بخشی از مقاله
چکیده
آب آشامیدنی آب گوارایی است که عوامل فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آن در حد استانداردهای تصویب شده باشد و مصرف آن عارضه زیانباری در کوتاهمدت یا درازمدت در انسان ایجاد نکند. لذا تهیه و تامین آب سالم امری ضروری است. اما باید توجه داشت که تجهیزات، انرژی و مواد شیمیایی مصرف شده در تهیه آب آشامیدنی، اثرات زیستمحیطیای در پی دارند که تشدید گرمایش جهانی به دلیل افزایش گازهای گلخانهای1، از جملهی این آثار میباشد.
در این تحقیق میزان گاز دیاکسید کربن معادل که عامل اصلی گرمایش جهانی است با ابزار زیستمحییِط ارزیابی چرخه حیات 2 و با استفاده از نرمافزار Simapro تخمین زده شده است. برای این کار شهر ساری به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردید و تامین آب از چاههای زیرزمینی بررسی شده است. سپس سه سناریوی جایگزین تعریف گردید که جایگزینی منابع زیرزمینی با آب سد شهید رجایی را بررسی میکند. بررسیها نشان میدهد که چنانچه تامین آب از محل سد شهید رجایی انجام پذیرد، میزان اثرات زیستمحیطی به مقدار زیادی کاهش مییابد. نتایج نشان میدهد که مقدار الکتریسیته مصرفی و نحوهی تولید آن نقش مهمی در میزان دیاکسید کربن معادلِ تولید شده دارد.
مقدمه
در دههی 60 میلادی، دانشمندان به موازات افزایش فعالیتهای صنعتی جوامع مختلف، و در معرض نابودی قرار گرفتن سلامت محیطزیست، زنگهای خطر را به صدا در آوردند. محیطزیست سرمایه و دارایی مشترک همه انسانهاست و منابع طبیعی و محیط-زیست تنها متعلق به نسلهای امروز نیست و آیندگان نیز از آن سهمی دارند . پس به منظور رعایت اصل توسعه پایدار که خواهان پیشرفت در زمینه صنعت و رفاه انسان و در عین حال حفظ محیط-زیست و منابع طبیعی است، استقرار سیستمهای مدیریتی همچون سیستم مدیریت زیستمحیطی ایزو 14001 میتواند جهت نیل به این مهم موثر باشد.
از جمله ابزارهایی که برای مدیریت زیست- محیطی کاربرد دارد عبارتاند ازتصمیمگیری چند متغیره3، ارزیابی اثرات زیستمحیطی4، هزینهیابی چرخهی حیات5، تحلیل هزینه فایده6، ارزیابی زیستمحیطی راهبردی7، آنالیز اکسرژی8 ، تحلیل جریان مواد9، ردپای اکولوژیکی10 ، نمایه فرایند پایدار11 و ارزیابی چرخهی حیات12 که علت انتخاب این روشها حوزهی کاربرد وسیع و متداول بودن آنها نسبت به روشهای دیگر میباشد.
[14] ارزیابی چرخهی حیات عبارت است از روشی که در آن، کلیه اثرات زیست-محیطی مرتبط با یک محصول در کل چرخه حیات آن ارزیابی شود. این روش یک رویکرد گهواره تا گور است که با جمعآوری مواد خام از زمین آغاز شده و با برگشت محصول مصرفشده به زمین پایان مییابد. مهمترین مزیت این روش آن است که انتقال یک مسئلهی زیست محیطی به مرحلهی دیگر را، راه حل مسئله نمیداند و با در نظر گیری کل چرخهی حیاتِ یک سیستم یا محصول، از تغییر و یا جابجایی زمانی و مکانی مسئله جلوگیری میکند. این روش از 4 گام اصلیِ تعریفِ هدف و دامنه، تحلیل سیاهه نویسی، ارزیابی پیامد چرخه حیات و تفسیر تشکیل میشود.
هدف و دامنه، پایه و اساس ارزیابی چرخه حیات میباشد. در این مرحله، واحد عملکردی و مرز سیستم نیز تعیین میگردد. ارزیابی چرخه حیات یک رویکرد نسبی است که اطراف یک واحد عملکردی شکل میگیرد، و این واحد کارکردی آنچه را که قرار است مطالعه شود، تعریف میکند. البته کلیهی تجزیه و تحلیلهای بعدی با آن واحدِ کارکردی متناسب هستند؛ بهگونهای که، همه ورودیها و خروجیهای سیاههنویسی و در نتیجه پروفیل ارزیابی اثرات چرخه حیات به واحد کارکردی مربوط میشود [15] و مرز سیستم، واحد فرایندهای مشمول در سیستم را مشخص میکند.
