الزامات طراحی و راهبری یک سیستم جمع آوری گاز برای لندفیل های زباله شهری- مهری رحمت اللهی؛ امیر رضا طلایی خوزانی- مرکز مهندسی عطران

0

مقدار زیادی گاز شامل دی اکسید کربن، متان و صدها گاز آلی غیر متانی در طی تجزیه بیولوژیکی مواد زائد جامد تولید می گردند. به مجموعه این گازها گاز لندفیل می گویند (LFG). تعدادی از ترکیبات آلی غیر متانی سمی، جهش زا و بعضاً سرطانزا می باشند. لندفیل

بنابراین انتشار آنها باید بطور جدی کنترل گردد. جمع آوری و سوزاندن گاز لندفیل ساده ترین روش برای کنترل آن می باشد. به جای سوزاندن گازلندفیل می توان انرژی آن را بازیافت نمود. هر پروژه استخراج گاز لندفیل  شامل: (الف) طراحی، (ب) ساخت و (ج) راهبری می باشد.

هدف از جمع آوری این مطالب ارائه راهنمایی جامع برای طراحی، ساخت و راهبری سیستم های جمع گاز لندفیل و سوزاندن آن می باشد. در این مطالعه نحوه طراحی و اجرای اجزاء یک سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل شامل چاه استخراج افقی، چاه های عمودی، تجهیزات سرچاهی، سیستم لوله کشی جانبی و بالادستی، مدیریت مایعات موجود در گازلندفیل، فلرها، فرایند تضمین کیفیت ساخت و تکنیک های ساخت سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل مورد بحث و بررسی دقیق قرار گرفته است. لندفیل

همچنین در این مطالعه ملاحظات خاموش نمودن سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل، نحوه راهبری فلرها و مکنده ها نیز با جزئیات کامل مورد بررسی قرار گرفته است. استخراج و جمع آوری گاز لندفیل علاوه بر جلوگیری از انتشار آلاینده ها در هوا امکان بازیافت انرژی و درآمد زایی از محل های دفن زباله را نیز فراهم می نماید. لندفیل

کلمات کلیدی: گاز لندفیل، بیوگاز، محل دفن زباله، استخراج گاز، تعمیر و نگهداری

1- مقدمه

امروزه آلودگی هوا به یکی از معضلات اساسی جامعه بشری تبدیل شده است، لذا تحقیقات وسیعی در زمینه چگونگی انتشار و کنترل آلاینده ها انجام شده است [1, 2]. از میان آلاینده های مختلف هوا گازهای گلخانه ای بیشترین توجه را به خود جلب نموده اند.

این گازها شامل دی اکسید کربن، متان، اکسید نیتروس و کلروفلروکربن ها می باشد [3]. در میان این چهار گاز گلخانه ای دی اکسید کربن و متان از لحاظ کمی بیشترین مقدار تولید و رها سازی در جو را داشته لذا بیشترین تاثیر را نیز بر گرمایش جهانی دارند.

منابع مختلفی باعث تولید و رهاسازی دی اکسید کربن و متان به اتمسفر می گردد که یکی از آنها تجزیه بی هوازی مواد آلی همچون زباله های شهری می باشد. امروزه میلیون ها تن مواد زائد جامد در سرتاسر جهان تولید می گردند. مواد زائد جامد حاوی صدها ترکیب آلی و معدنی مختلف می باشد که می توانند باعث آلودگی محیط زیست گردند [3]. لندفیل

رایج ترین روش دفع زباله های شهری دفن بهداشتی آنها می باشد [4]. تعداد زیادی از میکروارگانیسم ها در خاک یافت می شوند. بسیاری از آنها قادر به استفاده از مواد آلی موجود در مواد زائد جامد به عنوان منبع کربن و یا انرژی خود می باشند. در طی تجزیه بیولوژیکی مواد زائد جامد توسط این میکروارگانیسم ها حجم زیادی از گازهای مختلف همچون دی اکسید کربن، متان و صدها ترکیب غیر متانی آلی تولید و منتشر می گردند [5].

مجموعه این گازها را گاز لندفیل[1] می نامند. تعدادی از ترکیبات آلی غیر متانی سمی[2]، سرطانزا[3] و یا تراتوژنه[4] می باشند [6]. بنابراین انتشار آنها باید بطور جدی مورد کنترل قرار گیرند.

از میان گازهای تولیدی در فرایند تجزیه بی هوازی زباله می توان به متان اشاره نمود که امکان بازیافت انرژی از آن وجود دارد [7]. لازم به ذکر است که به ازای هر متر مکعب گاز استحصالی از محل های دفن زباله می توان 5.22 کیلو وات برق تولید نمود [3]. در کشورهای پیشرفته دنیا طراحی محل های دفن زباله (لندفیل) بر اساس جمع آوری، تصفیه و بازیافت انرژی گازهای تولیدی صورت می پذیرد لیکن متاسفانه این سطح از استاندارها چندان در ایران مورد توجه قرار نگرفته است [8].

امروزه بیش از 1100 محل بازیابی کامل گاز متان در سطح کلان وجود دارد. به طور مثال 180 محل در آلمان، 150 محل در انگلیس، 135 محل در بریتانیا و 350 محل در ایالت های امریکا برای بازیابی گاز لندفیل وجود دارند [9]. در گاز لندفیل علاوه بر دی اکسید کربن و متان ده ها گاز دیگر از جمله ترکیبات آلی غیر متانی نیز وجود دارند.

این ترکیبات تنها 1 درصد از گاز لندفیل تولیدی را تشکیل می دهند، لیکن به دلیل سمیت بالا و بعضاً سرطانزا بودن از اهمیت زیادی برخوردار می باشند [10]. عدم کنترل گاز لندفیل تولیدی در محل دفن زباله می تواند منجر به مشکلاتی همچون: (الف) خطر آتش سوزی و انفجار در محل دفن زباله؛ (ب) خطرات بهداشتی؛ (ج) تخریب گیاهان؛ (د) آلودگی آب های زیر زمینی؛ (ه) تاثیر بر تغییرات آب و هوایی جهانی و (و) انتشار بو در محل دفن زباله گردد.

از جمله راهکارهای کاهش انتشار گازهای دی اکسید کربن و متان ناشی از فرایند تجزیه بیولوژیک زباله های دفن شده به جو می تواند افزایش بازیافت زباله و خصوصاً بخش آلی آن باشد. با کاهش بخش آلی زباله مواد قابل تجزیه بیولوژیکی موجود در دسترس میکروارگانیسم های بی هوازی کمتر شده لذا حجم گازهای دی اکسید کربن و متان تولیدی در محل دفن زباله نیز به شدت کاهش می یابد.

اصفهان به عنوان اولین کلان شهر پیشتاز، پایان دفن زباله را در اردیبهشت ۹۱ جشن گرفت و پس از آن دفن زباله در اصفهان به طور كامل حذف شد [11].  پیرو جشن شهر اصفهان سایر شهرهای استان اصفهان نیز با پیروی از مرکز استان خود اقدام به حذف کامل دفن زباله و بازیافت نزدیک به 100 درصدی آن نمودند. محققین بسیار اندکی اقدام به تخمین گازهای تولیدی از محل های دفن زباله شهرهای مختلف نموده اند.

لذا اطلاعات بسیار اندکی از میزان انتشار اینگونه گازها از سایت های دفن زباله شهرهای مختلف ایران به جو در اختیار ما قرار گرفته است.

جمع آوری و سوزاندن گاز لندفیل از ساده ترین روش های کنترل این گاز می باشد. به جای سوزاندن گاز لندفیل می توان از انرژی نهفته در آن استفاده نمود. فرایند جمع آوری و کنترل انتشار گاز لندفیل به سه بخش طراحی، ساخت و بهره برداری تقسیم می گردد.

هدف از سیستم جمع آوری و کنترل گاز لندفیل، جمع آوری و سوزاندن و یا بازیابی انرژی این گاز می باشد. یک سیستم جمع آوری گاز لندفیل دارای بخش های اصلی شامل: (الف) چاه های استخراج، (ب) سیستم لوله کشی بالادستی[5] و جانبی[6]، (ج) سیستم مدیریت مایعات موجود[7]، (د) ابزار های پایش[8] و (ه) سیستم کنترل[9] می باشد [12].

