امروزه، سیستمهای دفع فاضلاب خانگی و صنعتی نه تنها نقش مهمی در مدیریت بهداشتی پساب‌ها ایفا می کنند، بلکه بعنوان منبعی برای تولید انرژی سبز شناخته می شوند. در فرایند تجزیه بی هوازی مواد آلی در سپتیک تانک ها، گازهایی تولید می شود که اغلب نادیده گرفته شده یا بصورت کنترل نشده در جو منتشر می گردند. این گازها، به ویژه متان اگر بدرستی مدیریت شوند، می توانند بجای تشدید بحران آب و هوایی، بعنوان سوختی تجدید پذیر مورد استفاده قرار گیرند. در ادامه به بررسی روش های استخراج، پردازش و بکارگیری گازهای حاصل از این سیستم‌ها می پردازیم.
فرایند تولید گاز در سپتیک تانک ها
در سیستمهای تصفیه فاضلاب بی هوازی، باکتری‌های بی هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه می کنند. این فرایند طبیعی منجر به تولید گاز درون سیستم می شود که حدود 60% آن متان و 40% دی اکسید کربن و مقادیر ناچیزی سولفید هیدروژن و بخار آب است. متان که بعنوان یک گاز گلخانه ای قوی اگر وارد جو شود تا 25 برابر بیشتر از دی اکسید کربن در گرمایش زمین نقش خواهد داشت. با این حال، همین گاز در صورت مهار و پردازش، ارزش انرژی بالایی دارد و می تواند جایگزین سوخت‌های فسیلی شود.
مراحل تبدیل گاز به انرژی در سپتیک تانک
اول با نصب سیستمهای مکش و لوله کشی ویژه در بخش بالایی مخزن دفع فاضلاب، گازهای تولید شده بصورت متمرکز جمع آوری می شوند. این سیستم‌ها معمولاً مجهز به سنسورهایی برای نظارت بر فشار و حجم گاز هستند. سپس گاز خام حاوی ناخالصی‌هایی مانند سولفید هیدروژن و رطوبت است که برای تجهیزات مضرند پالایش می شوند. در این عملیات از موارد زیر استفاده می شود:
- از فیلتر کربن فعال برای جذب سولفید هیدروژن استفاده می شود.
- از خشک کن‌ها برای کاهش رطوبت استفاده می شود.
- در برخی موارد، دی اکسید کربن نیز جدا می شود تا غلظت متان افزایش یابد (فرایند ارتقای بیوگاز).
در آخر گاز پالایش شده در مخازن تحت فشار ذخیره یا مستقیماً به شبکه مصرف هدایت می شود.
کاربردهای عملی گازهای فاضلاب استخراج شده
- گاز متان می تواند در ژنراتورهای بیوگاز سوزانده شود تا برق تولید کند. برای مثال، یک سیستم سپتیک تانک با ظرفیت متوسط قادر است برق مورد نیاز یک خانوار کوچک یا روشنایی محوطه‌های عمومی را تأمین کند.
- در مناطق روستایی که دسترسی به گاز طبیعی محدود است، این گاز بعنوان سوخت پاک برای اجاق‌ها و سیستمهای گرمایشی استفاده می شود. این راهکار علاوه بر کاهش قطع درختان، از انتشار دودهای سمی جلوگیری می کند.
- با فشرده سازی گاز متان به بیو-سی ان جی (Bio-CNG)، میتوان آن را بعنوان سوخت خودروها بکار برد. کشورهایی مانند هند از این روش برای نیرودهی به اتوبوس‌های شهری استفاده می کنند.
- در مقیاس صنعتی، بیومتان تصفیه شده می تواند به خطوط گاز طبیعی موجود اضافه شود و وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش دهد.
مزایای تبدیل گاز فاضلاب به انرژی
این فرآیند یعنی تبدیل گار به انرژی در سیستمهای تصفیه فاضلاب از دو جنبه زیست محیطی و اقتصادی قابل بررسی است که در ادامه به شرح آنها پرداخته ایم:
- کاهش انتشار گازهای گلخانه ای: مهار متان از سیستمهای دفع فاضلاب، تأثیر چشمگیری در کاهش گرمایش زمین دارد.
- مدیریت پایدار پسماند: تبدیل ضایعات به انرژی، بار آلودگی محیط زیست را کم کرده و از هدر رفتن منابع جلوگیری می کند.
- صرفه جویی مالی: خانوارها یا جوامعی که از این سیستم‌ها استفاده می کنند، هزینه‌های انرژی خود را تا 40% کاهش می دهند.
چالش‌های تبدیل گاز فاضلاب به انرژی
- هزینه‌های اولیه: نصب سیستمهای جمع آوری و پالایش گاز ممکن است برای برخی کاربران پر هزینه باشد. در این صورت می توان از طرح‌های دولتی یا مشارکت عمومی یا خصوصی برای تأمین مالی استفاده نمود.
- نگهداری سیستم: تجهیزات نیازمند نظافت دوره ای و جایگزینی فیلترها هستند. که در این مواقع با آموزش اپراتورهای محلی و تولید دستورالعمل‌های ساده میتوان مشکل را برطرف نمود.
- آگاهی اندک: بسیاری از جوامع از پتانسیل انرژی این سیستم‌ها بی اطلاع اند که با برگزاری کارگاه‌های آموزشی و کمپین‌های تبلیغاتی به راحتی میتوان مردم را آگاه کرد.
نمونه‌های موفق استخراج گاز از فاضلاب در جهان
- در سوئد بیش از 35% از گاز مصرفی در حمل و نقل عمومی این کشور از سیستمهای پردازش فاضلاب و زباله‌های آلی تأمین می شود.
- رواندا در پروژهای مشترک با سازمان‌های بین المللی، هزاران سیستم دفع فاضلاب مجهز به مخازن جمع آوری گاز نصب شده که برق روستاها را تأمین می کند.
- در ایالات متحده در برخی ایالت‌ها، زندان‌ها و دانشگاه‌ها از گاز تولیدی این سیستم‌ها برای کاهش هزینه‌های انرژی استفاده می کنند.
نوآوری‌ها و پیشرفت‌های استفاده از گاز فاضلاب
- راکتورهای نسل جدید: طراحی مخازن پیشرفته با قابلیت افزایش سرعت تجزیه مواد آلی و تولید گاز بیشتر.
- فناوری نانو: استفاده از نانو ذرات برای جذب کارآمد تر ناخالصی‌ها در فرایند پالایش.
- هوش مصنوعی: بکارگیری الگوریتم‌های هوشمند برای تولید گاز بر اساس حجم فاضلاب ورودی.
در آخر تولید گاز در سپتیک ها و تبدیل آن به انرژی، پلی بین مدیریت پسماند و انرژی‌های تجدید پذیر است. این راهکار نه تنها به کاهش آلودگی هوا و خاک کمک می کند، بلکه با ایجاد چرخه اقتصادی پایدار، وابستگی به منابع انرژی سنتی را کم می کند. برای گسترش این فناوری، همکاری بین دولت، بخش خصوصی و جامعه مدنی ضروری است تا زیرساخت‌ها توسعه یابد و آگاهی عمومی افزایش پیدا کند. در نهایت، این رویکرد نشان می دهد که حتی ضایعات انسانی نیز می توانند به طلای سبز تبدیل شوند.
