عوامل موثر بر تولید گازها در محل دفن زباله

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، رشته مهندسی محیط زیست- آلودگی هوا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران*(مسئول مکاتبات).

2 استادیار، گروه مهندسی محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

3 دانشیار، گروه مهندسی محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

چکیده

امروزه افزایش جمعیت همسو با  پیشرفت تکنولوژی، باعث بهبود زندگی و در نتیجه افزایش سریع مواد مصرفی و در نهایت باعث ازدیاد پسماند گردیده بطوری­که تولید این مواد در سال­های اخیر بحران­های محیط­زیستی عظیمی را در جوامع بشری به وجود آورده و به عنوان یکی از چالش­های عمده پیش روی بشر خود­نمایی می­کند. در سال­های اخیر، در محل­های دفن زباله از تجهیزات مربوط به جمع­آوری، کنترل و انتقال گاز استفاده شده است. جمع­آوری گاز محل­های دفن زباله (بیوگاز) دارای منافع مختلفی در زمینه­های محیط­زیستی، اقتصادی و از همه مهم­تر انرژی می­باشد. بیوگاز تولیدی  محل­های دفن زباله شهری دارای اجزای آلی و درصد بالایی از گاز متان فرار بوده که باعث آسیب به لایه ازن می­گردد. گازهای محل دفن از انجام مجموعه­ای از واکنش­های زیست شیمیایی بر روی مواد آلی تجزیه­پذیر موجود در زباله در شرایط بی­هوازی به دست می­آید و این گازها شامل متان، دی­اکسید کربن و گازهای هیدروژن، هیدروژن سولفاید، ترکیبات آلی فرار و غیره است. ارزیابی و پیش­بینی نرخ تولید و عوامل موثر بر تولید و  انتشار گاز از محل­هــای دفن، جهت طراحی این محــل­هــا و بهره­برداری موفق گازهای تولیدی به عنوان منابع انرژی دارای اهمیت زیادی می­باشد. لذا در این مقاله به این مهم پرداخته شده است.
امروزه افزایش جمعیت همسو با  پیشرفت تکنولوژی، باعث بهبود زندگی و در نتیجه افزایش سریع مواد مصرفی و در نهایت باعث ازدیاد پسماند گردیده بطوری که تولید این مواد در سال­های اخیر بحران­های محیط­زیستی عظیمی را در جوامع بشری به وجود آورده و به عنوان یکی از چالش­های عمده پیش روی بشر خود نمایی می­کند. در سال­های اخیر، در محل­های دفن زباله از تجهیزات مربوط به جمع آوری، کنترل و انتقال گاز استفاده شده است. جمع­آوری گاز محل­های دفن زباله (بیوگاز) دارای منافع مختلفی در زمینه­های محیط­زیستی، اقتصادی و از همه مهم­تر انرژی می­باشد. بیوگاز تولیدی  محل­های دفن زباله شهری دارای اجزای آلی و درصد بالایی از گاز متان فرار بوده که باعث آسیب به لایه ازن می­گردد. گازهای محل دفن از انجام مجموعه­ای از واکنش­های زیست شیمیایی بر روی مواد آلی تجزیه­پذیر موجود در زباله در شرایط بی هوازی به دست می­آید و این گازها شامل متان، دی­اکسید کربن و گازهای هیدروژن، هیدروژن سولفاید، ترکیبات آلی فرار و غیره است. ارزیابی و پیش­بینی نرخ تولید و عوامل موثر بر تولید و  انتشــار گاز از محل­هـای دفن، جهت طـراحی ایـن محــل­هـا و بهره برداری موفق گازهای تولیدی به عنوان منابع انرژی دارای اهمیت زیادی می­باشد. لذا در این مقاله به این مهم پرداخته شده است.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره 28، بهار 93

 

عوامل موثر بر تولید گازها در محل  دفن زباله

 

یاسر سالار[1]*

y_salar@outlook.com

فرامرز معطر [2]

مصطفی خضری2

 

چکیده

امروزه افزایش جمعیت همسو با  پیشرفت تکنولوژی، باعث بهبود زندگی و در نتیجه افزایش سریع مواد مصرفی و در نهایت باعث ازدیاد پسماند گردیده بطوری­که تولید این مواد در سال­های اخیر بحران­های محیط­زیستی عظیمی را در جوامع بشری به وجود آورده و به عنوان یکی از چالش­های عمده پیش روی بشر خود­نمایی می­کند. در سال­های اخیر، در محل­های دفن زباله از تجهیزات مربوط به جمع­آوری، کنترل و انتقال گاز استفاده شده است. جمع­آوری گاز محل­های دفن زباله (بیوگاز) دارای منافع مختلفی در زمینه­های محیط­زیستی، اقتصادی و از همه مهم­تر انرژی می­باشد. بیوگاز تولیدی  محل­های دفن زباله شهری دارای اجزای آلی و درصد بالایی از گاز متان فرار بوده که باعث آسیب به لایه ازن می­گردد. گازهای محل دفن از انجام مجموعه­ای از واکنش­های زیست شیمیایی بر روی مواد آلی تجزیه­پذیر موجود در زباله در شرایط بی­هوازی به دست می­آید و این گازها شامل متان، دی­اکسید کربن و گازهای هیدروژن، هیدروژن سولفاید، ترکیبات آلی فرار و غیره است. ارزیابی و پیش­بینی نرخ تولید و عوامل موثر بر تولید و  انتشار گاز از محل­هــای دفن، جهت طراحی این محــل­هــا و بهره­برداری موفق گازهای تولیدی به عنوان منابع انرژی دارای اهمیت زیادی می­باشد. لذا در این مقاله به این مهم پرداخته شده است.