در این بخش درباره مفهوم و ملاحظات طراحی، اجرا و بهره برداری از سیستم های جمع آوری گاز لندفیل جهت حداکثر بهره برداری پرداخته می گردد.

2- طراحی سیستم جمع آوری و کنترل گاز لندفیل

بطور کلی طراحی سیستم جمع آوری و کنترل گاز لندفیل بر پایه مقدار گاز لندفیل تخمین زده شده، نوع و عمق زائدات، شرایط لندفیل، وضعیت راهبری آن (در حال فعالیت و یا تعطیل شده) و اهداف پروژه استحصال انجام می گیرد [12]. در طی فاز ساخت و اجرا نیز استفاده از تکنیک های مناسب و فرایند کنترل کیفیت مورد نیاز است تا از کارکرد صحیح سیستم اطمینان حاصل گردد. در نهایت راهبری صحیح این سیستم ها می تواند موفقیت پروژه استحصال گاز لندفیل را تضمین نماید.

از آنجایی که شرایط محل دفن زباله بطور پایداری در حال تغییر می باشد، پایش دوره ای و تنظیمات در سیستم جمع آوری گاز لندفیل باید بطور منظم انجام گیرد. تغییرات شرایط محل دفن زباله به دلیل دفن زباله ها در فضای باز، تجزیه ترکیبات آلی، ته نشینی توده زائدات[10] و شرایط آب و هوایی می باشد. در بخش های زیر جزئیات بیشتری از طراحی، اجرا و بهره برداری از سیستم های جمع آوری گاز لندفیل ارائه خواهد شد.

2-1- چاه استخراج[11]

جمع آوری گاز از لندفیل ها از چاه های استخراج شروع می گردد. در این چاه ها گاز لندفیل از توده زباله جدا شده و وارد سیستم جمع آوری و کنترل گاز لندفیل می گردد. چاه های استخراج بطور معمول از جنس پلاستیک های سوراخ دار می باشند که با سنگ یا دیگر مصالح پوشانده شده اند که در داخل زباله های دفنی و زیر سطح محل دفن زباله نصب می گردند.

بر روی سطح محل دفن چاه ها دارای یک سر مخصوص می باشند که امکان نصب پمپ مکنده و یا نمونه برداری از گاز لندفیل را فراهم می نماید. نحوه قرارگیری این چاه ها می تواند عمودی و یا افقی باشد. تصمیم گیری در زمینه نصب عمودی و یا افقی چاه های استخراج بستگی به عوامل خاص موجود در لندفیل و اهداف پروژه جمع آوری گاز لندفیل دارد.

2-1-1- چاه استخراج عمودی[12]

چاه های عمودی بطور معمول در لندفیل هایی نصب می گردد که تعطیل شده اند و یا لندفیل حداقل برای یک دوره یک ساله و یا بیشتر مورد استفاده قرار نگرفته است. اگرچه از چاه های عمودی برای لندفیل هایی که هنوز در حال استفاده و دفن زباله می باشند نیز استفاده می گردد، لیکن اینگونه چاه ها باعث افزایش هزینه های دفن زباله و نگهداری چاه های عمودی خواهند شد. شکل شماره 1 مثالی را از طرح پیشنهادی یک چاه استخراج عمودی توسط  سازمان جهانی راه اندازی متان[13] نمایش می دهد.

شکل شماره 1: شماتیک یک چاه استخراج عمودی [12]

بخش های مختلف یک چاه عمودی استخراج گاز عبارتند از: لوله سوراخ سوراخ شده جداره چاه[14]، شن اطراف لوله جداره[15]، خاک بالای لوله جداره[16]، توپی بنتونیتی[17] و سر چاه[18] که همگی در شکل شماره 1 نمایش داده شده اند.

به دلیل اینکه لوله های پلی ونیل کلراید[19] (PVC) در برابر گرفتگی ناشی از گرما و فشار عمق زباله های دفن شده از پلی اتیلن با چگالی بالا[20] مقاوم تر است، در برخی از موارد این گونه لوله ها برای ساخت چاه های عمودی مورد استفاده قرار می گیرد. هرچند لوله های PVC در طی گذشت زمان ترد و شکننده می گردند که باعث ایجاد ترک و گرفتگی در آن می شود.

به همین دلیل نیز لوله های پلی اتیلن با چگالی بالا ترجیح داده شده و تاکنون بطور موفقیت آمیزی در لندفیل های مختلف به عنوان چاه استخراج عمودی مورد استفاده قرار گرفته اند. توپی بنتونیتی در نزدیکی سطح زمین در داخل لوله جداره چاه نصب می گردد تا از نفوذ هوا به داخل چاه استخراج جلوگیری گردد. بنتونیت از خانواده خاک رس می باشد که در مواجه با رطوبت متورم شده و بطور موثری راه عبور مرور هوا را در لوله مسدود می نماید.

استفاده از واشرهای پلاستیکی در فصل مشترک خاک و توده زباله دفن شده نیز می تواند مانع نفوذ هوا به داخل چاه استخراج گردد. مقدار مکشی که می توان برای استحصال گاز از یک چاه استخراج به کار گرفت با کارایی سیستم جلوگیری از نفوذ هوا به داخل چاه استخراج مشخص می گردد. عمق چاه استخراج عمودی به عمق زباله دفن شده بستگی دارد. انتهای چاه استخراج عمودی بطور معمول 3 الی 5 متر بالاتر از کف محل دفن زباله می باشد.

برای نصب چاه استخراج عمودی سوراخی با قطر مابین 20 الی 90 سانتیمتر جهت نصب لوله های 5 الی 15 سانتیمتری مورد نیاز است[21]. در این میان سوراخ های 30 سانتیمتری و قطر لوله 10 سانتیمتری به عنوان حداقل مورد نیاز توصیه شده است. افزایش قطر سوراخ ها و لوله های مورد استفاده منجر به افزایش جمع آوری گاز لندفیل می گردد زیرا سطح تماس بیشتری با زباله ایجاد می نماید.

فضایی که هر چاه عمودی در لندفیل پوشش می دهد به پارامترهایی همچون عمق دفن زباله، عمق چاه، سطح شیرابه، مقدار فشرده سازی زباله ها، پوشش روزانه زباله (درصورت وجود)، ساخت کلاهک نهایی لندفیل و اهداف پروژه جمع آوری گاز لندفیل بستگی دارد. یک نمونه طراحی شده از بخش های داخلی یک چاه عمودی استخراج در شکل شماره 2 نمایش داده شده است.

خروجی گاز لندفیل

 

لایه بتونی با قطر 20 متر اطراف چاه استخراج و ضخامت 0.2 متر

 

زباله های فشرده شده
حداقل 1 متر
لوله سوراخ سوراخ
چاه پر شده با شن
لایه نفوذناپذیر
لایه بتونی با حداقل ضخامت 0.2 متر

 

سطح زمین

 

 

شکل شماره 2: طرح پیشنهادی برای سیستم جمع آوری گازلند فیل با چاه عمودی

 

2-1-2- چاه استخراج افقی[22]

چاه های استخراج افقی در شرایطی استفاده می گردند که لندفیل هنوز در حال فعالیت بوده و زباله ها در آن دفن می گردند. اینگونه چاه ها باید تا قبل از تعطیلی لندفیل نصب و جهت استخراج گاز مورد استفاده قرار گیرند. شکل شماره 3 مثالی از چاه های استخراج افقی را نمایش می دهد.

شکل شماره 3: شماتیک چاه استخراج گاز لندفیل افقی [12]

چاه های افقی استخراج گاز لندفیل در یک ترانشه به همراه زباله ها قرار می گیرد. ترانشه باید با شن[23] (یا سایر مصالح همچون پودر لاستیک یا شیشه های شکسته) پر گردند و لوله سوراخ سوراخ در مرکز ترانشه قرار گیرد. استفاده از یک لایه ژئوتکستایل[24] در بالای ترانشه جهت کاهش انسداد محیط اطراف ترانشه توصیه شده است.

