بخشی از مقاله
چکیده
بحث مدیریت شهری و آلودگیهای زیست محیطی و تولید پسماند از معضلات سالهای اخیر شهرهای بزرگ جهان است. این معضل در اکثر شهرهای ایران نیز به دلیل رشد بی رویه مصرفگرایی و به تبع آن افزایش تولید زباله و پسماندهای شهری از اهمیت قابل ملاحظه ای برخوردار است. ازدیاد حجم زباله های شهری و افزایش مشکلات دفع آن و همچنین کمبود زمین مناسب برای دفن اصولی، تولید شیرابه و مسائل زیست محیطی سبب شده است تا مدیران شهری به بحث تولید انرژی الکتریکی از پسماند ها در نیروگاههای زباله سوز توجه بیشتری داشته باشند. به اعتقاد بعضی از متخصصان امور شهری زباله سوز به عنوان یک راه حل مناسب جهت دفع بهداشتی زباله و تولید انرژی خصوصا برای نقاطی که فاقد زمین کافی جهت دفن زباله باشد به شمار می رود. در این پژوهش به بررسی تاثیرات زیست محیطی پسماندهای شهری و همچنین پتانسیل سنجی توان الکتریکی نیروگاه زباله سوز بر اساس میزان کل پسماند تولیدی شهر تهران و برآورد مقدار خروجی آلاینده های هوا بر اساس الگوریتم های نرم افزار Simulink/MATLAB شبیه سازی و برآورد شده است. در ابتدا پتانسیل سنجی مقدار انرژی الکتریکی قابل استحصال در شهر تهران محاسبه شده و سپس مقدار آلایندههای ناشی از سوزاندن پسماند نیز به تفکیک در جداول جداگانه ارائه شده است. نتایج
نشان می دهد برای شهر تهران با فرض %15 تلورانس در مقدار پسماند تولیدی در هر روز میتوان حداکثر 40 مگاوات نیروگاه زباله سوز از نوع توده سوز احداث نمود.
واژههای کلیدی: نیروگاه زباله سوز، انرژی تجدیدپذیر، شهر تهران، آلاینده، پسماند شهری
-1 مقدمه
رشد چشمگیر تکنولوژی، تنوع در تولید و بسته بندی محصولات مختلف، تغییر الگوی مصرف و حاکم شدن فرهنگ مصرفی در جامعه، افزایش پسماندهای شهری را به دنبال داشته است. همزمان با افزایش جمعیت و ازدیاد تولید زباله محل های دفن زباله هر سال بیشتر از گذشته گسترش می یابند. اگر تولید زباله و روشهای امحاء آن با همین روال ادامه یابد، مدت زیادی طول نخواهد کشید که اراضی اطراف شهرها پر از زباله شده و محلی برای دفن زباله باقی نخواهد ماند و این امر باعث خواهد شد تا ظرفیت خودپالایی طبیعت از حد مجاز تجاوز کند و تعادل اکولوژیکی اکوسیستم ها مختل شود. این امر در کشورهای دیگر مانند ژاپن اتفاق افتاده و احتمال آن برای همه شهرها و کشورها وجود دارد.
