بخشی از مقاله
گزارش مطالعه و طراحی تصفیه شیرابه و استحصال گاز
سایت دفن زباله شهری
چکیده
لزوم بهینه سازی مراکز دفن غیر بهداشتی کشور و رساندن سطح فعلی آن به سطح قابل قبول بین المللی از یک سو و تامین اهداف حفـظ سلامت عموم و محیط زیست از سوی دیگر از طریق کنترل شیرابه و گازهای محل دفن ایجاد می گـردد. جمـع آوری و تصـفیه شـیرابه و جمع آوری گاز سایت دفن زباله شهری با ظرفیت 250 تن در روز بیش از دو سال از ضروریات این پروژه محسوب می شود.
این مطالعه و طراحی در مدت شش ماه انجام شد. کلیه اطلاعات اقلیمی و ژئوگرافی و ژئوهیدرولوژی و سوابق انتقال کمی و کیفی زباله بـه سایت و سایر اطلاعات و تجربیات موجود توسط مهندسین مشاور گردآوری و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفـت. براسـاس رابطـه دارسـی و مشاهدات و اندازه گیریها در فیلد میزان شیرابه روزانه در شرایط خشک و بارانی تخمـین زده شـد. سـپس براسـاس مطالعـات و تجربیـات مشاور و با نگاه علمی به تکنولوژیهای در دسترس و شرایط منطقه طرح جمع آوری شیرابه و گاز و تصفیه شیرابه انجام شد.
نتایج بررسی و مطالعات ، میزان شیرابه سایت در شرایط خشک را حدود 25 الی 35 مترمکعب و در در حالـت بارنـدگی بسـته بـه شـدت بارش بین 40 الی 60 مترمکعب در روز تخمین زده شد. با توجه به عدم دسترسی به برق در منطقـه و امکـان انتقـال نیـرو در آتیـه در دو حالت بدون برق و حضور برق طراحی ها به انجام رسید. این مقاله گزارش این مطالعات و تجربه طراحی را ارائه مینماید.
کلمات کلیدی: سایت دفن زباله، تصفیه شیرابه ، استحصال گاز ، ساری
مقدمه -1
در کشور ما تنها 8 درصد پسماندهای شهری بازیافت ،کمپوست و استفاده مجدد میشوند در حالیکه 92 درصد مـواد زائـد دفـن میشـوند .
یکی از پیامدهای روز افزون جوامع بشری و توسعه مراکز دفن زباله در کشور، تولید شیرابه زباله است. یکی از معضلات تولید زباله تـراوش شیرابه است، که در نتیجه فعالیت بیولوژیکی و شیمیایی داخل زبالـه در مراحـل مختلـف جمـع آوری، حمـل و نقـل، پـردازش، و تولیـد کمپوست و دفن تولید می گردد. شیرابه به میزان قابل توجهی حاوی ترکیبات آلی و فلزات سـنگین و سـایر عناصـر معـدنی اسـت کـه بـا افزایش پیچیدگی و تنوع ترکیبات مواد زائد ، شدت و آلودگی شیرابه تولیدی آنها هم بالطبع افزایش می یابد.[1-3]
در مراکز دفن زباله یکی از بزرگترین مشکلات، آلودگی آبهای زیرزمینی در اثر نفوذ شیرابه می باشد. همچنین جاری شدن شـیرابه سـبب آلودگی آبهای سطحی می گردد. علاوه بر مراکز دفن زباله, در حین جمع آوری و انتقال زباله و حتـی در طـی عملیـات کمپوسـت شـیرابه ایجاد می گردد.[4-5]
شیرابه زباله، یکی از آلوده ترین انواع فاضلاب می باشد که حاوی آلاینده های مختلف شیمیایی و بیولوژیکی است و با توجه به استفاده وسیع فعلی از لندفیل های شهری ، عدم کنترل و تصفیه شیرابه آنها می تواند موجب آلودگی آب، هوا و خاک نواحی پائین دست گردد و لذا به عنوان یکی از مهم ترین مشکلات زیست محیطی مطرح می باشد. و این مساله در شهرهای پر باران ( مانند شهرهای شمالی کشور)
که در آنها احتمال آلودگی آبهای زیر زمینی با شیرابه بیشتر است؛ دارای اهمیت قابل توجهای میباشد. معمولا روش های تصفیه شیرابه در ایران بر پایه الگوهای ارائه شده در جوامع غربی انتخاب می شوند و این در حالی است که با توجه به تفاوت های اقلیمی، زمین در دسترس و به خصوص کیفیت شیرابه و امکانات فناوری و مالی می توان نگرش متفاوتی را در انتخاب سیستم مناسب تصفیه شیرابه بکار گرفت لذا در طراحی و احداث سیستم های تصفیه شیرابه حاصل از محل های دفن مواد زائد جامد شهری توجه به تفاوت های کمی و کیفی شیرابه در ایران و سایر کشورها الزامی است. در حال حاضر روش های متداول برای تصفیه شیرابه عبارتند از عملیات فیزیکی
١
( شامل ته نشینی، شناورسازی، فیلتراسیون، هوازنی، جذب سطحی، تبادل یون، اولترافیلتراسیون، اسمز معکوس، تبخیر و ... )، فرایندهای شیمیایی ( اکسیداسیون، ترسیب شیمیایی، خنثی سازیpH و ... ) و فرایندهای بیولوژیکی ( لجن فعال، راکتور ناپیوسته متوالی، برکه تثبیت، صافی چکنده، تماس دهنده های بیولوژیکی دوار، لاگون های بیهوازی، تماس دهنده های بیهوازی، راکتور بافل دار بیهوازی و ...).
