بیژن مولایی
عضو جدید
روشهای استحصال بیوگاز
مقدمه
مشکل انرژي امروزه يکي از مشکلات اساسي تمامي کشورهاي جهان بخصوص کشورهاي در حال توسعه مي باشد. سوخت رساني به روستاهاي دور افتاده حتي در کشوري مانند ايران که منابع غني انرژي را در اخنيار دارد بسيار مشکل و هزينه بر مي باشد. استفاده از انرژي هاي تجديد پذير و محلي يکي از راه حلهايي مي باشد که امروزه پيشنهاد مي گردد.بيو گاز يکي از اين انرژي هاي تجديد پذير مي باشد که علاوه بر توليد انژي باعث ايجاد کودهاي کشا ورزي و افزايش سطح بهداشت عمومي جامعه و کنترل بيماريها مي شود و يک راه حل مناسب براي دفع مواد زائد جامد مي باشد. فاضلاب و مواد زائد جامدي که توسط صنايع و جوامع توليد مي گردد باعث آلودگي شديد محيط مي شود که مي توان با استحصال بيوگاز خطرات ناشي از اين مواد را به شدت کاهش داد و از انژي و کود توليدي نيز استفاده نمود. استحصال بيوگاز را مي توان از فرايند هاي بي هوازي تصفيه فاضلاب مانند UASB و همچنين از محل هاي دفن زباله نيز انجام داد و بخشي از هزينه هاي مصرفي را جبران نمود. بطور مثال يكي از مشكلاتي كه دامداريها با آن دست به گريبان هستند ، كنترل فضوات دامها براي كاهش ميزان بو و فرآورده هايي مي باشد كه باعث ايجاد مشكلات زيست محيطي مي گردد . بيوگاز مي تواند ما را در مواجهه با اين مشكلات ياري دهد . منافع زيست محيطي سيستمهاي بيوگاز فراتر از سيستمهاي تصفيه مرسومي است كه تاكنون مورد استفاده قرار مي گرفتند (همانند مخازن ذخيره ، بركه ها ولاگون ها) . اين منافع زيست محيطي شامل كنترل بو ، بهبود كيفيت آب و هوا ، بهبــود ارزش غذايي كــود توليدي ، كاهش ميزان انتشار گازهاي گلخــانه اي و دست يابي به بيوگاز به عنوان يك منبع انرژي مي باشدip.
فهرست مطالب
سيستمهاي بيوگاز از فرآيندي كه هضم بي هوازي ناميده مي شود ، استفاده مي نمايند . اين سيستمها را با عنوان هاضم هاي بي هوازي هم مي شناسند . (لاگون هاي مرسوم نيز همانند هاضم هاي بي هوازي از فرآيندهاي بيولوژيكي استفاده مي كنند) در طي فرآيند هضم بي هوازي باكتريها كود را در يك محيط خالي از اكسيژن تجزيه مي نمايند . يكي از فرآورده هاي طبيعي هضم بي هوازي توليد بيوگاز مي باشد كه اين گاز به طور معمول حاوي 60 تا 70 درصد گاز متان و 30 تا 40 درصد گاز دي اكسيدكربن مي باشد . مقداري از گازهاي ديگر نيز در بيوگاز شناسايي شده اند مانند SH2 و N2 و H2 و O2
بيوگاز و انرژي
بيوگاز حاصله مي تواند براي توليد حرارت ، آب گرم ، الكتريسيته (با قيمت ارزان تر) از ساير سوختهايي همانند گاز طبيعي ، پروپان و نفت سياه به كار رود ، حتي در صورت عملي نبودن بازيابي انرژي بيوگاز اين سيستم در كنترل بو به شدت مؤثر مي باشد . سوزاندن و يا استفاده از بيوگاز مي تواند باعث كاهش اثرات سوختهاي فسيلي مرسوم مي گردد . توليـد متان از هاضم هاي بي هوازي باعث ايجاد شركتهاي تعاوني توليد برق روستايي مي شود كه منبع انرژي آنها دوستار طبيعت مي باشد . اين شركت ها برق توليدي خود را به افرادي كه متقاضي برق توليد شده با منابع تجديدپذير هستند مي فروشند . بيوگاز همچنين مي تواند به عنوان يك منبع انرژي روستايي براي كمك در برق توليد و توزيع شده توسط ساير روشهاي توليد برق مفيد باشد .