امروزه افزایش جمعیت همسو با  پیشرفت تکنولوژی، باعث بهبود زندگی و در نتیجه افزایش سریع مواد مصرفی و در نهایت باعث ازدیاد پسماند گردیده بطوری که تولید این مواد در سال­های اخیر بحران­های محیط­زیستی عظیمی را در جوامع بشری به وجود آورده و به عنوان یکی از چالش­های عمده پیش روی بشر خود نمایی می­کند. در سال­های اخیر، در محل­های دفن زباله از تجهیزات مربوط به جمع آوری، کنترل و انتقال گاز استفاده شده است. جمع­آوری گاز محل­های دفن زباله (بیوگاز) دارای منافع مختلفی در زمینه­های محیط­زیستی، اقتصادی و از همه مهم­تر انرژی می­باشد. بیوگاز تولیدی  محل­های دفن زباله شهری دارای اجزای آلی و درصد بالایی از گاز متان فرار بوده که باعث آسیب به لایه ازن می­گردد. گازهای محل دفن از انجام مجموعه­ای از واکنش­های زیست شیمیایی بر روی مواد آلی تجزیه­پذیر موجود در زباله در شرایط بی هوازی به دست می­آید و این گازها شامل متان، دی­اکسید کربن و گازهای هیدروژن، هیدروژن سولفاید، ترکیبات آلی فرار و غیره است. ارزیابی و پیش­بینی نرخ تولید و عوامل موثر بر تولید و  انتشــار گاز از محل­هـای دفن، جهت طـراحی ایـن محــل­هـا و بهره برداری موفق گازهای تولیدی به عنوان منابع انرژی دارای اهمیت زیادی می­باشد. لذا در این مقاله به این مهم پرداخته شده است.

کلمات کلیدی: محل دفن زباله، بیوگاز، متان.

مقدمه


زندگی و در پی آن مصرف مواد به منظور رفع نیاز، ادامه حیات و ایجاد رفاه بیشتر به تولید مواد زاید یا به عبارتی پسماند می­انجامد. وجود این پسماند به عنوان یک منبع آلودگی از لحاظ خطر بالقوه برای سلامتی، محیط­زیستی و همچنین زیبایی شناختی به هیچ عنوان قابل پذیرش نیست. لذا این منبع آلودگی باید از محیط زندگی جمع آوری و طبق سیاست و طرح از پیش معین شده مورد پردازش قرار گیرد.  در میان روش­های مختلف مدیریت پسماند، دفن بهداشتی مواد زاید بدلیل سادگی و کم هزینه بودن مطلوب­ترین روش در بین کشورهای جهان از جمله کشور ما ایران است (1-3).

اگرچه در کشورهای­توسعه یافته در سال­های اخیر توجه به کاهش پسماند دفن شونده ­مورد توجه قرار گرفته است بطوریکه در ایالات متحده مقدار پسماند دفن شده از 83% در سال 1986 تا 55% در سال 1996 کاهش یافته است این کاهش به خاطر کاهش حجم زباله­ها، بازیافت و دیگر فعالیت­های مربوط به بازچرخش زباله است. ولی علی رغم این کاهش در کشورهای پیشرفته، مقدار جهانی زباله دفن شونده به صورت بهداشتی مشخصا در حال افزایش است. احتمالا در کشورهای در حال توسعه به دلیل توسعه شهری و صنعتی شدن سریع زباله بیشتری تولید می­کنند هرچند تولید سرانه زباله در کشورهای توسعه یافته بیشتر است (4). بخش عمده مواد زاید دفن شده در محل­های دفن پس از مدت زمان کوتاهی بی­هوازی شده و به وسیله فرآیندهای میکروبی تجزیه می­شود. نتایج غیرقابل اجتناب دفن زباله در محل­های دفن زباله به دلیل فعالیت تجزیه میکروبی زباله­ها و تولید شیرابه و گاز محل دفن است. راهیابی و حرکت این شیرابه و گاز محل دفن تولیدی به بیرون از محل دفن و آزاد شدنشان در محیطی بیرون ایجاد مشکلات زیادی در محیط­زیست می­نماید. نشت محل دفن زباله، آلودگی آب­های زیرزمینی، خطر آتش­سوزی و انفجار، تخریب پوشش گیاهی، بوی نامطبوع، آلودگی هوا و گرم شدن جهانی از جمله تأثیرات منفی آن­ها می باشد (5-6).

در این تحقیق به بررسی فرآیند و عوامل موثر بر تولید گازهای  محل دفن زباله و همچنین اثرات تولید آن­ها پرداخته شده است.