در سلسله مراتب مدیریت پسماند به ترتیب کاهش پسماند، استفاده مجدد از پسماند، بازیافت، استحصال انرژی، تصفیه، جلوگیری از انتشار و دفع پسماند قرار گرفتهاست. معمولا گزینههای تولید انرژی از پسماند با این سلسله مراتب هماهنگ و سازگار است. گزینههای عملی تبدیل پسماند میبایست زمانی مورد استفاده قرار گیرند که پسماندهای موجود را نتوان برای استفاده مجدد، بازیافت و یا بازفرآوری بعنوان یک منبع مواد اولیه، مورد استفاده قرار داد. لغت یونانی اینسی نریت (Incinerate) به معنی سوزاندن و به خاکستر تبدیل کردن، امروزه معانی گسترده تری پیدا کرده است. به طور کلی هر فرآیندی که بتواند با سوزاندن مواد زائد جامد حجم یا وزن آنها را کاهش بدهد و به شکل مواد کم ضرر تبدیل کند، زباله سوز نامیده میشود. بسیاری از مواد زاید قابل سوزاندن بوده و محصول احتراق نیز گازهای بی ضرر است که به راحتی از دودکشها به اتمسفر فرستاده میشود و معمولا در چنین مواردی زباله سوز برای دفع مواد زاید روش بی خطری است .[5]
اولین تجربه سوزاندن زباله به انگلستان نسبت داده شده است که توسط دو مهندس امریکایی به نامهای هرنیک و گریلی در سال 1874 و با احداث یک زباله سوز شهری در ناتیگهام صورت گرفت .[3] نخستین کارخانه زباله سوز آلمانی طی سالهای 1894 تا1096 و در پی ایجاد اپیدمی وبا تاسیس گردید[9] و بعد از سال 1960 ساخت این کارخانه ها در آلمان توسعه یافت .[6] به طوری که در سال 1950 تعداد آن به 14 مورد رسید. تکنولوژی برتر برای تبدیل مواد زائد به انرژی از اواسط دهه 1970 ابلاغ گردید و در دهه آخر قرن بیستم گسترش زیاد یافت. اما محدودیت کنترل آلودگی از سال 1984 به بعد موجب رکود این صنعت شد. در بیشتر شهرهای جهان، تا سال های پیش از 1970 ، سوزاندن زباله که در هوای آزاد تلنبار شده بود معمول بوده است. ولیکن در سالهای اخیر سوزاندن زباله با دستگاههای زباله سوز که نوعی روش شیمیایی برای کاهش زباله است، انجام میشود.
در سالهای اخیر بر اساس مصوبات شورای اسلامی شهر تهران، شهرداری تهران و سازمان مدیریت پسماند شهر تهران بدلیل حجم انبوه زباله های تولیدی در شهر موظف به احداث نیروگاههای زباله سوز شده اند. بر همین اساس در این مقاله به بررسی تاثیرات زیست محیطی پسماندهای شهری و همچنین پتانسیل سنجی توان الکتریکی نیروگاه زباله سوز بر اساس میزان کل پسماند تولیدی شهر تهران و برآورد مقدار خروجی آلاینده های هوا بر اساس الگوریتم های نرم افزار Simulink/MATLAB شبیه سازی و برآورد شده است. در ابتدا پتانسیل سنجی مقدار انرژی الکتریکی قابل استحصال در شهر تهران محاسبه شده و سپس مقدار آلایندههای ناشی از سوزاندن پسماند نیز به تفکیک در جداول جداگانه ارائه شده است.
-2 وضعیت پسماند در شهر تهران
پسماند اصطلاحاً به مواد زائد جامد، نیمه جامد یا مایعی گفته می شود که ظاهرا به درد نخور بوده و دور ریخته می شود. پسماند خانگی شاید مهمترین بخش پسماند محسوب می شوند که در صورت تفکیک و مدیرت صحیح بتوانند بخشی از سرمایه های ملی را باز گرداند. امروزه به دلیل افزایش جمعیت، پسماند های شهرها نیز افزایش یافته است. علاوه بر این رواج فرهنگ مصرف سبب شده است در شهرهای بزرگی چون تهران هر فرد روزانه بین 700 تا 1200 گرم پسماند تولید کند. پسماند های خانگی عبارتند از : پسماند های مواد خوراکی، کاغذ، شیشه، فلزات، پلاستیک، پارچه و غیره.
کاغذ و مقوا اعم از روزنامه، کتاب، دفتر و کاغذ بسته بندی نیز بخش بزرگ دیگری از پسماند را تشکیل میدهد. انواع پلاستیک، ظروف یک بار مصرف، اسباب بازی و قوطی های فلزی و شیشه ای نیز بخشی از پسماند های منازل است. با استفاده صحیح و بهینه از مواد و کالاها می توان علاوه بر صرفه جویی در هزینه خانواده، مصرف مواد اولیه و انرژی، مقدار کمتری هم پسماند تولید کنیم و البته جداسازی مواد تشکیل دهنده پسماند برای بازیافت کردن آن ها یکی از نکات مهم در مدیریت پسماند خانگی است.