فاز سیاههنویسی چرخه حیات13 به عنوان هسته و ویژگی عمومی هر مسالهیارزیابیِ چرخهی حیات است. در طی این مرحله، همهی جریانهای مواد، انرژی و تمامی ضایعات آزاد شده به محیط، در طی چرخه ی سیستم، مورد مطالعه، شناسایی و اندازهگیری قرار می گیرند و نتایج نهایی به صورت جداول سیاهه نویسی ارائه میشود. این جداول پایه و اساس ارزیابی چرخه حیات محسوب میگردند. ارزیابی اثرات چرخه حیات14، سومین مرحله از مراحل ارزیابی چرخه حیات است که مقادیر و اهمیت اثرات زیستمحیطی یک محصول را ارزیابی میکند.
دراین مرحله، اطلاعات و دادههای متنوع و زیادی که در مرحله سیاههنویسی به دست آمدهاند به دسته اثرات زیستمحیطی خاصی مرتبط میشوند تا تفسیر این اطلاعات آسانتر گردد و نتایج روشنتری در اختیار تصمیمگیران و مدیران قرارگیرد. تفسیر، آخرین مرحلهی ارزیابی چرخه حیات می-باشد که در آن یافتههای حاصل از تجزیه و تحلیل سیاهه و ارزیابی پیامد با هم مد نظر قرار میگیرند .[15] هدف این گام، بیان روشن و قابل فهم نتایج ارزیابی میباشد.
در طول دهه گذشته، بسیاری از مطالعات ارزیابی چرخه حیات برای محصولات الکترونیکی، مصالح ساختمانی، بستهبندی، موادشیمیایی، و غیره انجام شده است. اما مطالعات کمی بر روی بخشهای آب آشامیدنی انجام گرفته است. Delmas et al - 2014 - با استفاده از روش ارزیابی چرخهحیات نشان دادند که افزایش قطر لولهها در شبکه توزیع آب سبب افزایش اثرات میشود و نصب لولهی 90 میلی-متری نسبت به لوله 200 میلیمتری اثرات بیشتری را به دنبال دارد[.1]مطالعاتی نیز در قسمتهایِ مختلف تصفیه آب 2] و [3 و همچنین تغییرات پیشبینی شده در آن4] و [5، انجام گردیده که این تحقیقات در گذشته نتایجی را به دنبال داشته است.
به طور مثال، استفاده از انرژی سبز، اثرات زیستمحیطی را در مقایسه با انرژی مرسوم تا 57 درصد کاهش میدهدBarrios et al .[6] - 2008 - نشان دادند که در تصفیه آب، سختیگیری بیشترین اثر زیستمحیطی را دارد و پس از آن انعقاد عامل دوم اثرات زیست محیطی میباشد .[6] از طرف دیگر، محققینی نیز تصفیه آب را بررسی کردند که نتایج نشان میدهد، بهرهبرداری بهینه از آب جهت کاهش مصرف انرژی و گازهای گلخانهای توصیه گردیده که در آن فاز بهرهبرداری 90 درصد مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانهای را به خود اختصاص داده است.[7]
مطالعات انجامشده در سیستمهای آب و فاضلاب شهر بولونیا نشان میدهد که پمپاژ، بیشترین اثرات زیستمحیطی را در بر داشته و این در حالیاست که تولید و حمل و نقل مواد شیمیایی در سیستمهای مرسوم تنها حدود 10 درصد از اثرات را به خود اختصاص میدهد که میتوان از آن چشم پوشی کرد.[8] البته Herrmann and hasse - 1997 - ترکیبی از روشهای غیر متمرکز از جمله جمعآوری آب باران، کاهش نشت، حفاظت از آب، بازیافت فاضلاب به منظور تحقق بخشیدن صرفهجویی در یک سیستم آب را توصیه کرده اند.
