اجرای طرح آبیاری قطره‌ای و تولید آب صنعتی از پساب مازاد کارخانه

با نگاه به آینده به منظور کوشیدن در جهت حفظ منابع آب شیرین به عنوان داشته‌هایی بسیار ارزشمند که هر گونه قصوری در پاسداشت آن می‌تواند لطمات غیر قابل جبرانی به شهر، استان و وطن عزیزمان وارد سازد، مطالعه و بررسی طرحی به منظور صرفه جویی در مصرف آب کارخانه که علاوه بر حفظ فضای سبز فعلی کارخانه و مصرف کمتر آب خام استحصالی از چاه‌های آب شرکت، بازچرخانی آب فاضلاب و تولید آب صنعتی به عنوان آبی با کیفیت بالا را نیز در پی داشته باشد در دستور کار قرار گرفت. مجموع انواع پساب تولیدی مجتمع حدود 330000m3 در سال است، این حجم پساب پس از تصفیه با استاندارد آب کشاورزی و تحت پایش سازمان حفاظت از محیط زیست به منظور آبیاری درختان مجتمع مورد استفاده قرار می‌گیرد. با اعمال شیوه آبیاری قطره‌ای حدود 25% حجم آب صرفه‌جویی شد و نتیجه آن شد که در سال حدود 82000mپساب تصفیه شده مازاد در سیستم وجود داشت. این پساب به منظور اصلاح مورد استفاده قرار گرفت. از این حجم آب حدود m3 51000 آب با کیفیت بالا جهت مصارف صنعتی از روش اسمز معکوس (RO) تولید گردید.

مقدمه

کشور عزیزمان ایران جزو ۲۰ کشور اول از لحاظ سرانه مصرف منابع آب و انرژی در جهان است و پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۵۰، با جمعیتی حدود ۱۱۷ میلیون نفر و سرانه منابع آب تجدیدپذیر کمتر از ۱۰۰۰ مترمکعب با کم آبی مزمن روبرو شود و این در حالی است که سرانه کمتر از ۵۰۰ مترمکعب به ازای هر نفر کم آبی مطلق محسوب می‌شود. باید در نظر داشت که در همین زمان (سال2050 ) منابع آبی، عامل اصلی محدود کننده توسعه و بهداشت برای جوامع انسانی خواهند بود.

در صورتی که نحوه مدیریت منابع آب به صورت فعلی ادامه یابد، با ادامه روند کنونی تا 15سال دیگر تمامی آبخوان‌های کشور نابود خواهند شد. نیاکان ما به عنوان ساکنان قدیم این کهن سرزمین قدردان آب به عنوان نعمتی غیرقابل جایگزین بودند و با اندیشیدن تمهیداتی و ایجاد ساختارهایی مانند قنات در پی تدبیراندیشی برای استفاده بهینه از منابع آب برآمدند، سیستم استخراج آب قنات به گونه‌ای است که نمی‌توان بیش از ظرفیت آبخوان از آن آب برداشت کرد.

در شرایط فعلی به دلیل قیمت نازل و ارزش پائین آب در کشور و لحاظ نکردن ارزش ذاتی آب، مصرف‌کنندگان انگیزه ای برای بازچرخانی آب ندارند، به عنوان مثال هزینه تمام شده تولید هر مترمکعب آب‌آشامیدنی در کشور هم‌اکنون حدود ۱۵۰0۰ ریال برآورد می‌شود و این در حالی‌ است که به قیمت حدود ۵۰0۰ تا ۶۰0۰ ریال به فروش می‌رسد، این امر خود به تنهایی سرمایه‌گذاری در زمینه تصفیه آب و استفاده مجدد از آن را زیان‌ده ساخته است.

80 درصد از میزان آب مصرفی تبدیل به فاضلاب می‌شود، این مساله به عنوان یک فرصت به شمار می‌رود و می‌توان با تصفیه مناسب این فاضلاب، تا حدی بحران آب را مدیریت کرد. مدیریت صحیح پساب از الزامات برون رفت از وضعیت خشکسالی است.

