ارزیابی فنی و اقتصادی کاربرد پسماند تصفیه خانه ­ها در ساخت سد

ارزیابی فنی و اقتصادی کاربرد پسماند تصفیه خانه ­ها در ساخت سد

حسين ايجادپناه ساروی، احمد خدادادی

فیروز خدایاری، افرا ميرابراهيمي

1- دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی فرآوری مواد معدنی، دانشگاه تربیت مدرس

 2- دانشیار گروه مهندسی معدن، دانشگاه تربیت مدرس

3-دانشجوی کارشناسی ارشد بررسی­های فنی و اقتصادی، دانشگاه تربیت مدرس

4-دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس

 

چكيده

 در آینده نزدیک سالانه 40 میلیون تن سیمان در کشور تولید خواهد شد و بتن تولیدی از این مقدار سیمان حدود 120 میلیون متر مکعب خواهد بود که این حجم عظیم بتن عمدتاَ در ساخت سدهای بتنی، خاکی، نیروگاه ها، شبکه ها و کانال­های آبیاری، تاسیسات نفتی، پل­ها، مسکن و سایر ساخت و سازها به کار برده می­شود. حدود 40 هزار میلیارد ریال که معادل 20 درصد بودجه عمرانی کشور است، در هر سال در بخش آب سرمایه­ گذاری می­شود. به عبارتی بین 15 تا 20 درصد سیمان کشور در بخش آب مصرف می­شود و لذا این دو صنعت ارتباط تنگاتنگ و تعیین کننده­ای با یکدیگر دارند. کشور ما ایران با تولید سالانه 9/3 میلیارد متر مکعب فاضلاب و افزایش روز افزون تعداد تصفيه‌خانه‌ها و در نتیجه تولید حجم بالای لجن، مانند سایر کشورها در آینده با مشکل مدیریت لجن روبه رو خواهد شد؛ در نتیجه استفاده بهینه از این پسماند اهمیت ویژه­ای دارد. یکی از روش­های مصرف لجن استفاده از آن در بتن می‌باشد. ازجمله سازه‌هایی که نیاز به سیمان بالایی دارند، سدهای وزنی می­باشند. متوسط سیمان مورد استفاده در هر متر مکعب سدهای وزنی حدود 220 کیلوگرم است. در این تحقیق، کاربرد خاکستر لجن تصفيه‌خانه‌ها در ساخت بتن سدهای وزنی مورد بررسی قرار گرفت و با توجه به قیمت سیمان، حجم بتن‌ریزی، هزینه حمل‌ونقل و تثبیت و دفع لجن و سایر عوامل اقتصادی، بررسی اقتصادی این فرایند به صورت موردی در سدهای مورد نظر محاسبه گردید. نتایج نشان می­دهد که استفاده از لجن به سرمایه گذاری اولیه بالایی نیاز نداشته، دوره بازگشت سرمایه آن کمتر از یک سال بوده و ارزش فعلی خالص آن بطور قابل توجهی مثبت است.

 پیشنهاد می‌کنیم محصول واتراستاپ را هم بررسی کنید.

كلمات كليدي: بتن، بررسی فنی و اقتصادی، سیمان، سد سازی، ارزش فعلی خالص

 

1. مقدمه

هر فرایند که در صنعت و طبیعت رخ می‌دهد در نهایت از خود محصول (محصولات) و ماده زائد (مواد زائد) به جا می‌گذارد. این مواد زائد در تصفیه آب و فاضلاب باقیمانده و به طور عامیانه لجن نامیده می‌شود. در سال‌های اخیر با روند بسیار سریع رشد جمعیت و شهرنشینی و همچنین ورود انواع آلاینده‌های طبیعی و مصنوعی به جریان آب خام و در نتیجه کاربرد مواد شیمیایی برای تصفیه، لجن حاصل به عنوان آلاینده محیط زیست مطرح شده است. در اوایل قرن بیستم موضوع دفع لجن با شروع فرایند فیلتراسیون ماسه‌ای کند، با مطالعات گسترده فولر در زمینه روش‌های بهبود کیفیت آب از نظر کدورت، آغاز گردید. او نشان داد که با استفاده از مواد شیمیایی  و به دنبال آن فیلتراسیون، آب کدر رودخانه می‌تواند زلال شود، در صورتی که تا قبل از آن زلال سازی بدون استفاده از مواد شیمیایی صورت می‌گرفت. فولر در ادامه کار خود، فیلتراسیون ماسه‌ای تند را توسعه داد و با ورود این تکنولوژی مشکلات مربوط به دفع مواد ته نشین شده در بسترها و جامدات حذف شده توسط آب شستشوی صافی‌ها مطرح شد.