تصفیه بیولوژیکی یکی از متداول ترین، کاراترین و مقرون به صرفه ترین روش های تصفیه فاضلاب در دنیاست. ولی فرایندهای بیولوژیکی هوازی بخاطر مواردی از جمله انرژی مصرفی زیاد، مصرف بالای مواد مغذی، تولید لجن زیاد و نیاز به هزینه بالا برای تصفیه شیرابه که نوعی فاضلاب قوی محسوب می شود؛ مناسب به نظر نمی رسد. از طرفی میزان بار آلی، مواد سمی و جامدات معلق شیرابه بسیار بالاتر از آنست که بتوان از روش های بیولوژیکی هوازی برای تصفیه موثر آن استفاده کرد.[6-8]
شیرابه زباله در واقع نوعی فاضلاب قوی است که آلودگی ناشی از آن در سراسر جهان به عنوان یکی از مهم ترین معضلات زیست محیطی مطرح می باشد. بار آلی بالا، ترکیب متغیر و نوسانات دبی شیرابه در فصول مختلف سال تصفیه آنرا مشکل نموده است. امروزه یکی از مقرون به صرفه ترین، کاراترین و متداول ترین روش های تصفیه فاضلاب و شیرابه در دنیا روش تصفیه بیولوژیکی است. در مقالات گوناگون روش های مختلفی برای تصفیه بیولوژیکی شیرابه عنوان شده است که متداول ترین آنها عبارت از راکتور بی هوازی با بستر لجن و جریان رو به بالا، راکتورهای ناپیوسته متوالی، وتلندهای مصنوعی، تماس دهنده های بیولوژیکی دوار و غیره میباشد. در میان روش های بیولوژیکی، با توجه به میزان بالای بار آلی شیرابه، تجزیه بیهوازی برای تصفیه آن مناسب تر است زیرا علاوه بر اینکه به هزینه بهره برداری کمتری نیاز دارد؛ می توان از بیوگاز تولیدی به عنوان منبع انرژی و از جامدات باقیمانده که عاری از پاتوژن هستند به عنوان مواد پوششی استفاده نمود. یکی از راکتورهای بی هوازی نسبتا جدید، راکتور بافل دار بی هوازی (ABR)1 است. این راکتور با هدف تصفیه فاضلاب برای نخستین بار در سال 1981 توسط مک کارتی و همکارانش در دانشگاه استنفورد مورد استفاده قرار گرفت . البته قبلا از راکتورهای بافل دار برای تولید گاز متان به عنوان منبع انرژی استفاده شده است . در سال Fannin et al. (1981) 1981 بافل های عمودی را به راکتورهای جریان قالبی اضافه کرد تا قابلیت سیستم در حفظ میکرو ارگانیسم های متان زا که رشد کندی دارند افزایش یابد. اگر شیرابه بدون تصفیه وارد محیط شوند باعث آلودگی منابع آبهای سطحی و زیرزمینی و همچنین آلودگی خاک خواهد شد.. [7, 10 -13]
ترکیب شیرابه بستگی به عمر محل دفن و زمان نمونه برداری دارد.مثلا اگر نمونه برداری شیرابه در فاز اسیدی انجـام شـود،مطمئنا مقـدار
PH کم ، و غلظتBOD، COD ، فلزات سنگین وهدایت هیدرولیکی بالا است. PH شیرابه نه تنها به غلظـت اسـید موجـود بلکـه بـه فشار جزئی گاز دی اکسید کربن در گاز تولیدی درمحل دفن که در تمـاس بـا شـیرابه اسـت بسـتگی دارد.در محـل دفـن جدیـد نسـبت BOD/COD بیش از 0/5 است اما درمحل دفن قدیمی این نسبت بین 0/005 تا 0/2 است.[4,14-15]
از شهر ساری روزانه حدود 250 تن زباله به مرکز دفن زباله واقع در 40 کیلومتری کیاسر به سمنان(110 کیلومتری ساری) ، در حدفاصـل مرزی بین مازندران و سمنان در مجاورت جاده اصلی کیاسر به سمنان حمل و بصورت متداول و سنتی در سه الی چهار لایه دفن بهداشتی صورت می گیرد اما بدلیل جنس خاک منطقه (خاک رسی) اغلب شیرابه زباله بدون نفوذ به زمین از زیر لایه ها با توجه به شیب کوهستانی منطقه به سمت پایین دست آن نشت می کند که استخر بزرگی از شیرابه زباله در مجاورت محل دفن زباله را ایجاد نموده است که با توجه به آلودگی بسیار بالای زباله، یقینا بدون تصفیه اثرات جبران ناپذیری بر اکوسیستم منطقه برجای خواهد گذاشت. لـذا هـدف ایـن پـروژه ، مطالعه و طراحی سیستم مناسب تصفیه شیرابه زباله و ارائه نقشه های تفصیلی تصفیه خانه همراه با طرح استحصال گاز میباشد.