هر فرد تهرانی به طور متوسط سالانه شش برابر وزن خود زباله تولید می کند. متوسط سرانه زباله تولید شده در شـهر تهـران 320 کیلوگرم در سال و ارزش روزانه زباله تولید شده در شهر تهران 1800 میلیون ریال است. سرانه تولید روزانه زباله در جهان 250 تـا300 گرم است که در ایران 650 گرم و در شمال تهران 1200 گرم است. به طور کلی در مناطق مرکزی شهر تهـران، بـه ویـژه در منطقه 20 که فعالیت عمده تجاری در آن صورت می گیرد، بالاترین تولید زباله ارزشمند را دارا است .[7]
میزان تولید پسماندهای جامد در مناطق شهری تهران طی سال های 1380 تا 1385 رشدی نزدیک به 1/1 درصـد داشـته اسـت. زباله تولید شده در شمال شهر تهران طبق مطالعات انجام شده حداقل دو برابر میانگین آن در سطح کشور و چهار برابـر اسـتاندارد جهانی است. تعداد دفعات جمع آوری زباله در تهران دو تا سه بار در روز است که این مقدار در کشورهای جهان 2 تا 3 بار در هفته است مقادیر تولید در شهر تهرانعمدتاً شامل پسماندهای خانگی و پسماندهای جمع آوری شده از برخـی مراکـز تجـاری اسـت کـه خصوصیات پسماند آن شبیه پسماند خانگی است. تهران به تنهایی 7 هزار تن زباله در روز تولید می کند که از این مقدار حدود 80 تن زباله بیمارستانی است.[1]
-3 تولید انرژی به روش زباله سوزی
بررسی میزان تولید و مصرف انرژی حاصل از پسماند در جهان نشان می دهد که :
❖ سهم زباله های شهری از تامین انرژی اولیه جهان بیش از 2 درصد کل انرژی های تجدید پذیر است. این میزان انرژی معادل 23 میلیون تن نفت خام است.
❖ میزان انرژی تولید شده در جهان از زباله 5 برابر سهم انرژی باد و 4 برابر مجموع انرژی های خورشیدی و دریایی در سال است.
❖ رشد استفاده از زباله شهری به عنوان منبع انرژی، سالانه معادل 7 درصد است. این رقم برای سایر انرژی های تجدید پذیر، سالانه 6 درصد است.
❖ در جهان سالانه حدود 10.000 مگاوات برق از سوزاندن زباله حاصل می شود که این مقدار حاصل سوزاندن 143 میلیون تن زباله است.
❖ در حال حاضر (2012) بیش از 40 میلیون تن زباله در اروپا سوزانده می شود که از این میزان 2500 مگا وات برق حاصل می شود.
❖ در امریکا سالانه 25 میلیون تن زباله با روش زباله سوزی به 1500 مگا وات برق تبدیل می شود.
❖ در حال حاضر 2500 مگاوات برق تولیدی در جهان حاصل از استحصال گاز مراکز دفن است.
❖ در طی سه سال گذشته ظرفیت نصب شده سیستم های استحصال گاز مراکز دفن در اروپا دو برابر شده و از 298 مورد به 423 مورد رسیده است.
زباله سوزی یک فرآیند دفع نهایی محسوب می شود که استفاده از آنها معمولا برای مواد زائد غیر بازیافت می باشد، خاکستر ناشی از سوختن زباله را به سهولت می توان دفع نمود و از حرارت تولیدی آن نیز به منظور تولید انرژی استفاده کرد (جدول .(1
ویژگی های زیادی برای نیروگاههای زباله سوز عنوان شده است که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود.
➢ دارای قابلیت امحاء زباله های شهری، زباله ها و زائدات صنعتی و بیمارستانی و اغلب زائدات خطرناک هستند. قابلیت امحاء نخاله های ساختمانی و مواد غیر قابل اشتعال را ندارد.
➢ نیازمند سیستم های فیلتراسیون قوی بدلیل تولید دیوکسین و فوران و وجود فلزات سنگین
➢ قابلیت تولید برق و حرارت که از حرارت آن می توان در خشک کردن شیرابه و یا کاربردهای حرارتی و یا خشک کردن زباله تر ورودی به زباله سوز استفاده نمود.
➢ باقیمانده، حداکثر %10 زباله حجمی زباله
➢ زباله ورودی باید عاری از شیشه و فلزات باشد.