در ابتدا مشکل دفع لجن تصفیه‌خانه‌ها از اهمیت چندانی برخوردار نبود و عملاَ لجن حاصله به آب‌های پذیرنده سطحی یا در زمین دفع می‌شد. در اوایل دهه 1960 معلوم شد که لجن حاصل از تصفیه خانه‌ها ممکن است آلوده باشد و نباید آن را به آب پذیرنده تخلیه کرد. در نتیجه بحث مدیریت لجن تصفیه‌خانه‌ها مطرح گردید که در آن، متخصصین به دنبال روش­های بهینه دفع با کمترین اثرات زیست محیطی و در عین حال با صرفه اقتصادی بودند. بررسی فنی و اقتصادی جهت اجرای هر پروژه مرحله مهمی است که بدون گذر از آن توجیه اقتصادی میسر نخواهد شد. در ايران، تعداد تصفيه‌خانه‌هاي فاضلاب فعال تا پايان سال81، 50  عدد در سطح كشور بوده که این تعداد در پايان سال 82 به 75 تصفيه خانه افزايش پيدا كرده است. اكنون اكثر شهر‌هاي مهم ايران داراي تصفيه خانه بوده و تا افق 1400 اين تعداد به 800 عدد مي‌رسد. در حال حاضر در كشور ما سالانه 9/3 ميليارد متر مكعب فاضلاب توليد مي‌گردد و حجم بالاي لجن در تصفيه خانه‌ها سبب بروز مشكل مديريت لجن در آينده­ای نزدیک خواهد شد. روش­های عمده دفع لجن می‌تواند به دو بخش اساسی روش‌های مناسب (که شامل کاربرد در زمین‌های کشاورزی، دفن بهداشتی، کمپوست کردن، سوزاندن، استفاده در تولید مصالح ساختمانی می­شود) و روش‌های نامناسب (که شامل دفن غیر بهداشتی، دفع غیر اصولی در زمین‌های کشاورزی، تزریق به چاه‌های جذبی، دفع سطحی به رودخانه‌ها و دریاها می­شود) تقسیم بندی می­گردد. يكي از روش­هاي مصرف لجن استفاده از آن در بتن مي‌باشد. جمشيدي در سال 88 نشان داد مصرف تا 10 درصد لجن خشك در سيمان، كاهش قابل اغماض مقاومت فشاري را در پي دارد، با این وجود استفاده از آن در ساخت بتن­هايي كه نياز به رده‌هاي مقاومتي بالا ندارند، بلامانع مي‌باشد[2].

 

2.میزان تولید لجن حاصل از فرایند‌های مختلف تصفیه فاضلاب

مواد معلق در فاضلاب قسمتي از کل مواد خارجی موجود در آن می‌باشد که تعیین آن برای پیش بینی مقدار لجن حاصل از تصفیه ی فاضلاب اهمیت ویژه‌ای دارد و بطور متوسط در فاضلاب‌های  شهری نسبت مقدار تولید سرانه مواد معلق (SS) به مقدار BOD₅ حدود 1/1 تا2/1 می‌باشد. مقدار تولید سرانه  BOD₅  و مواد معلق (SS)   در تهران برابر 40 و 50 گرم است. با ضرب جمعيت تحت پوشش يك تصفيه خانه در سرانه SS  و BOD مي­توان وزن لجن توليدي را به طور تقریبی محاسبه نمود. در صورتی که وزن کل مواد معلق در فاضلاب شهری بین 40 تا 80 گرم ماده خشک به ازای هر نفر در روز باشد و بازده ته نشینی 60 درصد در نظر گرفته شود، سرانه لجن اولیه حدود 25 تا 50 گرم ماده خشک به ازای هر نفر در روز می­باشد. روش محاسبه مقدار لجن تولیدی یک تصفیه خانه فاضلاب به صورت زیر است:

 

مقدار لجن تولیدی در اثر مواد معلق (لجن اولیه):

(1)	SSin – SSext)*Q*10-3) = مقدار لجن خشک در روز(kg/day)

در رابطه (1)، SS میزان مواد معلق ورودی و خروجی حوض ته نشینی بر حسب میلی گرم بر لیتر و Q دبی بر حسب متر معکب بر روز می‌باشد.

