برآورد اقتصادی استفاده مجدد از لجن کارخانجات آنودایزینگ آلومینیوم

13
برآورد اقتصادی استفاده مجدد
از لجن کارخانجات آنودایزینگ
آلومینیوم
سید مصطفی خضری (استادیار دانشکده محیط زیست و انرژی واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی)
ناصر محرم نژاد (استادیار دانشکده محیط زیست و انرژی واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی)
مریم ارطایفه (کارشناس ارشد اقتصاد محیط زیست دانشکده محیط زیست و انرژی واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی)
چکیده
کارخانه هاى آبکارى آنودایزینگ آلومینیوم در انتهاى فرآیند تصفیه پساب،
حجم متنابهى لجن تولید مى کنند که اگر به طرق متداول دفع نشود،
مشکلات محیط زیستى بسیارى به وجود مى آورد و از هزینه هاى تحمیلى
محسوب مى گردد. هدف از انجام این تحقیق برآورد اقتصادى استفاده مجدد از
کیک لجن واحدهاى آنودایزینگ آلومینیوم مى باشد به طورى که باعث جلوگیرى
از رها سازى آن در محیط و کاهش آلوده سازى منابع آب، خاک و در نتیجه
حفاظت محیط زیست شود، همچنین فروش محصولات بازیابى شده، صرفه هاى
اقتصادى مناسبى را نصیب این کارخانجات نماید.
براى انجام این تحقیق، ابتدا اطلاعات مورد نیاز جهت انجام تحلیل
هزینه - منفعت گردآوری شد. سپس برای انجام مطالعه موردی، کارخانه
آنودایزینگ آبسکون انتخاب گردید و حجم پساب تولیدی کارخانه و میزان
کیک لجن حاصل از تصفیه پساب مشخص شد. از سوی دیگر با بررسی
ترکیبات شیمیایی موجود در کیک لجن، دو کاربرد عمده شامل تولید آجر
دیرگداز و ماده منعقدکننده برای این لجن شناسایی گردید. بعد از انجام
تحلیل اقتصادی و با توجه به قیمت این محصولات، مشخص گردید در
صورت استفاده از لجن آنودایزینگ به عنوان ماده اولیه در تهیه آجر نسوز
سالیانه حدود 780 میلیون ریال سود نصیب صاحبان این صنایع خواهدگردید.
همچنین مشخص شد کاربرد لجن آنودایزینگ به عنوان انعقاد دهنده در
تصفیه فاضلاب های شهری سالیانه حدود 820 میلیون ریال سود نصیب
واحدهای تصفیه فاضلاب خواهدکرد.
کلمات کلیدی: آنودایزینگ آلومینیوم، لجن،آجر دیرگداز، منعقدکننده،
برآورد اقتصادی.
maryam.artayefeh@yahoo.com
moharamnejad@gmail.com
Dr.Khezri : 021- 44809827
14 انسان و محیط زیست شماره دهم پاییز 1388
مقدمه
با توجه به هزینه روزافزون مواد شیمیایی در بسیاری از کارخانجات، بازیابی
مواد مصرف نشده و یا قابل مصرف به عنوان یک اصل اقتصادی پذیرفته شده
است. حتی اگر این مواد در همان کارخانه قابل مصرف نباشند، پس از تخلیص
یا تغلیظ ، می توان آنها را به صنعت دیگری واگذار نمود.
یکی از مهم ترین مسائل اقتصادی در اکثر قریب به اتفاق کارخانه های
آنودایزینگ پروفیل آلومینیوم، وجود لجن با حجم بالا می باشد که یکی از
هزینه های تحمیلی محسوب می گردد. در صورتی که بتوان با ارایه روشی
لجن حاصل را تبدیل به مواد قابل بازیابی نمود، علاوه بر حذف هزینه انتقال
لجن از کارخانه به محل های بایر و مناسب که خود هزینه ای بسیار زیاد است،
فروش مواد بازیابی شده از لجن نیز می تواند سود مناسبی را برای کارخانه
حاصل نماید. اصولاً لجن تصفیه پساب آنودایزینگ دارای غلظت های بالایی
از یون آلومینیوم است که می تواند به عنوان یک منبع مفید از مواد منعقد کننده
.[ باشد که به حذف فسفر در واحد تصفیه پساب شهری کمک کند[ 1
همچنین به دلیل داشتن درصد بالایی از سیلیس و اکسید آلومینیوم و ترکیبات
دیگری مثل تری اکسید گوگرد و اکسید کلسیم در تهیه مصالح ساختمانی
نظیر تولید پوکه معدنی ( به علت شباهت فرمول لجن به ورمیکولیت ماده
معدنی پوکه)، آجر، آجر نسوز، مصالح ساختمانی و صنایع رنگسازی و... قابل
.[ کاربرد است [ 2
در نهایت، ملاحظات اقتصادی و پیروی از مقررات کاهش آلودگی نقش
اساسی در هر نوع اتخاذ تصمیم برای بازیافت فرآورده های فرعی را ایفا
می کند.