➢ هزینه سرمایه گذاری اولیه و تعمیر و نگهداری آن بالا و هزینه تفکیک و پردازش پسماند نیز قابل توجه است.
تفاوتهای اساسی بین این تکنولوژیها به شرح ذیل است:
❖ غلظت اکسیژن فرایندی (به عنوان مثال احتراق با کمبود هوا در نبود یا کمبود اکسیژن محیط)
❖ تعداد مراحل احتراق (به عنوان مثال احتراق با کمبود هوا در مراحل مختلف)
❖ نحوه اختلاط پسماند با هوا برای اطمینان از سوختن کامل پسماند (به عنوان مثال در بستر شناور و کوره دوار)
❖ نحوه پاکسازی گاز خروجی ( به عنوان مثال زباله سوز با بستر شناور معمولا مقداری از آلایندهها را محصور میکند)
❖ انواع خاکستر و سرباره (به عنوان مثال در زباله سوز با بستر شناور، بیشتر خاکستر تولید میشود درحالیکه در دیگر تکنولوژیها بیشتر سرباره تولید میشود)
با افزایش راندمان بازیابی انرژی از پسماند، تکنولوژیهای جدیدی برای توسعه آینده سیستم زباله سوز در کشور ژاپن با مشارکت بخش خصوصی در حال تحقیق و توسعه بوده و در حال معرفی به بازار است .[10] تکنولوژی حرارت دادن دوباره بخار تولید شده از زباله سوزی با استفاده از انرژی حاصل از سوختهای فسیلی جهت بالا بردن راندمان تولید انرژی عبارتند از:
❖ تکنولوژی گازسازی پلاسما (عمدتا جهت کاهش میزان دیاکسین منتشر شده به جو)
❖ تولید RDF جهت همسوزی پسماند با دیگر سوختها
دراین مقاله مقدار انرژی تولیدی به روش زباله سوز توده سوز مورد بررسی قرار گرفته است.
-4 احتراق تودهای
این تکنولوژی روشی کاملا گسترش یافته و اثباتشدهای است. استفاده از آن از 100 سال گذشته برای تولید انرژی از مواد زائد جامد شهری آغاز شده است. واحدهای این تکنولوژی معمولا دارای ظرفیت زیادی هستند و شامل احتراق تکمرحلهای و یا دو مرحلهای میشود. این روش برای شهرهای بزرگ با جمعیت بالای 300000 نفر به بالا استفاده میشود. معمولا زبالههای دریافتی با انجام پیشفرآوری بسیار محدودی به سیستم وارد میشوند. بنابراین زبالهها از نظر ترکیب، اندازه فیزیکی، شیمیایی و میزان رطوبت ناهمگن هستند .[4]
پس از ورود به زباله سوز در سه مرحله پیوسته موارد زیر انجام میشود:
❖ خشک کردن: رطوبت در پسماند کاهش یافته و آماده سوختن میشود
❖ احتراق اولیه برای آماده احتراق کردن مواد
❖ احتراق ثانویه که در آن کربن تثبیتشده اکسید میشود
بسته به میزان دما و اکسیژن در زمان اجرا و نوع طراحی، شکل فیزیکی داخل مخزن احتراق، زباله میتواند بهصورت تکمرحلهای و یا دو مرحلهای اکسید شود. در محفظه اولیه قسمتی از زباله اکسید میشود (جامد به گاز تبدیل میشود) سپس این گاز در مخزن احتراق در بالای محفظه اول، مجددا اکسید میشود. حالت دومرحلهای احتراق عموما بیشتر بهکار گرفته میشود زیرا فرایند احتراق کنترل میشود و مواد بهطور کامل سوخته میشوند. خاکستر کمتری تولید میشود و راندمان تولید انرژی بالایی دارد.[4]
تاسیسات احتراق تودهسوز معمولا سیستمهای بزرگی هستند و شامل مخازن چندگانهای با ظرفیت متغیر 200 تا 1000 تن در روز میشوند. این درحالیست که زباله سوزهایی از این نوع با ظرفیت بیش از 3000 تن در روز در جهان در حال بهرهبرداری هستند. حداقل ظرفیت گزارش شده برای این روش 120 تن در روز است.