 

محاسبه لجن بیولوژیکی تولید شده در تصفیه فاضلاب (لجن ثانویه):

(2)	PX=F*Y*Sr -Kd*M

 

در رابطه (2)، PX مقدار لجن بیولوژیکی بر حسب (kg.vss/d)، Y نسبت تولید جامدات بر حسب کیلوگرم مواد معلق فرار به کیلوگرم BOD₅، Sr مقدار  BOD₅روزانه بر حسب کیلوگرم، K_d ضریب زوال میکروارگانیسم و M جرم جامدات بیولوژیک بر حسب کیلوگرم مواد فرار(kg vss) و f ضریب ثابت مربوط به مواد معلق غیر قابل تجزیه بیولوژیکی وباقی مانده ناشی از زوال باکتری‌ها است. مقدار f بین 5/1 تا 5/3 تغییر می کند. با توجه به اطلاعات مربوط به فاضلاب خانگی در ایران و با فرض y=0.55 و K_d=0.06 و Sr=45 و حذف 30% از BOD₅  در حوض ته نشینی مقدار لجن بیولوژیکی تولیدی به ازای هر نفر 15 گرم در روز خواهد بود. همچنین با رابطه تجربی Honken ، مقدار لجن بیولوژیکی برابر است با:

(3)	PX=1/2(F/M)0.23

که در آن F/M نسبت بار وزنی  BOD₅ به وزن مواد معلق می­باشد (kg BOD₅/kg mlvss-d)[1].

 

3. مطالعه فنی استفاده از لجن در سد سازی

 در كشور ما تا افق 1400 تعداد تصفيه خانه فاضلاب شهري به 800 عدد خواهد رسيد که به دليل راندمان و قابليت كاربرد  بالا، اكثر این تصفيه ­خانه ها به روش لجن فعال راه اندازی می­شوند. مراحل تثبيت لجن در اكثر تصفيه‌خانه‌هاي فاضلاب كشور به ترتيب عبارتند از: هاضم بي‌هوازي، تغليظ لجن( ثقلي)، آبگيري، آمايش لجن، خشك كردن، دفع در زمين. [1]

متاسفانه در كشور ما توجهات اساسي برروي كيفيت پساب خروجي معطوف شده و كيفيت لجن دفعي كمتر مورد توجه قرار مي‌گيرد و لجن توليدي به صورت سنتي در زمين رها مي‌گردد. مطالعات فرزاد‌نيا در سال 1378 بروي چهار تصفيه خانه فاضلاب تهران (داراي سيستم دفع لجن) نشان داد اين لجن‌ها در اكثر موارد خام و تثبيت نشده به محيط دفع مي‌شوند[3] و در سال 1379 تحقيق ديگري توسط تكدستان در مورد لجن دفعي از تصفيه‌خانه‌هاي استان اصفهان انجام گرديد، وي نيز نشان داد كه هاضم‌هاي بي­هوازي تصفيه‌خانه شاهين‌شهر تنها قادر به تأمين مقررات كاهش پاتوژن در كلاس B سازمان حفاظت محيط زيست امريكا (USEPA) بوده و تصفيه‌خانه جنوب اصفهان، هيچيك از معيار‌هاي استفاده مجدد را تأمين نمی­کند. در حال حاضر هيچگونه استاندارد و مقررات خاصي از طرف سازمان حفاظت محيط زيست كشور براي دفع و استفاده مجدد از لجن‌هاي خروجي تصفيه خانه‌ها ارائه نشده؛ از اين رو جهت بررسي قابليت دفع و استفاده مجدد لجن بايستي از استاندار‌هاي معتبر كشور‌هايي نظير امريكا (USEPA) استفاده شود. تحقيقات نشان داده دفع سنتي لجن در زمين سبب افزايش معني­دار غلظت آهن، روي، مس، منگنز، سرب، نيكل و كبالت مي‌گردد. [5]

همان‌طور كه بيان شد فقدان مديريت اصولي بر لجن‌هاي دفعي از تصفيه‌خانه‌هاي كشور موجب شده كه در بيشتر موارد، لجن به صورت خام وتثبيت نشده به محيط راه يابد و خسارت زيادي بر انسان و منابع محيط زيست وارد نمايد. آلودگي ميكروبي و شيميايي خاك و محصولات كشاورزي و مسموميت‌هاي شيميايي از عوارض دفع و يا استفاده غير بهداشتي از لجن فاضلاب مي‌باشد. امروزه فرآيند كمپوست هوازی لجن تصفيه خانه فاضلاب شهری بدليل برخورداري از فن آوری آسان و عدم نياز به وسايل گران قيمت مورد توجه قرار گرفته است ولي در کشور ما به دليل مساحت زياد، زمان بر بودن فرايند و كمبود متخصص، این روش جایگاهی ندارد. فرايند سوزاندن لجن ضمن خروج مواد آلي و فرار لجن، عوامل پاتوژني و بيماري­زاي لجن را از بين مي‌برد لذا با انجام اين فرايند دفع نهايي لجن در زمين محدوديت بهداشتي چنداني ندارد.