محل انتخاب شده جهت انجام این تحقیق،کارخانه تولید پروفیل آلومینیوم
آبسکون می باشد که در فاصله 6 کیلومتری شهر آمل واقع شده است. این
کارخانه در سال 1372 با ظرفیت تولید 25 هزاران پروفیل در سال راه اندازی
شد. در حال حاضر ظرفیت تولید واحد آنودایزینگ این کارخانه حدود 10 تن
.[ در روز به ازای سه شیفت کاری می باشد[ 3
روش تحقیق
روش تحقیق علمی _کاربردی مبتنی بر روش تحلیل هزینه - منفعت بوده
و روش گردآوری اطلاعات آن به صورت اطلاعات کتابخانه ای، اسنادی،
اینترنتی، بازدید میدانی و مراجعه به کارشناسان بوده است. برای انجام مطالعات
میدانی با همکاری مسئولین کارخانه مذکور محصولات مورد نظر با استفاده
از لجن آنودایزینگ ساخته شد که از نظر مشخصات مورد نیاز به خوبی با نمونه
های مشابه مطابقت داشت. به این ترتیب بعد از آزمون روش ها براساس قیمت
واقعی مواد اولیه و محصول، هزینه ساخت محصولات جدید از لجن کارخانه
برآورد شد و از طرف دیگر با قیمت محصولات قبلی که از مواد اولیه گران تولید
می شدند، مقایسه گردید.
مبانی نظری
لج ن تولید شده در واحد آنودایزینگ ، حاوی عناصر و ترکیبات بسیار زیادی
است به طوری که حدود 60 درصد آن سیلیس و درصد بالایی ، اکسید آلومینیوم
است و ترکیبات دیگری مثل تری اکسید گوگرد و اکسید کلسیم نیز به مقدار
قابل توجه ی در آن یافت می شود [ 4]. لذا به همین دلیل استفاده مجدد از
این لجن در تهیه مصالح ساختمانی نظیر تولید پوکه معدنی (به علت شباهت
فرمول لجن به ورمیکولیت ماده معدنی پوک ه) مصالح ساختمانی و صنایع رنگ
سازی وعلاوه بر منافع مالی و اقتصادی برای صاحبان صنایع ، اثرات مخرب
محیط زیستى را نیز کاهش می دهد.
یکی از کاربردهای فعلی لجن این پساب به شر ح زیر اس ت:
هیدروکسید آلومینیوم موجود در لجن با اسید سولفوریک ترکیب می شود که
تولید سولفات آلومینیوم (آلو م) می کند
AL2(OH)3 + 3H2SO4 → Al2 (SO4)3+ 3H2O
که این آلوم در تصفیه خانه های آب آشامیدنی نقش منعقد کنند دارد و برای
جداسازی مواد معلق موجود در آب به کارمی رود.
سولفات آلومینیوم در این شرکت به دو صورت تولید می شود:
1 زاج سفید
[ -2 پودر گرانول که می تواند به شکل مایع هم باشد.[ 4
در این سیستم آب بازیافت می شود و لجن دوباره وارد راکتور می شود که
قیم ت فروش این محصولات نسبت به حالت خال ص پایین تر اس ت.
اکنون طرح های جداسازی عناصر با ارزش موجود در لجن مانند خود آلومینیوم
در دست تهیه است که نیاز به سرمایه گذاری وسیع و زیادی دارد، ولی در آینده ،
مهم و با ارزش خواهند بود، زیرا باعث صرفه جویی زیاد در هزینه ها وجلوگیری
از هدر رفت آلومینیوم خواهد شد.
