پروژه

بازیافت مواد و انرژی

بازیافت مواد و انرژی

مقدمه

برخی از مواد موجود در مواد زاید جامد شهری و صنعتی برای بازیافت و استفاده مجدد مناسبند. با توجه به این نکته می‌توان پی برد که کاغذ ، مقوا ، پلاستیک ، شیشه ، فلزات غیر آهنی و فلزات آهن مناسبترین مواد برای بازیابی‌اند و جز پلاستیکها بقیه مواد مذکور معمولا بازیابی می‌شوند.

مشخصات مواد

کاغذ ، مقوا ، پلاستیک ، شیشه ، فلزات آهنی و غیرآهنی از جمله مواد قابل بازیافت اصلی در مواد زاید جامد شهری هستند. در هر موقعیتی تعمیم برای بازیابی هر یک از این مواد معمولا با تکیه بر ارزیابی اقتصادی و ملاحظات محلی صورت می‌گیرد. در ارزیابی اقتصادی بازیابی مواد مشخصات مواد حائز اهمیت است.

سیستم‌های فرآیند و بازیافت

به منظور جداسازی اجزای دلخواه و انجام فرآیند بر مواد قابل اشتعال ، برای بازیابی مواد یا انرژی لازم است دیاگرامهای عملیاتی ترسیم شود. مواد سبک قابل احتراق معمولا به نام سوخت حاصل از دور ریز خوانده می‌شوند.

طراحی و ترسیم سیستم

طراحی و ترسیم تاسیسات فیزیکی که دیاگرام واحد فرآیند را تشکیل می‌دهند، زمینه اصلی اجزا عملکرد موفقیت آمیز چنین سیستم‌ها هستند. عوامل مهمی که در طراحی و ترسیم چنین سیستم‌هایی باید مورد توجه قرار گیرند عبارتند از:

1.      بازده و کارایی فرآیند

2.      اطمینان و انعطاف پذیری

3.      سادگی و عملکرد اقتصادی

4.      خوشایند بودن وضعیت ظاهری

5.      کنترل‌های زیست محیطی

بازیابی مواد حاصل از تبدیل بیولوژیکی مواد زاید جامد عبارتند از: کود ترکیبی ، متان ، پروتئینها و الکلهای مختلف و انواع مختلفی از ترکیبات واسطه‌ای عالی. تهیه کود ترکیبی و هضم بی‌هوازی دو فرآیندی هستند که بیش از همه فرآیندها توسعه یافته‌اند.

بازیابی محصولات تبدیل گرمای

محصولات تبدیلی گرمایی که از مواد زاید جامد بدست می‌آیند، عبارتند از حرارت ، گازها ، تعداد متنوعی از روغنها و مقداری از ترکیبات آلی مربوط به یکدیگر.

  • احتراق مواد زاید: عناصر اصلی مواد زاید جامد عبارتند از: کربن ، هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن و گوگرد در شرایط مطلوب در هنگام سوختن مواد زاید جامد محصولان نهایی گازی شامل CO2 (دی اکسید کربن) H2O (آب) N2 (نیتروژن) و SO2 (دی اکسید سولفور) می‌شوند.

خاکسترسازی همراه با بازیافت گرما

گرمای موجود در گازها حاصل از خاکسترسازی جامد را می‌توان در اثر تبدیل به بخار بازیابی کرد. گرمای اندکی که در گازهای پس از بازیافت گرما باقی می‌ماند را می‌توان آن برای پیشگرم کردن هوای احتراق آب جبرانی دیگ بخار یا سوخت مواد زاید جامد مورد مصرف قرار داد.

