فیدیبو نماینده قانونی انتشارات آوای قلم و بیش از ۶۰۰ ناشر دیگر برای عرضه کتاب الکترونیک و صوتی است .
کتاب راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند

کتاب راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند
خصوصیات، طراحی، ساخت و پایش

نسخه الکترونیک کتاب راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند به همراه هزاران کتاب دیگر از طریق فیدیبو به صورت کاملا قانونی در دسترس است.


فقط قابل استفاده در اپلیکیشن‌های iOS | Android | Windows فیدیبو

درباره کتاب راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند

مرتبط با سیستم‌های آستر و پوشش نهایی توده پسماند مورد بحث قرار می‌گیرند. راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند بر مبنای افزایش میزان رطوبت پسماند و افزایش سرعت تجزیه و تثبیت مواد زائد طراحی و بهره‌برداری شده‌اند. این عقیده وجود دارد که راکتورهای بیولوژیکی موجب تجزیه مواد آلی و متعاقب آن مواد معدنی گردیده و پتانسیل خطرزایی دفن مواد زائد را نسبت به اماکن دفن متداول کاهش می‌دهد. به طور ویژه، راکتورهای بیولوژیکی ممکن است جهت فراهم نمودن مواد مغذی، آنزیم‌ها، رطوبت و باکتری‌ها و به منظور تسریع تجزیه هر دوی پسماندهای جامد شهری و جامدات بیولوژیکی، پذیرنده مایعات غیر خطرناک و لجن‌ها باشند. همچنین در حالی که بازچرخش شیرابه درون مکان دفن اساس روش بهره‌برداری راکتورهای بیولوژیکی است، در شرایطی که شیرابه کافی در مکان دفن تولید نمی‌گردد، جهت دستیابی به میزان رطوبت بهینه، استفاده از مایعات مختلف رطوبت مورد نیاز را فراهم می‌نماید. برگشت دادن شیرابه و مایعات مخلوط شده دیگر در این کتاب با عنوان "بازچرخش مایعات" ذکر گردیده است. بازچرخش مایعات بدلیل توزیع یکنواخت رطوبت، مواد مغذی، آنزیم‌ها و باکتری‌ها در توده پسماند نسبت به نفوذ مایعات به صورت عادی، سرعت تجزیه مواد زائد را افزایش می‌دهد. کاربرد سیستم‌های مختلف جهت توزیع یکنواخت رطوبت به همراه دمیدن هوا به درون توده مواد زائد، فرآیند تجزیه هوازی را افزایش می‌دهد. با این حال در طی فرآیند‌های تجزیه بی‌هوازی، تولید گاز افزایش یافته و نیز موجب کاهش بار آلایندگی شیرابه می‌گردد. در راکتورهای بیولوژیکی استفاده مجدد از ظرفیت مکان دفن از طریق افزایش سرعت تجزیه مواد زائد و کاهش حجم آنها و افزایش فضای موجود تسریع می‌گردد. آژانس حفاظت محیط زیست در سال ۱۹۹۳ قوانین کنترل فعالیت‌ها به منظور حفاظت از محیط زیست را تبیین نموده است. هدف از انتشار این کتاب فراهم نمودن رهنمودهای لازم جهت طراحی اماکن دفن به منظور پیشگیری یا کاهش اثرات منفی فعالیت‌های دفن مواد زائد بر روی محیط زیست است. این رهنمودها شامل طراحی سیستم‌های دفن مواد زائد، سیستم‌های مدیریت شیرابه، مدیریت تولید گاز و سیستم پوشش نهایی است.

ادامه...

بخشی از کتاب راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند

شما به آخر نمونه کتاب رسیده‌اید، برای خواندن نسخه کامل، کتاب الکترونیک را خریداری نمایید و سپس با نصب اپلیکیشن فیدیبو آن را مطالعه کنید:

۱- ۳- ۲ مراحل تجزیه پسماند

به منظور درک اصول بهره برداری از اماکن دفن پسماند به عنوان رآکتورهای بیولوژیکی، درک خصوصیات تجزیه پسماند یا»چرخه عمر«(۱۲) در اماکن دفن پسماند های شهری (MSWLF)(۱۳) دارای اهمیت بسزایی است. پسماند های جامد شهری می توانند به سرعت تجزیه شده و مقدار اجزاء تشکیل دهنده آن ها (بدلیل تجزیه مواد آلی و در ادامه مواد غیر آلی) به وسیله افزایش و کنترل میزان رطوبت پسماند موجود در سلول تجزیه تحت شرایط هوازی یا بی هوازی کاهش یابد. بدلیل بازچرخش و تجزیه شیرابه پسماند، کیفیت شیرابه در یک رآکتور بیولوژیکی می تواند به سرعت بهبود یابد که همین امر موجب کاهش هزینه های دفع شیرابه خواهد شد. بر اساس یافته های دکتر پولند، تجزیه پسماند دارای ۵ مرحله مجزا است که در شکل ۱-۳ نشان داده شده است. تغییرات شاخص صورت گرفته در طی انجام فرآیند های میکروبی در هر یک از مراحل تجزیه پسماند درون اماکن دفن به وسیله خصوصیات کیفی و کمی شیرابه و میزان گاز تولید شده نمایان می گردد.

مرحله I (فاز تاخیری): دوره سازش یا انطباق که طی آن رطوبت محیط شروع به تجمع نموده و اکسیژن ورودی ناشی از پسماند جامد تخلیه شده درون سلول دفن به وسیله باکتری های هوازی مصرف می شود.

مرحله II (فاز انتقال): در این مرحله میزان رطوبت پسماند افزایش یافته و محیط هوازی سلول دفن پسماند به محیط بی هوازی تبدیل می شود که در آن میزان اکسیژن کاهش می یابد . مقدار قابل تشخیص اسیدهای فرار کل (TVA)(۱۴) و افزایش میزان اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD)(۱۵) نشانه افزایش فعالیت باکتری های بی هوازی است.

مرحله III (فاز تولید اسید): تبدیل سریع پسماند به اسیدهای فرار به وسیله باکتری های اسیدساز(۱۶) موجب کاهش pH شیرابه در این مرحله می گردد. در این مرحله هیدرولیز اولیه مایع شیرابه و تبدیل آن به مواد آلی قابل تجزیه صورت می گیرد. تجزیه سریع شیرابه های دارای pH پایین تر میزان اسیدیته آن ها را بیشتر کرده و گونه های فلزی موجود در شیرابه به آسانی از درون پسماند به درون شیرابه منتقل می شوند. ترکیبات آلی فرار یا مواد حلال نیز همانند فلزات به درون شیرابه منتقل می شوند. مشخصه بارز این مرحله، وجود حداکثر میزان BOD و COD درون شیرابه است.

مرحله IV: مرحله غالب در میان مراحل پنج گانه که طی آن ترکیبات اسیدی تولید شده در مرحله قبل به سرعت و به وسیله باکتری های متان ساز(۱۷) به گاز متان و دی اکسید کربن تبدیل می شوند. در این مرحله به شکل بارز شرایط اسیدی به شرایط pH خنثی بازگشته و غلظت فلزات و اسیدهای آلی فرار (VOCs)(۱۸) شیرابه به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. حداکثر تولید گاز در طی این مرحله حاصل می گردد. تولید گاز و چرخه COD/BOD مشابه ثابت سرعت تجزیه بیولوژیکی از نوع درجه اول است.

مرحله V: مرحله نهایی یا مرحله بلوغ که طی آن میزان مواد قابل تجزیه بیولوژیکی و مواد مغذی به طور نسبی محدود می گردد. مشخصات بارز این مرحله توقف تولید گاز، تثبیت غلظت اجزاء تشکیل دهنده شیرابه و تجزیه نسبتاً آهسته مواد آلی مقاوم است.