در سال‌هاي اخير، در برخي از كشور‌هاي اروپايي و آسيايي (خصوصا ژاپن و سنگاپور) به دليل كمبود زمين براي دفن لجن توليدي و قوانين سخت براي كاربرد كشاورزي، سوزاندن لجن به عنوان يك راه‌حل مناسب براي دفع لجن مطرح شده است و با توجه به شرايط محيطي كشور ما و عدم انجام درست فرايند‌هاي تثبيت، روش سوزاندن لجن مي‌تواند به عنوان راهكاري مناسب براي مديريت لجن به شمار رود. در خصوص خاكستر لجن تصفيه‌خانه‌هاي فاضلاب تحقيقات زيادي صورت گرفته است، آناليزXRD  و XRF خاکستر لجن نشان داد که بيش از 50 درصد وزن خاکستر خشك باقي مانده از مواد سيليسي تشكيل شده که اين مقدار سيليس به لحاظ ساخت بتن، لجن را به ماده‌اي مناسب تبديل مي‌كند. جدول (1) آناليزXRD  لجن سوزانده شده را نشان مي­دهد[7].

 

 

اجزا	درصد محتوا در خاکستر لجن	محدوده مجاز موادطبق استاندارد ایران
SiO2	60-30	حداقل 20
Al2O3	16-8	حداکثر 6
CaO	15-5	فاقد محدودیت
Fe2O3	20-12	حداکثر 6
MgO	3-1	حداکثر 5
P2O5	6-2	محدودیت اختیاری
SO3	8-4	حداکثر 3
K2O	2-1	محدودیت اختیاری
Na2O	2-1	محدودیت اختیاری
Heavy metal	0.02x ≤	فاقد استاندارد

جدول  1: محدوده اجزای موجود در خاکستر لجن و استاندارد شماره 389 ایران

 

نتايج حاصل از اين تحقيقات نشان داده كه امكان استفاده از اين ضايعات در مصالح ساختماني وجود دارد. در ايران، مكنون با استفاده از خاكستر لجن تصفيه خانه شهرك قدس در بتن نشان داد كه با جايگزيني خاكستر لجن به جاي سيمان افت شديدي در مقاومت فشاري رخ نمي‌دهد و جمشيدي در سال 88 نشان داد مصرف تا 10 درصد لجن خشك در سيمان، كاهش قابل اغماض مقاومت فشاري را در پي دارد، با این وجود استفاده از آن در ساخت بتن­هايي كه نياز به رده‌هاي مقاومتي بالا ندارند، بلامانع مي‌باشد [2]. نمودار (1) تغییرات مقاومت فشاری بتن را با درصدهای اختلاط لجن نشان می­دهد[4].

 

نمودار 1: تغییرات مقاومت فشاری بتن در درصدهای اختلاطی لجن

 

4. استفاده از لجن تصفیه خانه ­ها در سد سازی

از جمله سازه‌هايي كه در ساخت آنها از بتن ريزي حجيم استفاده مي­گردد سد‌هاي بتني وزني مي‌باشد. سد‌هاي بتني وزني برخلاف سد‌هاي بتني قوسي به بتن با رده مقاومتي بالا نیاز ندارند و حجم بتن مصرفي درسدهاي بتني قوسي در مقايسه با سد وزني در حدود 50% كمتر مي­باشد. سدهاي بتني وزني سازه­اي تقريبا صلب و سنگين مي­باشند كه توسط وزن خود در مقابل نيروهاي وارده مقاومت مي­كنند و در محل‌هايي كه داراي پي مستحكم باشند احداث مي­شوند. جدول (2) مشخصات بتن مصرفی و مقاومت مجاز مورد استفاده در ساخت سدهای بتنی وزنی آورده شده است.( به­طور متوسط چگالی بتن با اختلاط 10 درصد لجن حدود 2- 1/2 می­باشد.)

 

وزن مخصوص بتن مصرفی (kg/m3)	2100	2200	2300	2400	2500
مقاومت مجاز بتن در سد بتنی کوتاه(kg/cm2)	21	22	23	24	25
مقاومت مجاز بتن در سد بتنی بلند(kg/cm2)	23	02/24	3/25	4/26	3/27

جدول  2: مشخصات بتن مصرفی در ساخت سدهای بتنی وزنی

 

در ادامه به معرفی چند نمونه از جديدترين سد‌هاي وزني كه بعد از سال 1380 در كشور ساخته شده است می­پردازیم.