خاکسترسازهای بزرگ موجود

خاکسترسازهای بزرگ موجود به منظور استخراج گرما از گازهای احتراق بدون وارد کردن مقادیر اضافی هوا یا رطوبت می‌توان از دیگهای بخاری که سوخت آنها را مواد زاید تشکیل می‌دهند، استفاده کرد. در عمل خاکسترساز پیش تخلیه به اتمسفر (از دامنه دمایی 1250 تا 1375k (1800 تا ْ2000f ( تا دامنه دمایی 500 تا 800k (600 تا ْ1000f خنک می‌شوند. قطع نظر از تولید بخار ، استفاده از سیستم دیگ بخار در کاهش حجم گازهای تحت فرآیند در تجهیزات کنترل آلودگی هوا کارساز است.

خاکسترسازهایی که آب در دیواره آنها جریان دارد.

در این خاکسترسازها ، دیواره‌های داخلی محفظه احتراق دارای لوله‌های دیگ بخار است که بطور عمودی قرار گرفته‌اند و در قسمتهای پیوسته بر یکدیگر جوش خورده‌اند. هنگامی که به جای مواد نسوز از دیواره‌های دارای لوله‌های جریان آب استفاده می‌شود. این سیستم نه تنها برای باز یافت بخار کار آمد است بلکه در کنترل دمای کوره بدون وارد ساختن هوای اضافی نیز به مقدار زیادی موثر است.

استفاده از سوختهای حاصل از مواد زاید

این قبیل سوختها که معمولا به شکل پودر هستند در دیگهای باز صنعتی در حال حاضر با استفاده از زغال سنگ یا نفت برای تولید انرژی استفاده می‌شوند، بطور مستقیم قابل سوختن می‌باشند. سوختهای حاصل از مواد زاید جامد همراه با زغال سنگ یا نفت نیز قابل سوختن هستند. با استفاده از ماشین‌های مکعب‌ساز کشاورزی می‌توان سوختهای تراکم حاصل از مواد زاید جامد تولید کرد. سوختهای مکعبی شکل برای استفاده در تعدادی از فرآیندهای تبدیلی خاکسترسازی و یا تبدیل به گاز و پیرولیز مناسبند.

تبدیل به گاز

فرایند تبدیل به گاز عبارت است از احتراق جزیی از سوخت کربنی به منظور تولید یک گاز سوختی قابل احتراق که مقدار منو اکسید کربن و هیدروژن در آن زیاد است. دستگاه تبدیل کننده گاز اساسا یک خاکستر ساز است که تحت شرایط احیا کننده عمل می‌نماید. گرمای لازم برای ادامه فرایند از واکنشهای گرمازا بدست می‌آید در حالیکه اجزای قابل احتراق گاز دارای انرژی کم عمدتا از واکنشهای گرماگیر بدست می‌آیند. وقتی که یک دستگاه تبدیل کننده گاز در فشار اتمسفر با استفاده از مواد به عنوان اکسید کننده عمل می‌کند، محصولات نهایی فرایند به گاز عموما گازهای کم انرژی هستند که از نظر حجمی حاوی CO2%100 و CO20% و H215% و CH42% می باشند که مابقی آن را گاز N<SUB<2< sub> و پودر غنی از کربن تشکیل می‌دهد.

