خبرنامه 8

سیستم فاضلاب شهری ، منبعی عظیم از انرژی

   طی بیش از 30 سال ، پیشرفتهای عظیمی در سرتاسر جهان در جهت عایقکاری ساختمان ها شده است. به عنوان مثال در ساختمان های جدید سوئیس ، میزان مصرف انرژی حرارتی (گرمایش فضا و آب مصرفی) در مقایسه با آمار سال 1980 به رقم 10 الی 30 درصد کاهش یافته، که این مقدار به کاهش اتلاف انتقال حرارت از پنجره ها و رنگ های تیره در نمای ساختمان بستگی دارد. همچنین پیشرفت های مهم درباره روش های بازیابی حرارت و انواع روش های جلوگیری اتلاف گرما مانند جلوگیری اتلاف گازهای احتراق از دودکش ها و اتلاف حرارت مرتبط با تهویه مطبوع می باشد. از طرفی امروزه قوانین سختگیرانه و  همچنین گسترش فناوری ها،  نقشی مهم در بازیابی انرژی های از دست رفته دارد که بسیار حائز اهمیت است .

   در مورد فاضلاب و پسماندها  با وضعیت متفاوتی روبرو هستیم. باوجود آنکه اتلاف حرارتی برای یک ساختمان جدید معمولی در حدود 15% از انرژی تامین شده می باشد، اتلاف حرارتی از طریق سیستم فاضلاب برای یک ساختمان با مصرف انرژی کم ، به مقدار تا بیش از 30% می باشد . عملا هیچ پیشرفتی در این زمینه نشده است. این موضوع نشان دهنده این امر است که امروزه فاضلاب بزرگترین منبع نشت و اتلاف حرارت در ساختمان ها می باشد. بر طبق مطالعات “Swiss Energy for infrastructure plants” در حدود تقریبا 6000 گیگاوات ساعت انرژی حرارتی در سوئیس به صورت سالانه تنها از طریق فاضلاب از بین می رود. که این در حدود 7 درصد از انرژی حرارتی مورد نیاز برای گرمایش فضا و آبگرم مصرفی در سوئیس است.

فاضلاب به عنوان یک منبع انرژی

2-1 ) ویژگی ها ( درجه حرارت ، دبی)

   در مقایسه با دیگر منابع انرژی رایج برای هیت پمپ ها ( آب های زیر زمینی ، زمین گرمائی ، هوای محیط ) ، دمای نسبتا بالای شبکه فاضلاب در طول فصل گرما را ملاحظه می نمائید، بطوریکه به ندرت به کمتر از 10 درجه سلسیوس می رسد (شکل 1 سمت چپ). بنابراین فاضلاب ، یک گزینه ایده آل برای استفاده از انرژی و حرارت می باشد. در تابستان دمای فاضلاب بطور معمول بالای 20 درجه سلسیوس می باشد. همچنین از این ویژگی جهت تولید سرما و برای تهویه مطبوع استفاده می شود. علاوه بر بررسی سالانه و ویژگی های شاخص مذکور، فاضلاب خام (قبل از تصفیه خانه) دارای تغییرات روزانه و هفتگی محسوسی می باشد. تغییرات روزانه ، با نسبت های مختلفی از آب های سطحی و فاضلاب تعیین می شود. در شب ، با کاهش نسبی آب های سطحی ، درجه حرارت معمولا 2 تا 3 درجه کلوین پائین تر از روز می آید. تغییرات در طول هفته به نفوذ و تاثیرات آب و هوا بستگی دارد. هنگام بارندگی ، درجه حرارت فاضلاب بطور معمول چند درجه کاهش می یابد که این کاهش دما به دلیل افزوده شدن مقداری آب به فاضلاب می باشد. برای آب تصفیه شده(خارج شده از تصفیه خانه فاضلاب) ، تغییرات روزانه و هفتگی ، مطابق شکل زیر مجزا بوده ولی در پایان میرا و همگرا می باشند.(شکل 1، سمت راست).

مشخصه دوم از ویژگی های فاضلاب، تغییرات مقدار فاضلاب (دبی فاضلاب) می باشد. در سیستم های فاضلاب مخلوط (مخلوط فاضلاب و آب باران) ، نسبت فاضلاب بین مقادیر "حداقل دبی در شب و آب و هوای خشک" و "دبی ماکزیمم در باران شدید" با ضریبی بیش از 10 تغییر می کند. بنابراین هنگام برنامه ریزی و طراحی ابعاد تاسیسات انرژی فاضلاب یک تعریف دقیق از مقدار آب در فاضلاب لازم است که دارای اهمیت بسیار زیادی است. اغلب مقدار متوسط روزانه آب مورد نیاز در آب و هوای خشک به عنوان اساس کار در نظر گرفته می شود. برای استفاده از فاضلاب در ساختمان ها به منظور انرژی حرارتی آنها، از آنجائی که فاضلاب دارای نوسانات جریان می باشد، از یک مخزن مخصوص جهت ذخیره آن برای بازیابی حرارتی برای کنترل نوسانات آن از پیش شرط های مهم در نظر گرفته می شود.

2-2) قابلیت دسترسی و میزان پتانسیل

   فاضلاب یک منبع محدودی از انرژی است. مقدار آن بستگی به استفاده از آب در ساختمان ها دارد. و از طرفی در حالیکه مقدار مصرف آب در کشورها با توسعه سطح اقتصادی ، و با افزایش سطح استاندارد زندگی افزایش می یابد. این امر موجب متوجه کردن کشورهای صنعتی به استفاده بهینه از آب ، و تلاش های مورد نیاز در این زمینه می گردد. بطوریکه برنامه ریزی سازمان آب و فاضلاب هر منطقه ، برنامه توسعه بلند مدت از مقادیر فاضلاب را بایستی به دقت مورد آنالیز و تجزیه و تحلیل قرار دهد.
علاوه بر کمیت و مقدار آن، در دسترس بودن فاضلاب محلی به عنوان یک منبع انرژی محدودیت هائی به همراه دارد . امکانات و تجهیزات مورد استفاده از آنها اقتصادی و مورد توجه هستند و در فضاهایی که فاضلاب بصورت مداوم و مستمر و با مقدار زیادی وجود دارد مانند ساختمان هائی از قبیل(بیمارستان ها، صنایع، مجتمع های مسکونی ) ، شهرک های محلی مسکونی متمرکز می شوند.

با وجود این محدودیت ها ، میزان انرژی موجود در فاضلاب بسیار زیاد است. یک مطالعه نشان می دهد که تنها در سوئیس ، تقریبا 2 تراوات ساعت از حرارت سالانه که برای گرمایش و گرم کردن آب مصرفی استفاده می شود می تواند با فاضلاب تامین شود. (HP.Eicher.2008) .

2-3) کاربردهای ممکن

همانگونه که اشاره شد فاضلاب از طرفی به عنوان یک منبع انرژی برای گرمایش استفاده می شود و از طرفی جهت سرمایش کاربرد دارد. مخصوصا با استفاده دو منظوره دستگاه گرمایش – سرمایش و بصورت اقتصادی مورد توجه می باشد.

استفاده از انرژی فاضلاب بیشتر می تواند به سه گروه تقسیم شود که بستگی به نوع روش های دستیابی به انرژی دارد:

انرژی درونی در منازل، بازیابی انرژی از فاضلاب خام (فاضلاب قبل از تصفیه) ، بازیابی انرژی از فاضلاب تصفیه شده بعد از تصفیه خانه فاضلاب (شکل 2).