سد جگين: به عنوان اولين سد مخزني بتني غلتكي (RCC) كشور در سال 1380 در شمال شرق بندر جاسك در منطقه بشاگرد و در بهمن ماه سال 1385 با هدف تامين آب شرب شهر جاسك به ميزان 91/2 ميليون مترمكعب در سال، آبياري 4500 هكتار اراضي پائين دست به ميزان 6/55 ميليون مترمكعب در سال به بهره برداري رسيده است. جدول (3) برخي از مشخصات سد بتنی وزنی غلتکی جگین آورده شده است.

 

تراز تاج	153 متر	ارتفاع از پي	78متر
تراز نرمال	4/140 متر	طول تاج	260 متر
عرض تاج	6 متر	تراز كف رودخانه	5/87 متر
ارتفاع از كف	68 متر	عرض پي	63 متر
حجم بتن ريزي	330000 متر مكعب

جدول  3: مشخصات سد بتنی وزنی غلتکی جگین

 

سد كوثر: اين سد در استان كهگيلويه وبويراحمد و در 42 كيلومتري شهر بهبهان استان خوزستان قرار دارد. حوضه آبريز رودخانه تا محل سد 2429 كيلومتر مربع، متوسط بارندگي 638 ميلي متر و متوسط دبي ساليانه در محل سد 690 ميليون متر مكعب در سال است. برخي از مشخصات این سد در جدول (4) آورده شده است.

 

تراز تاج	638 متر	ارتفاع از پي	144متر
تراز نرمال	4/625 متر	تراز كف رودخانه	500 متر
عرض رودخانه	6-8 متر	حجم بتن ريزي	400000 متر مكعب

جدول  4:مشخصات سد بتنی وزنی کوثر

 

سد اكباتان: اين سد از نوع بتني وزني پايه دار و در همدان واقع شده، ساخت سد در سال 1342 انجام گرفته ولي طرح افزايش ارتفاع سد در سال 1385 به اجرا در آمده است. برخی از مشخصات مربوط به این سد در جدول (5) آمده است.

 

مشخصات	واحد	سد قدیم	سد جدید	افزایش
ارتفاع	متر	54	79	25
طول تاج	متر	286	637	351
سطح مخزن	هکتار	65	175	110
حجم مخزن	میلیون مترمکعب	8	2/40	2/32
حجم تنظیم مخزن	میلیون مترمکعب	17	1/43	1/26

 جدول  5: تغییرات سد ایجاد شده در اثر افزایش ارتفاع سد

 

محاسبه ميزان توليد لجن در تصفيه خانه‌هاي فاضلاب نزدیک به سدهای مورد مطالعه (شهرهای همدان، ياسوج  و بندر عباس)

با توجه به اینکه سیمان مورد استفاده در هر سد بایستی از نزدیکترین کارخانه سیمان تهیه شود، در این تحقیق نزدیکترین تصفيه‌خانه ها به محل سدهای مورد مطالعه برای تهیه لجن مورد نیاز در نظر گرفته می­شود. بدین منظور، نزدیکترین تصفيه‌خانه ها به هر کدام از سدهای مورد مطالعه جهت امکان سنجی پروژه، در ادامه بررسی می­شوند.

تصفيه خانه بندر عباس: در حال حاضر فقط مدول یک تصفیه خانه بندرعباس مورد بهره‌برداري قرار گرفته و 58 هزار مشترک با جمعیت 240 هزار نفر از خدمات این شبکه برخوردار شده­اند (مدول یک تصفیه خانه فاضلاب شهر بندرعباس برای 320 هزار نفر با دبی 117 هزار و 504 متر مکعب در شبانه روز طراحی و احداث شده است).

تصفيه‌خانه همدان: اين تصفيه خانه كه به روش لجن فعال كار مي­كند داراي دو مدول با ظرفيت 250000 نفر مي­باشد و  471000 نفر جمعيت تحت پوشش اين تصفيه‌خانه مي‌باشند.

تصفيه خانه ياسوج: تصفيه خانه ياسوج با سه مدول 200000 نفر از مردم اين شهر را تحت پوشش خود در آورده است.

در جدول (6) ميزان توليد لجن در تصفيه‌خانه‌هاي فاضلاب اين شهرها  آورده شده است.

