگذاري را براي بسیاري از سرمایهگذاران داخلی و خارجی جذابتر نماید.
همچنین با توجه به اهمیت زیست محیطی هضم بیهوازي لجن در تصفیه خانه فاضلاب شهري، این گونه طرحها می تواند از نظر بهداشت و محیط زیست نیز مورد توجه قرار گیرد. به علاوه استفاده از این طرحها میتواند مقدمهاي باشد تا تکنولوژي هضم بیهوازي به همراه نیروگاه تولید همزمان برق و حرارت با استفاده از سایر خوراكهاي هاضم مانند زائدات کشاورزي، فضولات دامی، زبالههاي شهري و فاضلاب صنعتی در کشور توسعه یابد.
واژههاي کلیدي : تصفیه فاضلاب، بیوگاز، هضم بیهوازي، تولید همزمان برق و حرارت، تحلیل مالی
-1 مقدمه
رشد شدید جمعیت در دهههاي اخیر و به تبع آن افزایش گسترده فاضلاب شهري، معضلات زیست محیطی بسیاري را در جامعه منجر میشود. فاضلاب شهري به دلیل ایجاد آلودگیهاي محیط زیستی براي بازگشت به طبیعت باید تصفیه شود و یکی از روشهاي موثر در این زمینه استفاده از هاضمهاي بیهوازي و تخمیر مواد خطرناك آن میباشد. سالانه میلیونها تن لجن در فرآیند تصفیه فاضلاب تولید میگردد که داراي پتانسیل مناسبی براي تولید انرژي میباشد، در حالی که دفع و دفن این لجنها از معضلات اساسی تصفیه خانهها بوده و هزینههاي گزافی در این زمینه صرف میگردد. با بهرهگیري از فناوريهاي مناسب می توان ضمن حل معضل این پسماندهاي آلی به تولید انرژي پاك اقدام نمود. بیوگاز حاصل از هضم بیهوازي داراي درصد قابل توجهی متان بوده و میتواند به عنوان ماده قابل احتراق در صنایع مختلف براي تولید برق و حرارت مورد استفاده قرار گیرد.
بیوگاز تولیدي از لجن فاضلاب شهري از60 تا 75 درصد متان و 30 تا 35 درصد گاز کربنیک تشکیل شده و همراه گازهاي نام برده نزدیک به یک درصد گاز هیدروژن سولفید در بیوگاز خروجی وجود دارد که به جز آلودهسازي محیط زیست، خاصیت خورندگی شدیدي داشته و براي تجهیزات بعد از مخزن ذخیره بسیار مضر می باشد و باید تصفیه شود. لجن پس از گذراندن مراحل هضم داراي رنگ قهوهاي مایل به سیاه است و بویی شبیه به بوي خاك مرطوب میدهد و مقدار موجودات زنده در آن بسیار اندك است درنتیجه پس از طی مراحل آبگیري میتواند به راحتی و بدون هیچ خطري در طبیعت دفن شود و یا در پلنتهاي زبالهسوز، سوزانده شده و از انرژي حاصل از آن در نیروگاهها استفاده شود؛
بنابراین با اجراي فرآیند هضم بیهوازي میتوان حجم لجن را کاهش داده، آن را تصفیه کرده و همچنین از بیوگاز حاصل از آن براي تولید انرژي استفاده نمود. با در نظر گرفتن سیستمهاي تولید همزمان برق و حرارت - CHP - براي مصرف بیوگاز حاصل، می توان انرژي الکتریسیته و حرارتی تولید کرده و در صنعت مورد نیاز بهره برداري نمود. تولید بیوگاز رایجترین روش استحصال انرژي در تصفیهخانههاي فاضلاب شهري و صنعتی در دنیا است. هضم پسماندهاي مختلف میزان انرژي متفاوتی تولید میکند. میزان انرژي برق تولیدي از بیوگاز حاوي %55 متان در سیستم CHP با بازده %35 براي کود حیوانی 122/5، کاه و کلش برنج 546/7، پسماند میوه و سبزي 151/6، آب پنیر 68/9، پسماند شهري 207/2 و لجن فاضلاب kWh/t FM 96 می باشد.[1]
-1-1 تاریخچه
در زمینه استحصال انرژي از بیوگاز کارهاي بسیاري در سطح ملی و جهانی انجام شده است. مصطفی داودينژاد و همکاران [1] در سال 1394 طی مقالهاي با عنوان برآورد پتانسیل تولید بیوگاز و برق از فاضلاب شهري در کشور، با انجام محاسبات مربوطه میزان لجن فاضلاب تولیدي، بیوگاز حاصل از آن و حداکثر توان تولید برق در کشور را محاسبه نموده و نتایج آن را منتشر کردهاند. بر طبق این آمار، میزان لجن فاضلاب تولیدي در کشور 307/21 Mm3/yr - 219437 /03 ton/yr - ، میزان بیوگاز تولیدي - 472/63 Mm3/yr - 337595/43 ton/yr و حداکثر توان تولید برق 174/52 MWبرآورد شده است.