نقش بازیافت در چرخه اقتصاد

در کار دفع زباله اولین اقدام امحا و دور کردن زباله از محیط زندگی انسان است. اما چون در داخل زباله ها موادی یافت می شوند که می توان از این مواد مجدداً استفاده کرد، برخی کسانی که نگاهی اقتصادی دارند، زباله را «طلای کثیف» نامیده‌اند. بر این اساس به فرآیند استفاده مجدد از موادی که عنوان زباله را به خود می گیرند « بازیافت » می گویند. به عبارت دیگر فرآیند جمع آوری، اصلاح و به جریان درآوردن مجدد تولیدات مصرف شده را به گونه ای که بتوان از آن‌ها مجدداً استفاده نمود، بازیافت می گویند (3). این تعریف نشان می دهد که حداقل بخشی از زباله ها را می توان «ماده زاید» تلقی نکرد (1).
بازیافت زباله موضوعی تازه و جدید نیست؛ انسان‌ها در طول تاریخ بخشی از مواد دور ریز را بازیافت نموده‌اند؛ مثلاً از هزاران سال پیش ابزار آلات و سلاح های فلزی ذوب شده و مجدداً مورد استفاده قرار گرفته اند. در طول جنگ جهانی دوم نیز بازیافت فلزات، شیشه، ابریشم، کاغذ، البسه و چرم به طور موفقیت آمیزی در جامعه مورد توجه قرار گرفت و افراد خانه نشین مسؤولیت هایی برای اشتراک در کارهای جداسازی (جداسازی در مراکز تولید) پذیرفتند و سهمی از کمک به جنگ را به خود اختصاص دادند ( 2).
در سال 1970 میلادی کشورهای پیشرفته و صنعتی با بحران جهانی نفت مواجه شدند، زیرا در آن سال کشورهای عرب صادر کننده نفت از صدور نفت به بازارهای غرب خودداری کردند و بهای نفت در بازار جهانی یک باره چهار برابر شد و این امر موجب گردید که ساکنان این کشورها لزوماً اتکای کمتر به نفت وارداتی و صرفه جویی در مصرف فرآورده های نفتی را عملاً تجربه کنند. جدا از پیامدهای زیانبار و منفی که این بحران بر اقتصاد و گردش چرخ های صنایع غرب داشته در مقابل اثرات مثبت قابل توجهی نیز به بار آورده که به قرار زیر است:
1- تغییر رویه مردم به سمت صرفه جویی و فرهنگ صحیح مصرف
2- توجه به بازیابی مواد بازیافت پذیر از زباله
3- روی آوری به صنایع پاک و پایدار انرژی و مواد (5)
برنامه بازیافت با تأکید بر طرح تفکیک از مبدا نخستین بار در سال 1985 در کشور آلمان غربی سابق و آن هم در مورد دور ریزهای مراکز مسکونی صورت پذیرفت.
آژانس حفاظت از محیط زیست امریکا (
EPA
) کاهش از مبداء (تفکیک از مبداء) را چنین تعریف کرده است:
«طراحی تولید و استفاده از محصولات به طوری که وقتی این تولیدات به پایان عمر خود می رسند به کاهش کمیت و سمیت زایدات تولید شده بینجامد.» کاهش از مبدأ می تواند در مرحله طراحی، تولید و یا بسته بندی محصولات یا به حداقل رساندن سمیت مواد کاهش حجم مواد و یا افزایش عمر مفید به دست بیاید (1).
نتیجه طرح فوق این بود که مشخص گردید کارآیی تفکیک در مبداء در برنامه بازیافت نسبت به سایر روش های باز یافت از لحاظ بهداشتی، اقتصادی و زیست محیطی مقرون به صرفه‌تر است، زیرا در این گونه طرح‌ها، پردازش و جداسازی زباله در مبدأ به عهده تولید کنندگان آن بوده و دیگر هیچ نیازی به صرف هزینه‌های هنگفت برای تفکیک و جداسازی اجزای زباله در مقصد و محل دفن نیست.
به طور کلی برخی از محاسن برنامه های جداسازی مواد در محل تولید به شرح زیر خلاصه می گردد:
1- کاهش حجم و وزن زباله و صرفه جویی در اماکن دفن؛ فضای مفید دفن با استفاده از روش های بازیافت تا دو برابر افزایش می یابد.