با توجه به مطالب بیان شده اینگونه به نظر می‌رسد که کشور نیازمند تحولی بنیادین در حوزه مدیریت آب است و اگر برنامه‌های سازگاری با کم آبی به نحوی در دست تدوین قرار گیرد که هدف آن دست یابی به یک برنامه‌ای منسجم جهت مدیریت بهتر منابع آب و ایجاد سازوکاری مناسب برای ایجاد ضمانت اجرای برنامه‌های مدون باشد، دور از انتظار نیست که برایند این مهندسی منابع آب، رسیدن به یک وضعیت پایدار برای حفظ منابع فعلی آب‌های سطحی و زیر زمینی باشد.

 

آبیاری قطره‌ای

آبیاری قطره‌ای (Drip irrigation) عبارت است از روشی که در آن آب با فشار کم از روزنه یا نازلی به نام قطره چکان از شبکه لوله‌کشی خارج و به صورت قطراتی در پای گیاه ریخته می‌شود. گاهی این نوع آبیاری را آبیاری موضعی نیز می‌نامند. تفاوت این نوع آبیاری با انواع دیگر آبیاری در این است که در این سیستم مانند آبیارى میکرو تنها یک نقطه یا مساحت بسیار محدودى از مزرعه آبیارى مى‌شود. در آبیارى میکرو تنها قسمت کوچکى از سطح زمین آبیارى مى‌شود و فواره‌هاى کوچک و یا وسایل دیگرى مانند میکروجت در نزدیکى سطح خاک قرار مى‌گیرد تا آب در فضاى کوچکى پخش شود. اصول طراحى آبیارى میکرو و آبیارى قطره‌اى تا اندازه‌اى مشابه یکدیگرند. روش آبیارى قطره‌اى در دهه پنجاه خورشیدی ترویج شد، در این نوع سیستم، آب در نزدیکى منطقه توسعه ریشه‌ها به زمین داده مى‌شود تا مساحت کوچکى از سطح خاک خیس شود. آبیاری قطره‌ای در ابتدا براى وضعیتى مانند باغ‌هاى میوه که در آن فاصله درخت‌ها زیاد است طراحى شد و مورد استفاده قرار گرفت و پس از آن که موفقیت خود را در آبیاری درخت‌هاى میوه به اثبات رساند به عنوان روشی مناسب جهت آبیاری در زراعت‌هاى ردیفى هم به‌کار گرفته شد. مهمترین تفاوت آبیارى قطره‌اى با سایر روش‌هاى آبیارى در این است که بین تبخیر- تعرق و مقدرا آبى که به زمین داده مى‌شود در یک دوره محدود ۲۴ تا ۷۲ ساعته توازن برقرار است، این امر باعث مى‌شود تا به سبب محدود بودن  ظرفیت سیستم‌هاى قطره‌اى نیاز آبى گیاه در این دوره به دقت تخمین زده شود.

مزایای آبیاری به روش قطره‌ای

1. راندمان بالای آبیاری
2. کاهش رشد علف های هرز در گلخانه و کاهش هزینه های مبارزه با آن ها
3.  امکان استفاده از برخی سموم و کودها همراه با آب آبیاری
4.  تنظیم آب مورد نیاز بوته ها به تفکیک نوع گیاه و ...
5. اصلی‌ترین مزیت آبیاری قطره ای کاهش مصرف آب و پیامد آن کاهش آب های زیر سطحی است که مشکلات عدیده ای را در مجتمع به وجود آورده است.

نفوذ آب های زیرسطحی به کانال های زیرزمینی از دو جنبه باعث خسارات زیست محیطی می گردد:

• این آب‌ها بدون منشا مشخص در حین عبور  از لایه های سطحی زمین باعث جذب آلاینده‌های سطحی خاک می‌گردند و پس از ورود به کانال تخلیه پساب مجتمع می‌توانند باعث افزایش بعضی پارامترهای آلاینده پساب شوند، با توجه به ظرفیت محدود، واحد خنثی‌سازی و تصفیه‌ پساب صنعتی در پاره‌ای مواقع به علت بالا بودن حجم  پساب ورودی قادر به کاهش این آلاینده‌ها به زیرحد استانداردهای زیست محیطی نمی‌باشد، در این صورت و با مشخص‌شدن بالارفتن غلظت آلاینده‌ها در اندازه‌گیری‌های دوره‌ای انجام شده توسط سازمان حفاظت از محیط زیست، اخطاریه‌ای از سوی آن سازمان  صادر می‌شود و در صورت عدم رفع آلودگی، پرداخت جرایم سنگین زیست محیطی بر شرکت تحمیل خواهد ‌شد، همچنین عدم بررسی مدارک شرکت به عنوان صنعت سبز نیز از تبعات دیگر این مسئله است.
• نشت آب‌های زیرسطحی در پیت‌های واحد نورد و اکستروژن، همچنین کانال های زیرزمینی واحد ذوب باعث بالا رفتن سختی و سایر پارامترهای آب‌های در چرخه مورد استفاده به منظور خنک‌کاری می‌گردد و در تلاش جهت بهبود کیفیت آب، روزانه بایستی میزان قابل توجهی از آب در گردش به صورت زیرآب از سیستم خارج و با آب‌جبرانی با کیفیت مناسب جایگزین گردد که این موضوع خود سبب افزایش مصرف آب در شرایط بحران کم‌آبی و خشکسالی فعلی می‌شود.

مطالعات زیادی نشان داده است که نسبت تولید به ازاء هر واحد آب مصرفى در آبیارى قطره‌اى نسبت به سایر روش‌ها بیشتر است. دلایل زیادى براى این موضوع مى‌توان برشمرد، نخست آن‌که چون در این سیستم، آبیارى به‌طور مداوم و یا به ‌دفعات زیاد صورت مى‌گیرد، رطوبت خاک همواره بالا است و گیاه تحت تنش آبى قرار نمى‌گیرد. دوم این‌که به دلیل محدود بودن سطح آبیارى، رشد علف‌هاى هرز که معمولاً در جذب آب و مواد مورد نیاز جهت فتوسنتز از خاک با گیاه رقابت دارند، صورت نمى‌پذیرد. باید توجه داشت که تمامی بررسی‌ها نشان‌دهنده افزایش محصول به ازاء هر واحد آب مصرفى نیست بلکه برخى مطالعات نیز نشان داده‌اند که در این رابطه تفاوتى بین آبیارى قطره‌اى و سایر روش‌ها وجود ندارد.

 از مزایاى دیگر آبیارى به روش قطره‌اى این است که این روش برای آبیاری زمین‌هایى که با سایر روش‌ها امکان آبیاری ندارند مانند زمین‌های پست و بلند و سنگلاخى نیز می‌تواند به‌کار گرفته شود. مزیت دیگر آبیارى قطره‌اى این است که به دلیل برقرار شدن توازن بین تبخیر-تعرق و مقدار آبیارى، از هدر رفت آب به‌صورت رواناب سطحى یا نفوذ عمقى جلوگیرى مى‌شود و چون فقط محدوده کوچکى از خاک آبیارى مى‌شود از رشد علف‌هاى هرز در نقاطى که آبیارى نمى‌شود جلوگیرى به عمل مى‌آید.

 

سیستم هوشمند آبیاری قطره ای

شاید بتوان گفت مهمترین موضوع در پیاده‌سازی طرح آبیاری قطره ای هوشمندسازی سیستم می باشد. هوشمندسازی آبیاری قطره‌ای به دلیل وجود نگاه سنتی به مبحث آبیاری کاملا مهجور مانده است. اگر یک سیستم آبیاری قطره ای معمولی به یک میزان معلوم در مصرف آب صرفه جویی کند، سیستم هوشمند آبیاری قطره ای به همان اندازه در مصرف آب، انرژی و نیروی کار موثر است، لذا با صرف هزینه اندک در جهت هوشمندسازی سیستم آبیاری قطره‌ای می‌توان سیستم را به حداکثر بهروری رساند.