1-      تولید  گاز محل دفن پسماند

تولید گاز مراکز دفن ([3]LFG) از ماه­های اولیه دفن زایدات شروع شده و ممکن است تا چندین سال پس از بستن نهایی مراکز دفن ادامه داشته باشد. در این مدت ترکیب LFG  براساس فاز تجزیه حاکم در مرکز دفن متغیر بوده و شامل گازهای هوا، آمونیاک، مونوکسیدکربن، دی اکسید کربن، هیدورژن، سولفید هیدروژن، متان، نیتروژن و اکسیژن می باشد (7). انتشار گاز از محل­های دفن زباله به چند دلیل عمده در مدیریت محل دفن باید مورد توجه قرار گیرد که مهم­ترین آنها جزء اصلی تشکیل دهنده گاز محل دفن یعنی گاز متان مربوط می­شود. متان 60-50 درصد کل گاز محل دفن زباله را که در اثر تجزیه بی­هوازی پسماند تولید می­شود را تشکیل می­دهد. 50-40 درصد بقیه را عمدتا دی اکسید کربن و جزء اندکی را گازهای دیگر از جمله سولفید هیدروژن تشکیل می­دهند (5، 8).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-   فرآیندهای تولید گاز در محل­های دفن و مدلسازی آن

 

 

 

 

 

نمودار 1- گروه اصلی مواد غذایی و باکتری در اکوسیستم تولید متان (9)

 

 

این دیاگرام در محل­های دفن بی هوازی، تعامل بین مواد مغذی و گروه باکتری­های درگیر تولید متان را نشان می­دهد. در مرحله اول مواد زاید جامد و محلول پیچیده هیدرولیز شده و مواد آلی محلول ساده را تولید می­کند و بعد توسط مخمرها به اسیدهای چرب فرار اولیه و الکل­ها و هیدروژن و دی­اکسیدکربن مبدل می شود. در مرحله آخر متان و دی­اکسید کربن و یا توسط باکتری هیدروژن دوست، هیدروژن و دی­اکسید کربن را به متان تبدیل می­کند. پروسه هیدرولیز بسیار مهم است زیرا مواد آلی جامد برای اینکه بتوانند توسط میکروارگانیزم­ها تبدیل شوند باید محلول شوند.

تجزیه بی­هوازی مواد زاید را می توان به سه مرحله تقسیم کرد (9-11):

  1. هیدرولیز
  2. اسید­سازی
  3. متان­سازی

در اولین مرحله جامدات و ترکیبات آلی پیچیده محلول توسـط عـوامـل تخمیر کننده هیدرولیز شده و به اسیدهای چرب فرار اولیه، الکل­ها، هیدروژن و دی اکسید کربن تبدیل می شوند. در دومین مرحله باکتری­های اسید­ساز (Acetogenic) محصولات مرحله اول را به اسیـد اسـتیک تبدیل می­کنند و در آخرین مرحله متان به وسیله باکتری­های Methanogenic که شامل باکتری­های اسید دوست (Acetophilic) (با تبدیل اسید استیک به متان و دی اکسید کربن) و باکتری­های هیدروژن دوست  (Hydrogenephilic) (با تبدیل هیدروژن و دی اکسید کربن به متان) هستند تولید می­شوند.

فرآیند کلی تبدیل ترکیبات آلی به متان و دی اکسید کربن را می­توان به صورت معادله استوکیومتری (1) بیان کرد. 

 

 

معادله 1:    

 

فرایند هیدرولیز از جمله فرایندهای مهم و محدود کننده محل دفن می­باشد زیرا مواد زاید جامد آلی می­بایستی ابتدا توسط این فرایند به صورت محلول درآید که این عمل در این فرایند به کمک میکروارگانیسم­ها و آنزیم­های برون سلولی ( تولید شده توسط باکتری­های تخمیر کننده‌) انجام می­گیرد پس از تبدیل مواد آلی پیـچیده بـه مـواد آلـی ساده تبدیل این مواد به وسیله باکتـری­های تخـمیر کـننده (یک گروه بزرگ از  باکتری­های بی­هوازی اختیاری دگرپرور (Heterogeneous)) و باکـتری­هـای اسیدساز صورت می­گیرد بعد از ایـن مـراحـل تولیـد مـتان توسـط باکـتری­های متان ساز (باکتری های  بی­هوازی اجباری) انجام می گیرد این گروه از باکتری ها شامل دو دستـه باکـتری­های هیـدروژن­دوسـت (Hydrogenophilic) و باکتری­های اسید­ دوست (Acidophilic) هسـتند کـه تـوسط آن­ها متان و دی­اکسیدکربن تولید می­شود تبدیل اسید استیک به متان مهم­ترین بخش فرایند تولید متان از محل­های دفـن مـی­باشـد با تـوجـه بـه احـتمال حضـور باکـتری­های بـی هـوازی اجـباری احـیا کـننده سـولفات،(Desulfotomaculum  Desulfovibrio) در محل­های دفن به واسطه وجود سولفات در مواد زاید دفنی (ناشی از مواد زاید ساختمانی و خاکستر کوره­ها ) ضرورت دارد در واکنش­های بیولوژیکی محل­های دفن به این دسته از باکتری­ها نیز توجه نمود فعالیت زیاد این دسته از باکتری­ها ممکن است کاهش میزان مواد آلی در دسترس برای باکتری­های متان­ساز و در نتیجه کاهش تولیـد گاز در محل­های دفن را به دنبال داشته باشد (9،12).

 

3-  عوامل مؤثر بر تولید گاز در محل­های دفن  زباله

عوامل مؤثر بر تولید گاز در محل­های دفن شامل دو دسته عوامل غیر­زیستی و عوامل ناشی از روش­های مختلف بهره­برداری است که در زیر ارایه می­شود.