 

نام شهر	جمعيت تحت پوشش(نفر)	ميزان فاضلاب توليدي(m3/d)	لجن خشك توليدي روزانه(kg)
همدان	471،000	32،663،850	10،314
ياسوج	200،000	13،870،000	4،380
بندر عباس	240،000	16،644،000	5،256

جدول  6: ميزان توليد لجن در تصفيه‌خانه‌هاي فاضلاب شهرهای مورد مطالعه

5.بررسی اقتصادی

بررسی فنی و اقتصادی در اجرای پروژه‌ها نقش ارزنده‌ای داشته و این به منزله راهنمای مسیر اجرای هر طرح اقتصادی در طول حیات آن است. چنانچه توجیه اقتصادی بدرستی انجام نشود وضعیت طرح مبهم و اجرای آن نیز دچار سردرگمی خواهد شد[6].

پارامترهای اساسی در ارزیابی یک پروژه اجرایی در سالهای متوالی عمر آن شامل سطح فعالیت، هزینه‌های جاری سالیانه، هزینه‌های سرمایه گذاری ثابت (نقد رفته) که به صورت هزینه‌های استهلاک سالیانه وارد می‌شود، استهلاک، کل هزینه‌های تولید، کل درآمد، سود ناخالص، مالیات، سود خالص، نقد رسیده و جریان نقدینگی می‌باشند. چنانچه این عوامل به صورت واقعی ارزیابی نشوند، توجیه اقتصادی مفهوم واقعی پیدا نخواهد کرد. ارزش زمانی پول به عنوان عاملی مهم در تار و پود کلیه پارامترها در مدت عمر پروژه تنیده شده است و مقادیر پارامترهای مورد بررسی وقتی مصداق واقعی پیدا می‌کنند که بر این اساس ارزیابی شوند[6].

از قبل می‌دانیم که تثبیت لجن شامل مراحل تغلیظ، آمایش، آبگیری مکانیکی، آبگیری غیر مکانیکی، خشک کردن و بازیافت لجن است. در اکثر تصفیه خانه‌های کشور مراحل تغلیظ ثقلی، هضم و آبگیری مکانیکی توسط فیلتر فشاری انجام می‌گیرد. لجن قابل استفاده در بتن ریزی بایستی مراحل دیگری از تصفیه را بگذراند که شامل: آبگیری غیر مکانیکی و خشک کردن است. بنابراین هزینه‌های مربوط به آبگیری غیر مکانیکی و خشک کردن جزء هزینه‌های این پروژه به حساب می‌آیند و در مقابل، هزینه‌های مراحل قبلی به عهده تصفیه خانه است و در محاسبات ما نمی‌آیند. در محاسبات اقتصادی که در ادامه می‌آید، از ذکر موارد هزینه‌های مشترک در هر دو حالت استفاده از سیمان و لجن تصفیه خانه صرفنظر شده است.

در جدول (7) عناوین سرمایه گذاری ثابت و مقادیر آن‌ها آورده شده است.

 

ردیف	عنوان سرمایه گذاری	تعداد	قیمت واحد (ریال)	قیمت کل (ریال)
1	زمین	یک قطعه 500 متری	500،000	250،000،000
2	ساختمان	زیر بنای 100 متر مربع	5،000،000	500،000،000
3	خشک کن	1 عدد	100،000،000	100،000،000
4	مخزن سوخت خشک کن	1 عدد	5،000،000	5،000،000
	جمع			855،000،000

جدول  7:هزینه‌های ثابت

 

هزینه‌های جاری این طرح شامل موارد زیر است:

هزینه مواد اولیه: در این طرح مواد اولیه همان لجن خروجی از تصفیه خانه است که  پولی برای آن پرداخت نمی‌شود.

هزینه‌های پرسنلی: سه نفر اپراتور که در سه شیفت کاری در شبانه روز در محل خشک کن حضور داشته باشند. سالانه 14 ماه حقوق (دو ماه عیدی و پاداش) و افزایش حقوق سالانه آنها به میزان نرخ تورم سالانه خواهد بود. حقوق در نظر گرفته شده برای هر کدام 6 میلیون ریال در ماه است.

سوخت ماشین آلات و روغن: سوخت تجهیزات خشک کنی که گازوئیل است.

خرید لوازم و ابزار مصرفی: خرید قطعات یدکی تجهیزات خشک کنی

تعمیر و نگهداری تجهیزات: تعمیر و نگهداری کوره که به صورت 10% قیمت خرید کوره محاسبه می‌شود و این مبلغ سالانه به اندازه نرخ تورم افزایش می‌یابد.