برآورد اقتصادی استفاده از لجن آنودایزینگ در تهیه
مصالح ساختمانی دیرگداز
استفاده از لجن آنودایزینگ به عنوان مصالح ساختمانی دیرگداز دارای مزایای
اقتصادی می باشد. آجرهای تولید شده به وسیله لجن آنودایزینگ ، نسبت به
آجرهای نسوز معمولی بسیار سبک تر هستند و این مسئله در حمل و نقل
و هزینه و انرژی بسیار موثر خواهد بود. ترکیب این لجن و خاک به میزان
برآورد اقتصادی استفاده مجدد از لجن کارخانجات آنودایزینگ آلومینیوم 15
50 درصد، می تواند در تولید آجرهای شومینه که جزو مصالح دیرگداز هستند
به کار رود. این آجرها حرارتی حدود 1300 درجه سانتی گراد را تحمل
[ می کنند. [ 2
3 کیلوگرم می باشد و آجر - هرآجر دیرگداز معمولی دارای وزنی معادل 4
ساخته شده از لجن آنودایزینگ با ترکیب حدود 50 تا 60 درصد لجن، در
1 تا 2 کیلوگرم خواهد بود. به این ترتیب هر کامیون / ابعاد آجر نسوز حدود 8
که ظرفیتی معادل 5 تن آجر را داراست، قادر به حمل تعداد بیش تری آجر
خواهد بود.
به عنوان مثال هر کامیون خاور برای جابجایی آجرها، کرایه حملی معادل
10,000 ریال به ازای هرکیلومتر دریافت می کند. باتوجه به اینکه هر آجر
ساخته شده از لجن آنودایزینگ حدود 2 کیلوگرم سبک تر از آجرهای دیرگداز
معمولی است و ظرفیت کامیون خاور هم 5 تن می باشد، تعداد آجرهای
بیش تری را می توان در هر بار جابجایی حمل کرد که این مساله هم باعث
صرفه جویی در هزینه حمل و هم صرفه جویی در مصرف انرژی و زمان می شود.
بر این اساس، درهر بارجابجایی آجرهای نسوز معمولی نهایتاً تعداد 1250
آجر را می توان جابجا کرد. این در حالی است که برای آجرهای ساخته شده از
لجن آنودایزینگ این تعداد حدود 2500 آجر خواهد شد. بنابراین بااستفاده از
اتاقک های مخصوص و بزرگ تر از اندازه برای کامیون ها می توان تعداد آجر
بیش تری را حمل کرد. به این ترتیب نه تنها لجن که مایه آسیب رساندن به
محیط زیست شامل منابع آب، خاک، گیاهان و جانوران و حتی انسان است،
از رهاسازی ودفع در محیط حذف می شود و تخریب محیط زیست کاهش
می یابد، بلکه از سوی دیگر از مصرف بی رویه خاک که ماده بسیار باارزشی در
تولید و کشاورزی است نیز جلوگیری می شود.
همان طور که می دانیم برای تولید هر یک سانتی متر خاک، 1000 سال
زمان نیاز است و فرسایش خاک یکی از مهم ترین مسایل محیط زیستى
امروز کشور ما می باشد. متاسفانه این عنصر باارزش تعیین قیمت نشده است
و برای همین به راحتی تخریب می شود، این در حالی است که خاک جزو
منابع تجدیدناپذیر طبیعت است. اینجاست که ارزش استفاده از لجن به جای
خاک برای تولید آجر نمایان می شود. تولید آجر نسوز به دلیل اختلاف قیمت
قابل توجه بین لجن و آجر نسوز ، صرفه های اقتصادی مناسبی به همراه
خواهد داشت.
آجرهای دیرگداز شومین ه (شاموتی) 7000 ریال
لجن (هرکیلو) 150 ریال
باتوجه به اینکه در کارخانه تولید پروفیل آلومینیوم آبسکون، حدود 1200 تن
در سال لجن تولید می شود و قیمت هر کیلو لجن 150 ریال است، در حالت
عادی این کارخانه می تواند حدود 180 میلیون ریال در سال درآمد حاصل از
فروش لجن داشته باشد :
1,200,000 (kg) × (ریال) 180,000,000 = (ریال) 150
اما اگر کارخانه درکنار تولید پروفیل آلومینیوم به تولید محصولات جنبی نظیر
آجر نسوز بپردازد. علاوه بر اینکه از آلودگی های ناشی از لجن آنودایزینگ
خلاص خواهد شد، منبع کسب درآمد تازه ای هم پیدا خواهد کرد. این لجن
به دلیل دارا بودن آلومینا و سیلیس دارای خاصیت نسوزندگی است و استفاده
از آن درتهیه مصالح نسوز که قیمت بالایی در بازار دارند، بسیار مقرون به
صرفه است.
قیمت هر کیلوگرم ماده اولیه مورد استفاده در کارخانجات تولید کننده
آجرهای دیرگداز شومینه (شاموتی) برابر 800 ریال می باشد. بنابراین اگر
کارخانه آبسکون به جای فروش لجن با قیمت 150 ریال از آن برای تولید
آجر نسوز در محل کارخانه استفاده کند، سود سالیانه حدود 780 میلیون ریال
خواهد بود :
1,200,000 (kg) × (ریال) 960,000,000 = (ریال) 800
1,200,000 (kg) × (ریال) 180,000,000 = (ریال) 150
960،000،000 - 180,000,000= سود حاصل (ریال) 780,000,000
همچنین اگر کارخانجات تولید آجر نسوز، به جای مواد اولیه رایج مورد
استفاده از این لجن استفاده نمایند، چنین سودی را کسب خواهند کرد.