3-1  تأثیر عوامل غیر زیستی (abiotic) بر تولید گاز

در محل­های دفن به علت ورود انواع مختلفی از مواد­­ زاید با قابلیت­های تجزیه متفاوت و عدم یکنواختی و همگنی کلیه سلول­های محل دفن محیط­های بسیار متنوعی به وجود می­آید.  عوامل غیر­زیستی مؤثر بر تولید گاز در این محل­ها شامل: اکسیژن، هیدروژن،  pH،  قلیاییت،  مواد مغذی،  ممانعت کننده­ها، دما و رطوبت می­باشد که به تفکیک بررسی شده است. 

3-2  تأثیر اکسیژن بر تولید گاز

عدم حضور اکسیژن بر رشد باکتری­های بی­هوازی در محل­های دفن که بسیار حساس بوده و پتانسیل احیای بسیار پایینی دارند، در حد یک ضرورت مطرح می­باشد. اکسیژن در اثر نفوذ از اتمسفر به محل دفن وارد می­شود و در سال­های اولیه بهره برداری از محل­های دفن به لایه­های بالایی محدود می­شود. در طول مدت بهره­برداری از محل دفن هم اگر به علت استخراج شدید گاز از محل دفن یک خلاء نسبی در محل دفن به وجود آید، هوا ممکن است به داخل محل دفن وارد شود و کاهش رشد باکتری­های متان ساز و در نتیجه کاهش تولید گاز در محل دفن را به دنبال داشته باشد. اجتماع این باکتری­ها با ورود اکسیژن به طور کامل از بین نرفته و با کاهش میزان اکسیژن قادر به تجدید حیات و ادامه فعالیت می­باشند.

3-3  تأثیر هیدروژن بر تولید گاز

هیدروژن در محل­های دفن به وسیله در دو دسته باکتری­های تخمیر کننده و باکتری­های اسیدساز تولید می­شود باکتری­های تخمیر­کننده هیدروژن،  دی­اکسید کربن و اسید استیک در فشار پایین هیدروژن و دی اکسید کربن،  اسید بوتیریک و اسید پروپیونیک را در فشار بالای هیدروژن تولید می کنند. 

3-4  تأثیر pH و قلیائیت بر تولید گاز

باکتری­های متان­ساز در محدوده کوچک pH بین 8 – 6 راندمان مناسبی دارند اگر باکتری­های متان­ساز تحت­تأثیر عوامل نامطلوب بیرونی قرار گیرند از تبدیل هیدروژن و اسید استیک کاسته شده و در نتیجه انباشتگی اسیدهای آلی، کاهش pH و نهایتاً کاهش میزان تولید گاز را به دنبال خواهد داشت.

باکتری­های احیا کننده سولفات دارای محدوده تحمل pH گسترده­تری بوده و در pH بین 9 – 5 خود را با محیط تطبیق می دهند. 

3-5  تأثیر سولفات بر تولید گاز

آزمایشات متعدد انجام شده در محل­های دفن نشان می­دهد وقتی سولفات با غلظت قابل توجهی در محل دفن وجود داشته باشد تولید متان به نحو چشمگیری کاهش می­یابد کاهش تولید متان هیچ ارتباطی به اثرات کلی سولفات روی باکتری­های متان ساز ندارد بلکه ناشی از رقابت باکتری­ها برای دسترسی به مواد غذایی است. 

3-6 تأثیر مواد مغذی بر تولید گاز

اکوسیستم بی­هوازی علاوه بر مواد آلی برای رشد میکروارگانیسم­ها به تمام مواد مغذی لازم به خصوص نیتروژن و فسفر نیاز دارد اصولاً مواد زایدی که به صورت مخلوط شده و همگن باشند از نظر نیتروژن و فسفر محدودیتی ندارند درحالیکه غیرهمگن بودن و عدم اختلاط مواد زاید قبل از دفن موجبات ایجاد محیطی با مواد مغذی محدود را فراهم می­کند. 

3-7 تأثیر ممانعت کننده ها بر تولید گاز

اکوسیستم تشکیل متان نسبت به عوامل ممانعت کننده بسیار حساس می­باشد اثرات ممانعت کنندگی اکسیژن، هیدروژن و سولفات به دلیل اهمیت آن­ها طرح و بررسی شدند ولی ممانعت کننده­های دیگری هم در محل های دفن وجود دارد در بررسی اثر ممانعت کنندگی اسیدهای چرب بـر تولید گاز در محل­های دفن به این نتیجه رسید که هیچ اثر ممانعت کنندگی برای اسید اسـتیک،  اسید پروپیونیک و اسید بوتیریک بر تولید گاز در غلظت های بالاتر از 6000 میلی گرم در لیتر وجـود نـدارد اثر ممانعت کـنندگی دی اکـسید کـربن بـر تبدیل اسید استیک در فشارهای جزیی 2/0 از نظر علمی اثبات شده است.