توليد کود
به علت كاهش اتلاف نيتروژن در تجزيه بي هوازي كود توليدي در فرآيند بيوگاز داراي ارزش بالايي از لحاظ نيتروژن براي پرورش گياهان مي باشد. در کود حاصل از بيوگاز به علت عدم انجام فرايند نيتريفيکاسيون که تنها در حضور اکسيژن به مقدار کافي انجام مي شود نيتروژن به صورت يون امونيوم در کود وجود دارد که که جذب آن براي گياه ساده تر مي باشد. در حالي که در فراند تهيه کمپوست به علت استفاده از روش هوازي نيتروژن بصورت نيترات در کود وجود دارد. البته کود توليدي در بيوگاز معايبي نيز دارد مانند داشتن پاتوژن هاي ببشتر نسبت به کود کمپوستکه به علت نرسيدن به فاز ترموفيليک در روشهاي بي هوازي مي باشد.
در ادامه ما به بررسي روشهاي استحصال بيوگاز از محلهاي دفن زباله، دستگاهاي بيوگاز و استحصال بيوگاز از فاضلاب مي پردازيم که در سه بخش جداگانه ارائه شده است.
بخش اول
فناوري هاي استخراج بيوگاز از حوزه هاي دفن زباله شهري
مقدمه
مهمترين هدف از تشكيل حوزه هاي دفن زباله شهري و جمع آوري بيوگاز توليدي آنها ، جلوگيري از تصاعد گازهاي گلخانه اي مانند متان و نيز استفاده از انرژي تجديدپذير موجود در بيوگاز آن مي باشد . در اين مقاله ضمن معرفي ساختار كلي حوزه هاي دفن زباله شهري مدرن ، تكنيك هاي مختلف جمع آوري بيوگاز لندفيل (حوزه هاي دفن زباله شهري) مورد بررسي قرار گرفته و پارامترهاي مؤثر بر عملكرد تكنيكهاي مذكور تشريح مي گردد
امروزه در اغلب كشورهاي جهان ، دفن زباله به علت ارزان بودن ، نسبت به ديگر روشهاي موجود مانند سوزاندن زباله و يا تبديل آن به كود و غيره ، ترجيح داده مي شود . اما در گذشته مقررات خاصي در مورد مكان دفن زباله ها وضع نشده بود و لندفيل ها مكانهايي بدبو و بدون پوشش بودند كه معضلات زيست محيطي فراواني ايجاد مي كردند . با پيشرفت روزافزون شهرها و كشورها و به دنبال آن افزايش نرخ توليد زباله شهري ، مقررات خاصي توسط آژانس حفاظت محيط زيست آمريكا (EPA) در مورد تشكيل لندفيل ها وضع گرديد . با رشد آگاهي نسبت به تأثير سوء لندفيل هاي غيرمهندسي بر روي محيط زيست و وضع قوانين و مقررات خاص در اين باره در گودال هاي بدون پوشش را رها كرده و به تشكيل لندفيل هاي مهندسي با رعايت قوانين و مقررات محيط زيست پرداخته اند .
ساختار كلي لندفيل هاي مدرن
نحوه دفن زباله در لندفيل ها به طور كلي به دو روش صورت مي گيرد :
اين روش بيشتر مواقع در مناطقي كه داراي تنگه ها و دره هاي فراوان است كاربرد دارد . همچنين اگر مكان احداث لندفيل داراي آب زيرزميني فراوان و كم عمق باشد ، استفاده از روش حفر گودال عميق غيرممكن بوده و بايد از اين روش استفاده نمود . در هر يك از دو روش ذكر شده در بالا براي دفن زباله ، لندفيل شامل بخش كوچكتري به نام سلول است . هر سلول معمولاً براي دفن زباله هر روز طراحي شده و در انتهاي روز نيز پوشيده مي گردد . زباله ها در درون سلولها در گسترده دانسيته فشردگي بين 300 تا 900 كيلوگرم بر مترمكعب فشرده مي شوند . در بسياري از لندفيل ها
حداقل 6 اينچ پوشش بر روي سلولهاي تشكيل دهنده آنها قرار مي گيرد و در بعضي از لندفيل ها پس از پوشاندن سطح سلولها ، يك لايه 2 فوتي از ماده اي كه قابليت رشد و نمو گياه داشته باشد روي سطح پوشش قرار مي دهند . اغلب لندفيل هاي مــوجود از تركيب دو روش فــوق استفاده مي كنند . بدين ترتيب كه ابتدا زباله درون كانالهاي از پيش حفر شده دفن مي شود و پس از پر شدن آنها زباله بر روي سطح كانال پهن مي شود .