جدول (8) ارقام مربوط به هزینه‌های جاری را نشان می‌دهد.

 

ردیف	عنوان هزینه	هزینه سالانه (ریال)
1	هزینه‌های پرسنلی	252،000،000
2	هزینه سوخت	10،000،000
3	خرید قطعات یدکی	5،000،000
4	هزینه‌های تعمیر و نگهداری	10،000،000
5	هزینه مواد اولیه	0
	جمع	277،000،000

جدول  8:هزینه‌های جاری

 

در این تحقیق بطور موردی سدهای کوثر، جگین و اکباتان که نمونه هایی از سدهای وزنی در ایران هستند مطالعه می‌شوند که حجم بتن بکار رفته در آن­ها به ترتیب 4/0، 33/0 و 41/0 میلیون متر مکعب می­باشد. با توجه به اینکه متوسط سیمان مورد استفاده در هر متر مکعب سدهای وزنی حدود 220 کیلوگرم است، محاسبات هزینه سیمان مصرفی در این پروژه‌ها به صورت زیر خواهد بود:

همانطور که قبلا اشاره شد، استفاده بهینه از لجن بجای سیمان در سدهای وزنی تا 10 درصد است. بنابراین استفاده از لجن مصرف سیمان را 10 درصد کم می‌کند. عمر کل پروژه بتن ریزی هر کدام از سدها را 2 سال در نظر می‌گیریم (با اینکه در کشور ما برای سدی با این حجم بتن ریزی، این زمان معمولاَ بیشتر از دو سال است). قیمت هر تن سیمان 485 هزار ریال در نظر گرفته می‌شود. با این شرایط، هزینه‌های سیمان صرفه جویی شده در پروژه‌های مورد نظر در جدول (9) آمده است. لازم به ذکر است که در فرآیند تولید هر تن سیمان، یک تن دی اکسید کربن وارد محیط زیست می­شود و بیش از ۱۲۵ لیتر سوخت فسیلی (مازوت و یا گاز طبیعی) در کنار ۱۱۰ کیلو وات ساعت برق مصرف می شود. بنابراین ضرورت حداکثر بهره وری از این عنصر در اولویت برنامه ریزی کشورهای توسعه یافته قرار دارد. ما در این تحقیق، از هزینه های مربوط به حذف آلاینده های تولیدی توسط سیمان چشم پوشی می­کنیم.

 

نام سد	میزان کل سیمان بکار رفته در هر سال (تن)	میزان سیمان قابل صرفه جویی در هر سال (تن)	میزان هزینه قابل صرفه جویی در هر سال (ریال)
کوثر	44،000	4،400	2،134،000،000
جگین	36،300	3،630	1،760،550،000
اکباتان	45،100	4،510	2،187،350،000

جدول  9:محاسبات مربوط به سیمان

 

با در نظر گرفتن نرخ تورم 20 درصد و طول عمر 2 سال برای پروژه، جدول نقدینگی پروژه سد کوثر به صورت جدول (10) است.

سال	سرمایه گذاری	هزینه (-)	درآمد حاصل از صرفه جویی (+)	جریان نقدینگی
سال اول	855،000،000	277،000،000	2،134،000،000	1،002،000،000+
سال دوم	-	332،400،000	2،560،800،000	2،228،400،000+

جدول  10:جدول نقدینگی پروژه

 

 محاسبه ارزش فعلی خالص طرح برای سد کوثر به صورت زیر است:

(4)

با انجام محاسبات مربوط به جدول نقدینگی برای دو سد دیگر، ارزش فعلی خالص مربوطه به همین ترتیب خواهد بود:

سد جگین:

(5)

سد اکباتان:

(6)

اعداد بکار رفته در فرمول­های بالا بر حسب ریال می‌باشد، با توجه به ارزش زمانی پول، ارزش فعلی خالص این پروژه در سه سد کوثر، جگین و اکباتان به ترتیب بیش از 85/2، 11/2 و 96/2 میلیارد ریال خواهد بود. سرمایه گذاری انجام شده در این پروژه نیز قبل از پایان سال اول برگردانده می­شود.

 

6. نتایج و پیشنهادات

استفاده تا 10% از خاکستر لجن در ساختار بتن کاهش قابل توجهی در مقاومت بتن بوجود نمی­آورد.

بتن تولیدی با استفاده از لجن تصفيه‌خانه در سازه هایی که نیاز به رده مقاومتی بالایی ندارند، مانند سدهای بتنی وزنی، قابل استفاده است.