برآورد اقتصادی استفاده از لجن آنودایزینگ برای تصفیه
فاضلاب شهری
در فرآیند آنودایزینگ آلومینیوم ، یک روش قدیمی پرداخت سطح این فلز،
مقدار زیادی پساب (لجن آندی) تولید می شود. در کارخانجات صنعتی به طور
: [ طبیعی دو نوع فاضلاب به وجود می آید[ 5
محلول های غلیظ حاصل از حوضچه های شیمیایی و آب های شستشو در
بیشتر کارخانجات تنها یک تانک ته نشینی وجود دارد که تمام پساب ها در
آن مخلوط می شوند و بعد از خنثی سازی، منعقد شده و ته نشین می گردند.
محصول نهایی، لجن آنودایزینگ است که ترکیبات موجود در آن متغیر
می باشند ولی حاوی سه جزء اصلی می باشد : هیدروکسید آلومینیوم، اکسی
هیدروکسید آلومینیوم و سولفات آلومینیوم. این لجن آندی به دلیل دشواری
نسبی مدیریت آن که از طبیعت پیچیده آن ناشی می شود، به یکی از مشکلات
کارخانجات تبدیل گشته است.
امروزه کاربرد نمک های معدنی آلومینیوم در تصفیه پساب مرسوم شده
است. انعقاد شیمیایی که در ادامه با یک فرآیند خنثی سازی همراه می شود، در
تصفیه فاضلاب رایج است[ 6]. این فرآیند راندمان بالایی در حذف پارامترهای
و میکروارگانیسم ها دارد. فرآیند انعقاد SS,BOD,COD : مختلف از جمله
با راندمان CBO 80 ، حذف -٪ با راندمان 90 SS و رسوب دهی موجب حذف
80 می شود. -٪ 50-٪80 و حذف میکروارگانیسم ها با راندمان 90
16 انسان و محیط زیست شماره دهم پاییز 1388
از طریق کارهای آزمایشگاهی اثبات شده [ 1 ] که لجن آنودایزینگ، دارای
و COD قابلیت انعقاد دهندگی مناسبی هست، تا جایی که راندمان کاهش
کدورت لجن 90 ٪ می باشد، تشکیل توده ها مشهود است و توده ها به راحتی
در اثر ته نشینی از فاضلاب جدا می شوند.
از طرف دیگر برخلاف روش های تصفیه رایج که از سولفات آلومینیوم
نهایی فاضلاب تصفیه شده با قوانین محیط زیستى pH ، استفاده می کنند
مطابقت دارد و دیگر نیازی به مرحله خنثی سازی نمی باشد[ 7]. بنابراین کاربرد
لجن آنودایزینگ به عنوان انعقاد دهنده در تصفیه فاضلاب های شهری، به
علت راندمان بالای آن روش مفیدی به نظر می رسد.
براساس تجربیات به دست آمده ، میزان مصرف لجن آنودایزینگ سه برابر
سولفات آلومینیوم مرسوم در فرآیند انعقاد فاضلاب شهری می باشد. حال
باتوجه به قیمت های این مواد می توان صرفه اقتصادی حاصل از جایگزینی
لجن آنودایزینگ به جای سولفات آلومینیوم را ملاحظه کرد :
ماده شیمیایی قیمت هر کیلوگرم (ریال)
سولفات آلومینیوم 2500
جامد خشک (حاوی هیدروکسیدآلومینیوم) 150
جدول 1. مقایسه قیمت سولفات آلومینیوم و لجن آنودایزینگ
در جدول ( 1) مقایسه قیمت سولفات آلومینیوم ولجن آنودایزینگ ارایه شده
است. همان طور که ملاحظه می شود در جدول( 1)، قیمت 3 کیلوگرم لجن
آنودایزینگ 450 ریال می باشد که در مقایسه با قیمت یک کیلوگرم سولفات
آلومینیوم ( 2500 ریال) تفاوت قابل ملاحظه ای دارد. بنابراین جایگزینی این
ماده از نظر اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود.