فشار جزیی دی­اکسید کربن در فاز اسیدسازی به 9/0 و در فاز متان­سازی به 5/0 می رسد بنابراین در این مراحل دی­اکسیدکربن نقش ممانعت کننده تولید متان را دارا می باشد یون­های سدیم،  پتاسیم،  کلسیم،  منگنز و آلومینیوم نیز در غلظت­های بالاتر از 1000 میلی گرم بر لیتر دارای اثرات ممانعت کنندگی بر تولید گاز هستند عمدتاً در بیشتر        محل­های دفن،  ممانعت کننده­های موجود آن قدر غلظت­های پایینی را دارند که تاثیر چندانی بر تولید گاز ندارند. 

3-8 تأثیر دما بر تولید گاز

سرعت تشکیل متان در محل­های دفن وقتی دما از 20 درجه به 30 یا 40 درجه برسد با یک افزایش شدید مواجه می­شود داشتن رطوبت مناسب در محل دفن وجود ضخامت کافی از مواد زاید باعث ایجاد یک محیط ایزوله در محل دفن می­شود.  این شرایط موجب تولید گرما و افزایش دما به صورت خود به خود شده و در نتیجه موجبات تولید بیشتر گاز در محل دفن را فراهم می کند.

 

 

3-9  تأثیر رطوبت بر تولید گاز

معادله سرعت تولید گاز نسبت به رطوبت در محل­های دفن،  در درصد رطوبت­های بین 25 تا 60 درصد سرعت با یک افزایش مواجه است.

3-10  تأثیر روش­های بهره­برداری از محل­های دفن بر تولید گاز

روش­های بهره­برداری از محل­های دفن با کمک عوامل غیرزیستی موجبات بهبود نرخ تولید گاز در محل­های دفن را فراهم می کنند اصولا پیش­بینی تأثیرات کلی روش­های       بهره­برداری از محل­های دفن بر تولید گاز مشکل می باشد شاید یک علت این مسأله را بتوان به این طریق مطرح کرد که بعضی از روش­های بهره­برداری از محل­های دفن به دلایلی غیر از افزایش تولید گاز بر محل­های دفن اعمال می­شود.  مهم­ترین تأثیرات روش­های بهره­برداری از محل­های دفن بر تولید گاز در زیر ارایه می­گردد. 

3-11  تأثیر ترکیب مواد زاید بر تولید گاز

ترکیب و نوع مواد زاید دفن شده در یک محل به نیازهای آن جامعه بستگی دارد و به ندرت به عنوان یک عامل قابل کنترل مورد مطالعه قرار می­گیرد.  تحقیقات آلمانی­ها نشان می­دهد افزایش مقدار روزنامه در محل دفن،  افزایش تولید گاز را به دنبـال دارد.  مواد آلی مربوط آشپزخانه و مواد زاید باغبانی نیز با تجمع اسیدهای آلی در محل­های دفن در کوتاه مـدت مـوجـبات کاهـش تـولـید گـاز را فـراهم می کند.

3-12 تأثیر افزودن لجن فاضلاب بر تولید گاز

اثرات مثبت لجن فاضلاب در بهبود تولید گاز در محل­های دفن به علت افزیش میزان رطوبت و رساندن مواد مغذی و بیومس     ( توده سلولی زنده ) جهت فرایندهای  بی­هوازی فعال در محل دفن می­باشد.  اما افزودن لجن ممکن است اثر محدود­_      کننده­ای نیز بر تولید گاز داشته باشد لجن دارای pH پایین است که دارای اثرات منفی بر تولید گاز می باشد.

3-13  تأثیر افزودن بافر بر تولید گاز

اغلب مطالعات آزمایشگاهی تأثیر مثبت افزودن بافر بر فرایند تولید متان را تأیید کرده اند.  در قسمت­هایی از محل­های دفن که فاز اسیدی بر فرایند غالب شده باشد افزودن بافر بسیار کارساز است.  افزودن مواد بافری جامد یا محلول ( مانند         3CaCo و NaoH و 3NaHCo ) می­تواند با افزودن آن به شیرابه قبل از گردش در محل دفن نیز انجام شود.

3-14 تأثیر خرد کردن مواد زاید بر تولید گاز

خرد کردن مواد زاید ورودی به محل دفن در ابتدا باعث تشدید فاز اسیدی در محل دفن می­شود و شروع فاز متان­سازی را به تأخیر می­اندازد ولی در بلند مدت دارای اثرات مثبتی بر تولید گاز می­باشند.  دلایل اصلی بهبود سرعت تولید گاز ناشی از خرد کردن مواد زاید در محل­های دفن عبارت است از : همگن ساختن و اختلاط یکنواخت مواد زاید محل دفن،  حذف مواد مسدود کننده نظیر کیسه­های پلاستیکی در محل­های دفن و افزایش رطوبت مواد زاید و توزیع یکنواخت آن در محل دفن.

3-15 تأثیر فشرده کردن مواد زاید بر تولید گاز

فشرده کردن مواد زاید باعث ایجاد یک محیط همگن در محل دفن شده و در نتیجه موجبات بهبود فرایند تولید گاز در محل دفن را فراهم می­کنند.  فشردگی مواد زاید در محل­های دفن در ابتدا موجبات کاهش قدرت فاز اسیدی و در بلند مدت تسریع در شروع فاز متان­سازی را به دنبال خواهد داشت فشرده کردن مواد زاید باعث افزایش رطوبت و کاهش تداخل اکسیژن در محل دفن می­گردد.