فضای مابین چاه های افقی مابین 30 الی 40 متر می باشد. قطر لوله های سوراخ دار داخل هر ترانشه نیز مابین 10 الی 20 سانتیمتر توصیه شده است. در طراحی بخش های مختلف سیستم جمع آوری گاز لندفیل باید به اهداف کلی پروژه توجه نمود. در شرایطی که نیاز به رسیدن به استانداردی خاص وجود دارد و یا نیاز است مشکلات زیست محیطی بطور معناداری کاهش یابد در طراحی باید از بخش های مختلفی که می تواند منجر به کنترل بیشتر انتشار گاز لندفیل گردد استفاده نمود حتی اگر این بخش ها از لحاظ اقتصادی و راندمان مقرون به صرفه نباشند.

اگر گاز لندفیل جهت کاربردهای اقتصادی همچون استحصال انرژی و یا کاهش انتشارات آلاینده به هوا مورد استفاده قرار گیرند، استفاده از پوشش مناسب بر روی سطح لندفیل پرشده ممکن از از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر باشند. راهبری لندفیل و یا اهداف کلی پروژه می تواند مشخص نماید که چاه عمودی، افقی و یا هر دو برای یک لندفیل مورد استفاده قرار گیرد. جدول شماره 1 مزایا و معایب چاه های استخراج عمودی و افقی را در شرایط خاص راهبری لندفیل نمایش داده است.

جدول شماره 1: مزایا و معایب چاه های استخراج عمودی و افقی در لندفیل ها [12]

چاه های عمودی چاه های افقی
معایب مزایا معایب مزایا
افزایش امکان نفوذ هوا تا زمانی که ضخامت کافی از زباله بر روی سیستم دفن گردد.

مشکلات بیشتر سیستم به دلیل نفوذ شیرابه و یا زباله ها به داخل چاه.

ساده کردن جمع آوری گاز لندفیل.

کاهش احتیاجات به تجهیزات ساخت خاص.

امکان استخراج گاز لندفیل از سلول های دفن زباله فعال.

در صورت اجرا در مناطقی که هنوز زباله در آنها دفن می گردد هزینه ها را افزایش می دهد.

تجهیزات مورد نیاز باید در دسترس باشند.

جمع آوری گاز با تاخیر انجام خواهد شد اگر این سیستم بعد از پر شدن کامل سلول دفن نصب گردد.

درصورتی که در سلولهای دفن کاملاً پر شده اجرا گردند، حداقل ایجاد مشکل برای فرایند دفن زباله را ایجاد می نمایند.

رایج ترین سیستم طراحی را دارند.

برای بازرسی و پمپ کردن کاملاً قابل دسترس و قابل اعتماد می باشند.

 

2-2- تجهیزات سرچاهی[25]

تجهیزات سرچاهی بطور معمول در بالای چاه استخراج به منظور ایجاد فضایی جهت نصب تجهیزات مکش و یا نمونه برداری از گاز لندفیل ساخته می شوند. تعداد زیادی از تجهیزات سرچاهی برای استخراج گاز لندفیل وجود دارد که شامل: (الف) شیر کنترل مکش[26]، (ب) پورت های پایش و (ج) سیستم های اندازه گیری دبی گاز.

وجود شیر کنترل مکش بر روی چاه استخراج به کاربران این امکان را می دهد که مقدار مکش را بطور اختصاصی برای هر چاه استخراج بطور مجزا تنظیم نمایند. تجهیزات سرچاهی بعضاً به همراه یک الی دو پرت پایش گاز لندفیل طراحی می گردند لذا کاربران امکان پایش دما، فشار و حتی درصد گازهای تشکیل دهنده گاز لندفیل را نیز خواهند داشت.

این پورت ها به کاربران این اجازه را می دهد که با ثبت اطلاعات دقیق چاه استخراج، مشکلات بالقوه و خطایابی را بطور صحیحی انجام دهند. پایش مداوم مشخصات گاز لندفیل و شرایط چاه استخراج امکان راهبری آن را در شرایط بهینه فراهم می آورد. تجهیزات سر چاهی می توانند شامل ابزارهای مختلفی جهت اندازه گیری جریان گاز باشند (برای مثال: اریفیس[27] و یا لوله پیتوت[28]). بخش بالایی تجهیزات سرچاهی جهت بازدید، اندازه گیری و یا خارج نمودن شیرابه از چاه استخراج باید قابل باز و بسته کردن باشد.

وجود سطح بالایی از شیرابه در چاه استخراج می تواند مقدار گاز جمع آوری شده را کاهش دهد، خصوصاً اگر سطح شیرابه به بخش سوراخ سوراخ[29] جداره چاه رسیده باشد از نفوذ گاز لندفیل در چاه جلوگیری می نماید. تصویری از تجهیزات سرچاهی نصب شده بر روی یک چاه استخراج در شکل شماره 4 نمایش داده شده است.

شکل شماره 4: تصویری از تجهیزات سرچاهی یک چاه استخراج [12]

2-3- سیستم لوله کشی جانبی و بالادستی[30]

سیستم لوله کشی جانبی و بالادستی جهت انتقال گاز لندفیل از چاه های استخراج مجزا به یک سیستم دمنده و یا فلر[31] در محل نصب می گردد. نصب سیستم لوله کشی جهت ایجاد گازلندفیل ضروری، حداقل کاهش مکش و ایجاد مکش ثابت در هر چاه استخراج لازم است. لوله کشی جانبی هر چاه استخراج، گاز لندفیل مربوطه را به لوله های بزرگتری انتقال می دهند.

لوله کشی های بالادستی نیز گازلندفیل منتقل شده توسط لوله های افقی را جمع آوری می کنند. لوله کشی های جانبی و بالادستی باید برای حداکثر استخراج گاز تخمین زده شده طراحی گردند تا در آینده حدقل توسعه سیستم مورد نیاز باشد. سیستم های لوله کشی ممکن است بر روی سطح زمین و یا زیر آن قرار گیرند که در جدول شماره 2 مزایا و معایب هر یک مورد بررسی قرار گرفته است.

جدول شماره 2: مزایا و معایب سیستم لوله کشی روی سطح زمین و زیر سطح زمین [12]

زیر سطح زمین بالای سطح زمین
معایب مزایا معایب مزایا
هزینه بیشتری برای نصب باید پرداخت گردد. می تواند هزینه های بهره برداری را کاهش دهد.

بخش های بیشتری در معرض دید قرار می گیرند.

لوله ها باید در برابر تاثیرات شرایط آب هوایی همچون انبساط و انقباض لوله ها محافظت گردند. در غیر اینصورت ترک های زیادی بر روی لوله ها ایجاد خواهد شد.

فعالیت های نگهداری بر روی سطح محل دفن زباله سخت تر می گردد (همچون کوتا کردن علف ها).

هزینه های سیستم را در مناطقی که یخبندان اتفاق نمی افتد کاهش می دهد.

افزایش امکان بازرسی ها، تعمیرات و ارتقاء سیستم لوله کشی.

 2-4- مدیریت مایعات موجود در گازلندفیل

در بیوگاز رطوبت و مایعاتی به صورت بخار وجود دارد که پس از استخراج بیوگاز و سرد شدن آن به مایع تبدیل می گردند. برخی از فاکتورها همچون دما و حجم گاز لندفیل بر روی کمیت مایعات تولیدی در گاز استخراج شده موثر هستند. همچنین شرایط آب و هوایی لندفیل نیز می تواند بر روی مقدار رطوبت موجود در زباله و حضور بخار آب بالاتر در گاز لندفیل دخیل باشد.