 

محاسن سیستم هوشمند آبیاری قطره‌ای   

1. این سیستم قابلیت اتصال به انواع سنسور مانند سنسور رطوبت را داراست، نصب این نوع سنسور امکان تنظیم مقدار رطوبت خاک توسط اپراتور را  مقدور می‌سازد، به‌ طوری‌که با کاهش رطوبت خاک سیستم آبیاری فعال شده و  هنگامی که رطوبت خاک به حد مطلوب رسید سیستم غیر فعال می شود.
2. با نصب سنسور باران، در هنگام بارندگی سیستم غیر فعال می شود.
3. بر اساس نوع گیاه، مقدار آب لازم و روزهای آبیاری در دستگاه تعریف می‌شود و آبیاری طبق برنامه‌ریزی صورت می‌گیرد.
4. به دلیل نصب سوییچ فشار (pressure switch) در مواقع غیرآبیاری با کنترل پمپ توسط دستگاه و جلوگیری از کارکرد بی‌دلیل آن، در مصرف جریان برق به‌طور چشمگیری صرفه جویی می شود.
5. امکان کنترل سیستم توسط ریموت کنترل وجود دارد.
6. امکان کنترل دستی سیستم در مواقعی که نیاز به آبیاری بیشتر در بعضی قسمت ها است نیز وجود دارد.
7. امکان نصبmaster valve  جهت کنترل ورودی اصلی به کل سیستم و قطع جریان آب در مواقعی که سیستم غیرفعال می‌باشد.
8. وجود امکان خارج کردن روزهای مختلف از مدار آبیاری برای مکان‌هایی که در روزهای خاصی آب وارد سیستم باغ یا فضای سبز می شود.
9. با توجه به این‌که مقدار نزولات جوی در فصول مختلف سال متفاوت است، تنظیم میزان آبیاری برای فصل‌های مختلف سال با توجه به مقدار بارش و نیاز گیاه تنظیم می‌گردد.
10. اعلام هشدار در مواقعی که مشکلی در سیستم به وجود می آید، به علاوه علت بروز مشکل نیز در صفحه نمایشگر دستگاه درج می‌شود.

معایب سیستم آبیاری قطره‌ای

معایب سیستم آبیاری قطره ای عبارتند از:

1. هزینه اولیه زیاد
2.  گرفتگی و انسداد قطره‌چکان ها در صورت بالابودن سختی آب آبیاری

توجه به دو نکته در طراحى و پیاده‌سازی سیستم‌هاى آبیارى قطره‌اى اهمیت دارد:

1. هزینه سرمایه‌گذارى اولیه جهت اجرای طرح آبیارى قطره‌اى به ‌مراتب بیشتر از سایر روش‌ها است. هنوز آمار و اطلاعات دقیقى از اینکه هزینه‌هاى سرمایه‌گذارى درآبیارى قطره‌اى به چه میزان نسبت به سایر روش‌ها بیشتر است در اختیار نیست، زیرا در اکثر کشورها روش‌هاى آبیارى قطره‌اى با یارانه دولت‌ها طراحى و اجرا مى‌شود و لذا بخش زیادى از هزینه‌ها در نظر گرفته نمى‌شود، حال آنکه اگر یک نفر در بخش خصوصى بخواهد به چنین کارى دست زند مى‌بایست این هزینه‌ها را پرداخت نماید.
2. از آنجایی‌که درآبیارى قطره‌اى بسته به نیاز به هر گیاه آب داده مى‌شود لذا مى‌بایست برآورد نیاز آبیارى با دقت صورت پذیرد و سیستم طورى طراحى شود که شار در قطره چکان‌ها فقط در دامنه بسیار محدودى تغییر کند. بنابراین کاربرد این سیستم تنها در جاهایى توصیه مى‌شود که هزینه‌هاى تسطیح زیاد و یا آنکه مقدرا آب بسیار محدود باشد.

