بخشی از مقاله
چکیده
امروز استفاده از منابع تجدیدپذیر از یکسو و کنترل و کاهش آلودگیهای مرتبط با فعالیتهای انسانی، محققان و دانشمندان را بر آن داشته تا با استفاده از تکنولوژی و علم روز، این دو مقصود را به هم نزدیک کنند. با توجه به اینکه در قرن اخیر دفن صحیح و بهداشتی پسماندهای جامد شهری مورد توجه بوده است، آلودگیهای ایجاد شده در اثر آزاد شدن بیوگازها و شیرابهها مشکلات زیست محیطی این مکانها بوده است. با توجه به اینکه پسماند در لندفیلها در محیط خاکی دفن میگردند، انتقال و آزاد شدن بیوگازها وابسته به پارامترهای خاک است. در این مقاله به تحقیقات مرتبط به تولید بیوگازها در لندفیلها و پارامترهای ژئوتکنیکی خاکهای دریافت کننده آنها و راههای کنترل این گازها پرداخته شده است.
کلمات کلیدی: دفن بهداشتی پسماند، بیوگاز، جمعآوری گاز، لایه نفوذپذیر
.1 مقدمه
دفع بهداشتی پسماند جامد شهری - MSW1 - و پسماند جامد در حالت کلی، یکی از عناصر مهم در مدیریت پسماند جامد شهری تلقی میگردد. پسماند جامد دور ریختنی، پسماندی به شمار میرود که قابلیت بازیافت ندارد و حاصل فرآیندهای بازیابی مواد و انرژی میباشد. در قدیم دفن پسماند جامد به این صورت بود که در دریا یا در خاک رهاسازی میشد. در قرن اخیر دفن بهداشتی پسماند در لندفیلهای بهداشتی2 جایگزین راه کارهای قدیمی شده است .[1] یکی از روشهای پاک و ایمن کردن لندفیلها، استخراج بیوگازها و بازیابی آنها به صورت الکتریسیته و انرژی گرمایی است. از موارد مهم زیست محیطی در لندفیلها میتوان به مواردی چون تولید و جمعآوری و کنترل گازها، اشاره نمود. یک لندفیل را میتوان به عنوان یک راکتور بیوشیمیایی در نظر گرفت که آب و مواد جامد - پسماند - را به عنوان ورودی و گاز و شیرابه را به عنوان خروجی تولید می کند .[2]
گاز لندفیل یا LFG ترکیبی از 60% گاز متان ، 40% گاز کربن دیاکسید و بیش از 150 نوع گاز جزئی دیگر میباشد .[3] هر دو گاز متان و کربن دیاکسید جزء گازهای گلخانهای محسوب میشوند و اثر زیادی بر گرمایش جهانی دارند. پتانسیل گرمایشی گاز دیاکسیدکربن در مقایسه با متان که 1 به 25 است، بسیار ناچیز است. در نتیجه تاثیر زیست محیطی این گاز بسیار بالا است .[4]بر اساس مطالعات صورت گرفته بر روی سه لندفیل در انگلستان جهت پیدا کردن گازهای جزئی در این مناطق 116 نوع ماده یافت شد که بسیاری از این مواد جزء مواد آلی فرار هستند .[5] اگرچه بیشتر گاز متان از لندفیلها به اتمسفر وارد میشود، غلظت CO2 و CH4 در فاصلهای به اندازه 400 فوت برابر % 40 میباشد. غلظت گاز متان برای فاصله 1000 فوتی 5% میباشد .[6] این غلظت بالا موجب بیماریها و سرطان برای حیوانات و انسان میباشد. کنترل و نگهداری این گازها یکی از مسائل مهم در لندفیلها به شمار میرود .[1]
.2 فعالیتها و واکنشهای موجود در لندفیلها:
پسماند جامد شهری دفن شده در لندفیلهای بهداشتی در طول زمان در مقابل واکنشهای بیولوژیکی، شیمیایی و فیزیکی قرار میگیرد. از مهمترین واکنشهای بیولوژیکی در این مراکز میتوان به تجزیه مواد به شیرابه و گاز اشاره نمود. این واکنشها عبارت از: انحلال مواد موجود در خاک در شیرابه، پخش و انتشار شیرابه و گازها در خاک، تبخیر مواد شیمیایی و آب در اتمسفر، واکنشهای احیا و اکسیداسیون، واکنش فلزات سنگین و نمکها در خاک میباشد .[7] این واکنشها خود در 5 مرحله انجام میشود :[1]
فاز اول-:Initial adjustment فازی است که مواد ارگانیک تحت شرایط هوازی تجزیه میشوند، زیرا میزان کافی هوا و اکسیژن برای این گونه واکنشها در خاک محبوس شده است. منبع ارگانیسمهای تجزیه گر1، از خود خاک - پوشش روزانه - تا لجن تصفیهخانه فاضلاب و شیرابه بازگردانده شده به دست میآید.