از انجایی که گاز لندفیل از توده زباله های دفن شده استخراج می گردد، پس از استخراج سرد شده و قابلیت نگهداری بخار مایعات را نخواهد داشت. لذا بخار این مایعات به صورت مایع درآمده و می تواند منجر به افت فشار یا انسداد کامل لوله کشی های نصب شده گردد. طراحی سیستم جمع آوری گاز باید بطور هوشمندانه انجام گرفته باشد تا بتواند مدیریت بخار مایعات همراه گازلندفیل را به خوبی انجام داد و تاثیر منفی آن را به حداقل رسانید.

سیستم لوله کشی جانبی و بالادستی را باید به نحوی طراحی نمود تا با حذف بخار مایعات مقدار آنها را در گازلندفیل به حداقل برساند. مایعات تولیدی را می توان با کمک پمپ های لجن کش از سیستم لوله کشی خارج نمود و آنها را مجدداً بر روی سلولهای دفن پخش کرد. بطور معمول یک شیب 3 الی 5 درصدی در لوله ها می تواند منجر به زهکشی[32] مایعات همراه گازلندفیل گردد.

معمولاً گاز لندفیل استخراج شده نیازمند یک پیش تصفیه می باشد تا ذرات معلق و رطوبت از آن حذف گردند. حذف رطوبت و ذرات معلق برای کاهش خوردگی و سایش دستگاههای مکنده و تضمین سوختن کامل گاز لندفیل در فلرها ضروری است. عموماً ذرات معلق با کمک فیلترها از جریان گازلندفیل حذف می گردند.

رایج ترین روش برای حذف رطوبت استفاده از سیستم جداساز رطوبت[33] می باشد. سیستم جداسازی رطوبت یک سیلندر بزرگ است که با کاهش سرعت حرکت گاز لندفیل امکان خروج رطوبت از سیستم را فراهم می سازد. یک سیستم غبارگیر[34] نیز می تواند برای حذف رطوبت و ذرات معلق از گاز لندفیل به کارگرفته شود.

سیستم غبارگیر از یک توری پلاستیکی یا سیمی تشکیل شده است که گازلندفیل باید از میان آن عبور کند و ذرات غبار و قطرات آب که آنقدر کوچک هستند که در سیستم جداسازی رطوبت حذف نمی شوند را جدا کند.

بطور معمول استفاده از توری های فلزی به دلیل ایجاد خوردگی شدید در آنها رایج نیست. در یک سیستم مدیریت مایعات موجود در گازلندفیل مایعات جدا شده به یک تانک ذخیره پمپ می گردند و تا زمان شروع فرایند تصفیه، بازاستفاده[35] و یا دفع در همانجا نگهداری می شوند. مایعات جداسازی شده بطور معمول با شیرابه زباله مخلوط می گردد و برای تصفیه و یا دفع آن اقدام می شود.

2-5- مکنده ها و فلرها

مکنده ها و فلرها از مهمترین بخش های سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل محسوب می گردد. مکنده ها فشار لازم جهت حرکت گاز لندفیل به سمت فلر و یا سیستم های بازیافت انرژی را ایجاد می نماید.

یک فلر برای سوزاندن گاز لندفیل مورد استفاده قرار می گیرد و در برخی از حالات نیازمند کنترل انتشار بو و سایر ملاحظات بهداشتی و زیست محیطی می باشد. در صورت امکان سیستم فلر باید بطور مرکزی نزدیک محل جمع آوری و استخراج گاز لندفیل باشد. فلر ها باید دور از درختان، خطوط انتقال برق و دیگر مواردی که می تواند آتش بگیرد و یا حرارت به آنها صدمه بزند قرار گرفته باشند. گاز لندفیل پس از تصفیه با کمک مکنده هایی که در ورودی فلر تعبیه شده اند به سمت فلر جریان می یابند.

بطور معمول گازلندفیل از یک سیستم اندازه گیری جریان عبور می نماید تا مقدار گاز تولیدی مشخص گردد. همچنین از یک سیستم آنلاین اندازه گیری متان نیز برای مشخص نمودن مقدار آن در گاز لندفیل استفاده می گردد. اگر لندفیل جزئی از پروژه بررسی آلاینده های هوا می باشد، پایش غلظت گاز متان موجود در آن بسیار ضروری است.

همچنین اگر از گاز لندفیل برای تولید انرژی استفاده می گردد پایش غلظت متان می تواند منجر به برآورد میزان حرارت ناشی از گازلندفیل (MJ/m3) و یا کل انرژی تولیدی در ماه (MJ/month) شود.

2-6- فلرها

دو نمونه رایج فلر به نام های (1) فلر برون سوز[36] و  (2) فلر درون سوز [37] مطابق شکل شماره 5 وجود دارد. فلرهای برون سوز شامل یک لوله طویل عمودی[38]، یک نوک سوزاننده[39] و یک شعله پوش[40] می باشد. فلرهای برون سوز که به خوبی بر اساس اصول مهندسی ساخته و راهبری گردند، قادر هستند تا 98 درصد گاز لندفیل را بسوزانند و اصولاً از فلرهای درون سوز کوچکتر هستند.

فلرهای برون سوز نسبت به فلرهای درون سوز هزینه اولیه و راهبری کمتری دارند. فلرهای درون سوز که بطور صحیحی ساخته و راهبری شوند قادر هستند تا 99 درصد و یا بیشتر از گاز لندفیل را سوزانده و تخریب نمایند. یکی از اشکالات عمده فلرهای درون سوز هزینه بالای نصب و راهبری آنها می باشد. ظرفیت مکنده ها و فلرها بر اساس پیش بینی مقدار گاز لندفیل جمع آوری شده تعیین می گردند. برای تعیین مقدار گاز لندفیل تولیدی می توان به روش های مختلف عمل نمود. زباله حاوی ترکیبات آلی قابل تجزیه بیولوژیکی می باشد.

لذا میکروارگانیسم ها شروع به تجزیه آنها نموده و مطابق واکنش های زیر منجر به تولید گازهای مختلف می گردند [13]:

فرایند هوازی

فرایند بی هوازی

در فرایند دفن زباله مقداری هوا درمابین زباله ها وجود دارد لذا در روزهای اول دفن فرایند هوازی تجزیه زباله انجام می پذیرد. لیکن این اکسیژن موجود در هوای محبوس به سرعت مصرف شده و فرایند بی هوازی تجزیه ترکیبات آلی زباله آغاز می گردد. لذا بطور معمول فرض می گردد که تولید گاز تنها مربوط به فرایند بی هوازی می باشد.

اولین قدم در راه تخمین میزان گاز تولیدی از لندفیل ها محاسبه فرمول عمومی زباله مدفون شده در محل دفن می باشد. فرمول شیمیایی عمومی زباله CaHbOcNd می باشد که در آن C کربن، H هیدروژن، O اکسیژن و نهایتاً N نیتروژن می باشد.

از زباله به روش ارائه شده توسط [13] نمونه برداری شده و در آزمایشگاه مقدار کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن نمونه های زباله اندازه گیری می گردد و نهایتاً با کمک معادله زیر فرمول شیمیایی عمومی زباله مشخص می گردد.

برای آشنایی با نحوه انجام محاسبات به مثال زیر توجه فرمایید. با انجام نمونه گیری استاندارد و ارسال آن به آزمایشگاه مشخص شده است که مقادیر کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن موجود در زباله بترتیب 380، 260، 85 و 12 گرم در هر کیلوگرم زباله خشک می باشد. با کمک این نتایج فرمول شیمیایی عمومی زباله را تعیین نمایید. از معادله فوق به صورت زیر استفاده می گردد [13]:

با انجام محاسبات فوق الذکر فرمول شیمیایی زباله به صورت زیر بدست می آید:

بنابر این ضرایب a، b، c و d به ترتیب عبارتند از 31.66، 21.66، 7.08 و 1. پس از مشخص شدن فرمول شیمیایی عمومی زباله، با کمک معادله شماره 1 می توان گازهای منتشره متان، دی اکسید کربن و آمونیاک را مشخص نمود. لیکن پیش از استفاده از این معادله شیمیایی شما نیازمند موازنه آن می باشید.

 

Organic matter (CaHbOcNd) + H2O ————-> CH4 + CO2 + NH3

 

برای موازنه معادله فوق می توان از معادله زیر استفاده نمود.