شکل ۱-۳ مراحل تجزیه پسماند

۱- ۴ مزایا و معایب راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند

با وجود فن آوری های جدید می توان مزایا و معایب راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند را عنوان کرد. مزایای به دست آمده به وسیله راکتورهای بیولوژیکی در ادامه در دو بخش مزایای اولیه و ثانویه بحث می شوند. برخی از معایب مرتبط با راکتورهای بیولوژیکی را می توان به وسیله اصلاح و بهینه سازی عوامل موثر در طراحی آن ها کاهش داد. موضوعات مربوط به طراحی راکتورهای بیولوژیکی نیز در بخش های بعدی کتاب بحث گردیده است.
۱-۴-۱ مزایای اولیه جهت طراحی راکتورهای بیولوژیکی
راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند دارای پتانسیل بالایی به عنوان یک فن آوری مناسب و قابل ارتقاء در دفن پسماند هستند. این قابلیت ها شامل:
- استفاده مناسب از ظرفیت پیش بینی شده از سلول دفن پسماند.
- تثبیت پسماند در یک دوره زمانی کوتاه.
- کاهش هزینه های مدیریت شیرابه تولید شده.
- کاهش میزان پایش و مراقبت ها پس از تکمیل سلول دفن پسماند.
مزایای ثانویه
- بهینه سازی تعیین محل پسماند درون سلول دفن.
- پتانسیل بالای درآمد زایی و بازده بالا از محل تولید گاز.
- کاهش میزان انتشار ترکیبات آلی فرار و HAPs در هوای اطراف.
- کاهش میزان سمیت شیرابه و ترکیبات پسماند.
- ثبات و انعطاف پذیری سلول دفن پسماند با طراحی مناسب آن.

علاوه بر جنبه های عمومی مرتبط با اماکن دفن و با در نظر گرفتن موقعیت های مناسب جهت مکان یابی اماکن جدید دفن پسماند و قوانین مدیریت پسماند جامد و ترویج آن ها با یکدیگر، مجوز تاسیس اماکن جدید دفن پسماند بسیار مشکل است. نهادهای مدیریت پسماند مجبور به جستجو و یافتن فرصت هایی جهت استفاده بهینه و موثر از حداکثر ظرفیت مجاز اماکن موجود دفن پسماند هستند. مفهوم عبارت تجزیه تشدید یافته پسماند موجب بهبود و افزایش فضای هوایی(۱۹) اضافی درون سلول دفن شده و مسیر جدیدی را در دفن پسماند باز نموده است. سرعت دادن به تجزیه پسماند می تواند موجب افزایش پایداری اماکن دفن و کاهش یافتن خطرات انتشار گاز در فضای هوایی ایجاد شده درون توده پسماند گردد.
هنگام ارزیابی مفهوم راکتور بیولوژیکی دفن پسماند، سه مزیت اولیه و اصلی قابل شناسایی است. اولین مزیت، تجزیه و تثبیت بیولوژیکی پسماند درون یک راکتور بیولوژیکی می تواند در مدت زمان کوتاه تر نسبت به اماکن دفن متداول خشک صورت گیرد. در نتیجه، مدت زمان تجزیه و تثبیت بیولوژیکی پسماند درون سلول دفن می تواند (در محدوده زمانی چند سال) در مقایسه با اماکن دفن متداول خشک (در محدوده زمانی چند دهه) کاهش یابد. نتیجه تجزیه و تثبیت سریع پسماند را می تواند تا حدود ۴۰ - ۲۰ درصد میزان افزایش فضای هوایی درون اماکن دفن بدلیل کاهش حجم و افزایش چگالی پسماند درون سلول دفن تخمین زد. در نتیجه کاهش حجم پسماند می توان فضای ایجاد شده را مجدداً احیاء نمود و پسماند بیشتری را درون سلول دفن قرار داد و از محل درآمد تولید شده به وسیله این افزایش ظرفیت می توان تمام یا قسمتی از هزینه های بهره برداری از یک راکتور بیولوژیکی دفن پسماند را جبران نمود. علاوه بر این، از محل بهره برداری مستمر از محل دفن پسماند می توان در هزینه های جاری صرفه جویی نمود. استفاده پیوسته بدین شکل از اماکن موجود جهت دفن پسماند دارای منفعت بیشتری نسبت به ساختن اماکن جدید دفن در یک موقعیت دیگر می باشد.
دومین مزیت عمده راکتورهای بیولوژیکی در کاهش هزینه های مدیریت شیرابه نمایان می شود. وجود مایعات اضافی یکی از عوامل کلیدی لازم جهت ساخت یک راکتور بیولوژیکی با عملکرد مناسب است. شیرابه ناشی از اماکن دفن اغلب به عنوان مایع مناسب جهت راکتورهای بیولوژیکی استفاده می شود. شیرابه تولید شده از اماکن دفن موجود یک منبع در دسترس برای تامین بخشی از مایع مورد نیاز راکتورهای بیولوژیکی است. در برخی موارد، مقدار پول ذخیره شده از محل عدم تصفیه یا دفع شیرابه و یا مدیریت شیرابه می تواند موجب ذخیره سازی کافی پول جهت طراحی و ساخت یک راکتور بیولوژیکی دفن پسماند گردد.
به منظور دستیابی به توده پسماند دارای محتوی مناسب رطوبت، انواع دیگر مایعات نیز باید به طور بالقوه در اماکن دفن پسماند مورد استفاده قرار گیرند. اگر چه وجود قوانین بازدارنده ممکن است مانع انجام این اقدام گردد با این حال افزودن مایعات به سلول دفن جهت ایجاد یک راکتور بیولوژیکی دارای کارکرد مطلوب می تواند موجب کاهش هزینه های مدیریت شیرابه و افزایش درآمد به وسیله پسماندی گردد که پیش از این نامناسب به نظر می آمدند.
سومین مزیت عمده راکتورهای بیولوژیکی، کاهش میزان اقدامات نگهداری مورد نیاز پس از تکمیل راکتور بیولوژیکی(۲۰) است. فرآیندهایی که درون راکتور انجام می شوند پسماند را تجزیه می کنند. نتایج تحقیقات مختلف نشان می دهد که پسماند (زائدات جامد و شیرابه) تجزیه شده دارای میزان خطرزایی و تهدید کمی برای سلامت انسان و محیط زیست هستند. کیفیت شیرابه درون راکتور بیولوژیکی می تواند با گذشت زمان بهبود یابد. همچنین، توده پسماند دارای پایداری بیشتری بوده و دانسیته آن کاهش می یابد. به همین دلیل، میزان و نوع اقدامات مربوط به پس از تکمیل راکتور کاهش می یابد. در صورتی که دوره زمانی مورد نیاز جهت اقدامات پس از تکمیل راکتور را نتوان کاهش داد این امکان وجود دارد که جنبه های ویژه جهت انجام اقدامات مورد ارزیابی قرار گرفته و کاهش یا حتی حذف گردند. در نتیجه، میزان صرفه جویی قابل توجه با کاهش دوره زمانی یا پیچیدگی اقدامات پس از تکمیل راکتور قابل دستیابی است و علاوه بر آن، اماکن دفن تکمیل شده دارای کمترین تهدید در آلودگی محیط زیست باشند.
