امکان سنجی احداث دو واحد همزمان تولید حرارت و برق با بیوگاز در تصفیه خانه فاضلاب شهری

نوع مقاله : مقاله کوتاه

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی گروه مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

2 استادیار، مهندسی گروه مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

3 جانشین مدیر امور فاضلاب و محیط زیست، شرکت مهندسی مشاور طوس آب، مشهد، ایران

چکیده

محدودیت منابع سوخت فسیلی و حفظ محیط زیست، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر را دارای اهمیت نموده است. از بین انواع منابع انرژی­های نو، بیوگاز قابل استحصال از لجن تصفیه­خانه­های فاضلاب به دلیل دائمی بودن فاضلاب بعنوان یک منبع پایدار انرژی به شمار می­روند. در این تحقیق فرآیند موتور بیوگازسوز قابل اجرا در تصفیه­خانه فاضلاب شهری کاشان بررسی شده است. اجرای این سیستم می­تواند باعث کاهش هزینه سوخت و نیز استفاده از انرژی­های نو در تولید انرژی­های الکتریکی و حرارتی قابل اعتماد برای بخشی از مصارف فرآیندی شود. برای این منظور مشخصات بیوگاز تولیدی در تصفیه­خانه فاضلاب شهری کاشان به عنوان نمونه مورد بررسی قرار گرفته و پس از تشریح کامل اجزای مورد نیاز جهت نصب و احداث موتور بیوگازسوز به طراحی آن جهت تولید 466 کیلووات برق و 556 کیلووات حرارت پرداخته شده است. هزینه­های نصب و سرمایه­گذاری لازم برای احداث دو واحد تولید همزمان حرارت و برق با بیوگاز حدود 270000 دلار برآورد شده است که با توجه به درآمدهای حاصل از فروش برق و محصولات جانبی می­توان گفت طی 4 سال تمام سرمایه­گذاری انجام شده برگشت داده خواهد شد. همچنین استفاده از لجن در فن­آوری تولید بیوگاز باعث کاهش تولید گازهای گلخانه­ای چون متان و دی­اکسید­کربن می­گردد. 