 

CaHbOcNd + (4a-b-2c+3d/4) H2O ————> (4a+b-2c-3d/8) CH4+ (4a-b+2c+3d/8) CO2 + dNH3

 

برای تعیین مقدار انتشار گازهای متان دی اکسید کربن و آمونیاک نیز می توان از معادلات زیر استفاده نمود.

 سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا نرم افزاری را برای تعیین مقدار گازهای تولیدی در لندفیل ها توسعه داده است. نرم افزار لندجم یک ابزار اتوماتیک جهت تخمین مقادیر گازهای تولیدی در محل دفن زباله شامل متان، کربن دی اکسید، ترکیبات آلی غیر متانی و آلاینده های هوای اختصاصی می باشد.

در لندجم می توان یا از اطلاعات واقعی به دست آمده از محل های دفن زباله استفاده نمود و یا از اطلاعاتی که بصورت پیش فرض برای اینگونه اماکن تهیه شده است. این اطلاعات پیش فرض به دو دسته تقسیم می گردد: (1) اطلاعات پیش فرض CAA[41] و (2) اطلاعات پیش فرض سیاهه انتشار[42].

اطلاعات پیش فرض CAA از قانون فدرال امریکا در زمینه دفن زباله های شهری اقتباس گردیده است و این نرم افزار بر اساس آن می تواند تشخیص دهد که آیا نیاز به نصب سیستم های کنترل آلودگی هوا در محل دفن زباله وجود دارد یا خیر.  اطلاعات پیش فرض لیست کامل نیز بر پایه فاکتورهای انتشار ارائه شده توسط سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا تعیین شده اند که نرم افزار از آنها برای تخمین مقدار تولید گازهای محل دفن استفاده می نماید.

دستورالعمل کامل استفاده از این نرم افزار را می توان در رفرنس طلایی (1395) پیدا نمود [11].

برای طراحی یک سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل در یک محل دفن زباله که هنوز در حال فعالیت است باید به میزان زباله هایی که در آینده در این محل دفن می گردند توجه ویژه نمود تا از ظرفیت مناسب سیستم جهت استخراج و جمع آوری گاز لندفیل در آینده اطمینان حاصل کرد.

بطور معمول فلرهایی که برای سوزاندن گاز لندفیل مورد استفاده قرار می گیرند در ترکیب با یک سیستم بازیابی انرژی نصب می گردند. در برخی شرایط که گاز لندفیل زیادتر از ظرفیت سیستم بازیافت انرژی تولید شده است می توان گاز لندفیل را بطور مستقیم و بدون بازیابی انرژی سوزاند.

همچنین در صورت نیاز در شروع بهره برداری از محل های دفن زباله که هنوز سیستم بازیابی انرژی فعال نشده است می توان از فلرها برای سوزاندن گازلندفیل استفاده نمود.

 

شکل شماره 5: تصاویری از فلرهای درون سوز و برون سوز گاز لندفیل [12]

2-7- ساخت سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل

به محض پایان فرایند طراحی سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل ساخت این سیستم شروع می گردد. در ساخت چنین سیستم هایی باید از تکنیک های مورد تایید استفاده گردد تا از ساخت مناسب آن اطمینان حاصل گردد. یک فرایند کنترل کیفیت در طول عملیات ساخت باید مورد استفاده قرار گیرد تا از حسن انجام کار اطمینان حاصل شود [12].

2-7-1- تکنیک های ساخت

تکنیک های ساخت مناسب برای موفقیت بهره بردای از سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل بسیار حائز اهمیت است. بطور معمول نخستین گام از ساخت سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل حفاری چاه های عمودی می باشد. در حین عمل حفاری باید عمق و ارتفاع حفاری به دقت بررسی گردد تا از اسیب رساندن به لایه غیر قابل نفوذ کف محل دفن زباله اجتناب گردد. چاه های استخراج عمودی گاز لندفیل عموماً قطری حدود 20 الی 90 سانتیمتر دارند تا به را حتی در حین حفاری بتوان مواد زائد موجود در چاه را خارج نمود.

یک مته نوع سطلی[43] یکی از مورد قبول ترین دریل های مورد استفاده در حفاری محل های دفن زباله می باشند. بخش پایینی مته نوع سطلی دارای لبه های مجهز به تیغه است تا امکان بریدن مواد زائد جامد در حین حفاری را فراهم نماید. هر چند اینگونه مته ها بطور معمول در تمام کشورها به سادگی یافت نمی شوند. لذا می توان از مته های استاندارد موجود در این زمینه استفاده نمود.

برخی از مته ها محدودیت هایی برای حفاری در مواد زائد جامد دارند و از برخی دیگر نیز هرگز بدین منظور استفاده نشده است لذا نمی توان در زمینه مناسب بودن آنها در این زمینه اظهار نظر نمود. بسیاری از مته ها با ترس از اینکه مواد زائد جامد می توانند منجر به صدمه زدن به آنها شوند مورد استفاده قرار نمی گیرند. لندفیل

شکل شماره 6 تصویری از یک مته نوع سطلی را در حین عملیات استخراج حفر چاه استخراج عمودی در محل دفن زباله نشان می دهد.

الزامات طراحی و راهبری یک سیستم جمع آوری گاز برای لندفیل های زباله شهری- مهری رحمت اللهی؛ امیر رضا طلایی خوزانی- مرکز مهندسی عطران

شکل شماره 6: استفاده از مته نوع سطلی در حفاری چاه استخراج عمودی در محل دفن زباله ها [12]

زمانی که یک پیمانکار جهت عملیات حفاری چاه استخراج انتخاب می گردد باید از دارا بودن کلیه امکانات لازم جهت حفر چاه مذکور توسط پیمانکار اطمینان حاصل نمود. همچنین این پیمانکار باید بطور کامل هدف حفر چاه استخراج را متوجه شده باشد. استفاده از ابزار نامناسب جهت عملیات حفاری می تواند منجر به افزایش شدید زمان حفاری گردد.

همچنین استفاده از ابزار نامناسب ممکن است باعث نفوذ هوا در مواد زائد دفن شده گردیده و تولید گاز متان را متوقف نماید. یکی از موارد مهم این است که مهندسین طراح با دقت وضعیت مواد زائد جامد دفن شده را در حین عملیات حفاری هر چاه با فاصله زمانی منظم مورد بررسی و ثبت قرار دهند. لندفیل

وضعیت هایی که باید در حین عملیات حفاری مورد بررسی و ثبت قرار گیرند عبارتند از: مقدار رطوبت زباله ها، حضور شیرابه، عمق خاک پوششی، مشخصات زباله و مقدار تجزیه زباله ها می باشد. این اطلاعات برای بررسی دفن صحیح زباله ها و یا تغییر محل چاه استخراچ (در صورت نیاز) و یا ارزیابی کارایی چاه در آینده مورد نیاز است. ب

طور مثال اگر رطوبت مواد زائد جامد در حد اشباع باشد، ممکن است برای جلوگیری از پرشدن چاه استخراج با شیرابه اقدام به نصب پمپ در آن نمود تا حداکثر استخراج گاز ممکن گردد. برای استفاده بهینه از مصالح لوله های جداره چاه باید بریده شده، سوراخ سوراخ گردیده و به یکدیگر متصل تا کل طول چاه را پوشانده و اضافه نداشته باشد.

برای چنین کاری باید طول دقیق چاه استخراج پس از پایان عملیات اندازه گیری گردد.  نصب دیواره های چاه های استخراج عمودی نیازمند برنامه هایی می باشد که در آنها اولویت سلامت و ایمنی کارگران باشد.