یک روش موثر برای تصفیه شیرابه جمع آوری شده و چرخش مجدد آن به محل دفن است . درطی عملیـات اولیـه دفـن ، شـیرابه شـامل مقادیر زیادی موادآلی ، مواد محلول و فلزات سنگین است . وقتی شیرابه وارد چرخه مجددسلول دفن میشود، این آلاینده هـا تحـت تـاثیر واکنشهای شیمیایی و بیولوژیکی قرار گرفته مثلا اسیدهای آلی به متان و دی اکسید کربن تبدیل میشوند و با افزایش PH و تولیـد متـان فلزات موجود در شیرابه رسوب میکنند و درمحل دفن باقی می مانند مزیت این روش افزایش بیوگاز تولیدی در محل دفن جهـت بازیـابی برای مصارف مختلف خانگی وصنعتی است.[16-19]
از انجایی که خواص شیرابه جمع آوری شده بسیار متغیر است . لذا از چندین نوغ عملیات برای تصفیه شیرابه استفاده میشـود. در تصـفیه شیرابه بسته به نوع آلاینده های موجود در آن از فرایندهای مختلف فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی جهت تصفیه شیرابه استفاده میشـود.
فرایندهای انتخابی تصفیه به میزان آلاینده هایی که بایستی حذف شوند بستگی دارد.[20-21]
٢
-2 روش تحقیق این مطالعه و طراحی در مدت شش ماه انجام شد. کلیه اطلاعات اقلیمی و ژئوگرافی و ژئوهیدرولوژی و سوابق انتقال کمی و کیفی زباله بـه
سایت و سایر اطلاعات و تجربیات موجود توسط مهندسین مشاور گردآوری و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفـت. براسـاس رابطـه دارسـی و مشاهدات و اندازه گیریها در فیلد میزان شیرابه روزانه در شرایط خشک و بارانی تخمـین زده شـد. سـپس براسـاس مطالعـات و تجربیـات مشاور و با نگاه علمی به تکنولوژیهای در دسترس و شرایط منطقه طرح جمع آوری شیرابه و گاز و تصفیه شیرابه انجام شد.
در این پروژه برای محاسبه واحدهای مختلف تصفیه خانه بر مبنای کمیت و کیفیت شیرابه زباله و فرمولهـای سـنتیکی تصـفیه بیولـوژیکی
(زمان ماند هیدرولیکی- زمان ماند سلولی- بارگذاری حجمی و بارگذاری هیدرولیکی- روابط برگشـت لجـن و رانـدمان سیسـتم تصـفیه – سرعت و شدت اختلاط – محاسبات میزان اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون مواد آلی کربنه و ازته – محاسـبات میـزان تـوان و قـدرت مورد نیاز برای هوارسانی- محاسبات لازم برای پمپ ها (ارتفاع اسـتاتیکی و دینـامیکی و افـت فشـارها و ...) – محاسـبات افـت فشـارها و پروفیل هیدرولیکی و رابطه موناد و سرعت رشد مخصوص باکتریها و سرعت مصرف مخصوص سوبسترا – بار سرریز و ... استفاده شد.
-3نتایج تحقیق
-1-3 اندیکس الکنو برای سایت دفن زباله ساری
الکنوبرای جلوگیری از خطرات شیرابه زباله دراماکن دفن ،اندیکس را برای انتخاب زمین مناسب پیشنهاد می کندکه با استفاده از آن درجه تناسب زمین انتخابی را می توان تعیین کرد.