مقدمه
مشکل انرژي امروزه يکي از مشکلات اساسي تمامي کشورهاي جهان بخصوص کشورهاي در حال توسعه مي باشد. سوخت رساني به روستاهاي دور افتاده حتي در کشوري مانند ايران که منابع غني انرژي را در اخنيار دارد بسيار مشکل و هزينه بر مي باشد. استفاده از انرژي هاي تجديد پذير و محلي يکي از راه حلهايي مي باشد که امروزه پيشنهاد مي گردد.بيو گاز يکي از اين انرژي هاي تجديد پذير مي باشد که علاوه بر توليد انژي باعث ايجاد کودهاي کشا ورزي و افزايش سطح بهداشت عمومي جامعه و کنترل بيماريها مي شود و يک راه حل مناسب براي دفع مواد زائد جامد مي باشد. فاضلاب و مواد زائد جامدي که توسط صنايع و جوامع توليد مي گردد باعث آلودگي شديد محيط مي شود که مي توان با استحصال بيوگاز خطرات ناشي از اين مواد را به شدت کاهش داد و از انژي و کود توليدي نيز استفاده نمود. استحصال بيوگاز را مي توان از فرايند هاي بي هوازي تصفيه فاضلاب مانند UASB و همچنين از محل هاي دفن زباله نيز انجام داد و بخشي از هزينه هاي مصرفي را جبران نمود. بطور مثال يكي از مشكلاتي كه دامداريها با آن دست به گريبان هستند ، كنترل فضوات دامها براي كاهش ميزان بو و فرآورده هايي مي باشد كه باعث ايجاد مشكلات زيست محيطي مي گردد . بيوگاز مي تواند ما را در مواجهه با اين مشكلات ياري دهد . منافع زيست محيطي سيستمهاي بيوگاز فراتر از سيستمهاي تصفيه مرسومي است كه تاكنون مورد استفاده قرار مي گرفتند (همانند مخازن ذخيره ، بركه ها ولاگون ها) . اين منافع زيست محيطي شامل كنترل بو ، بهبود كيفيت آب و هوا ، بهبــود ارزش غذايي كــود توليدي ، كاهش ميزان انتشار گازهاي گلخــانه اي و دست يابي به بيوگاز به عنوان يك منبع انرژي مي باشدip.
فهرست مطالب
- هضم بي هوازي
- بيوگاز و انرژي
- توليد کود
- بخش اول
- فن آوري استحصال بيوگاز از حوزه هاي دفن زباله شهري
- ساختار لندفيل هاي مدرن
- تکنيکهاي مختلف جمع آوري گاز لندفيل
- سيستم هاي جمع آوري گاز فعال
- سيستمهاي جمع آوري گاز غيرفعال
- طرح مناسب لندفيل ها
- طراحي گودالهاي دفن زباله
- پوشش ديواره ها و روي لندفيل
- پيشنهاد طرح مناسب حوزه هاي دفن زباله و سيستم جمع آوري بيوگاز
- هزينه احداث لندفيل پيشنهادي
سيستمهاي بيوگاز از فرآيندي كه هضم بي هوازي ناميده مي شود ، استفاده مي نمايند . اين سيستمها را با عنوان هاضم هاي بي هوازي هم مي شناسند . (لاگون هاي مرسوم نيز همانند هاضم هاي بي هوازي از فرآيندهاي بيولوژيكي استفاده مي كنند) در طي فرآيند هضم بي هوازي باكتريها كود را در يك محيط خالي از اكسيژن تجزيه مي نمايند . يكي از فرآورده هاي طبيعي هضم بي هوازي توليد بيوگاز مي باشد كه اين گاز به طور معمول حاوي 60 تا 70 درصد گاز متان و 30 تا 40 درصد گاز دي اكسيدكربن مي باشد . مقداري از گازهاي ديگر نيز در بيوگاز شناسايي شده اند مانند SH2 و N2 و H2 و O2
بيوگاز و انرژي
بيوگاز حاصله مي تواند براي توليد حرارت ، آب گرم ، الكتريسيته (با قيمت ارزان تر) از ساير سوختهايي همانند گاز طبيعي ، پروپان و نفت سياه به كار رود ، حتي در صورت عملي نبودن بازيابي انرژي بيوگاز اين سيستم در كنترل بو به شدت مؤثر مي باشد . سوزاندن و يا استفاده از بيوگاز مي تواند باعث كاهش اثرات سوختهاي فسيلي مرسوم مي گردد . توليـد متان از هاضم هاي بي هوازي باعث ايجاد شركتهاي تعاوني توليد برق روستايي مي شود كه منبع انرژي آنها دوستار طبيعت مي باشد . اين شركت ها برق توليدي خود را به افرادي كه متقاضي برق توليد شده با منابع تجديدپذير هستند مي فروشند . بيوگاز همچنين مي تواند به عنوان يك منبع انرژي روستايي براي كمك در برق توليد و توزيع شده توسط ساير روشهاي توليد برق مفيد باشد .