مواد خارج شده از چاه استخراج در حال حفاری را باید در محلی قرار داد که دارای شیبی به طرف چاه باشد تا شیرابه های تولیدی توسط کنده های حفاری به طرف چاه استخراج در حال حفاری جاری شده و حداقل مواجه با شیرابه را برای راهبران محل دفن زباله ایجاد نماید. جهت جلوگیری از سقوط کارگران به داخل چاه های استخراجی که فرایند حفاری در آنها انجام نمی گیرد باید درب آنها بسته گردد. لندفیل

برای ساخت چاه های افقی باید از حفر ترانشه که از سطح زمین تا عمق مورد نظر ادامه دارد استفاده نمود. بطور معمول ترانشه ها دارای عرض 70 سانتیمتر بوده و تا ارتفاع 100 سانتیمتری از آن با شن پر می گردد که در میان شن ها لوله جمع آوری گاز قرار می گیرد.

برای جلوگیری از نفوذ هوا به داخل چاه استخراج افقی باید لوله جمع آوری کننده پس از رسیدن به انتهای چاه استخراج بطور تقریبی 15 متر ذر زیر زمین ادامه یابد و سپس آن را از زمین بیرون آورد. این فاصله 15 متری با نحوه پیکر بندی لندفیل می تواند تغییر نماید. از آنجایی که نفوذ هوا به داخل محل دفن زباله با استفاده از دستگاه های مکنده بیشتر می گردد، می توان از بنتونیت در اطراف محل خروج لوله از چاه استخراج استفاده نمود تا نفوذ هوا به حداقل خود برسد.

زمانی که ساخت چاه های افقی به پایان رسد، می توان نسبت به دفن زباله ها بر روی آن اقدام نمود. زمانی که ارتفاع زباله دفن شده بر روی چاه استخراج به 4 متر رسید می توان پمپ های مکنده برای استخراج گاز استفاده نمود.

2-8- فرایند تضمین کیفیت ساخت[44]

تضمین کیفیت ساخت برای نصب مناسب سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل و مستند سازی شرایط ساخت سیستم حائز اهمیت می باشد. مهندس طراح باید نقشه های اجرا شده[45] لوله گذاری را مداوماً بررسی و مرور نماید. درصورتی که نقشه های اجرا شده آماده نباشد، مهندس طراح باید بطور مستقیم سیستم ساخته شده را بررسی نمایند.

بر پایه نقشه های موجود و محل مشخص شده هر یک از چاه های استخراج، عمق زباله ها به همراه عمق مناسب چاه ها باید مجدداً محاسبه شده و با واقعیت مقایسه گردد. این نقشه ها باید توسط مهندس دوم هم مجدداً بررسی شوند. قبل از شروع ساخت و سازها مسیر لوله های جمع آوری و محل چاه های استخراج باید توسط یک نقشه بردار حرفه ای[46] مورد بررسی قرار گیرند. لندفیل

ارتفاع های نقشه برداری شده و شماره شناسایی چاه باید ثبت و ضبط شده و باید بر روی موقعیت هر چاه درج گردند. داده های ثبت شده باید شامل داده های عمودی و افقی برای هر چاه و لوله های جمع آوری باشد. درصورتی که به هر دلیلی یک یا چند عدد از چاه های استخراج حذف و یا تخریب شوند، موقعیت سایر چاه ها قبل از هرگونه تغییری باید در محل مجدداً بررسی گردد.

نقشه بردار باید موقعیت چاه های استخراج را حدس زده و بر اساس آن محل حفاری آن را مشخص نماید. این موقعیت باید دقیقاً محاسبه گردد در غیر اینصورت ممکن است شیب نامناسب و ناکافی ایجاد شده و یا نفوذ مناسبی در خطوط کف محل دفن زباله ایجاد نگردد.

2-9- راهبری سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل

2-9-1- ملاحظات عمومی راهبری

بطور معمول راهبری یک سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل بطور مداوم و بدون توقف باید انجام گیرد. اگرچه شرایط سایت دفن زباله بطور دائم در حال تغییر بوده و مقدار گاز لندفیل تولیدی تغییر می نماید. شرایط محل دفن زباله به دلایل متعددی همچون نفوذ هوا به داخل سلول های دفن زباله، تغییر رطوبت توده زباله، تغییرات فشار اتمسفری، بارش باران، تغییر کیفیت زباله دفن شده و سطح فشرده سازی[47] زباله تغییر می نماید.

این تغییرات نیازمند پایش دوره ای و تنظیم مقدار مکش پمپ ها در هر چاه استخراج می باشد تا (الف) حداکثر کارایی جمع آوری گاز لندفیل حاصل شود؛ (ب) حداقل مقدار مکش به کار گرفته شود؛ (ج) مشکلات مربوط به انتشار گاز لندفیل به حداقل برسد و (د) مقدار انرژی مورد استفاده در محل دفن زباله بهینه گردد.

لندفیل

پایش مداوم همچنین می تواند به تشخیص آتش سوزی های زیر سطحی ناخواسته که در اثر کاربرد مکش زیاد و وارد شدن اکسیژن محیط به داخل زباله ها ایجاد گردد کمک نماید. مقررات محلی و یا ملی ممکن است بر روی نحوه نگهداری و راهبری محل دفن زباله موثر باشد. پایش ها باید با فاصله مناسب برای ارتقاء راهبری سیستم مورد استفاده قرار گیرد تا بهره برداری موثری از سیستم صورت پذیرد.

عموماً سیستم پایش شامل بررسی شرایط گاز لندفیل در سیستم های سرچاهی و توده سطحی زباله می باشد. بطور معمول پارامترهای پایش سرچاهی شامل: (الف) سنجش دبی گاز لندفیل تولیدی؛ (ب) غلظت متان؛ (ج) غلظت اکسیژن؛ (ج) غلظت دی اکسید کربن؛ (د) غلظت تعادلی گاز[48] (بطور معمول نیتروژن)؛ (ه) دما؛ (و) مقدار فشار مکش و (ز) اندازه گیری غلظت منو اکسید کربن و هیدروژن سولفید می باشد. لندفیل

چنین پایش هایی اطلاعات مهمی را در زمینه آتش سوزی های زیر سطحی و همچنین پتانسیل خوردگی تجهیزات زیرزمینی به دست ما می دهد.

2-9-2- ملاحظات فرایند شروع بهره برداری[49]

شروع فرایند بهره برداری از یک سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل می تواند به نخستین باری که از آن گاز استخراج می گردد اطلاق گردد و یا بهره برداری مجدد پس از خاموش بودن سیستم. اگرچه پروتوکل های عمومی راه اندازی سیستم می تواند در این زمینه مفید باشد، لیکن برای هر محل دفن زباله باید برنامه راه اندازی خاصی را طراحی نمود.

در طی فرایند شروع بهره برداری هر یک از چاه ها اختصاصاً تنظیم و متعادل می گردند تا اجازه بهره برداری پایدار سیستم را بدون استفاده از مکش اضافه فراهم نماید. سیستم ممکن است نیازمند تعادل بیشتری بین مکش چاه و فشار خروجی مکنده[50] باشد تا فشار مناسب در فلر و یا سیستم های بازیافت انرژی را تامین نماید.

دستگاه مکنده گاز لندفیل باید در طی فرایند شروع بهره برداری از محل دفن زباله برای تشخیص صدا، دما و یا لرزش های اضافه و غیر معمول پایش گردد. اگر یک فلر برای سوزاندن گازلندفیل مورد استفاده قرار گیرد، بهتر است یک فلر پایلوت پیش از وارد نمودن گاز به فلر اصلی مورد استفاده قرار گیرد. این فلر پایلوت این اطمینان را می دهد که آیا شروع فرایند بهره برداری از فلر و نگهداری شعله پایدار آن در آینده درصورت کم بود جریان گاز لندفیل امکان پذیر است یا خیر. لندفیل

در طی فرایند شروع بهره برداری مجموعه ای از مسائل باید هماهنگ گردد تا اطمینان حاصل شود که سیستم بطور مناسب بهره برداری می گردد. لندفیل  این مسائل عبارتند از: (الف) تنظیم شیر کنترل سر چاهی انجام شده باشد؛ (ب) شیر نصب شده بر روی درب چاه استخراج به اندازه گافی باز شده باشد و (ج) سوخت کمکی کافی و مناسب (همچون پروپان[51])

به سمت فلر در جریان باشد. کاربران سیستم باید در هنگام راه اندازی سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل آن را برای نشت های احتمالی بازرسی دقیق نمایند. وقتی که فلر روشن و پایدار شد، فشار گاز لندفیل باید بررسی و کارایی سیستم باید تایید شود.