برای منطقه دفن زباله شاخص الکنو محاسبه شد و با توجه به نوع خاک (12) و متوسط بارندگی سالیانه((21 و عمق خاک از کـف منطقـه دفن تا سطح آب (9) عدد 42 می باشد که با این شاخص موضوع آلودگی آب زیرزمینی در منطقه وجود نخواهد داشت و موضـوع اآلـودگی خاک سطحی و جریان شیرابه در زمینهای اطراف مطرح است که ضرورت این پروژه را نشان میدهد.
شکل - 26 نقشه موقعیت منطقه مورد مطالعه (سایت دفن زباله ساری واقع در کیاسر- مرز سمنان )
٣
-2-3مبانی طراحی
کمیت شیرابه :کمیت شیرابه در شرایط مختلف زمانی و براساس سن زباله و با توجه به تجارب مشاور در مطالعات مشابه و نیـز اطلاعـات وصولی از کارفرما مورد بررسی و تخمین قرار گرفت و کیفیت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی شیرابه نیز بـا انجـام نمونـه بـرداری و آنـالیز آزمایشگاهی تعیین شد. براساس تخمین بعمل آمده میزان دبی روزانه شیرابه زبالـه در حالـت خشـک 25 الـی 35 مترمکعـب و در حالـت بارندگی بسته به شدت بارش بین 40 الی 60 مترمکعب در روز متغیر است. با توجه به سیستم مناسب انتخـابی بـرای اجتماعـات کوچـک ( Extended Aeration Activated Sludge ) و براساس مطالعات بعمل آمده توسط این شرکت میزان دبی شیرابه تولیدی بـه ازای
250 تن زباله روزانه و در سه لایه دفن زباله و با لحاظ ضریب هدایت هدرولیکی جنس خاک محل و به کمک رابطه دارسی برای مسـاحت
5 هکتار اولیه سایت دفن زباله 22 مترمکعب در روز بدست آمد که با توجه به توسعه سایت به سطح 10 هکتار و نیز لحاظ شرایط بارندگی و ملاحظــــات محلــــی و ضــــریب پیــــک رقــــم 45 متــــر مکعــــب در روز در شــــرایط بارنــــدگی رقــــم قابــــل قبــــولی می باشد به عنوان دبی انتخابی روزانه مبنای طراحی بوده است.
اطلاعات مربوط به ترکیب شیرابه مواد زائد جامد در محل های دفن زباله ساری
جدول محاسبات بارگزاری اجزای آنالیز شده شیرابه سایت دفن زباله ساری در شرایط پاییزی
ملاحظات: بارگزاری این جدول براساس کمیت 50 مترمکعب در روز(شرایط ماکزیمم) انجام شد و در شرایط متوسط 50 درصـد از بارهـای محاسبه شده وجود خواهد داشت.
-3-3 گزینه های تصفیه شیرابه و گزینهیابی و انتخاب گزینه
پس از بررسی متون و منابع تحقیقاتی و تجربیات مشاور سه گزینه برای تصفیه شیرابه سایت دفن رباله در حالت حضور برق مورد بررسـی و تجزیه و تحلیل و مقایسه قرار گرفت که عبارتند از:
-1 روش تصفیه بیولوژیکی بیهوازی سپتیک یا ایمهاف تانک
-2 روش فیزیکوشیمیایی هوازنی ، انعقاد و لخته سازی و تصفیه پیشرفته توسط اسمز معکوس و جذب سطحی
-3 روش ترکیبــی فیزیکوشـیمیایی اولیـه رسـوب فلـزات و تصـفیه بیولـوژیکی بیهـوازی و هـوازی و بـا پـیش بینـی نیتریفیکاسـیون – دنیتریفیکاسیون مشاور در حالت فعلی (بدون برق) از سیستم برگشت شیرابه به سایت (در 50 نقطه از آن ) توسط لوله هایی که در هر لایـه بـه ارتفـاع 60
سانتیمتر مشبک می شود و همزمان استحصال گاز از طریق همین لوله (بلحاظ اقتصادی و شرایط محل دفن) و در انتها سیسـتم بیهـوازی با ترکیبی از یک سپتیک تانک و 18 سلول ABR و در انتها یک فیلتر بیهوازی پیش بینی نمود.
بنظر این مشاور با جمع بندی گزینه های فوق گزینه 3 گزینه مناسب پیشنهادی خواهد بود که یک گزینه دومرحلهای است که مرحله الف
- بدون حضور برق (شرایط فعلی که سایت دفن بیش از 5 کیلومتر با مسیر عبور برق فاصله دارد) و مرحله ب- با حضور برق که با فرض اینکه کارفرما با توان و رایزنی ها توانست مشکل دسترسی به برق را در یک دوره زمانی حل نماید.
۵