.[ درکارخانه آبسکون سالیانه حدود 1200 تن لجن آنودایزینگ تولید می شود[ 3
خرید لجن آنودایزینگ به عنوان منعقدکننده ، برای تصفیه خانه های فاضلاب
شهری مقرون به صرفه است، زیرا قیمت هر کیلوگرم سولفات آلومینیوم
2500 ریال است و باتوجه به اینکه به ازای هریک کیلو سولفات آلومینیوم
باید سه کیلوگرم لجن آنودایزینگ مصرف نمایند قیمت سه کیلوگرم لجن
آنودایزینگ 450 ریال تمام می شود و بسیار کم تر از هزینه استفاده از سولفات
آلومینیوم تمام می شود. سود حاصل به صورت زیر محاسبه می شود:
1،000،000،000 ( ریال ) = 3 ÷ ( 1،200،000 ( کیلوگرم × ( 2500 (ریال
1،200،000 ( کیلوگرم ) = 180،000،000 ( ریال ) × ( 150 (ریال
820،000،000 ( ریال ) سود حاصل = 1،000،000،000- 180،000،000
بنابراین از این نظر سود خوبی هم برای کارخانه آنودایزینگ به دست می آید
و بخشی از هزینه های تصفیه پساب را پوشش می دهد و هم برای تصفیه
خانه ها مقرون به صرفه می باشد.
بحث و نتیجه گیری
با توجه به مباحث ارایه شده در تحقیق وبررسی روش های استفاده مجدد
از ضایعات در فرآیند کارخانه آنودایزینگ آبسکون، نتایج زیر به دست آمده
است: به طور کلی دو روش استفاده از لجن آنودایزینگ برای تصفیه فاضلاب
شهری و تولید آجرهای دیرگدازشومینه مورد بررسی قرار گرفتند که هر دو
روش در مقایسه با فروش فعلی لجن کارخانه، روش هایی مقرون به صرفه تر
هستند. سود حاصل از فروش فعلی لجن کارخانه سالیانه 180 میلیون ریال است
که اگر این لجن در تصفیه فاضلاب شهری استفاده گردد، سود آن به 820
میلیون ریال افزایش می یابد و اگر برای تولید آجرهای دیرگداز استفاده گردد،
سود آن حدود 780 میلیون ریال بیش تر خواهد شد. خلاصه نتایج بررسی
های اقتصادی استفاده مجدد از لجن کارخانه آنودایزینگ آلومینیوم آبسکون
که از دو روش مورد اشاره حاصل می گردد در جدول ( 2) ارایه شده است.
فهرست منابع
1. Correia, A.2005.Municipal Wastewater Treatment
with Anodizing Solid Waste. Desalination (2005)185
350-341.www.elsevier .com/locate/desal.
2 . غفورى،پریسا. 1384 ، بررسى اثرات زیست محیطى ناشى از لجن واحدهاى
آنودایزینگ آلومینیوم و ارایه راه کارهاى مناسب، پایانامه کارشناسى ارشد
علوم محیط زیست، دانشکده محیط زیست و انرژى، دانشگاه آزاد اسلامى
واحد علوم و تحقیقات.
1 3 .کارخانه آنودایزینگ آلومینیوم آبسکون،ایران، 385
4 . خضرى،مصطفى. 1383 .کارگاه آموزشى تصفیه پساب آنودایزینگ در
صنعت آلومینیوم،وزارت صنایع و معادن ،دفتر امور محیط زیست
5 . معاونت تحقیقاتى سازمان حفاظت محیط زیست، 1371 ، استاندارد خروجى
فاضلابها،انتشارات دفتر آموزش زیست محیطى.
6 . شریعت پناهى،م. 1371 ،اصول کیفیت و تصفیه آب وفاضلاب،موسسه
انتشارات و چاپ دانشگاه تهران
7 .توکلى،نادیا. 1377 .بررسى تصفیه پذیرى پساب واحد آنودایز آلومینیوم،
پایانامه کارشناسى ارشد مهندسى محیط زیست ،دانشکده محیط زیست و
انرژى،دانشگاه آزاد اسلامى واحد علوم و تحقیقات.
برآورد اقتصادی استفاده مجدد از لجن کارخانجات آنودایزینگ آلومینیوم 17
جدول 2. خلاصه روشهای استفاده مجدد از ضایعات جامد در کارخانه آبسکون و برآورد اقتصادی آن
روش استفاده قیمت سالیانه لجن آنودایزینگ
(ریال)
قیمت معادل مواد مرسوم مورد
استفاده (ریال)
سود ناشی از جایگزینی لجن
(ریال)
820,000,000 1,000,000,000 تصفیه فاضلاب شهری 180,000,000
780,000,000 960,000,000 آجرهای دیرگداز شومینه (شاموتی) 180,000,000