3-16 تأثیر لایه­های پوششی بر تولید گاز

لایه­های پوششی محل دفن موجـبات کاهـش نفـوذ اکـسیژن بـه داخل محل­های دفن را فراهم می­کند. استفاده از خاک رس سنگین به عنوان پوشش روزانه محل دفن ممکن است سبب توزیع غیر­همگن آب در محل دفن و نهایتا آب­دار شدن بعضی نقاط در لایه­های زیر می­شود.  اثرات مثبت خاک پوششی بر بهبود فرایند تولید گاز در محل­های دفن در اثر ایجاد ظرفیت بافری در محل دفن و جلوگیری از کاهش pH در این محل­ها می­باشد.

3-17 تأثیر گردش دادن شیرابه بر تولید گاز

گردش شیرابه در محل دفن با افزایش رطوبت و رساندن مواد مغذی به محل دفن موجبات بهبود تولید گاز در محل دفن را فراهم می­کند اگر شیرابه تولیدی محل دفن دارای pH پایینی باشد و شرایط متان سازی نیز در محل دفن آماده نباشد گردش شیرابه ممکن است تأثیرات سویی بر تولید گار در آن محل داشته باشد.  در این مواقع ضرورت دارد pH شیرابه قبل از گردش به وسیله مواد بافری تنظیم گردد.

در شرایطی که محل دفن دارای رطوبت کافی بوده و شیرابه محل دفن نیز دارای BOD5 پایین باشد گردش شیرابه تأثیر چندانی بر بهبود فرایند تولید گاز در محل دفن ندارد در آب و هوای خشک گردش شیرابه در محل­های دفن برای طولانی مدت مفید بوده و به توزیع رطوبت در محل دفن کمک می­کند.

3-18 تأثیر پیش­کمپوست­سازی در جا  بر تولید گاز

با انجام پیش­کمپوست­سازی در جا با ایجاد امکان انجام قسمتی از عملیات تثبیت مواد زاید در شرایط هوازی از قدرت فاز اسیدی کاسته شده و فاز متان سازی تسریع می گردد. (4-5، 9، 11-14).

4-    تولید گاز متان از زباله

متان گازی است بی­رنگ و بی­بو که اگر یک فوت مکعب آن بسوزد 252 کیلوکالری انرژی حرارتی تولید می کند که این رقم در مقایسه با سایر مواد سوختنی و به خصوص سایر گازهای حاصل از فعل و انفعالات بیولوژیکی در محل دفن، رقم قابل توجهی است و به خصوص اینکه بیشترین ترکیب گازی محل دفن ( 70-60 درصد از کل گازهای حاصل در محل­های دفن) مربوط به متان می­باشد. از مزیت مهم متان به دیگر سوخت­ها این است که هنگام سوختن گاز سمی و خطرناک منوکسید کربن را ایجاد نمی­کند به همین دلیل است که در صورت عدم دستیابی به تکنولوژی استفاده و کاربرد آن در محل­هــای دفـن جهت خروج این گاز می­توانیم از طریق مشعل­هایی آن را بسوزانیم (12، 15-16).

5-     اثرات متان تولیدی در محل دفن پسماند

گاز متان به عنوان یک گاز گلخانه­ای در ارتباط مستقیم با مسأله گرم شدن جهانی است. بخشی از گرم شدن کره زمین به دلیل تجمع گازهای گلخانه­ای مختلف در اتمسفر است که متان و دی­اکسیدکربن مشخص­ترین و عمده­ترین این گازها هستند. متان در یک دوره یکصد ساله 23-21 بار بیش از               دی اکسیدکربن پتانسیل گرمایشی زمین را دارد (5، 15-16).

با وجود اینکه متان یک گاز سمی و خطرناک نیست مهاجرت متان به سمت بالا در عمق لایه­های خاک محل دفن زباله جایگزین اکسیژن می­گردد. علاوه بر آن اکسیداسیون متان در خاک میزان اکسیژن را کاهش و غلظت دی­اکسیدکربن را افزایش می­دهد. هر دوی این موارد، یعنی افزایش غلظت       دی­اکسیدکربن و کاهش اکسیژن در عمق خاک نزدیک به ریشه رشد گیاهان را کاهش و مانع ادامه حیات گیاهان می­شود.

مسأله جدی دیگری که به گاز متان تولیدی در محل دفن زباله مربوط می شود پتانسیل بالای انفجار آن است. کمترین حد انفجار برای متان وجود 50 درصد از آن در هواست. گازهای مختلف دیگر نیز که دارای درصد جزئی در گاز محل دفن زباله هستند نیز می توانند بی­نهایت خطرناک باشند (5، 17).

طبق مطالعاتی که توسط سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده امریکا در سال 1994 انجام شده است، 3 تا 14 درصد متان منتشره در اتمسفر در نتیجه اقدامات بشری، ناشی از LFG بوده است. علاوه بر آن، درحدود 4/2 درصد از کل متان انسان ساز منتشره در اتحادیه اروپا ناشی از انتشارات مراکز دفن واقع در این اتحادیه تشخیص داده شده است. جمع­آوری LFG و سوزاندن آن توسط مشعل­ها (Flare) ساده­ترین روش کاهش انتشارات گازهای گلخانه ای از مراکز دفن می­باشد با این وجود می­توان LFG جمع­آوری شده را پس از انجام برخی فرآیندهای اصلاحی به مصرف تولید انرژی رسانیده و       بدین­ترتیب علاوه بر حذف متان حتی در میزان انتشارات گازهای گلخانه ای بواسطه کاهش نیاز به تولید برق از سوخت­های فسیلی مرسوم، کاهش ایجاد نمود (4، 7).

