متان متصاعد شده از زباله ها؛ تهدید یا فرصت؟

با توجه به افزایش جمعیت و درپی آن افزایش سریع نرخ تولید پسماند به تبع آن نیاز شدید به توسعه مراکز دفن بهداشتی همواره میزان متان منتشرشده در کره ی زمین افزایش بی سابقه ای داشته است. در حال حاضر بیش از 3000 محل دفن بهداشتی فعال در زمین وجود دارند که به صورت متوسط سالانه حدود 2.12 میلیون تن زباله را در خود جای میدهند. با توجه به اثرات مخرب گاز متان و دی اکسیدکربن که بیش از 98 درصد از گازهای تولید شده از محل های دفن بهداشتی را تشکیل میدهند و طول عمر بالای گاز متان در اتمسفر، ایجاد سیستم مدیریت و اندازه گیری میزان متان برای طراحی سیستمهای جمع آوری گاز و استحصال انرژی از محلهای دفن برای کاهش عواقب و اثرات مخرب محیط زیستی در منطقه بسیار حائز اهمیت میباشد.
هدف از این مقاله، بررسی روشهای مختلف مدلسازی میزان غلظت گاز متان متصاعد شده از محل های دفن میباشد که قادرند میزان غلظت متان را به صورت زمانی پیشبینی کنند. درصورت توجه به ابزارهای پیشبینی و استفاده ی گسترده ی این روش ها میتوان کمک بزرگی به عناصر مدیریتی کرد به طوری که در کنار کنترل میزان متان با استفاده از سیستم های جمعآوری میتوان از خسارت هایی که براثر انفجارها و آتش سوزی ها به سازه های محل دفن و محیط زیست و اکولوژی زمین وارد میشود جلوگیری کرد.
هنگامی که زباله حاوی اجزاء آلی تجزیه پذیر دفع میگردد، پس از گذشت چند سال، این مواد به گاز با ارزش حرارتی بالا (حدود 60 % گاز طبیعی) تبدیل میشود. معمولاً 50 تا 60 % گاز تولیدی را متان تشکیل میدهد. تبدیل مواد آلی به گاز در 3 مرحله انجام میشود.
1- مرحله ی آبکافت، زمانی که مواد آلی جامد به مخلوطی از ترکیبات آلی قابل حل تبدیل میشوند .
2- مرحله تغییر شکل ترکیبات آلی قابل حل به مخلوطی از اسیدهای چرب، اسیدهای آمینه، هیدراتهای کربن و دیگر ترکیبات کوچک مولکول.
3- مرحله ی متان زایی، که در آن از ترکیبات کوچک مولکولی، گاز تبدیل میشود
به احتمال زیاد مرحله آبکافت، تعیین کننده سرعت تبدیل است. هنگامی که ماده آلی در فاز آبی حل میشود گاز متان با ساعت بیشتری تشکیل میگردد . در مقیاس جهانی، متان محل دفن، اثر گلخانه ای زیادی دارد. انتشار متان از محل های دفن و زباله دان های روباز به وسیله EPA/APPCD در محدوده 19 تا 40 تراگرم در سال با متوسط Tg/yr30 تخمین زده شده است. منابع انسانی جهان به میزان Tg/yr 360 متان تولید میکنند که پیشنهاد میشود برای محل های دفن و زباله دان های روباز 5 تا 11 % کل را به حساب آورند.
محل های مدرن دفن زباله های شهری نسبتاً بزرگ میباشند و می توانند برای حدود 100000 نفر مورد استفاده قرارگیرند. مواد زاید به طور مداوم فشرده و پوشانده میشوند تا مقدار شیرابه به حداقل رسیده و از آلودگی آبهای سطحی محیطزیست جلوگیری شود. در چنین مخازنی آهنگ فرآیند تجزیه بیولوژیک و شیمیایی مواد کند شده و تحت شرایط بی هوازی عمل میکند. گاز متان یکی از مهمترین محصولات به دست آمده از تجزیه مواد زائد میباشد و باید به طرز مناسبی مدیریت شود. اخیراً در کشورهای توسعه یافته، گاز زدایی کنترل شده در مکانهای دفن زباله، اجباری گردیده است. استفاده از انرژی گاز تولیدی، تنها گام باقیمانده است چرا که در طی چند سال، سرمایه گذاری اضافی در این بخش قابل برگشت میباشد.
گاز محله ای دفن به طور طبیعی با 2 تا 6 میلی بار فشار اضافی وارد هوا میشود. گاز در مسیرهای دفن با موانع اندکی به داخل جو نفوذ میکند. در نتیجه با افت ناگهانی فشار هوا، فشار خروجی گاز میتواند تا 10 یا 20 میلی بار افزایش یافته و حجم زیادی از آن بدون مهار و کنترل خاصی به هوا فوران میکند . گاز محل دفن میتواند خطرات زیر را به وجود آورد که در ادامه به مواردی از آن اشاره شده است :
– انفجار و آتش سوزی به علت وجود متان و مهاجرت بدون مهار گاز
– ایجاد بوی بد به علت وجود سولفید هیدروژن در گاز، بخصوص مواقعی که فشار هوا به طور ناگهانی افت مییابد .
– مسمومیت ناشی از منوکسیدکربن و سولفید هیدروژن و غیره
– خفگی در جو با دی اکسیدکربن، نیتروژن و غیره
– افزایش آلودگی شیرابه به دلیل جذب گاز
– نابودی و یا خسارت به گیاهان کاشته شده در زمین دفن و زمینهای مجاور (گاز مانع از رسیدن اکسیژن به
ریشه های نباتات میشود)
– خوردگی ساختمانها و تاسیسات به وسیله گاز محل دفن
گستره وسیعی از روشهای محافظ گاز وجود دارد که میتوان از آن ها برای تامین ایمنی لازم استفاده کرد. کلید موفقیت در کنترل گاز، پایش طولانی مدت سیستمهای حفاظتی است. این اقدامات پایشی باید به دقت تا زمان توقف تولید گاز متان انجام شوند و گازها باید در چندین محل پایش شود تا نقطه انتهای تولید گاز مشخص شود. به همین علت، علاوه بر هزینه های ساخت، هزینه نگهداری طولانی مدت و پایش باید مدنظر قرارگیرند.