کلیدواژه‌ها


[1] Chae KJ., Kang J., Estimating the energy independence of a municipal wastewater treatment plant incorporating green energy resources, Energy Conversion and Management, 75: 664–672, 2013.
[2] Guo J., Peng Y., Peng C., Wang S., Chen Y., Huang H., Energy saving achieved by limited filamentous bulking sludge under low dissolved oxygen, Bioresour Techonol, 101:1120–6, 2010.
[3]Holmberg H., Ahtila  P., The Thermal Analyses of a Combined Heat and Power Plant Undergoing Clausius- Rankine Cycle Based on the Theory of Effective Heat Absorbing and Heat – Emitting Temperatures, Applied Thermal Engineering, 70:977-987, 2014.
 [4] Chudoba P.,  Sardet C.,  Palko G., Guibelin, E., Main factors influencing anaerobic digestion of sludge and energy efficiency at several large WWTP in central Europe, Journal of Residuals Science and Technology 8, 89–96 , 2011.
[5]Svardal K., Kroiss H., Energy requirements for waste water treatment, Water Science and Technology 64 (6), 1355–1361, 2011.
[6] Balmer P., Hellström D., Performance indicators for wastewater treatment plants, Water Science and Technology 65 (7), 1304–1310, 2012.
[7] Jenicek  P., Kutil J., Benes O., Todt V., Zabransaka, J., Dohanyos M., Energy self-sufficient sewage wastewater treatment plants: is optimized anaerobic sludge digestion the key?, Water Sci Technol­, 68:1739 – 44, 2013.
[8] Koroneos C.J., Fokaides P.A., Christoforous, E.A., Exergy analysis of a 300 MW lignite thermoelectric power plant, energy, 75: 304 - 311, 2014.
[9] Xie D., Wang Z., Jin L., Zhang Y., Energy and exergy analysis of a fuel cell based micro combined heat and power cogeneration system, Energy Build, 50: 266 - 72, 2012.
[10] Barelli L., Bidini G., Gallorini F., Ottaviano A., An energetic-exergetic analysis of a residential CHP system based on PEM fuel cell, Appl Energy, 88: 4334 - 42, 2011.
[11] Chan Y.J., Chong  M.F., Chung L.L., Hasell DG., A review on anaerobic–aerobic treatment of industrial and municipal wastewater, Chem Eng, J ,155:1–18, 2009.
[12] Bruijestens A.J., Beuman W.P.H., Moelen M.V.D., Bleuanus S., Biogas composition and Engine Performance, Including Database and Biogas property Model, 2008.
[13] Silvestre G., Fernandez B., Bonmati A., Significance of anaerobic digestion as a source of clean energy in wastewater treatment plants, Energy Conversion and Management, 101: 255–262, 2015.
[14] Jenicek P., Bartacek J., Kutil J., Zabranska J., and Dohanyos M., Potentials and limits of anaerobic digestion of sewage sludge: Energy self-sufficient municipal wastewater treatment plant?, Water Science & Technology, 66 : 1277–1281, 2012.
[15] Chan Y.J., Chong M.F., Chung L.L., Hasell D.G.,  A review on anaerobic–aerobic treatment of industrial and municipal wastewater, Chem Eng J; 155:1–18, 2009.
]16[ وزارت نیرو، دفتر بهبود بهره­وری و اقتصاد برق و انرژی راهنمای جامع تولید همزمان برق و حرارت، 1388.
[17] Finsterwalder T., Rutz D., Technical  Opportunities for the Utilization of Biogas in Eastern Europe, Finsterwalder Umwelttechnick Project, Germany, 2008.
]18[ نصیری ج.، امکان سنجی نیروگاه بیوگازی ساوه، سومین کنفرانس بین المللی انرژی در ایران، 2008.
]19[ یزدان داد ح.، کریمی الف.، فاتحی الف.، استفاده از انرژی نیروگاه بیوگاز مشهد در راستای حفاظت از محیط زیست، کنفرانس بین المللی رویکرد­های نوین در نگهداشت انرژی، 2011.
[21] Chacarteguia R., Monjea B., Sáncheza D., Becerraa J.A., Campanari S., Molten carbonate fuel cell: Towards negative emissions inwastewater treatment CHP plants, International Journal of Greenhouse Gas Control 19 :453–461, 2013.
[22] Sanchez D., Monje B., Chacartegui R., Campanari S., Potential of molten carbonate fuel cells to enhance the performance of CHP plants in sewage treatment facilities, international  journal of hydrogen energy, 38: 394 - 405, 2013.
]23[ سلمانی ف.، سلیمی م.ر.، جاجویی مقدم س.، شرکت مهندسی مشاور طوس آب، طرح تصفیه خانه  فاضلاب شهر کاشان، مطالعات امکان­سنجی ارتقاء تصفیه خانه و مطالعات مرحله دوم تکمیل مدول اول و دوم تصفیه­خانه، 27613/93، شرکت آب و فاضلاب کاشان، تصفیه خانه فاضلاب شهری کاشان، 1394.
[24] Zhang, H.J., Sludge treatment to increase biogas production, Trita-LWR Degree Project 10-20, 2010.
[25] Fytili D., Zabaniotou A., Utilization of sewage sludge in EU application of old and new methods—A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12:116–140, 2008.
[26] Driessen W., Zessen V.E., Reitsma G., Haarhuis R., Paques B.V., Sustainable Treatment Of Reject Water And Industrial Effluent By Producing Valuable By-Products, 14th European biosolids and organic Resources conference, 2011.
]27[ اسماعیلی ح.، قریشی م.، اسماعیلی نیستانی ش.، رنجبر ص.،  کرباسیون ن.، طراحی و بررسی اقتصادی و فنی احداث نیروگاه بیوگاز سوز یک مگاواتی در تصفیه­خانه فاضلاب شهری ، همایش ملی و مهندسی آب و فاضلاب، 1391.
[28] Peters M.S., Timerhaus K.D., Plant Design and Economics For Chemical Engineers, 4 th edition, Jojn Wiley and Sons, 1997.