در فرآیند تولید هر تن سیمان، یک تن دی اکسید کربن وارد محیط زیست می­شود که با صرفه­جویی بیش از 25 هزار تن سیمان در ساخت سدهای مورد مطالعه، به همین میزان تولید گاز دی اکسید کربن را کاهش خواهیم داد.

استفاده از لجن تصفيه‌خانه در سد سازی، ارزش فعلی خالص مثبتی به همراه خواهد داشت و کاملاَ اقتصادی است بطوریکه برای سدهای اکباتان، کوثر و جگین که در این تحقیق مورد مطالعه قرار گرفتند، به ترتیب بیش از 96/2، 85/2 و 11/2 میلیارد ریال خواهد بود.

سرمایه گذاری ثابت لازم برای انجام این طرح 855 میلیون ریال است که در کمتر از یک سال برگردانده می­شود.

بتن غلتكي يك بتن خشك با اسلامپ صفر مي‌باشد كه بوسيله‌ي غلتك متراكم مي‌شود.

 برابر آمارهای ارایه شده بیش از ۵/۸ درصد گازهای گلخانه ای جهان ناشی از تولید بیش از یک هزار و ۸۰۰ میلیون تن سیمان است.

  پیشنهاد می‌کنیم محصول آب بندی بتن را هم بررسی کنید.

7. مراجع

[1] آماده سازی لجن حاصل از تصفیه­ فاضلاب شهری برای مصارف کشاورزی، نشریه شماره 220-الف، 1388

[2] جمشیدی، امیر؛ امکان سنجی استفاده از لجن خشک تصفیه خانه فاضلاب در مصالح سنگی بتنی، سومین همایش ملی آب و فاضلاب، 1388

[3] فرزادکیا، مهدی؛ بررسی وضعیت تثبیت و قابلیت استفاده مجدد لجن در چهار تصفيه‌خانه فاضلاب شهر تهران، مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی و خدمات درمانی همدان، 1381

[4] مکنون، رضا؛ تاثیر جایگزینی خاکستر لجن تصفيه‌خانه فاضلاب به جای سیمان بر  مقاومت فشاری بتن، 1385

[5] مکنون، رضا؛ بررسی امکان استفاده از لجن خشک شده تصفيه‌خانه های فاضلاب شهر تهران در کشاورزی، مجله علوم محیطی، 1386

[6] مومیوند، حسن؛ روش واقعی بررسی فنی و اقتصادی پروژه های معدنی، مجموعه مقالات اولین کنفرانس معادن روباز ایران، کرمان، 1380

[7] c.m.a.fontes,r.d.toledo filho; potentiality of sewage sludge ash as mineral additive in cement mortar and high performance concrete, 2004

 

 Technical and Economical Evaluation 

of Ash Sludge Usage in Dam Construction

1. Ijadpanah¹, A. Khodadadi², F. Khodayari³,A. Mirebrahimi⁴
2. M.Sc student, Department of mining Engineering, The University tarbiat modares
3. Assistant Professor, Department of mining Engineering, The University of tarbiat modares
4. M.Sc student, Department of mining Engineering, The University tarbiat modares
5. M.Sc student, Department of civil Engineering, The University tarbiat modares

ABSTRACT

In the next years, 40 million tons of cement will be produce in our country and the related concrete of that is about 120 million cubic meters that this value of concrete  will be mainly use in construction of dams, power plants, sewages  and ,Oil installations, bridges, housing and other construction. About 40 thousand billion Rials, the equivalent of 20 percent of the country's development budget, is invested  in water sector  per year. So, between 15 to 20 percent of cement in our country is  consumed in water sector  and therefore these two industries closely are  together and  determining. Our country  with annual production of 3.9 billion cubic meters of sewage and regard to increasing number of treatment plant, resulting in high volume production of sludge, like other countries in the future, we will encounter with the problem of sludge management. Regarding to this problem, efficient use of these wastes has a special importance. One approach of consumption of  the sludge is using that in concrete. One of the Structures that need to have high cement, is gravity dams.

Average cement used per cubic meter in gravity dams  is about 220 kilograms. In this study, application of sewage sludge treatment plant ash in concrete of gravity dams  were evaluated, according to the price of cement, volume of concrete, transportation and disposal cost  of stabilized sludge and other economic factors, 3 dams in Iran were studied. Results showed that the use of sludge not require high initial investment, the payback period is less than a year and its net present value is significantly positive.

Key Words

Concrete, Technical and Economical Evaluation , Cement, Dam, Net Present Value 

 Net Present Value