حسین صادقی و همکاران[2] در سال 1393 در مقاله خود با عنوان تحلیل هزینه- فایده تولید پراکنده برق از بیوگاز در گاوداري هاي صنعتی ایران، به ارزیابی اقتصادي تولید پراکنده برق، هم از دیدگاه بخش خصوصی و هم اجتماعی پرداخته اند. مریم بخشی و همکاران [3] در سال 1388 در مقاله خود با عنوان ارزیابی پتانسیل استحصال انرژي از فاضلاب شهري و ارائه مدل آن، با روشهاي مبتنی بر آمار جمعیتی و ضرایب و مفروضات دستور العمل IPCC و اصلاح آنها براي شرایط ایران، پتانسیل تولید بیوگاز از فاضلاب شهري در کشور را برآورد و با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی - GIS - ، اطلس انرژي فاضلاب کشور به تفکیک استانها را تهیه کردند. بر اساس این آمار بیشترین پتانسیل استحصال انرژي به ترتیب در استانهاي اصفهان، آذربایجان شرقی، تهران، خراسان رضوي و کرمانشاه وجود دارد. ابوالقاسم علی قارداشی و مهرداد عدل[4] طی مقالهاي ابتدا مروري سریع بر تولید بیوگاز از فضولات حیوانی و فاضلاب هاي شهري و صنعتی در ایران دارد و سپس به بررسی واحدهاي بیوگاز روستایی و رآکتورهاي بیهوازي پرداخته میشود.
در هر بخش انواع رآکتورهاي ساخته شده در ایران مورد بررسی کلی قرار گرفته و به ذکر مهارتها، تجهیزات و وسایل مورد نیاز براي ساخت هر واحد اشاره میشود. طبق تحقیقات صورت گرفته در این مقاله اهم علل عدم گسترش فناوري هاضمهاي بیهوازي عبارتند از : ارزان بودن انرژي و پیچیده بودن این پدید در ایران، نبودن مرجع و متصدي مشخص براي بیوگاز در کشور، نبودن روحیه مشارکت در مردم، عدم آشنایی و آموزش کافی در این زمینه. لیولین [5] طی مقالهاي با عنوان افزایش مقدار لجن و تولید بیوگاز براي مقابله با پدیده گرمایش زمین به بررسی تاثیر بازیافت کربن و استفاده از روش تصفیه ازن پرداخته است. ژنگ هنجی در سال 2010 در مقاله خود با عنوان تصفیه لجن براي افزایش تولید بیوگاز به بررسی انواع روشهاي هضم بیهوازي و معایب و مزیت هر یک پرداخته است. اختلاف تولید انرژي و هزینههاي لازم براي هر روش نیز مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.
-2-1 بیوگاز در ایران
کشور ایران همواره از پتانسیل خوبی در جهت تولید بیوگاز بهره مند بوده است. در سال 1361 یک واحد 3 مترمکعبی در دانشگاه صنعتی شریف مورد مطالعه قرار گرفت. درسالهاي 1361-65 مرکز تحقیقات انرژيهاي نو در سازمان انرژي اتمی ، پژوهشهاي ویژهاي را در این زمینه به انجام رساند که از آن جمله میتوان به احداث 10 واحد بیوگاز در استانهاي سیستان و بلوچستان، ایلام و کردستان اشاره کرد. در دهه 1360 وزارت جهاد سازندگی نیز در این راه اقداماتی صورت داد، ابتدا در سال 1363 یک واحد آزمایشی در حیدرآباد کرج ساخته شد، سپس در سال 1364 یک نمونه واقعی در روستاي چین سیب لی از توابع بخش آق قلا در منطقه گرگان احداث گردید. این وزارتخانه 40 هاضم دیگر در مناطق مختلف کشور ساخت که 18 واحد آن به مرحله گازدهی رسید. همچنین مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی در این زمینه گامهایی برداشتهاند. از جمله میتوان به واحد احداث شده توسط جهاد دانشگاهی دانشکده کشاورزي کرج در سالهاي 63-65 و واحد احداث شده توسط مهندس خلیل شیخ قاسمی - کارشناس شرکت آب و فاضلاب - در شاهین دژ آذربایجان در سال 1372 اشاره کرد.
متأخرترین واحدهاي ساخته شده، یک واحد بیوگاز براي هضم فاضلاب انسانی در جزیره کیش و یک واحد تخمیر فضولات دامی - گاوداري - در ماهدشت کرج بوده که هر دو توسط سازمان انرژي اتمی در سالهاي 1377-78 طراحی و ساخته شده اند 9]،8،7،.[6 در مورد هاضمهاي لجن و رآکتورهاي تصفیه بیهوازي فاضلاب در ایران، باید گفت که متأسفانه هم اکنون از بیوگاز هاضمهاي لجن در هیچ یک از تصفیهخانههاي فاضلاب شهري استفاده نمیگردد و رآکتورهاي بیهوازي کمتر از 10واحد بوده میباشند. بیوگاز را میتوان از تخمیر پنج نوع زیست توده به دست آورد؛ فضولات دامی، ضایعات کشاورزي، فاضلاب هاي شهري، فاضلابهاي صنعتی و زباله-
هاي شهري، که در این مقاله نوع فاضلاب شهري مورد بررسی قرار میگیرد. اگر شهرهاي بالاي 100هزارنفر را ملاك قرار دهیم و با استفاده از فرایند بیهوازي فاضلاب را تصفیه نماییم، بیوگاز حاصل از تصفیه بیهوازي حدود 107/8~245 میلیون مترمکعب خواهد بود، در حالی که اگر فرایند هوادهی را به کار ببریم، این مقادیر کمتر خواهند شد. براي نمونه در فرایند روش لجن فعال، میزان بیوگاز حاصله از هاضمهاي لجن حدود 20/9~107/8 میلیون مترمکعب خواهد بود. [10]