توليد کود
به علت كاهش اتلاف نيتروژن در تجزيه بي هوازي كود توليدي در فرآيند بيوگاز داراي ارزش بالايي از لحاظ نيتروژن براي پرورش گياهان مي باشد. در کود حاصل از بيوگاز به علت عدم انجام فرايند نيتريفيکاسيون که تنها در حضور اکسيژن به مقدار کافي انجام مي شود نيتروژن به صورت يون امونيوم در کود وجود دارد که که جذب آن براي گياه ساده تر مي باشد. در حالي که در فراند تهيه کمپوست به علت استفاده از روش هوازي نيتروژن بصورت نيترات در کود وجود دارد. البته کود توليدي در بيوگاز معايبي نيز دارد مانند داشتن پاتوژن هاي ببشتر نسبت به کود کمپوستکه به علت نرسيدن به فاز ترموفيليک در روشهاي بي هوازي مي باشد.
در ادامه ما به بررسي روشهاي استحصال بيوگاز از محلهاي دفن زباله، دستگاهاي بيوگاز و استحصال بيوگاز از فاضلاب مي پردازيم که در سه بخش جداگانه ارائه شده است.
بخش اول
فناوري هاي استخراج بيوگاز از حوزه هاي دفن زباله شهري
مقدمه
مهمترين هدف از تشكيل حوزه هاي دفن زباله شهري و جمع آوري بيوگاز توليدي آنها ، جلوگيري از تصاعد گازهاي گلخانه اي مانند متان و نيز استفاده از انرژي تجديدپذير موجود در بيوگاز آن مي باشد . در اين مقاله ضمن معرفي ساختار كلي حوزه هاي دفن زباله شهري مدرن ، تكنيك هاي مختلف جمع آوري بيوگاز لندفيل (حوزه هاي دفن زباله شهري) مورد بررسي قرار گرفته و پارامترهاي مؤثر بر عملكرد تكنيكهاي مذكور تشريح مي گردد
امروزه در اغلب كشورهاي جهان ، دفن زباله به علت ارزان بودن ، نسبت به ديگر روشهاي موجود مانند سوزاندن زباله و يا تبديل آن به كود و غيره ، ترجيح داده مي شود . اما در گذشته مقررات خاصي در مورد مكان دفن زباله ها وضع نشده بود و لندفيل ها مكانهايي بدبو و بدون پوشش بودند كه معضلات زيست محيطي فراواني ايجاد مي كردند . با پيشرفت روزافزون شهرها و كشورها و به دنبال آن افزايش نرخ توليد زباله شهري ، مقررات خاصي توسط آژانس حفاظت محيط زيست آمريكا (EPA) در مورد تشكيل لندفيل ها وضع گرديد . با رشد آگاهي نسبت به تأثير سوء لندفيل هاي غيرمهندسي بر روي محيط زيست و وضع قوانين و مقررات خاص در اين باره در گودال هاي بدون پوشش را رها كرده و به تشكيل لندفيل هاي مهندسي با رعايت قوانين و مقررات محيط زيست پرداخته اند .
ساختار كلي لندفيل هاي مدرن
نحوه دفن زباله در لندفيل ها به طور كلي به دو روش صورت مي گيرد :
1. روش حفر گودال
2. روش دفن سطحي
در روش حفــر گـودال ، زباله ها به صورت روزانه در گودالهايي كه با توجه به حجم زباله روزانه طراحي شده اند ، دفن مي شوند . اين گودالها به طور معمول داراي ابعاد حدود 100 تا 400 فوت طول، 3 تا 6 فوت عمق و 15 تا 25 فوت عرض مي باشند . زباله ها به صورت لايه اي با ضخامت 1.5 تا 2 فوت لايه بندي شده و قبل از پهن كردن لايه بعدي ، فشرده مي شود . 2. روش دفن سطحي
اين روش بيشتر مواقع در مناطقي كه داراي تنگه ها و دره هاي فراوان است كاربرد دارد . همچنين اگر مكان احداث لندفيل داراي آب زيرزميني فراوان و كم عمق باشد ، استفاده از روش حفر گودال عميق غيرممكن بوده و بايد از اين روش استفاده نمود . در هر يك از دو روش ذكر شده در بالا براي دفن زباله ، لندفيل شامل بخش كوچكتري به نام سلول است . هر سلول معمولاً براي دفن زباله هر روز طراحي شده و در انتهاي روز نيز پوشيده مي گردد . زباله ها در درون سلولها در گسترده دانسيته فشردگي بين 300 تا 900 كيلوگرم بر مترمكعب فشرده مي شوند . در بسياري از لندفيل ها
حداقل 6 اينچ پوشش بر روي سلولهاي تشكيل دهنده آنها قرار مي گيرد و در بعضي از لندفيل ها پس از پوشاندن سطح سلولها ، يك لايه 2 فوتي از ماده اي كه قابليت رشد و نمو گياه داشته باشد روي سطح پوشش قرار مي دهند . اغلب لندفيل هاي مــوجود از تركيب دو روش فــوق استفاده مي كنند . بدين ترتيب كه ابتدا زباله درون كانالهاي از پيش حفر شده دفن مي شود و پس از پر شدن آنها زباله بر روي سطح كانال پهن مي شود .