[9] همچنین مقایسه اثرات زیستمحیطی روشهای مرسوم تصفیه آب و روشهای غشایی نشان میدهد که برق مصرفی در طول تصفیه، عامل اصلی فشارهای زیستمحیطی میباشد.[10] گروهی دیگر هم استفاده از آب باران به جای آب آشامیدنی را برای شستن لباس و فلشتانک توالت در صرفه جویی انرژی، صرفه جویی اقتصادی، و کاهش گرمایش جهانی مربوط به عملیات تامین آب موثر میدانند، اماهمچنین میتواند به برخی از اثرات سمی منجر شود.[11]
فیضی - 1392 - ، با استفاده از ارزیابی چرخهی حیات، تصفیهخانه جنوب تهران را بررسی کرده است که نتایج آن نشان میدهد، استفاده از لجن به عنوان کود کشاورزی موجب ایجاد اثرات مثبت قابل توجهی گردیده و چنانچه 80 درصد انرژی مورد نیاز از بیوگاز تامین شود ، نه تنها اثرات منفی ایجاد نمیکند بلکه اثرات مثبت را نیز به دنبال دارد. Lundie et al - 2004 - نیز اثراتِ زیستمحیطیِ سیستم آب و فاضلاب شهر سیدنی و سناریوهای جایگزین را ارزیابی کردند و به این نتیجه رسیدهاند که چرخه آب آشامیدنی در سناریوی آب شیرین سبب افزایش قابل توجه انتشار گازهای گلخانهای می-شود.[12]
در این تحقیق برای اولین بار تامین آب از دیدگاه زیستمحیطی در کشور ایران بررسی میشود که نتایج آن میتواند توسط تصمیم-گیرندگان بخش آب جهت براورده شدن ملزومات زیستمحیطی مورد استفاده قرار گیرد. معرفی نرمافزار Simapro در این تحقیق از نرمافزار Simapro جهت محاسبهی دیاکسید کربن معادل استفاده شده است. این نرمافزار از پایگاه دادهی یکپارچه æ جامعی همچون Ecoinvent بهره می برد که قابل کپی کردن و به روز رسانی بر اساس شرایط سیستم و منطقه مورد نظر می باشد.
همچنین نرمافزار Simapro دیدگاه چرخه حیات را آسانتر مدل می کند. پس از مشخص شدن مرز سیستم و انجام مطالعات کتابخانهای، عوامل موثر در تولید گازهای گلخانهای مشخص شده و اطلاعات مربوط به آن جمعآوری میگردد تا وارد نرم افزار شوند. در نرمافزار Simapro دادهها میتوانند به صورت تخمینی، مصاحبهای æ یا اطلاعات ثبت شده باشد.[13] اطلاعات ورودی به نرمافزار با واحدهای متفاوتی میتواند باشد. به طور مثال مقدار بتن استفاده شده در مرحله ساخت میتواند با واحدهای حجمی و یا وزنی باشد.
در این تحقیق واحد به کار رفته برای ورقهای فولادی، میلگرد، مواد شیمیایی، مقدار آب و لولهها از نوع وزنی میباشد. این در حالی است که مقادیر حمل و نقل با واحد تن در کیلومتر و واحد الکتریسیته، کیلو وات ساعت میباشد. پس از وارد کردن این اطلاعات در نرمافزار، نرم افزار با استفاده از پایگاه دادهها، که با توجه به تحقیقات قبلی فراهم شده است، مقادیر گازهای مختلف که در گرمایش جهانی موثر هستند بدست میآید.
سپس نرمافزار Simapro با استفاده از ضرایبی که در روش IPCC 2007 GWP 100a تعریف شده است، تمامی گازهای تولید شده را بر اساس میزان پتانسیل گرمایش جهانیِ آنها، به گاز دیاکسید کربن معادل تبدیل میکند. به عنوان مثال از آنجا که پتانسیل گاز متان در گرمایش جهانی 25 برابر گاز دیاکسید کربن است، روش IPCC 2007 GWP 100a از ضریب 25 برای تبدیل گاز متان به گاز دیاکسید کربن معادل استفاده می-کند. IPCC 2007 GWP 100a جزء روشهای تک بعدی بوده و تنها گرمایش کره زمین را مد نظر قرار داده و مدت زمان 100 سال را برای محاسبه اثرات مد نظر قرار میدهد.
مطالعه موردی
در گذشته آب شهر ساری، مرکز استان مازندران در شمال ایران، از رودخانهها و چشمهها تامین میگردید و فاضلاب تولیدشده توسط مصرفکنندگان از طریق چاههای جذبی دفع میگشت. با افزایش جمعیت و مشخص شدن اثرات، طرحهای آبرسانی در شهر ساری به انجام رسید. در حال حاضر جمعیت ساری که از آب شرب بهره می-برند حدود 350000 نفر است و طراحیها با هدف جمعیتی 420000 نفر در سال 1405، انجام شده است.