2- کاهش هزینه در جمع آوری و حمل و نقل که تا حدود 50 درصد برآورد می شود.
3- کاهش آلودگی و پراکندگی زباله در محیط که معمولاً مسبب اصلی آن‌ها مواد بازیافتی هستند(5).
همان طور که بیان گردید علاوه بر فواید زیست محیطی بازیافت، جنبه اقتصادی آن نیز آن را به یکی از راهکارهای مؤثر دفع مواد زاید تبدیل نموده و اهمیت آن را روز به روز نمایان تر می سازد. به عنوان مثال در سال 2000 پریرا و همکاران در تحقیقی تحت عنوان «بازیافت مواد زاید و شهر قابل زیست» اشاره کردند که بازیافت کاغذ، پلاستیک، شیشه و فلز در برزیل در خلال سال 1996حدود دو میلیون دلار هزینه‌های مربوط به اندازه‌گیری و کنترل آلودگی از دودکش کارخانجات را کاهش داده است.
همچنین آن‌ها نشان دادند که در اثر بازیافت حدود 1/2 میلیون دلار به علت عدم استخراج مواد خام و عدم تولید هیدروکسید آلومینیوم، شن و فلدسپات، کلسیم (شیشه)، چوب و تولیدات شیمیایی (کاغذ)، رزین (پلاستیک) و آهن (فولاد) پس انداز خواهد شد و در اثر فروش کود حاصل از بخش آلی مواد زاید نزدیک به 300 میلیون دلار در سال درآمد حاصل می شود (4)
در تحقیقی دیگر تحت عنوان «مواد زاید و راهکارهای بازیافت» در سال 2002 استلز نمولر و همکاران نیز به توجیه اقتصادی بازیافت مواد و انرژی پرداختند. آن‌ها نشان دادند که عملیات پروسه شیشه جهت بازیافت حدود 137- 105 دلار برای هر تن هزینه دارد و چنانچه شیشه بازیافت شود حدود 25 دلار برای هر تن به فروش برسد، هزینه های نهایی به 80 تا 112 دلار برای هر تن می رسد، درحالی که هزینه های لازم برای دفع مواد زاید حدود 188 دلار برای هر تن می باشد. آلومینیوم با قیمت حدود 840 دلار برای هر تن به مراتب جزء باارزش تر ین اقلامی است که بازیافت می شود. بازیافت آلومینیوم 95 درصد انرژی کمتری نسبت به ساخت آن نیاز دارد.
هزینه بازیافت کاغذ و مقوا برای هر تن تقریباً 161دلار و قیمت فروش آن تقریبا 40 دلار است، بنابراین با توجه به هزینه دفع که حدود 188دلار برای هر تن است حدود 67دلار برای هر تن پس انداز می شود.
در اثر تولید کمپوست خانگی تمامی 188دلار برای هر تن را که جهت جمع آوری، حمل و نقل و دفع لازم است می توان پس انداز نمود و اگر مواد به کارخانه کمپوست حمل شوند هزینه مرتبط با آن به 24دلار برای هر تن می رسد و حدود 164دلار برای هر تن پس انداز خواهد شد. همچنین بازیافت یک تن قوطی های آهنی به طور متوسط 300/4 کیلووات ساعت انرژی ذخیره می کند و این معادل 47درصد از انرژی لازم برای ساخت آن‌ها از مواد خام اولیه است. این ذخیره انرژی می‌تواند یک لامپ 60واتی را 26ساعت روشن نگه دارد (6).
در کشور ما بازیافت مواد افزون بر جنبه های اقتصادی، ریشه در فرهنگ اصیل و دستورهای مذهبی دارد.
بزرگان ما نیز همواره بر اجتناب از اسراف تأکید کرده اند. در دهه های اخیر که فرهنگ مصرف در شکل های بسیار گسترده رواج یافته، استفاده بی رویه از منابع طبیعی و مشکلات رو به رشد جمع آوری و دفع مواد زاید، توجه برنامه ریزان و مدیران مواد زاید شهری به باز یافت زباله جلب شده و در کشورهای پیشرفته نیز کارهایی جدی و اساسی در این زمینه انجام یافته است، به طوری که اکنون در یکی از شهرهای ژاپن (نومازو) بیش از 50درصد از پس مانده های شهری بازیافت می گردند (1).

 



JavaScript Codes


Javascripts