تبدیل آبیاری درختان و گل‌های فضای داخل و پیرامون کارخانه صنایع مس شهید باهنر کرمان از شیوه سنتی به روش قطره‌ای شش میلیارد و یکصد و شصت میلیون ریال هزینه در بر داشت. با توجه به این‌که مساحت فضای سبز مجتمع حدود چهل و چهار هکتار است، اجرای طرح آبیاری قطره‌ای هر هکتار یکصد و چهل میلیون ریال هزینه داشت. هم اکنون در  شش ماهه اول سال روزانه حدود ³m 250 و در شش ماهه دوم  به صورت هفتگی حدود  ³m 250 آب خام جهت آبیاری استفاده می‌شود که در صورت اصلاح مجدد پساب دیگر نیاز به مصرف این حجم آب نیست.

هزینه خریداری لوازم مورد نیاز (لوله، اتصالات، شیر، پمپ و ...)	4680000000 ریال
هزینه اجرای طرح آبیاری قطره‌ای	1380000000 ریال
هزینه حمل و نقل	100000000 ریال
جمع کل هزینه اجرای طرح آبیاری قطره‌ای	6160000000 ریال

 

جمع کل هزینه اجرای طرح آبیاری قطره‌ای	6160000000 ریال
مساحت کل فضای سبز مجتمع	44 هکتار
هزینه اجرای طرح آبیاری قطره‌ای برای هر هکتار	140000000 ریال

 

 

آب‌خام ذخیره شده در شش ماهه اول سال در صورت اصلاح پساب	47000 مترمکعب
آب‌خام ذخیره شده در شش ماهه دوم سال در صورت اصلاح پساب	6500 مترمکعب
مجموع آب‌خام ذخیره شده در طول سال	53500 مترمکعب
هزینه برداشت هر متر مکعب آب‌خام از چاه (آب‌بها+ هزینه برق)	4000 ریال
هزینه صرفه‌جویی‌شده ناشی از مصرف پساب به عنوان جایگزین آب‌خام در آبیاری	214000000 ریال

 

وضعیت پساب تولیدی شرکت

فاضلاب تولید شده در مجتمع سه منبع اصلی دارد:

• پساب تولیدی واحد تصفیه‌خانه آب آشامیدنی (پساب دستگاه RO) باحجم تقریبی m³ 400 در شبانه‌روز
• پساب تولیدی واحد خنثی‌سازی با حجم تقریبی m³ 300 در شبانه‌روز
•  پساب بهداشتی مجتمع با حجم تقریبی m³ 200 در شبانه‌روز

مجموع انواع پساب تولیدی مجتمع حدود m³ 900 در شبانه‌روز است که پس از تصفیه با استاندارد آب کشاورزی و تحت پایش سازمان حفاظت از محیط زیست به منظور آبیاری درختان مجتمع مورد استفاده قرار می‌گیرد. پیش‌بینی می‌شود در صورت امکان آبیاری با شیوه قطره‌ای حدود 25% حجم آب صرفه‌جویی شود که در این‌صورت در شبانه‌روز حدود  m³225 پساب تصفیه شده مازاد در سیستم وجود خواهد داشت که می‌تواند به منظور اصلاح مورد استفاده قرار گیرد، از این حجم آب حدود m³ 140 آب صنعتی توسط دستگاه RO قابل تولید است.

حجم پساب صرفه‌جویی‌شده جایگزین آب‌خام در سیستم  ROدر سال	80400 مترمکعب
هزینه صرفه‌جویی‌شده ناشی از مصرف پساب به عنوان جایگزین آب‌خام در دستگاه RO	321600000 ریال

 

مبلغ صرفه‌جویی شده در مصرف آب‌خام در سال مبلغ پانصد و سی و پنج میلیون و ششصد هزار ریال است.

هزینه صرفه‌جویی‌شده ناشی از مصرف پساب به عنوان جایگزین آب‌خام در آبیاری	214000000 ریال
هزینه صرفه‌جویی‌شده ناشی از مصرف پساب به عنوان جایگزین آب‌خام در دستگاه RO	321600000 ریال
کل هزینه ناشی از صرفه‌جویی صورت گرفته در مصرف آب‌خام در سال	535600000 ریال

ایجاد یک واحد اسمز معکوس به منظور تبدیل پساب مازاد به آب صنعتی

به منظور تصفیه پساب کارخانه، سیستم اسمز معکوس به عنوان روشی به‌روز، نه چندان پیچیده با راهبری کنترل پذیرتر نسبت به دیگر روش‌ها مدنظر قرار گرفت. امروزه توسعه روش‌های پیشرفته تولید غشاهای پلیمری، به‌کارگیری این روش را توجیه‌پذیرتر ساخته است.