در حال حاضر، آب شهر ساری از 28 حلقه چاه تامین میگردد که 10 حلقه مستقیما به شبکه توزیع آب تزریق میشوند و 18 حلقه به دو مخزن زمینیِ کرمانی و نسایی منتقل میگردند. از 10 حلقه چاهی که مستقیما به شبکه توزیع تزریق میشود، 2حلقه در حالت انتظار قرار داشته و در مواقع ضروری مورد استفاده قرار میگیرد. در حال حاضر برداشت آب از این چاهها 1180 لیتر بر ثانیه میباشد که 18 درصد از این آب برداشتی به دلیل نشت تلف میشود. همچنین با نظر کارشناسان شرکت آب و فاضلاب استان مازندران میزان آب شستشوی شبکهتوزیع و مخازن 10 لیتر بر ثانیه درنظر گرفته شده است.
در این قسمت مواد شیمیایی و فاصله حمل آنها، برق مصرفی و همچنین مقدار آب برداشت شده در سال 1393 وارد نرمافزار Simapro گردیده تا اثرات آن بدست آید. تصفیه خانه آب کیاسر: به دلیل عدم وجود زیرساختهای لازم، تمامی برداشت آب در شهر ساری تا تیر ماه سال 1393 از منابع زیرزمینی بوده است. همچنین عواملی چون بالا بودن سطح آب زیرزمینی و استفاده از کودهای کشاورزی و همچنین استفاده مردم از چاههای جذبی برای دفع فاضلاب، باعث آلوده شدن آبهای زیرزمینی گردیده است . باید توجه داشت که به دلیل برداشت بیرویه آب از منابع زیرزمینی، در آینده نشست زمین در مازندران یکی از معضلات اساسی خواهد بود. بنابر این دلایل، جایگزین شدن این منابع با منابع دیگر همواره مطرح بوده، تا اینکه جایگزین شدنِ این منابع با آب سد شهید رجایی تا سال 1405، تصویب گردیده است.
بدین منظور آب سد شهید رجایی به تصفیهخانهی آب کیاسر منتقل شده و در آنجا تصفیه میشود. این تصفیه خانه در 2 مدول تعریف شده است که مدول اول و دوم آن باید به ترتیب در سال 1405 و 1425 به بهرهبرداری برسند. مدول اول برای جمعیت 420 هزار نفر به میزان 1500 لیتر بر روز تعریف شده است. نمونههای برداشتی در آزمایش جار تست نشان میدهد که برای تصفیه آب واحدهای فرایندیِ هوادهی، حذف جلبک، اختلاط سریع، واحد زلالساز، بخش لجن و فیلتراسیون مورد نیاز است. در این تصفیهخانه 2 بار کلرزنی صورت میپذیرد. ابتدا برای ضدعفونی کردن واحدها تا از آلوده شدن واحدها با ویروسها و باکتریها - به دلیل رطوبت بالا - جلوگیری شود. سپس در قسمت خروجی فیلتراسیون برای گند زدایی، کلرزنی انجام خواهد شد.
نقطه برداشت آب از سد شهید رجایی در ارتفاع 485 متری از سطح دریا میباشد. همچنین تصفیهخانه در ارتفاع 160 متری از سطح دریا واقع شده است که با سد شهید رجایی اختلاف ارتفاع 320 متری دارد. این اختلاف ارتفاع برای تولید 2 مگاوات برق در روز کافی بوده و قرار است در آینده، برای این تصفیهخانه نیروگاه برق آبی احداث شود. این در حالیست که مدول اول تصفیه خانه برای تصفیه 500 لیتر بر ثانیه تنها به 0/7 مگاوات برق در روز، برای تصفیه 1500 لیتر بر ثانیه تنها به 1/2 مگاوات برق در روز و مدول دوم به 0/5 مگاوات برق در روز نیاز دارد.
برای محاسبه مقدار بتن، ورقهای فولادی، میلگرد، خاکبرداری، خاکریزی و لولهها از ضریب تخصیص استفاده شده است. این ضریب برابر است با نسبتِ مقدار آب برداشتی در سال و یا سناریوی مورد نظر به مقدار آب تصفیه شده در طول عمر 50 سالهی تصفیهخانه. جهت محاسبه مقدار آب تصفیه شده در طول 50 سال، مقدار دبی در 5 سال نخست برابر با 500 لیتر بر ثانیه و در 45 سال باقیمانده برابر با 1500 لیتر بر ثانیه درنظر گرفته شده است. پس از بدست آمدن ضریب تخصیص، مقادیرِ بتن، ورقهای فولادی، میلگرد، خاکبرداری، خاکریزی و لولهی کل در این عدد ضرب شده تا مقدار سال و یا سناریوی مورد نظر بدست آید. اعداد بدست آمده وارد نرمافزار Simapro شده است.