6-     تأثیر مهاجرت و انتشار گاز از محل­های دفن:

6-1  بروز آتش­سوزی و انفجار گاز در محل­های دفن

محدوده انفجاری گاز متان در فشار جو و دمای محیط بین 5 تا 15 درصد می­باشد. اگر گاز محل دفن به طور مستقیم به اتمسفر تخلیه شود، این گاز هیچ گونه خطر انفجاری نخواهد داشت. خطر انفجار این گاز زمانی است که در مناطق محبوس مانند شکاف­های پی ساختمان­ها وارد شده و در آن­ها جمع شود، در این حالت پس از اختلاط هوا با یک منبع انرژی مانند جرقه الکتریکی می­تواند منفجر گردد (15).

6-2 ضرر و زیان گاز بر سلامتی انسان­ها

ترکیبات آلی فرار گازهای محل دفن دارای اثرات سویی        بر­سلامتی انسان­ها هستند. از جمله این گازها می­توان        کلرید وینیل و بنزن را نام برد. این ترکیبات برای سلامتی انسان مضر است که بر روی مناطقی که در نزدیکی و یا در محل­های دفن ساخته شده­اند و یا برای مناطق مسکونی که با فاصله کمتر از 100 متری از آن قرار دارند حایز اهمیت است (15-16). 

6-3 خسارت بر گیاهان

علت اصلی صدمه وارده به گیاهان در اثر گازهای محل­های دفن خفگی ریشه آن­ها بر اثر کمبود اکسیژن می­باشد این پدیده در اثر جایگزین شدن گاز محل دفن به جای اکسیژن یا اکسیداسیون متان در محل دفن اتفاق می­افتد. غلظت­های زیاد دی­اکسیدکربن (بیش از 20٪) و هیدروژن سولفاید و هالوارگانیک و غیره نیز برای گیاهان سمّی هستند (9، 15).

6-4 آلودگی آب­های زیرزمینی

انتقال گاز محل دفن به منطقه غیر اشباع اطراف محل دفن به آب­های زیر زمینی منطقه نیز نشت پیدا می­کند. بعضی از اجزاء گازهای تولیدی محل­های دفن در آب بسیار محلول هستند و می­تواند در آب حل شده و به صورت شیرابه از محل دفن خارج شوند و در نتیجه موجبات آلودگی آب را فراهم می­کند (15).

 

6-5 تأثیر بر پدیده گرم شدن جهانی

اخیرا گازهای منتشر شده از محل دفن به دلیل تأثیر بر پدیده گلخانه­ای بسیار مورد توجه قرار گرفته است.  متان و بعضی از اجزای ناچیز منتشر شده از گازهای محل دفن مانند CFC­ها به صورت گازهای گلخانه­ای عمل کرده و روی لایه ازن تأثیر گذاشته و موجبات بالا رفتن جهانی دمای زمین را فراهم می­کنند(6، 15).

6-6 انتشار بوهای نامطبوع

بیشتر اعتراض ساکنین اطراف محل­های دفن زباله به علت انتشار بوهای نامطبوعی است که از محل­های دفـن مـنتشر مـی­شـود براساس منابع علمی موجود، که بـیشتر مـشکل مـربـوط بـه بـو در مرحله اسید سازی ابتدایی محل دفن      می­باشد (9، 15).

تشکر و قدردانی

بدین وسیله نویسندگان از همکاری­ صمیمانه کارکنان محترم شهرداری شهرستان نور استان مازندران که در انجام این کار ما را یاری دادند کمال تشکر و قدردانی را دارند.

 

منابع

1.      Sharholy M, Ahmad K, Mahmood G, Trivedi R. Municipal solid waste management in Indian cities–A review. Waste Management. 2008;28(2):459-67.

2.      Thitame SN, Pondhe G, Meshram D. Characterisation and composition of municipal solid waste (MSW) generated in Sangamner city, District Ahmednagar, Maharashtra, India. Environmental monitoring and assessment. 2010;170(1-4):1-5.

3.      Kjeldsen P, Barlaz MA, Rooker AP, Baun A, Ledin A, Christensen TH. Present and long-term composition of MSW landfill leachate: a review. Critical reviews in environmental science and technology. 2002;32(4):297-336.

4.      Icf Incorporated USEPAAPPD. Landfill gas-to-energy project opportunities : background information on landfill profiles. Washington, DC: United States Environmental Protection Agency, Office of Air and Radiation; 1999.

5.      Bogner J, Matthews E. Global methane emissions from landfills: New methodology and annual estimates 1980–1996. Global Biogeochemical Cycles. 2003;17(2):1065.

6.      Kousky C, Schneider SH. Global climate policy: will cities lead the way? Climate Policy. 2003;3(4):359-72.

7.        قنبرزاده لک م, صبور م. ارزیابی سناریوهای دفع مواد زاید جامد شهری از نقطه نظر انتشارات گلخانه‌ای با استفاده از روش LCA و با تاکید بر مدیریت مجزای منابع تولید-مطالعه موردی: جزیره سیری.  پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران: دانشگاه فردوسی مشهد; 1389.