هزینه ایجاد یک واحد اسمز معکوس (RO) با ظرفیت m³ 400 خوراک و تولید m³330 آب صنعتی در شبانه‌روز، هفت میلیارد و هشتصد و بیست میلیون ریال برآورد شد که به این مبلغ می‌بایست هزینه برق مصرفی سیستم، هزینه‌های نگهداری شامل تعویض غشا و فیلترها را نیز افزود.

سرمایه‌گذاری اولیه موردنیاز به منظور ایجاد یک واحد RO

7820000000 ریال

 

در صورتی که عمر مفید سیستم RO حدود 15 سال برآورد شود، متوسط هزینه سالیانه تحمیلی ناشی از نصب این سیستم پانصد و بیست و یک میلیون ریال است. کل هزینه سالیانه سیستم RO را می‌توان مجموع متوسط هزینه سالیانه تحمیلی برای نصب سیستم RO، هزینه برق مصرفی سیستم در سال و هزینه سالیانه تعویض ممبران‌ها و فیلترهای سیستم در نظر گرفت. با تمامی این اوصاف کل هزینه سالیانه سیستم RO، یک میلیارد و دویست و بیست و دو میلیون ریال برآورد می‌شود.

 

متوسط سالیانه هزینه صورت گرفته برای احداث یک واحد RO	521000000 ریال
هزینه برق مصرفی سیستم در سال	61000000 ریال
هزینه سالیانه تعویض ممبران‌ها و فیلترهای سیستم RO	640000000 ریال
کل هزینه سالیانه سیستم RO	1222000000 ریال

 

با لحاظ کل هزینه سالیانه سیستم RO، هزینه تولید هر مترمکعب آب صنعتی تولید شده از پساب کارخانه در سال بیست و سه هزار و نهصد ریال خواهد بود.

 

کل هزینه سالیانه سیستم RO	1222000000ریال
پیش‌بینی کل آب صنعتی تولید شده از پساب کارخانه در سال	51100 مترمکعب
هزینه تولید هر مترمکعب آب صنعتی تولید شده از پساب کارخانه در سال	23900 ریال

 

همان‌گونه که قابل ملاحظه می‌باشد هزینه آب صنعتی تولید شده از پساب مازاد کارخانه 96% بیشتر از آب صنعتی تولیدشده از آب‌خام خواهد بود.

 

نتیجه‌گیری

اگر این طرح تنها از این منظر مد نظر قرار می‌گرفت که هزینه زیادی در بردارد و هزینه ریالی به ازا تولید هر متر مکعب آب با توجه به این که در شرایط فعلی آب خام قیمت نازلی دارد، بالاست و بازگشت سرمایه‌گذاری اولیه را طولانی مدت می‌نماید، از نظر اقتصادی توجیه‌ناپذیر بود، اما می‌بایست توجه داشت که آب‌خام هم‌اکنون از منبعی تمام‌شدنی تامین می‌شود و از طرف دیگر با توجه به این‌که هم‌اکنون آب‌خام با قیمتی نازل و غیرواقعی در اختیار شرکت می‌گیرد و در صورتی که قیمت واقعی آب مبنا محاسبه قرار گیرد، تولید آب صنعتی از این طریق توجیه اقتصادی بهتری خواهد داشت. همچنین با توجه به وضعیت آب و هوایی استان کرمان و تداوم و استمرار وضعیت خشکسالی در چند سال اخیر، پیش‌بینی می‌شود در آینده پیش رو معضل کم آبی به کارخانه‌هایی نظیر کارخانه صنایع مس شهید باهنر نیز لطمه زند، لذا با نگاه به آینده توجه ویژه‌ای نسبت به مصرف هرچه کمتر آب به منظور حفظ ذخایر آب و اصلاح و بازچرخانی حداکثری پساب تولیدی مجتمع مبذول شد.