2-9-3- راهبری عادی[52]

راهبری عادی به کمک سیستم های پایش سعی می کند راندمان جمع آوری گاز لندفیل را ارتقاء دهد در حالی که از ایجاد مکش اضافه و نفوذ ها به داخل سلول های دفن جلوگیری نماید.  مقدار مکش می تواند مشخص کند که گاز لندفیل بطور موثری به خارج از سلولهای دفن و داخل سیستم جمع آوری گاز لندفیل انتقال می یابد. لندفیل

لازم به ذکر است که مکش (خلاء) می تواند بدون وجود هرگونه جریانی وجود داشته باشد در صورتی که چاه استخراج توسط شیرابه و یا سایر مواد بسته شده باشد، بنابر این  اندازه گیری دبی و سرعت ضروری است. از آنجایی که مکش سرچاهی ممکن است وابسته به رابطه چاه ها مختلف با یکدیگر باشد، تنظیم فشار سرچاهی نیازمند اطلاعات دقیق از محل دفن و داده های گذشته می باشد.

به عنوان یک راهنمایی می توان انتظار داشت که محدوده پارامترهای قابل اندازه گیری به صورت زیر باشد: غلظت متان 46 الی 55 درصد، غلظت اکسیژن 0 الی 0.5 درصد، غلظت نیتروژن 2 الی 14 درصد، غلظت منو اکسید کربن کمتر از 25 PPMV و دمای گاز سرچاه 52 الی 60 درجه سانتیگراد. لازم به ذکر است که محدوده های فوق الذکر ممکن است از محل دفن به محل دفن زباله دیگر تغییر یابد و یا موارد فوق در طول عمر یک محل دفن زباله ثابت نباشد.

حضور نیتروژن و اکسیژن می تواند در اثر نفوذ هوا به داخل سلول های دفن زباله و یا وجود نشت در سیستم لوله کشی ایجاد گردد. اگر نسبت نیتروژن به اکسیژن در گاز لندفیل 1:4 باشد نشان دهنده نفوذ هوا در سیستم می باشد چرا که این نسبت در هوا نیز وجود دارد. در برخی موارد نسبت ذکر شده بزرگتر می تواند باشد. در این شرایط غلظت اکسیژن اندک است و لزوماً نشان دهنده عدم نفوذ هوا به سیستم نمی باشد.

باکتری های هوازی در خاک پوششی و یا سطح زباله ها می توانند اکسیژن را مصرف نموده لذا غلظت آن در گاز لندفیل جمع آوری شده کم می باشد. بنابراین درصورت نفوذ هوا به داخل سلول های دفن زباله در اثر به کارگیری مکش اضافه، نسبت نیتروژن به اکسیژن موجود در گاز لندفیل می تواند بسیار بیشتر از 1:4 باشد.

دستگاه مکنده بطور مداوم باید برای صدا، دما و یا لرزش اضافه غیر معمول چک شود. برای داشتن یک رهبری پایدار باید گازی که به فلر ارسال می گردد دارای محتوای کافی از متان باشد. کارخانه سازنده فلر حداقل میزان جریان گاز لندفیل مورد نیاز برای راهبری پایدار را مشخص نموده است. این حداقل مقدار را نسبت خاموشی[53] می نامند و برای روشن ماندن فلر باید نسبت کل گاز لندفیل تولیدی در حال حاضر به حداکثر گاز قابل ورود به فلر 10 به 1 باشد.

بطور مثال اگر حداگر گاز قابل دریافت توسط یک فلر 1000 متر مکعب بر ساعت باشد برای روشن ماندن آن به حداقل 100 متر مکعب بر ساعت گاز لندفیل نیاز است. فلرهای درون سوز ساختاربندی متفاوتی داشته که می تواند بر روی نسبت خاموشی آنها تاثیر داشته باشد. غیر معمول نیست که نسبت خاموشی فلرهای درون سوز 1:5 باشد.

2-9-4- ملاحظات خاموش نمودن سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل[54]

خاموش نمودن سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل می تواند برنامه ریزی شده و یا غیر برنامه ریزی شده باشد. در موارد برنامه ریزی شده خاموش نمودن سیستم می تواند برای تکمیل برنامه های بازرسی و نگهداری سیستم باشد. خاموشی های برنامه ریزی شده می تواند با برنامه های نگهداری سیستم هماهنگ گردد تا حداکثر بهره برداری از زمان خاموشی سیستم صورت پذیرد. خاموش نمودن سیستم می تواند همچنین برنامه ریزی نشده باشد.

مواردی که در آن خاموش شدن سیستم استخراج و جمع آوری گاز بطور برنامه ریزی نشده ای ممکن است خاموش گردد عبارتند از: (الف) عدم استخراج گاز کافی برای روشن نگه داشتن فلر در اثر مواردی همچون پر شدن چاه استخراج و یا لوله ها با شیرابه زباله؛ (ب)

عدم وجود متان کافی در گازلندفیل استخراجی جهت روشن نگه داشتن فلر در اثر مواردی همچون حرکت یک بلدوزر در اطراف چاه استخراج و به هم خوردن پوشش محل دفن و نفوذ اکسیژن به سلولهای دفن که منجر به توقف تولید متان می گردد و (ج) عدم کار کرد مناسب دستگاه مکنده. لندفیل

در سیستم های استخراج و جمع آوری گاز لندفیل اغلب از دو دستگاه دمنده استفاده می نمایند تا درصورت ایجاد عیب در یکی دیگری وارد مدار شده و استخراج گاز متوقف نگردد. هرچند در برخی از محل های دفن زباله مراقب هستند که در شرایط اضطراری هیچ گونه استخراجی صورت نگرفته و سیستم بطور کامل خاموش گردد تا جلوی جابجایی گاز لندفیل در زیر زمین و یا انتشار بو در اتمسفر گرفته شود.

2-9-5- نگهداری[55]

راهبری سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل وابسته به نگهداری موثر سیستم می باشد که شامل موارد زیر می گردد: (الف) نگهداری برنامه ریزی شده روزانه، ماهیانه، سالیانه و چندسال یک بار برای جلوگیری از کارافتادن سیستم، اطمینان از قابل اطمینان بودن سیستم های اندازه گیری و راهبری بهینه. لندفیل

مستند سازی نگهداری و تعمیرات سیستم برای داشتن تاریخچه ای از تعمییرات و بازرسی های انجام شده در سیستم بسیار مفید است و ممکن است در هنگام عیب یابی[56] سیستم به کار گرفته شود. تعمیرات و نگهداری روتین[57] بطور معمول در طی راهبری و پایش های منظم انجام می گیرد. تعمیرات و نگهداری برنامه ریزی نشده و اضطراری نیز ممکن است پیش آید. برخی از عملیات تعمیر و نگهداری در اثر از کار افتادن قطعات و اجزاء سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل ایجاد گردد.

بر اساس تعاریف تعمیر و نگهداری اضطراری غیر برنامه ریزی شده می باشد. در سایتهای دفن بطور مداوم چنین شرایطی ایجاد می گردد. لذا برنامه های تعمیر و نگهداری در این شرایط باید به قوانینی در این زمینه تبدیل گردد. ذلیل هر خرابی سیستم باید بطور کامل بررسی گردد تا بتوان با برنامه ریزی کامل از ایجاد چنین مشکلی در آینده جلوگیری نمود.

سیستم جمع آوری گاز در لندفیل ها ممکن است در اثر بسیاری از عوامل محیطی همچون نفوذ زباله ها، خوردگی، افزایش سن سیستم، تجزیه حاصل از اشعه فرابنفش و تخریب سیستم در اثر عبور وسایل نقلیه سنگین از روی سلول های دفن دچار مشکل گردد.