8.      Aydi A. Energy recovery from a municipal solid waste (MSW) landfill gas: a Tunisian case study. Hydrology: Current Research. 2012;3-3.

9.      Rettenberger G, Stegmann R. Landfill gas components. Landfilling of Waste: Biogas. 1996:51-8.

10.  Park SD, Kim JG, Kim WH, Kim HS. Distribution of tritium in the leachates and methane gas condensates from municipal waste landfills in Korea. Water and Environment Journal. 2005;19(2):91-9.

11.  Christensen TH, Cossu R, Stegmann R. Landfilling of waste: leachate: CRC Press; 1992.

12.  Christensen TH. Landfilling of waste: biogas: E & FN Spon; 1996.

13.  Carpenter RJ. Redevelopment of Land Contaminated by Methane Gas:- the Problems and Some Remedial Techniques. In: Assink JW, Van Den Brink WJ, editors. Contaminated Soil: Springer Netherlands; 1986. p. 747-57.

14.  Feng Q-L, Liu L, Xue Q, Zhao Y. Landfill Gas Generation and Transport In Bioreactor Landfill. In: Chen Y, Zhan L, Tang X, editors. Advances in Environmental Geotechnics: Springer Berlin Heidelberg; 2010. p. 633-6.

15.  Tchobanoglous G, Theisen H, Vigil S. Integrated solid waste management: engineering principles and management issues: McGraw-Hill, Inc.; 1993.

16.  Tchobanoglous G, Kreith F. Handbook of solid waste management: McGraw-Hill New York; 2002.

17.  Spokas K, Bogner J, Chanton JP, Morcet M, Aran C, Graff C, et al. Methane mass balance at three landfill sites: What is the efficiency of capture by gas collection systems? Waste Management. 2006;26(5):516-25.

 

 

 



1- دانش آموخته کارشناسی ارشد، رشته مهندسی محیط زیست- آلودگی هوا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران*(مسئول مکاتبات).

2- استادیار، گروه مهندسی محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

[3]-  Landfill Gas

1.      Sharholy M, Ahmad K, Mahmood G, Trivedi R. Municipal solid waste management in Indian cities–A review. Waste Management. 2008;28(2):459-67.

2.      Thitame SN, Pondhe G, Meshram D. Characterisation and composition of municipal solid waste (MSW) generated in Sangamner city, District Ahmednagar, Maharashtra, India. Environmental monitoring and assessment. 2010;170(1-4):1-5.

3.      Kjeldsen P, Barlaz MA, Rooker AP, Baun A, Ledin A, Christensen TH. Present and long-term composition of MSW landfill leachate: a review. Critical reviews in environmental science and technology. 2002;32(4):297-336.

4.      Icf Incorporated USEPAAPPD. Landfill gas-to-energy project opportunities : background information on landfill profiles. Washington, DC: United States Environmental Protection Agency, Office of Air and Radiation; 1999.

5.      Bogner J, Matthews E. Global methane emissions from landfills: New methodology and annual estimates 1980–1996. Global Biogeochemical Cycles. 2003;17(2):1065.

6.      Kousky C, Schneider SH. Global climate policy: will cities lead the way? Climate Policy. 2003;3(4):359-72.

7.        قنبرزاده لک م, صبور م. ارزیابی سناریوهای دفع مواد زاید جامد شهری از نقطه نظر انتشارات گلخانه‌ای با استفاده از روش LCA و با تاکید بر مدیریت مجزای منابع تولید-مطالعه موردی: جزیره سیری.  پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران: دانشگاه فردوسی مشهد; 1389.

8.      Aydi A. Energy recovery from a municipal solid waste (MSW) landfill gas: a Tunisian case study. Hydrology: Current Research. 2012;3-3.

9.      Rettenberger G, Stegmann R. Landfill gas components. Landfilling of Waste: Biogas. 1996:51-8.

10.  Park SD, Kim JG, Kim WH, Kim HS. Distribution of tritium in the leachates and methane gas condensates from municipal waste landfills in Korea. Water and Environment Journal. 2005;19(2):91-9.

11.  Christensen TH, Cossu R, Stegmann R. Landfilling of waste: leachate: CRC Press; 1992.

12.  Christensen TH. Landfilling of waste: biogas: E & FN Spon; 1996.

13.  Carpenter RJ. Redevelopment of Land Contaminated by Methane Gas:- the Problems and Some Remedial Techniques. In: Assink JW, Van Den Brink WJ, editors. Contaminated Soil: Springer Netherlands; 1986. p. 747-57.

14.  Feng Q-L, Liu L, Xue Q, Zhao Y. Landfill Gas Generation and Transport In Bioreactor Landfill. In: Chen Y, Zhan L, Tang X, editors. Advances in Environmental Geotechnics: Springer Berlin Heidelberg; 2010. p. 633-6.

15.  Tchobanoglous G, Theisen H, Vigil S. Integrated solid waste management: engineering principles and management issues: McGraw-Hill, Inc.; 1993.

16.  Tchobanoglous G, Kreith F. Handbook of solid waste management: McGraw-Hill New York; 2002.

17.  Spokas K, Bogner J, Chanton JP, Morcet M, Aran C, Graff C, et al. Methane mass balance at three landfill sites: What is the efficiency of capture by gas collection systems? Waste Management. 2006;26(5):516-25.