فاز دوم- :Transition phase در این فاز که فاز انتقالی نیز نامیده می شود ؛ شرایط از هوازی به بی هوازی تغییر می کند. نیترات و سولفات به عنوان گیرنده الکترون در راکتورهای بیولوژِکی فعال می شوند و تبدیل به نیتروژن و هیدروژن سولفید می شوند. در این فاز به علت ایجاد CO2 اسیدیته خاک بالا می رود.
فاز سوم- :Asid phase در این فاز که به فاز اسیدسازی معروف است، فعالیت باکتریها بالا رفته و میزان قابل توجهی اسید آلی ساخته میشود. در این فاز گاز H2 کاهش مییابد - زیرا برای اسیدی کردن محیط به کار می رود - . در این مرحله هیدرولیز درشت مولکولها به کوچک مولکولها به منظور استفاده به عنوان منبع انرژی و کربن سلولها آغاز میشود. گاز غالب در این فاز CO2 میباشد. بسیاری از مواد مغذی مهم در این فاز توسط شیرابه حذف میشوند. در صورتی که چرخش شیرابه انجام نشود، این مواد از سیستم تجزیه خارج میشوند.
فاز چهارم- :Methane formation phase این فاز که به فاز متانسازی معرف است، میکروارگانیسمهای گروه دوم - استیک اسید - گاز هیدروژن را به متان و CO2 تبدیل میکنند. در این فاز pH محیط بالا میرود و به 6,8 تا 8 میرسد. در صورتی که شیرابه در این مرحله تولید شود حاوی BOD و COD بالایی خواهد بود. در نتیجه حلالیت مواد غیرآلی کاهش یافته و در نتیجه غلظت فلزات سنگین موجود در شیرابه کم میشود.
فاز پنجم- :Maturation phase در این فاز تولیدگاز متان بشدت کاهش یافته، مواد موجود در این مرحله مواد پایهای است که تجزیه آنها با سرعت کم انجام میشود. گاز غالب در این مرحله متان است. بسته به مقیاس بسته شدن لندفیل مقداری گاز نیتروژن و اکسیژن نیز تولید میشود.تولید انواع گازها در فازهای 5 گانه فوقالذکر در شکل 1 نشان داده شده است.
.3 انواع سیستمهای جمعآوری بیوگاز - LFG -
میزان کلی تولید بیوگاز برای هر تن پسماند در حدود 200 متر مکعب میباشد. البته بسته به ترکیبات پسماند این مقدار تغییر میکند. گاز تولیدی را میتوان با استفاده از لولهها یا چاههای جمعآوری به بالای لایه رویه لندفیل آورد و با روشهای مختلف مدیریت گازهای LFG آنها را سوزاند و یا بازیابی نمود .[8] برای جمعآوری این میزان گاز در لندفیلها نیاز به یک سیستم جمعآوری کارا، مناسب و بادوام است، تا نه تنها گازهای تولید شده را به خوبی به سطح لندفیل منتقل کند، بلکه در اثر تماس با محیطهای اسیدی با گذشت زمان سالم بماند. در کل از سیستم جمعآوری LFG میتوان به عنوان سیستم جلوگیری از فرار گازها و رسیدن به هدف بازیابی موثر انرژی استفاده نمود. به همین دلیل دستیابی به فهمی درست از حرکت گازها در خاک لندفیلها ما را برای رسیدن به طراحی صحیح و مهندسی جمعآوری LFG یاری میکند .[9]
کنترل گاز لندفیلها به دو صورت فعال1 و غیرفعال2 انجام میپذیرد. در مورد روش اول سیستم با استفاده از انرژی در فرم خلاء، جریان گاز را در این مناطق کنترل میکند. در روش دوم فشار گاز تولید شده در لندفیل، توسط خود گاز محبوس شده، باعث تولید نیروی رانش به بیرون میشود. در صورت تعبیه لولههایی با نفوذ پایین، انتقال گاز به مناطق مطلوب میسر میشود. هنگامی که تولید گازهای اصلی لندفیل محدود است، روش غیر فعال موثر نیست، زیرا مکانیسم دیفیوژن مولکولی در این حالت، مکانیسم غالب حرکت گازها میباشد. در این حالت سطح لندفیل و کف آن باید به خوبی پوشش داده شود تا گاز تنها از تراشهها و چاههای تعبیه شده و لولهها منتقل شود. در حالت کلی پیشنهاد میشود که روش غیرفعال برای لندفیلهایی به کار رود که سازههای اطراف لندفیل در فاصله زیادی از لندفیل باشد و در لندفیلهایی که در مجاورت آنها ساختمان میباشد از روش فعال استفاده شود .[1]از روشهای کنترل فعال گازها میتوان به موارد زیر اشاره نمود :[1] -1 استخراج عمودی گاز3 -2 استخراج افقی گاز4 -3 مدیریت میعانات گازی5
.4 روشهای مدیریت گاز در لندفیلها
گازی که از لندفیل به دست میآید را میتوان سوزاند و یا از آن به عنوان بازیابی انرژی استفاده نمود.
-1 روش سوزاندن: در این روش گاز متان به همراه گازی های جزئی که شامل VOCs نیز میشود در حرارتی نزدیک به 1500 درجه فارنهایت در زمانی برابر با 0,3 تا 0,5 ثانیه سوزانده میشود.