۱- ۴- ۲ مزایای ثانویه راکتورهای بیولوژیکی
بر اساس مطالبی که بیان گردید یکی از مزیت های راکتورهای بیولوژیکی بهینه سازی و بیشینه سازی میزان پسماندی است که می تواند درون یک راکتور طراحی شده قرار بگیرد. دانسیته افزایش یافته و حجم کاهش یافته پسماند منجر به افزایش میزان تجزیه پسماند می گردد و این بدین معنی است که اماکن دفن موجود می تواند در یک دوره زمانی طولانی تر در شرایط بهره برداری باقی بماند. دومین مزیت مربوط به استفاده موثر و مفید از ظرفیت اماکن دفن موجود است که این نیازمند قرار داشتن چندین مکان دفن پسماند در مناطق سبز است.
مزیت های دیگر هنگامی که راکتورهای بیولوژیکی به عنوان اماکن دفن پسماند مورد استفاده قرار گیرند می تواند وجود داشته باشد. برای مثال، LFG (گاز تولید شده در اماکن دفن پسماند) در طی بهره برداری از راکتورهای بیولوژیکی در مقایسه با اماکن دفن متداول خشک به سادگی و سهولت تولید می گردد. در نتیجه، مزایای بهره برداری مرتبط با تولید LFG را می توان زودتر از بقیه مزیت ها محقق ساخت. این ها شامل درآمدهای مستقیم ناشی از استفاده از گاز تولیدی و همچنین فواید غیر مستقیم ناشی از افزایش تولید LFG در طی بهره برداری از اماکن دفن پسماند است. کاهش تولید گاز در آینده در اماکن دفن تکمیل شده و همچنین اقدامات نگهداری مورد نیاز جهت آن ها مبنای میزان کاهش دوره زمانی اقدامات مورد نیاز پس از تکمیل اماکن دفن است. بویژه، جمع آوری گاز تولید شده و اجرای سیستم مدیریت به طور همزمان از بخش های مهم طراحی و ساخت راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند هستند. علاوه بر این، برخی معایب ویژه از جمله پتانسیل انتشار گاز به اتمسفر و اثرات زیست محیطی آن بر روی هوا و آب های زیرزمینی نیز می تواند در نتیجه افزایش تولید گاز به وجود آید.
گازهای منتشر شده از راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند شامل متان و دی اکسید کربن به همراه مقادیر بسیار کمی از ترکیبات آلی غیر متان (NMOCs)(۲۱) است. مطابق با USEPA ۲۰۰۵، گاز LFG تولید شده از راکتورهای بیولوژیکی می تواند حاوی غلظت های کمتری از ترکیبات آلی فرار (VOCs) و HAPs است. از این رو، موضوع کاهش دادن میزان انتشار گاز به درون اتمسفر در مورد NMOCs ها مطرح است.
پوشش نهایی متغیر در اماکن دفن (AFC)(۲۲) ممکن است برای راکتورهای بیولوژیکی سودمند باشد. راکتورهای بیولوژیکی بر خلاف اماکن دفن متداول خشک نیازمند رطوبت هستند. پوشش نهایی متغیر می تواند در اغلب شرایط جهت کنترل میزان نفوذ رطوبت ناشی از بارندگی در راکتورهای بیولوژیکی طراحی و ساخته شوند. طراحی این نوع پوشش نهایی در مقایسه با پوشش های استفاده شده در اماکن دفن متداول می تواند منجر به صرفه جویی در هزینه ها گردد.
از مزیت های ثانویه دیگر راکتورهای بیولوژیکی، پتانسیل پایین سمیت و همچنین عدم تحرک(۲۳) مواد شیمیایی درون پسماند به دلیل شرایط هوازی و بی هوازی ارتقاء یافته درون اماکن دفن پسماند است. فرآیند های تجزیه موثر و فعال درون راکتورهای بیولوژیکی به طور عمده شامل چندین مرحله مختلف در طی مدت عمر اماکن دفن پسماند هستند. ترکیبات آلی موجود در اماکن دفن در اثر فعالیت میکروبی شکسته و تجزیه شده و خطر انتشار ترکیبات آلی سمی نیز کاهش می یابد. فلزات موجود در پسماند ممکن است که بدلیل تغییرات pH و قلیائیت محیط که خود در اثر تغییر مراحل تجزیه پسماند ایجاد می شوند سیال یا غیر سیال شوند. بنابراین، با گذشت زمان و با کاهش سمیت کلی شیرابه تولید شده باید خطرات سلامتی انسان و همچنین محیط زیست که به طور مشخص با آلودگی آب های زیرزمینی مرتبط است نیز کاهش یابد. چنانچه از راکتورهای بیولوژیکی به عنوان اماکن دفن پسماند مورد استفاده قرار گیرد در آن صورت دارای مزیت های ثانویه دیگری مانند بهبود هزینه - اثربخشی فرآیند از طریق احیاء فضای هوایی(۲۴) راکتور و افزایش حجم مفید سلول دفن نیز هستند. پسماندهای تجزیه شده باید پس از پایان زمان تثبیت، با استفاده از فرآیند احیاء سلول دفن از زیر خاک بیرون آورده شوند. پسماند تثبیت شده حاوی مواد شبه کمپوست، خاک و اجزاء غیر قابل تجزیه بزرگ هستند. کمپوست و خاک باید به وسیله سرند کردن و غربال گری بازیافت شده و مواد غیر قابل تجزیه بزرگ را می توان با در نظر گرفتن خطرپذیری پایین برای محیط زیست درون اماکن دفن مجدداً دفن نمود. برخی از مواد غیر قابل تجزیه مانند فلزات و خرده شیشه را می توان از میان پسماند جداسازی و بازیافت نمود. پس از آن می توان از محل سلول تخلیه شده جهت استفاده مجدد به عنوان اماکن دفن پسماند و شاید شروع دوباره فرآیند در یک راکتور بیولوژیکی جدید استفاده نمود.
***
یک مکان دفن پسماند مناسب ترکیبی از فرآیندهای تجزیه پسماند موجود در سلول دفن (مواد آلی) و یک پارچه سازی شیمیایی(۲۵) مواد غیر آلی را تقویت نموده و سپس مواد تجزیه شده را جهت بازیافت و استفاده مجدد معدنی سازی می نماید.
***
۱- ۴- ۳ معایب بالقوه مرتبط با راکتورهای بیولوژیکی
طبق تعریف، راکتورهای بیولوژیکی به عنوان یک فن آوری مناسب و موثر دفن پسماند دارای پتانسیل بالایی هستند. با این حال، برخی ازملاحظات نامعلوم و مبهم مرتبط با استفاده از آن ها وجود دارد که برخی از آن ها شامل:

- وجود قوانین و مقررات پیچیده و مغشوش در اخذ مجوز ساخت راکتور بیولوژیکی.
- هزینه های سرمایه گذاری بسیار بالا.
- مهارت های مورد نیاز بهره برداری از راکتورهای بیولوژیکی.
- کنترل دما در راکتورهای هوازی.
- قابلیت پایداری ژئوتکنیکی.
- سازگاری و مطابقت شیمیایی.
- کنترل بو.
- در دسترس بودن مایعات جهت کنترل رطوبت.

هیچ تردیدی وجود ندارد که راکتورهای بیولوژیکی ممکن است در دراز مدت دارای منافع اقتصادی باشند به دلیل اینکه دارای پتانسیل کاهش خطرات و بازیافت فضای هوایی قابل استفاده هستند بنابراین، هزینه های اضافی مرتبط با راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند نیز در کوتاه مدت وجود دارد. به طور مثال این سیستم ها به دلیل پیچیدگی فرآیند نیازمند مهندسی، ساختمان و هزینه های بهره برداری اضافی هستند. راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند در میان تمام انواع روش های دفن پسماند دارای پیچیدگی بیشتری در عملیات ساخت و بهره برداری هستند به خصوص اگر تجزیه پسماند به بیشترین حد خود رسیده باشد. راکتورهای بیولوژیکی حاوی سیستم های مهندسی هستند که نیازمند هزینه های سرمایه گذاری اولیه بالاتری بوده و اجرای آن ها مستلزم اقدامات کنترل و پایش بیشتری در طی مدت بهره برداری از آن ها است. بهره برداری از راکتورهای بیولوژیکی نیازمند مهارت بالا جهت استفاده از حداکثر توان تجزیه پسماند بوده و اصلاح و بروزرسانی سیستم ها نیز لازم است. متعاقب آن، راکتورهای بیولوژیکی نیازمند روش های بهره برداری و نگهداری پیچیده تری نسبت به اماکن دفن متداول هستند. علاوه بر این، سیستم های دریافت مایعات باید طراحی و در مراحل مختلف بهره برداری از راکتور نصب شوند که این موجب افزایش میزان آسیب سیستم دریافت مایع و پیچیدگی روند اداره کردن روز به روز بهره برداری از راکتور می گردد. بنابراین، برخی از مراکز دفن پسماند با دارا بودن منابع محدود ممکن است دستیابی به سطح مناسب طراحی، ساخت و مهارت های بهره بردار جهت عملکرد موفقیت آمیز یک راکتور بیولوژیکی دفن پسماند را بسیار سخت و مشکل بدانند. تمام این هزینه ها باید در فرآیند تصمیم گیری در هنگام ارزیابی هزینه- اثربخشی یک راکتور بیولوژیکی مورد نظر قرار گیرند.
در راکتورهای بیولوژیکی طراحی شده برای تجزیه هوازی پسماند، افزایش میزان اکسیژن می تواند شانس آتش سوزی درون اماکن دفن را افزایش دهد. با این حال، انجام فرآیند های هوازی درون توده پسماند نسبت به فرآیند های بی هوازی باید در دماهای بالاتر صورت گیرد بنابراین کنترل دما درون توده پسماند یک عامل کلیدی به شمار می آید. در نتیجه، جهت اطمینان از عدم وقوع آتش سوزی درون سلول دفن پسماند باید میزان درجه حرارت درون توده پسماند به طور مداوم کنترل و پایش گردد. کنترل این نوع از آتش سوزی ها بسیار سخت است و می تواند موجب آسیب به تاسیسات دریافت و افزودن مایعات و همچنین سیستم تنظیم اکسیژن درون توده پسماند گردد. این فرآیند ها حرارت بالاتری را درون توده پسماند تولید می کنند به همین دلیل ممکن است که بروزرسانی سیستم های دریافت مایع به وسیله مواد مقاوم به دماهای بالاتر مورد نیاز باشد. اصلاح و تعمیر سیستم های آسیب دیده بعد از تکمیل ساخت راکتورها بسیار سخت و هزینه بر و در برخی موارد غیر قابل انجام است.
یکی از اهداف طراحی راکتورهای بیولوژیکی، افزایش میزان مایع توده پسماند و رسیدن به حداکثر ظرفیت جذب رطوبت است. در زمانی که توده پسماند به میزان زیادی مرطوب باشد، پایداری ژئوتکنیکی توده پسماند می تواند به موضوع مهمی تبدیل شود. با افزایش میزان رطوبت پسماند، شیب پایداری ژئوتکنیکی پسماند همزمان در محیط اطراف سلول دفن پسماند می تواند کاهش یاید. با به حداقل رساندن میزان مایع افزوده شده با محیط اطراف سلول دفن می توان این شرایط را کنترل نمود اما در هر شرایط باید فرآیند پایش به طور کامل انجام گیرد. علاوه بر این، با آغاز فرآیند تجزیه پسماند در طی دوره بهره برداری، تخریب سلولی پسماند در تمام فضای سلول دفن به طور یکنواخت انجام نمی شود. این شرایط می تواند در اثر فشارهای درونی موجود بر روی راکتورها و همچنین به دلیل مشکلات احتمالی بهره برداری نظیر توزیع مایعات ایجاد شود. برخی نگرانی ها وجود دارد که راکتورهای بیولوژیکی دارای اثرات نامطلوب و معکوس بر روی سیستم های خطی مصنوعی هستند. به دلیل اینکه فرآیند های هوازی در دماهای افزایش یافته بهره برداری می شوند، این افزایش دما ممکن است موجب شکستن ساختار پلیمرها در خط اصلی سیستم گردد. به طور ویژه نیاز به تحقیق جهت شناسایی اثرات طولانی مدت فرآیند بر روی ترکیبات استفاده شده در راکتورهایی که اخیراً ساخته شده اند وجود دارد.
یکی از شرایط کلیدی جهت استفاده از لایه های ژئوممبران (و دیگر لایه های ژئوسنتتیک) دمای محیط است. دکتر جورج کورنر(۲۶) گزارش داده است که استفاده از ترموکوپل های متصل به ژئو ممبران ها و تحت پوشش قرار دادن دو عدد از اماکن دفن پسماند جامد شهری، اطلاعات دما در یک دوره طولانی مدت برای اماکن دفن خشک (متداول) و اماکن دفن تر (راکتورهای بیولوژیکی) به دست می آید. این اطلاعات نشان می دهد که میزان حرارت در لایه های زیرین پسماند در اماکن دفن خشک نسبت به اماکن دفن تر کمتر است. از این رو، دمای لایه های بالاتر (پوششی) به وسیله دمای آزاد محیط کنترل می شود و یک رفتار چرخشی سالیانه را نشان می دهد. با این حال، میزان دمای درون توده پسماند در چهار سال ابتدایی در C°۲۰ ثابت باقی می ماند و پس از آن به طور ناگهانی تا میانگین C°۳۰ افزایش می یابد. میزان دما درون لایه پوششی سلول دفن به طور فصلی تغییر می کند بدین صورت که در تابستان بالاتر و در زمستان پایین تر است. میزان حرارت در لایه زیرین ژئوممبران در شروع دوره بهره برداری به طور متوسط C° ۲۵ (نسبت به اماکن دفن خشک ۵ درجه بالاتر) است. این میزان درجه حرارت بعد از گذشت ۵/ ۲ سال تا میانگین C°۴۰ نیز افزایش می یابد (تقریباً ۱۰ درجه بیشتر از اماکن دفن خشک).
اگر چه یکی از مزایای فرآیند راکتور بیولوژیکی افزایش تولید گاز LFG است، اما این مزیت دارای جنبه های منفی نیز است. مساله کنترل بوهای نامطلوب (مرتبط با NMOCs موجود در گاز LFG) پیش از این هم یکی از موضوعات نگران کننده بوده است. در طی مراحل طراحی راکتور بیولوژیکی و چگونگی اجرا و عملکرد روش های جمع آوری، مدیریت و کنترل LFG، از زمان شروع بهره برداری می بایست معایب آن ها را (مالی و بهره برداری) در مقایسه با اماکن دفن خشک متداول مورد توجه قرار داد. همچنین عدم موفقیت در نگهداری مناسب سیستم های جمع آوری گاز موجب افزایش نارضایتی های عمومی به سمت یک مکان دفن ویژه گردیده و منجر به تعیین معیارهای مورد نیاز در جهت کاهش میزان بوهای نامطلوب و کاهش انتشار گاز متان می شود.
راکتورهای بیولوژیکی نیازمند افزودن مقادیر قابل توجهی از مایعات به توده پسماند هستند. این افزودن مایعات به توده پسماند می تواند باعث ایجاد فشار بر روی سیستم جمع آوری شیرابه گردد. سیستم جمع آوری شیرابه باید جهت کنترل و مدیریت این مایعات افزوده شده طراحی، ساخته و بهره برداری شوند. ممکن است در طی طراحی سیستم جمع آوری شیرابه اقدامات حفاظتی بیشتری جهت حمل شیرابه به تاسیسات مصرف کننده سوخت های زیستی و فسیلی و همچنین افزایش خطوط لوله مورد نیاز باشد. علاوه بر این، در صورت شکست در اجرای این سیستم، خطر آلودگی آب های زیرزمینی نیز بسته به اجزاء تشکیل دهنده شیرابه ممکن است افزایش یابد. در طراحی و اجرای راکتورهای بیولوژیکی و توجه به رویکرد بازچرخش شیرابه/ بازیافت گاز توسط طراحان آن ها، باید جنبه های زیست محیطی زیر برآورده گردد:

- افزایش حفاظت از آب های زیرزمینی.
- کاهش میزان انتشار گاز به وسیله نصب و بهره برداری از سیستم های کنترل و جمع آوری گاز.
- افزایش ظرفیت و طول عمر مفید سلول های دفن موجود که متعاقباً موجب کاهش نیاز به اماکن جدید دفن پسماند خواهد گردید.
- بهبود کیفیت شیرابه و نهایتاً تخلیه فاضلاب زلال تر به محیط زیست.

۱ -۵ قوانین و مقررات

استانداردهای ملی مورد نیاز برای طراحی و بهره برداری از اماکن دفن پسماند توسط USEPA و در غالب فصل چهارم از مجموعه قوانین RCRA تدوین شده است. مجموعه قوانین RCRA برای کنترل پسماند جامد شهری و همچنین اماکن دفن پسماند خطرناک تدوین شده است. در این قوانین ملزومات طراحی، بهره برداری و اقدامات مورد نیاز پس از پایان یافتن کار مکان دفن(۲۷)، ملزومات بستر سازی و لایه های پوششی ترکیبی(۲۸) (خاک دارای نفوذپذیری پایین به همراه غشاهای ژئوسنتتیک)، نصب سیستم های جمع آوری شیرابه و ملزومات کنترل و پایش اماکن دفن بهداشتی پیشرفته شرح داده شده است. برآورده ساختن این ملزومات، پتانسیل شیرابه در ایجاد اثرات منفی بر روی سلامتی انسان و محیط زیست را با موفقیت کاهش داده است. لایه بستر مهندسی ساز به همراه سیستم جمع آوری، از جریان یافتن شیرابه از کف سلول دفن به درون خاک و آب های زیر زمینی جلوگیری می کند. ملزومات تعیین شده جهت لایه پوششی دارای نفوذپذیری پایین موجب کاهش منابع اصلی رطوبت ورودی به پسماند (نفوذ آب های جاری و بارندگی ها) و کاهش پتانسیل تولید شیرابه اضافی می گردد. نتیجه اجرای این ملزومات، ایجاد یک سلول عایق و ایمن و مهندسی ساز جهت ذخیره پسماند به عنوان اماکن دفن بهداشتی پسماند است. با این حال، این اماکن یک محل ذخیره سازی خشک پسماند هستند که موجب تاخیر در انجام فعالیت های میکروبی مورد نیاز برای تجزیه زیستی و شیمیایی و در نتیجه تعویق در تثبیت پسماند می گردند. EPA هشدار داده است که اغلب اماکن دفن بزرگ پسماند قادر به تولید مقدار کافی شیرابه جهت تجزیه بهینه پسماند نیستند. بر اساس قوانین RCRA، در راکتورهای بیولوژیکی، افزودن مایعات بی خطر به پسماند جهت افزایش میزان رطوبت مجاز می باشد. این قوانین همچنین پوشش های متناوب و نیز به تاخیر انداختن پوشش گذاری نهایی سلول دفن را جهت تجزیه زیستی و تکمیل فرآیند در اماکن دفن پسماند مجاز می داند.

فصل اول: راکتورهای بیولوژیکی

مقدمه

در سال های اخیر صنعت پسماند جامد شهری (۱)(MSW) دستخوش تغییرات عمده ای در جهت مدیریت پسماند گردیده است. در اماکن دفن پسماند، به طور معمول زباله تل انبار شده، در زیر خاک دفن می گردد، سایت دفن زباله حصار کشی شده، چمن کاری و ایجاد فضای سبز انجام می شود و بعضی از اوقات مورد پایش روزانه و یا عملیات نگهداری قرار می گیرند.
امروزه در طراحی، ساخت، بهره برداری و خاتمه اماکن دفن پسماند گرایش به سمت استفاده ثانویه از مکان دفن پس از تکمیل و بسته شدن آن افزایش یافته است. در این فرآیند باید جنبه های اقتصادی اماکن دفن را بر اساس برنامه زمانی و طرح های استفاده بعدی از زمین محل دفن مورد توجه قرار داد. این ملاحظات باید متوجه خطرات و تهدید های بالقوه سلامتی انسان و محیط زیست مرتبط با پسماند دفن شده در اماکن قدیمی تعطیل شده باشد. در صورتی که پسماند دفن شده در اماکن دفن جزء مواد پایدار باشند و دارای پتانسیل کمی در انتشار ترکیبات سمی به درون محیط زیست باشند در آن صورت میزان خطرات مرتبط با اماکن دفن قدیمی کاهش می یابد. رسیدن به نقطه پایداری و تثبیت پسماند و کاهش دادن پتانسیل انتشار ترکیبات سمی نیز ممکن است به وسیله بهره برداری و استفاده از راکتورهای بیولوژیکی به جای یک سلول عایق پسماند خشک قابل دستیابی باشد. راکتورهای بیولوژیکی قادر به تجزیه و یا جدا کردن ترکیبات موجود در زائدات هستند تا جایی که مقدار ترکیبات سمی موجود در شیرابه حاصل از پسماند پایین تر از استانداردهای قابل قبول آب های آشامیدنی یا آب های زیرزمینی می باشد. در بخش ۱-۳ مزایای برجسته راکتورهای بیولوژیکی ذکر گردیده است.
انجمن فن آوری و تنظیم مقررات درون ایالتی (۲)(ITRC) بر این باور است که راکتورهای بیولوژیکی می توانند موجب تسریع در استفاده مجدد از ظرفیت اماکن دفن و منابع انرژی وابسته به آن ها گردند. این راهنما جهت استفاده آژانس های تنظیم مقررات، افراد ذینفع، مشاوران و صنایع مرتبط با اخذ مجوز، بهره برداری و پایش یک راکتور بیولوژیکی دفن زباله تنظیم گردیده است. راکتورهای بیولوژیکی دفن زباله جهت دستیابی به افزایش میزان رطوبت پسماند به منظور افزایش میزان تجزیه بیولوژیکی و تثبیت پسماند طراحی و بهره برداری می شوند. همچنین ممکن است که آن ها پذیرای لجن ها و مایعات بی خطر جهت تامین مواد مغذی، رطوبت و باکتری ها جهت تسریع تجزیه پسماند جامد شهری و جامدات بیولوژیکی باشند. بازچرخش شیرابه تولید شده از اماکن دفن زباله موضوع اولیه و کلیدی در بهره برداری از راکتورهای بیولوژیکی است. از این رو، ترکیب نمودن مایعات شیرابه جهت افزایش میزان شیرابه و برگشت آن ها مورد استفاده قرار می گیرد که در این کتاب با عنوان" بازچرخش شیرابه" نام برده می شود. فرآیند برگشت شیرابه موجب تسریع در تجزیه پسماند جامد شهری از طریق توزیع یکنواخت رطوبت، مواد مغذی، آنزیم ها و باکتری ها درون توده پسماند می گردد که نسبت به حالت نفوذ رطوبت به شکل طبیعی دارای تاثیر بسیار بیشتری است. در موارد ویژه، چرخش مایعات به وسیله تزریق هوا جهت افزایش سرعت تجزیه بیولوژیکی صورت می گیرد. راکتورهای بیولوژیکی از طریق افزایش سرعت تجزیه بیولوژیکی موجب بالا رفتن میزان تولید گاز گردیده که می تواند موجب درآمد زایی برای بهره برداران و کاهش بار آلودگی در شیرابه گردد. در این نوع راکتورها، پتانسیل خطرزایی مرتبط با اماکن دفن زباله کاهش می یابد و این در حالی است که طول دوره پایداری پسماند افزایش می یابد.
تمام اماکن دفن زباله به طور پیوسته و به شدت تحت بررسی دقیق قرار دارند. فن آوری های جایگزین مانند برگشت جریان شیرابه اغلب به وسیله کارشناسان خبره مورد نظر قرار گرفته اند. با این وجود، ضروری است که این سیستم ها به طور دقیق طراحی، ساخته و مورد بهره برداری قرار گیرند. حتی بروز یک خطای ساده در اثر یک سیستم برگشت نامناسب شیرابه می تواند باعث ایجاد انشعابات گسترده و منفی جریان شیرابه درون توده پسماند گردد. طراحی و ساختمان مناسب و همچنین عملیات بهره برداری صحیح موجب تسهیل در اجرای موفقیت آمیز روش های ابداعی نوین نظیر راکتورهای بیولوژیکی می گردد. در طی مراحل سیاست گذاری اجرای راکتور بیولوژیکی، بهترین مراحل جهت درک و تفهیم اصطلاحات و پرسش های فنی و قوانین و مقررات نیز قبل از استفاده از راکتورهای بیولوژیکی توسط کمیته های تخصصی برگزار می شود.
در طی مراحل بهره برداری، عملکرد راکتورهای بیولوژیکی می تواند به وسیله اتفاقات غیر قابل مشاهده تحت تاثیر قرار گیرد. راکتورهای بیولوژیکی سلول های بسته ای هستند که انجام بازرسی های بصری در آن ها بسیار مشکل است. در هنگام اجرای پایش یک راکتور بیولوژیکی، اصلاحاتی که موجب بالا بردن یا بهینه کردن عملکرد راکتور بیولوژیکی دفن پسماند می گردد نیز صورت می گیرد. این به معنی سرعت بیشتر در تجزیه پسماند و زمان کوتاه تر جهت رسیدن به تثبیت نهایی پسماند است. جهت دستیابی که فواید کامل راکتورهای بیولوژیکی، این اصلاحات مستلزم شرایط انجام طراحی مجدد اماکن دفن زباله در آینده است. در این راستا، بهره برداران باید به دقت مراحل بهره برداری را از زمان راه اندازی راکتور مورد پایش قرار دهند. شکل ۱-۱ یک رویکرد شاخص از راه اندازی یک راکتور بیولوژیکی را نشان می دهد. تجارب به دست آمده از عملیات بهره برداری از راکتورها باعث ایجاد فرصتی به بهره برداران جهت یادگیری اثرات تغییر در طراحی راکتورهای بیولوژیکی به منظور بهینه سازی عملیات بهره برداری از آن ها گردیده است.



شکل ۱-۱ رویکرد شاخص از راه اندازی یک راکتور بیولوژیکی

۱-۱ مفهوم راکتورهای بیولوژیکی

تاکنون تعاریف مختلفی از راکتورهای بیولوژیکی بر اساس تجارب و مطالعات مختلف ارائه شده است. برخی از آن ها در ادامه عنوان شده است:
تعریف اداره تحقیق و توسعه سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا:
" راکتورهای بیولوژیکی اماکن دفن زباله ای هستند که اضافه شدن پسماند مایع بی خطر و همچنین میزان افزایش آب به آن ها جهت تسریع در تجزیه پسماند و تولید گاز تحت کنترل می باشد."
در حالی که این یک توصیف کلی از راکتور بیولوژیکی است اما اجازه انعطاف پذیری بیشتر در طراحی و بهره برداری از راکتورهای بیولوژیکی را ممکن می سازد. در ادامه تعاریف راکتورهای بیولوژیکی دفن زباله ناشی از پیشنهادات یا مطالعات مختلف ذکر می گردد.
دکتر فرد پولند(۳) (نتایج یک مطالعه در مقیاس آزمایشگاهی): راکتورهای بیولوژیکی اماکن دفن زباله ای هستند که در آن ها افزودن مواد مغذی، بافرها یا بارور سازی (تلقیح) به همراه برگشت شیرابه جهت دستیابی به میزان رطوبت ۶۰-۴۰ درصد وزنی صورت می گیرد.
اداره تحقیق و توسعه محیط زیست آمریکا تعریف زیر را پیشنهاد نموده است:
" یک لندفیل طراحی و بهره برداری شده در شرایط کنترل شده با بیان اهداف تسریع در تجزیه پسماند جامد شهری را می توان یک سیستم محدود دفن زباله به شمار آورد.
تعریف انجمن پسماند جامد آمریکای شمالی (SWANA)(۴)
"هر نوع سلول دفن پسماند که به منظور تسریع یا افزایش میزان تثبیت بیولوژیکی پسماند، آب یا هوا تحت شرایط کنترل شده به درون توده پسماند تزریق شود."
قانون MACT سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا:
" هر نوع از اماکن دفن زباله یا قسمتی از آن که طی آن آب تحت شرایط کنترل شده به درون توده پسماند (غالباً در ترکیب با مسیر برگشت شیرابه) جهت رسیدن به حداقل ۴۰ درصد وزنی افزوده گردد."
- نصب تجهیزات کنترل و سیستم جمع آوری گاز قبل از افزودن آب یا مایعات.
- انجام اقدامات کنترل گاز حدود ۱۸۰ روز بعد از رسیدن به میزان رطوبت ۴۰ درصد.
- در راکتور های بیولوژیکی تکمیل شده، توقف افزودن آب به مدت یک سال یا بیشتر.
مدل های عمومی و متداول راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند شامل انواع زیر می باشد:

هوازی: در یک راکتور هوازی دفن پسماند، شیرابه پسماند جمع آوری گردیده و اغلب با اضافه کردن آب به آن به درون سلول دفن پسماند تحت شرایط کنترل شده برگشت داده می شود. هوا نیز به طور همزمان از طریق لوله های افقی یا عمودی به درون توده پسماند تزریق می شود تا فعالیت هوازی باکتریایی تسریع و سرعت تجزیه پسماند افزایش یابد.

بی هوازی: در یک راکتور بیولوژیکی بی هوازی، میزان رطوبت به شکل برگشت شیرابه در توده پسماند افزایش یافته تا میزان رطوبت به شرایط بهینه برسد. در این راکتورها تزریق هوا وجود ندارد از این رو، محیط بی هوازی درون توده پسماند شکل می گیرد. بنابراین، در غیاب اکسیژن تجزیه بیولوژیکی به وسیله باکتری های بی هوازی رخ می دهد. در نتیجه تجزیه پسماند در طی این فرآیند، عمدتاً گازهای دی اکسید کربن و متان تولید می شود که می تواند جهت تامین انرژی مورد نیاز و همچنین به حداقل رساندن میزان انتشار گازهای گلخانه ای جمع آوری گردد.

هیبرید (هوازی - بی هوازی): در راکتورهای هیبریدی تجزیه پسماند در اثر به کار بردن مداوم و پی در پی مراحل هوازی و بی هوازی صورت گرفته و در نتیجه سرعت تجزیه مواد آلی در بخش های بالایی راکتور افزایش یافته و جمع آوری گاز در قسمت های پایین تر سلول دفن انجام می شود. در بهره برداری راکتورهای هیبریدی در مقایسه با اماکن دفن خشک پسماند، رسیدن به فاز تولید متان ساده تر و سریع تر انجام شده (بهره برداری به عنوان یک راکتور بیولوژیکی بی هوازی) و این در حالی است که در آن ها مرحله افزودن آب یا برگشت شیرابه وجود ندارد.
برای درک بهتر مزایای راکتورهای بیولوژیکی، درک کلی از فرآیند تجزیه بیولوژیکی پسماند بسیار مهم است. در ادامه مختصری از فرآیند تجزیه بحث می گردد که به طور طبیعی درون سلول های دفن زباله رخ می دهد.

۱- ۲ تجزیه بیولوژیکی پسماند های جامد

تثبیت پسماند های شهری در اماکن دفن بهداشتی را می توان به دو مرحله عمده بیولوژیکی تقسیم نمود:
- فاز تجزیه هوازی که غالباً بلافاصله بعد از قرار گرفتن پسماند درون سلول دفن اتفاق می افتد.
- فاز تجزیه بی هوازی که بعد از مصرف اکسیژن اولیه موجود در سلول دفن پسماند شروع می شود.
مقدار قابل توجهی از مواد آلی موجود در پسماند در طی فرآیند تجزیه بیولوژیکی مصرف می شوند. مواد مغذی و مواد آلی موجود در پسماند که به طور عمومی اولین ترکیبات مورد مصرف در تجزیه بیولوژیکی هستند تقریباً ۲۷ درصد از اجزاء پسماند های جامد شهری (MSW) را تشکیل می دهند.
تجزیه هوازی
تجزیه هوازی اولین مرحله از مسیر تجزیه مواد آلی است. باکتری ها بر روی سطوح مواد آلی قابل تجزیه شروع به رشد می نمایند و متابولیز مواد زائد به وسیله هیدرولیز مواد آلی پیچیده و تبدیل آن ها به مواد ساده تر، هیدرولیز مولکول های قابل حل در آب، سلولز، شبه سلولز و پروتئین ها و تبدیل آن ها به قند های ساده و اسیدهای آمینه در طی این مرحله انجام می گیرد.
شیرابه تولید شده در طی مرحله هوازی حاوی نمک های محلول موجود در پسماند است. ویژگی این شیرابه مشابه شیرابه ای است که در نتیجه خروج مایع از درون پسماند در طی متراکم سازی آن ها درون لندفیل جمع آوری می گردد. میزان کاهش جامدات در طی تجزیه هوازی بسیار اندک است. به دلیل بالا بودن اکسیژن بیوشیمیایی مورد نیاز (BOD) پسماندهای جامد و مقدار محدود اکسیژن موجود در سلول دفن بهداشتی، به طور کلی مرحله تجزیه هوازی کوتاه است.
تولید اسید در مرحله تجزیه بی هوازی
هنگامی که اکسیژن در محیط کاهش یابد، میکروارگانیسم های موجود توانایی متابولیز کامل قندهای محلول و اسیدهای آمینه را ندارند و آن ها را به اسیدهای آلی که در آب محلول هستند تبدیل می کنند. در نتیجه، اسیدهای آلی محلول درون توده پسماند تجمع یافته و غلظت آن ها افزایش می یابد. میکروارگانیسم های موثر در انجام این فرآیند انرژی مورد نیاز جهت رشد سلولی را از واکنش های شیمیایی که در طی متابولیسم سلولی رخ می دهد و همچنین بخشی از مواد آلی که به مواد سلولی و خارج سلولی تبدیل شده اند به دست می آورند.
در آغاز فرآیندهای تجزیه بیولوژیکی بی هوازی، تجمع اسیدهای آلی موجب کاهش pH شیرابه تولیدی و افزایش قابل ملاحظه غلظت یون های معدنی (Cl, SO4, Ca, Mg, Na) می گردد. افزایش مطلوب غلظت آنیون ها و کاتیون ها در اثر نشت مواد محلولی اتفاق می افتد که به طور طبیعی درون پسماند جامد وجود دارند و در اثر تجزیه بیولوژیکی مواد آلی درون شیرابه وارد می شوند.
تولید متان در تجزیه بی هوازی
مرحله دوم تجزیه بی هوازی مواد آلی شامل تخمیر متان به وسیله باکتری های تولید کننده متان است. شرایط بی هوازی و وجود اسیدهای آلی محلول محیطی را بوجود می آورد که باکتری های تولید کننده متان قادر به رشد در آن محیط هستند. باکتری های متان زا محصولات نهایی ناشی از مرحله اول تجزیه بی هوازی را مصرف نموده و آن ها را به متان و دی اکسید کربن تبدیل می نمایند. به طور کلی مرحله تولید متان یک سال بعد از قرار گرفتن پسماند درون سلول دفن آغاز می شود. باکتری های تولید کننده متان در pH نسبتاً خنثی (۴/ ۷-۶/۶) قادر به رشد هستند اما در شرایط اسیدی رشد نمی کنند. تولید اسید در مرحله اول تجزیه بی هوازی موجب پایین آمدن pH محیط شده و افزایش میزان تولید اسید می تواند مانع فعالیت باکتری های تولید کننده متان شود.

۱- ۳ نگاهی به فرآیند راکتور بیولوژیکی

عملکرد اصلی راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند، تسریع روند تجزیه مواد زائد جامد است. نتایج تحقیقات مختلف نشان داده است که تولید گاز در یک راکتور بیولوژیکی بسیار ساده تر و میزان آن بیشتر از اماکن دفن متداول است. در یک راکتور بیولوژیکی، تولید LFG در طی یک دوره زمانی کوتاه تر انجام می شود. همچنین تولید گاز در فرآیند تسریع شده تجزیه بیولوژیکی موجب کاهش بیشتر حجم پسماند موجود در سلول راکتور می گردد. همچنین نتیجه مطالعات نشان می دهد که راکتورهای بیولوژیکی نسبت به اماکن دفن متداول مقدار بیشتری گاز را در طی مدت زمان معین از هنگامی که راکتور بهره برداری می شود تولید می کنند. در اغلب اماکن دفن پسماند های شهری پیشرفته (MSWLFs)(۵) سیستم جمع آوری گاز تا بعد از تکمیل و بسته شد. مکان دفن و کامل شدن لایه پوششی آن نصب نمی گردد. در یک راکتور بیولوژیکی نمونه، سیستم های جمع آوری گاز در طی عمر فعال سلول دفن مورد بهره برداری قرار گرفته و جمع آوری و کنترل گاز در طی یک دوره زمانی کوتاه تر صورت می گیرد.
میزان انعطاف پذیری راکتورهای بیولوژیکی بدلیل بازگشت هزینه های موثر در بازیافت گاز LFG از طریق کاهش میزان انتشار گاز به محیط افزایش یافته است. این مزیت فرصتی جهت استفاده از مزایای راکتورهای تولید LFG در پروژه های بازیافت انرژی است. انجمن انرژی ایالات متحده تخمین زده است که در صورتی که تکنولوژی راکتورهای بیولوژیکی در ۵۰ درصد از اماکن دفن پسماند شهری به کار رود، در هر سال ۲۷۰ میلیارد فوت مکعب گاز متان بازیافت می شود. این میزان گاز LFG می تواند در تولید یک درصد از انرژی الکتریکی مورد نیاز ایالات متحده مورد استفاده قرار گیرد.
 http://www.epa.gov/epaoswer/non-hw/muncpl/landfill/bioreactors.htm
در شکل ۱-۲ منحنی تولید گاز در یک مکان دفن خشک قدیمی و یک راکتور بیولوژیکی شبیه سازی شده بدون افزودن آب با استفاده از مدل انتشار گاز لندفیل (LandGEM)(۶) اداره محیط زیست ایالات متحده را نشان می دهد که سرعت تجزیه بیولوژیکی (K) در آن از نوع درجه اول است.



CFM: فوت مکعب در دقیقه

شکل ۱-۲ منحنی تولید گاز در یک راکتور بیولوژیکی نمونه و مکان دفن متداول

۱-۳-۱ اقداماتی جهت اصلاح میزان رطوبت پسماند

اغلب اماکن دفن زباله حجم کافی شیرابه را جهت افزایش میزان رطوبت پسماند جامد شهری از ۲۵-۲۰ درصد وزنی تا میزان بهینه ۶۰ - ۴۰ درصد وزنی تولید نمی کنند. در حالی که این شرایط ممکن است هدف اصلی در بهره برداری اماکن دفن بهداشتی باشد اما اطمینان یافتن از اینکه تمام مواد زائد ظرفیت اماکن دفن را تکمیل نماید بسیار مشکل است. حتی اگر پسماند موجود تمام حجم اماکن دفن را پر نکند با این حال افزایش درصد رطوبت پسماند میزان تجزیه پسماند را افزایش می دهد.
افزایش میزان آب پسماند در اماکن دفن لازم و ضروری است. به ویژه افزودن آب یا مایعات دیگر (>۵۰% آب) برای افزایش جمعیت باکتری هایی که به طور طبیعی در اماکن دفن وجود دارند و بهینه ساختن عملکرد آن ها جهت افزایش تولید گاز، تجزیه مواد آلی و فراهم نمودن شرایط تصفیه شیرابه تولید شده در اماکن دفن بسیار مفید و سودمند است. همچنین تجزیه مواد آلی بی خطر قابل تجزیه، مواد مغذی مورد نیاز جمعیت باکتری ها را فراهم می نماید. بنابراین، استفاده از روش های مناسب جهت افزایش میزان تخمیر متان دارای اهمیت زیادی است. از این رو، مرحله اصلی تجزیه پسماندهای شهری فراهم نمودن شرایط بهینه تولید گاز در اماکن دفن است که طی آن بیش از ۵۵ درصد متان تولید می شود و می تواند به عنوان یک منبع انرژی جایگزین مورد استفاده قرار گیرد. شناخت و درک کامل مراحل تجزیه بیولوژیکی پسماند جهت اطمینان از شرایط بهینه تجزیه پسماند درون اماکن دفن ضروری است.
EPA رهنمودهایی جهت مقادیر مناسب رطوبت پسماند را فراهم نموده است که می بایست تحت قانون به راکتورهای بیولوژیکی تجزیه پسماند افزوده گردد. وضع این قوانین موجب شناخت و تشخیص این حقیقت شده است که اغلب اماکن دفن بزرگ پسماند فاقد مقدار مناسب شیرابه جهت افزایش میزان رطوبت پسماند و شرایط بازدهی بالاتر هستند. همچنین، بر اساس قوانین RD&D افزایش میزان رطوبت پسماند در اثر نفوذ رواناب های سطحی، نفوذ بارندگی ها، آب های سطحی و زیرزمینی مجاز می باشد. رهنمود های ارائه شده در زیر جهت شناسایی پتانسیل اصلاح میزان رطوبت پسماند در خارج از محل(۷) دفن که ممکن است در نزدیکی راکتورهای بیولوژیکی در دسترس باشند توصیه گردیده است:
  • مایعات قابل افزودن به پسماند باید دارای pH بین ۴ تا ۹ بوده و حاوی مواد خطرناک نباشند.
  • اصلاح رطوبت پسماند به وسیله مواد دارای ۹۹-۹۵ درصد مایع انجام شود.
  • مایعات قابل پذیرش در راکتور بیولوژیکی شامل مواد زیر هستند:
- جامدات بیولوژیکی (حاوی لجن فاضلاب تازه یا تصفیه شده حاوی ۹-۲ درصد جامدات از تصفیه خانه فاضلاب شهری) (لجن خام، لجن خروجی از هاضم ها یا خروجی برکه های تثبیت).
- فاضلاب برگشتی از کارخانجات مواد غذایی و آشامیدنی.
- فاضلاب رنگی حاصل از رنگ های آکریلیک.
- آب های حاوی روغن و خروجی از حوضچه های جلادهی (۹۵% آب).
- آب های حاوی ضد یخ، مواد رنگی و مرکب.
- شیرابه حاصل از اماکن دیگر دفن.
- لجن مایع بدون مواد خطرناک حاصل از تصفیه خانه های پسماند (تجاری و صنعتی).
- مایعات باقیمانده حاصل از شرکت های تولید کننده دارو.
  • غلظت بالای مایعات آلی قابل تجزیه بیولوژیکی و محلول.
مایعات غیر قابل قبول شامل:
  • سیالات حاوی مواد پاک کننده، روغن یا سوخت های پایه نفتی، پسماند حاصل از ترشی سازی و پسماند حاوی سولفور بالا.
  • مایعاتی که به سرعت به قندهای ساده تر تجزیه می شوند مانند فاضلاب برگشتی تولید رب گوجه فرنگی که باید جهت اجتناب از تخمیر سریع و تبدیل به اسیدهای فرار با فاضلاب های مواد دیگر ترکیب شوند.
  • مایعات حاوی مقادیر فنل کل بیشتر از ۲۰۰۰ میلی گرم بر لیتر (ppm).
  • مایعات حاوی سولفید یا سیانید فعال، قابل اشتعال یا خورنده.
  • مایعاتی که ممکن است جزء پسماندهای خطرناک دسته بندی شوند.
این مایعات در مقادیر مناسب موجب تاخیر در سرعت فاز متانوژنیک تجزیه پسماند (مرحله IV) شده و باعث می شوند که تجزیه پسماند در مرحله تولید اسید (مرحله III) متوقف شود (شکل ۱-۳ بخش بعد که مراحل تجزیه پسماند را توصیف نموده است را ببینید). به همین علت جهت افزودن به پسماند و اصلاح رطوبت مناسب نیستند. با این حال، در صورتی که نتایج حاصل از مطالعات، مخلوط نمودن مایعات مختلف دارای خصوصیات مناسب را مفید بداند می توان مقادیر اندک آن ها را با مایعات مناسب مخلوط نمود.
مناسب ترین مایعات دارای خصوصیات شبیه به پسماند های جامد با مقدار کافی که در دسترس راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند هستند شامل جامدات بیولوژیکی و پساب خروجی از تصفیه خانه های فاضلاب شهری (POTW)(۸) است. دفن جامدات بیولوژیکی اغلب موجب بروز یک چالش بزرگ برای گزینه تصفیه به روش دفن در زمین گردیده است. این شرایط در اثر تکمیل ظرفیت جذب زمین در کاهش میزان حذف فلزات و آلاینده های دیگر اتفاق می افتد. راه های مختلفی جهت مدیریت و دفن جامدات بیولوژیکی وجود دارد اما روش جامع تر و اقتصادی تر، دفن مشترک آن ها با پسماند های شهری در اماکن دفن پسماند است. با استفاده از جامدات بیولوژیکی قبل از جامد سازی پسماند می توان از پردازش بیشتر پسماند جلوگیری و موجب صرفه جویی در هزینه ها و انرژی تصفیه خانه های فاضلاب شهری شد و محتوای بالای رطوبت، باکتری ها، آنزیم ها و مواد مغذی نیز می تواند برای راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند سودمند باشد.
نتایج مطالعات بر روی برگشت شیرابه زباله در مقیاس آزمایشگاهی که توسط دکتر فرد پولند(۹) در سال ۱۹۷۵ انجام گرفت نشان داد که افزودن جامدات بیولوژیکی به همراه شیرابه نتایج مناسب تری نسبت به برگشت شیرابه به تنهایی در افزایش میزان ته نشینی، تولید گاز و تصفیه شیرابه به همراه دارد. نتایج مطالعاتی که در اداره تحقیق و توسعه (ORD)(۱۰) سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا در دهه ۸۰ میلادی انجام شد نشان داد که میزان تولید گاز در اثر دفن مشترک جامدات بیولوژیکی و پسماندهای جامد شهری افزایش می یابد. نتایج مطالعات مختلف دیگری که توسط محققان انجام شده است همگی اثرات مثبت این روش را در میزان تولید گاز نشان می دهند. نتایج مطالعه اخیر که توسط رین هارت(۱۱) و همکارانش در سال ۲۰۰۵ صورت گرفته اثبات نموده است که دفن مشترک جامدات بیولوژیکی و پسماند شهری در مقایسه با رآکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند دارای مزایای زیادی به ویژه در میزان افزایش تولید گاز می باشد. EPA همچنین این شیوه را به عنوان روشی مطلوب جهت کنترل گازهای گلخانه ای مورد نظر قرار داده است. وجود این مزیت ها، دفن مشترک جامدات بیولوژیکی درون اماکن دفن پسماند را بسیار موثر در افزایش میزان تجزیه و تصفیه پسماند جامد شهری و لجن تصفیه خانه های فاضلاب ساخته است.
کارخانجات زیادی ممکن است نزدیک اماکن دفن پسماند وجود داشته باشند که دارای تاسیسات پیش تصفیه فاضلاب خروجی قبل از تخلیه مستقیم آن ها به درون فاضلابرو شهری هستند. این گونه کارخانجات می توانند جهت مدیریت پسماند تولیدی و صرفه جویی در هزینه انجام مراحل پیش تصفیه، آن ها را به طور مستقیم به درون رآکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند تخلیه نمایند. کارخانه های دیگری نیز وجود دارند که فاضلاب تولیدی اشان را (با مجوز NPDES) مستقیماً به درون فاضلابرو شهری تخلیه می نمایند که می توان آن ها را به محل رآکتورهای بیولوژیکی منتقل نمود و از این طریق موجب صرفه جویی در هزینه های تصفیه، پایش و کنترل آن ها گردید. این گزینه ها جهت حفاظت محیط زیست نیز سودمند خواهد بود. این روش ها میزان آلاینده هایی که از تاسیسات تصفیه به درون هوا وارد می شوند و نیز بار آلودگی که وارد آب های سطحی می شوند را به طور قابل توجهی کاهش می دهند. با جمع آوری و کنترل تولید گاز در اماکن دفن، از انتشار آن ها به درون هوا جلوگیری شده و تخلیه مستقیم جامدات بیولوژیکی و شیرابه به درون آب های سطحی صورت نمی گیرد.

نظرات کاربران درباره کتاب راکتورهای بیولوژیکی دفن پسماند