فعالیت هایی که عموماً برای نگهداری از سیستم جمع آوری گاز انجام می شوند عبارتند از: (الف) تعمییر و یا تعویض چاه ها و شیرهای اسیب دیده، (ب) خارج نمودن شیرابه و سایر مایعات از لوله ها، (ج) تعمیر اجزاء اسیب دیده سیستم توسط وسائل نقلیه، (د) جایگزینی لوله های مسدود شده با توده زباله و (ه) جایگزینی اجزاء سیستم که در اثر مرور زمان خراب شده و عمر مفیدشان به پایان رسیده است. اکثر تعمیرات ذکر شده نیازمند خاموش نمودن موقت سیستم جمع آوری، مکنده ها و یا سیستم فلر می باشد. لندفیل

مکنده ها ممکن است دارای مشکلاتی نظیر لرزش، فرسوده شدن تسمه[58]، فرسوده شدن سیستم[59] و آسیب آب بندی ها[60] باشند. مشکل سایش نیازمند بازرسی های روزانه و برنامه ریزی شده و همچنین توجه ویيه به صداها در طی روشن شدن و یا خاموش شدن سیستم می باشد. فلرها در اثر استرس حرارتی صدمه می بینند.

این پدیده اصولاً در اثر راهبری آن در دماها و جریان گاز بیشتر از مقدار توصیه شده توسط کاخانه سازنده تشدید می شود. برای جلوگیری از استرس حرارتی فلرها باید آنها بطور مداوم برای صدمات حرارتی بازرسی گردند. همچنین مقدار سوخت پیلوت[61] و آتش زننده[62] بررسی گردند.

3- نتیجه گیری

در این مطالعه نحوه طراحی و اجرای اجزاء یک سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل شامل چاه استخراج افقی، چاه های عمودی، تجهیزات سرچاهی، سیستم لوله کشی جانبی و بالادستی، مدیریت مایعات موجود در گازلندفیل، فلرها، فرایند تضمین کیفیت ساخت و تکنیک های ساخت ساخت سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل مورد بحث و بررسی دقیق قرار گرفته است.

همچنین در این مطالعه ملاحظات خاموش نمودن سیستم استخراج و جمع آوری گاز لندفیل، نحوه راهبری فلرها و مکنده ها نیز با جزئیات کامل مورد بررسی قرار گرفته است. استخراج و جمع آوری گاز لندفیل علاوه بر جلوگیری از انتشار آلاینده ها در هوا امکان بازیافت انرژی و درآمد زایی از محل های دفن زباله را نیز فراهم می نماید.

لندفیل

منابع:

  1. Talaie, M.R., et al., Experimental and theoretical investigation of droplet dispersion in Venturi scrubbers with axial liquid injection. Chemical engineering & technology, 2009. 32(5): p. 798-804.
  2. Goli, A., et al., An overview of biological processes and their potential for CO2 capture. Journal of Environmental Management, 2016. 183: p. 41-58.
  3. Talaiekhozani, A., et al., Effect of nearly one hundred percent of municipal solid waste recycling in najafabad city on improving of its air quality. Journal of Air Pollution and Health, 2016. 1(2): p. 111-122.
  4. Talaiekhozani, A., M. Moradi, and P. Darvar, Evaluation of Carbon Dioxide, Methane and Non-Methane Organic Compounds Emission from Solid Waste Landfill of Bandar Abas City, in The 6th National and 1th International Conference of Applications of Chemistry in Advanced Technologies. 2016: Isfahan, Iran.
  5. Tchobanoglous, G., H. Theisen, and S. Vigil, Integrated solid waste management: engineering principles and management issues. 1993: McGraw-Hill Science/Engineering/Math.
  6. Talaiekhozani, A. and A. Nasiri, The Modeling of Carbon Dioxide, Methane and Non-Methane Organic Gases Emission Rates in Solid Waste Landfill in City of Jahrom, Iran. Journal of Air Pollution and Health, 2016. 1(3): p. 191-204.
  7. Gendebien, A., et al., Landfill biogas. From Environment to Energy. Commission of the European Communities. Final Report EUR, 1992. 14017(1).
  8. Christensen, T.H., Landfilling of waste: biogas. 1996.
  9. Spokas, K., et al., Methane mass balance at three landfill sites: What is the efficiency of capture by gas collection systems? Waste management, 2006. 26(5): p. 516-525.
  10. IMNA. 10 steps which was ranked Isfahan number one in solid waste management. 2015 2 Feb 2015 [cited 2015 2 Feb 2015]; Available from: http://www.imna.ir/news/178953/.
  11. Talaiekhozani, A., Landfill Gas Emissions Model (Land-GEM) Version 3.02 User’s Guide. 2015, Talaiekhozani.
  12. GMI. International Best Practices Guide for LFGE Projects Design, construction and operation of landfill gas collection and control systems 2012 [cited 2017 21 July 2017]; Available from: https://www.globalmethane.org/documents/toolsres_lfg_IBPGch3.pdf.
  13. Jonidi, A. and A. Talaiekhozani, Solid Waste Management. 2010, Tehran, Iran: Ebadifar publication.

 

 

 

How to Design and Operate a Gas Collection System for Municipal solid Waste Landfills

 

Amirreza Talaiekhozani

Department of Civil Engineering, Jami Institute of Technology, Isfahan, Iran

AbstractA large amount of gases including carbon dioxide, methane and hundreds of non-methane organic compounds are emitted during biodegradation of organic solid wastes. These gases are referred as landfill gas (LFG). A number of non-methane organic compounds are toxic, mutagen or carcinogen. Therefore, their emission should be seriously controlled. Collection and burning of LFG is considered as the simplest method for its control. Instead of LFG burning it can be used for energy recovery. Each project of LFG extraction involves (a) design, (b) construction and (c) operation.  The aim of this manuscript is to prepare a comprehensive guideline to design, construction and operation of LFG extraction and burning in landfills. In this study the method of design and construction of LFG extraction system including vertical well, horizontal well, wellhead components, lateral and header piping, condensate management, blower and flare skid, construction techniques and construction quality assurance procedures have been presented. Startup considerations, shutdown considerations and flares and blower maintenance are other information that have been discussed in this study. The extraction of LFG not only can reduce the air pollutants emission into the atmosphere but also can earn money from energy recovery.  Keywords: Landfill gas, biogas, solid waste landfill, gas extraction, repair and main

[1] Landfill gas

[2] Toxic

[3] Carcinogenic

[4] Teratogenic

[5] Header

[6] Lateral

[7] Condensate management

[8] Monitoring devices

[9] System controls

[10] Settlement of the waste mass

[11] Extraction well

[12] Vertical well

[13] Global methane initiation

[14] Well piping with perforations

[15] Clean gravel backfill

[16] Soil backfill

[17] Bentonite plug

[18] Wellhead

[19] Polyvinyl chloride

[20] High density polyethylene (HDPE)

[21] Vertical well boreholes range from 20 to 90 cm in diameter and include 5- to 15-cm-diameter pipe.

[22] Horizontal well

[23] Gravel

[24] Geotextile

[25] Wellhead Components

[26] The vacuum control valve

[27] Orifice plate

[28] Pitot tube

[29] Perforated

[30] Lateral and Header Piping

[31] Blower and flare system

[32] Drainage

[33] Moisture separator

[34] Mist eliminator

[35] Reused

[36] Open flares (candle-stick flares)

[37] Enclosed flares (ground flares)

[38] Long vertical pipe

[39] Burner tip

[40] Flame shroud

[41] Clean Air Act (CAA)

[42] Inventory defaults

[43] A bucket-type auger drill

[44] Construction Quality Assurance Procedures (CQA)

[45] As-built drawings

[46] Professional surveyor

[47] Compaction level

[48] Balance gas concentration (typically Nitrogen (N2))

[49] Start-up Considerations

[50] Wellfield vacuum and pressure at the blower discharge

[51] Propane

[52] Routine operation

[53] Turndown

[54] Shutdown Considerations

[55] Maintenance

[56] Trouble shooting

[57] Routine – Maintenance

[58] Belt wear

[59] Bearing deterioration

[60] Seal damage

[61] Pilot

[62] Igniters

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند