بررسی افزایش پایداری تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری با شاخص اکو-بهره‌وری: مثال موردی شهر مشهد

نوع مقاله: مطالعه موردی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی سیستم‌های انرژی، گروه مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشکده مهندسی انرژی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 کارشناس شرکت آب و فاضلاب مشهد، مشهد، ایران

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی سیستم‌های انرژی، گروه مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشکده مهندسی انرژی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشکده مهندسی انرژی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

تصفیه‌خانه‌های فاضلاب به‌منظور انجام عملیات تصفیه و دفع آلودگی‌ها در کنار سرمایه‌گذاری اولیه، نیازمند مصرف مواد و انرژی و نیروی انسانی هستند. در پژوهش حاضر با استفاده از شاخص اکو-بهره‌وری به ارزیابی‌ جنبه‌های اقتصادی و محیط زیستی تصفیه‌خانه‌های فاضلاب التیمور و خین‌عرب پرداخته شد. نتایج نشان داد که مقدار شاخص اکو-بهره‌وری تصفیه‌خانه خین‌عرب برپایه مقدار بار آلی و مواد مغذی حذف شده و همچنین اثرات محیط زیستی چرخه عمر بزرگ‌تر از تصفیه‌خانه التیمور است. به‌منظور بهبود پایداری، سه سناریوی احداث واحد تولید کمپوست کشاورزی، کاهش مصرف انرژی و کاهش کلرزنی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که اگر بار آلی و یا مواد مغذی حذف شده به‌عنوان شاخص محیط زیستی انتخاب شود، سناریوی اول با شاخص اکو-بهره‌وری 09/0 و 14/0 میلیون ریال بر بار آلی حذف شده و یا 22/1 و 48/1 میلیون ریال بر مواد مغذی حذف شده، به‌ترتیب برای تصفیه‌خانه‌های التیمور و خین‌عرب، مناسب‌ترین گزینه است. همچنین اگر شاخص اکو-بهره‌وری با اثرات محیط زیستی چرخه عمر مورد توجه قرار گیرد، سناریوی دوم با شاخص اکو-بهره‌وری 103×44/2 و 103×90/2 میلیون ریال بر شاخص اثرات محیط زیستی چرخه عمر به‌ترتیب برای تصفیه‌خانه‌های‌ التیمور و خین‌عرب بهترین گزینه است. این مطالعه نشان می‌دهد که تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، نه تنها از منظر محیط‌زیستی، بلکه باید از دیدگاه اقتصادی نیز مورد توجه قرار بگیرند؛ در نتیجه، به‌منظور ارائه یک تحلیل و تجزیه جامع از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، این دو جنبه باید با یکدیگر در نظر گرفته شوند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the Sustainability Improvement of Municipal Wastewater Treatment Plants using the eco-Efficiency Index: Case Study Mashhad

نویسندگان [English]

  • Sadegh Alizadeh 1
  • Hamid Zafari Koloukhi 2
  • Masoud Rouhbakhsh 2
  • Fatemeh Rostami 3
  • Akram Avami 4
1 MSc. Student, Energy Systems Engineering Group, Dept. of Energy Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
2 Expert, Mashhad Water and Wastewater Company, Mashhad, Iran
3 Former Graduate Student, Energy Systems Engineering Group, Dept. of Energy Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
4 Assist. Prof., Energy Systems Engineering Group, Dept. of Energy Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Wastewater treatment plants require the use of materials and energy, manpower, and initial investment to carry out the treatment and disposal of contaminants. In the present study, the economic and environmental aspects of Al-Teymour and KhinArab wastewater treatment plants have been evaluated using the eco-efficiency index. The results represent that the eco-efficiency index of KhinArab treatment plant based on the removed organic matter and nutrients, as well as the environmental impacts of the life cycle is greater than Al-Teymour treatment plant. In order to improve sustainability, three scenarios are analyzed including the construction of composting unit, reduction of energy consumption, and reduction of chlorination. The results show that if the removed organic load or nutrients are selected as the environmental index, the first scenario with the eco-efficiency index of 0.09 and 0.14 million Rials per the removed organic load or 1.22 and 1.48 million Rials per the removed nutrients, it is the most suitable option for Al-Teymour and KhinArab treatment plants, respectively. In addition, if the eco-efficiency index based on life cycle environmental impacts is considered, the second scenario is the best option with eco-efficiency index of 2.44×103 and 2.90×103 million Rials per the environment impact index of the life cycle for Al-Teymour and KhinArab treatment plants, respectively. This study represents that the WWTPs should be considered not only from an environmental viewpoint but also from an economic viewpoint; as a result, in order to provide a comprehensive analysis of the WWTPs, these two aspects should be considered together.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sustainability
  • Wastewater
  • Treatment Plant
  • Eco-efficiency
Ahluwalia, M. B. 2017. The business of pricing carbon: how companies are pricing carbon to mitigate risks and prepare for a low-carbon future. Center for Climate and Energy Solutions, Arlington, VA.

Alidadi, H. & Mohebrad, B. 2006. The fertilizer value evaluation of compost from municipal sewage sludge. 9th National Congress On Environmental Health. Isfahan university of medical sciences, Isfahan, Iran. (In Persian).

Ceyhan, V., Akça, İ., Kızılkaya, R., Veselova, A. & Novikova, K. 2015. The financial feasibility of hazelnut husk and sewage sludge based vermicompost production. Eurasian Journal of Soil Science, 4, 259-265.

Dong, X., Zhang, X. & Zeng, S. 2017. Measuring and explaining eco-efficiencies of wastewater treatment plants in China: an uncertainty analysis perspective. Water Research, 112, 195-207.

El-Gohary, F. & Tawfik, A. 2009. Decolorization and COD reduction of disperse and reactive dyes wastewater using chemical-coagulation followed by sequential batch reactor (SBR) process. Desalination, 249, 1159-1164.

Goedkoop, M., Oele, M., Leitjing, J., Ponsioen, T. & Meijer, E. 2013. Introduction to LCA, SimaPro. The Netherlands.

Haslinger, J., Lindtner, S. & Krampe, J. 2016. Operating costs and energy demand of wastewater treatment plants in Austria: benchmarking results of the last 10 years. Water Science and Technology, 74, 2620-2626.

Hayati, A., Moradzadeh, R. & Keshavarz, S. 2016. The potentials and limitations assessment of using the effluent of Bushehr wastewater treatment plant in agriculture and proposing the type of cultivation. 2nd Conference on Environmental Science, Engineering & Technologies. Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, (In Persian).

HernáNdez-Sancho, F., Lamizana-Diallo, B., Mateo-Sagasta, J. & Qadir, M. 2015. Economic valuation of wastewater : the cost of action and the cost of no action, Nairobi, UNEP.

Jalilzadeh Yengejeh, R., Davideh, K. & Baqeri, A. 2014. Cost/benefit evaluation of wastewater treatment plant types (SBR, MLE, oxidation ditch), case study: Khouzestan, Iran. Bull Environ. Pharmacol. Life Sci., 4, 55-60.

Lorenzo-Toja, Y., Vázquez-Rowe, I., Amores, M. J., Termes-Rifé, M., Marín-Navarro, D., Moreira, M. T., et al. 2016. Benchmarking wastewater treatment plants under an eco-efficiency perspective. Science of the Total Environment, 566, 468-479.

Lorenzo-Toja, Y., Vázquez-Rowe, I., Chenel, S., Marín-Navarro, D., Moreira, M. T. & Feijoo, G. 2015. Eco-efficiency analysis of Spanish WWTPs using the LCA+ DEA method. Water Research, 68, 651-666.

Lorenzo-Toja, Y., Vázquez-Rowe, I., Marín-Navarro, D., Crujeiras, R. M., Moreira, M. T. & Feijoo, G. 2017. Dynamic environmental efficiency assessment for wastewater treatment plants. The International Journal of Life Cycle Assessment, 23, 357-367.

Majed, V. & Golzary-Ghalejoughi, S. 2016. Economic and environmental analysis of wastewater collecting and treatment. Journal of Water and Sustainable Development, 3, 83-92. (In Persian).

Mobarez, M. 2017. Prioritizing the requirements of civil defense in the design and implementation of wastewater treatment facilities based on the Analytic Hierarchy Process (AHP): case study wastewater treatment plant Gulbahar. The degree of Master of Science, Khavaran Institute of Higher Education, Mashhad, Iran. (In Persian).

Molinos-Senante, M., Gémar, G., Gómez, T., Caballero, R. & Sala-Garrido, R. 2016. Eco-efficiency assessment of wastewater treatment plants using a weighted Russell directional distance model. Journal of Cleaner Production, 137, 1066-1075.

Piao, W., Kim, Y., Kim, H., Kim, M. & Kim, C. 2016. Life cycle assessment and economic efficiency analysis of integrated management of wastewater treatment plants. Journal of Cleaner Production, 113, 325-337.

Pirnie, M. 2010. Water and wastewater energy managment, best practice handbook, New York State Energy Reaserch & Development Authoriy.

Robert, L. N., Bodo, P. & Vyhnanek, R. 2003. Task force for the implementation of the environmental action programme for Central and Eastern Europe (EPA). The Regional Environmental Center for Central and Eastern Europe, Tbilisi, Georgia.

Statistical Center of Iran. 2019. Available: www.amar.org.ir (Accessed 2019-02-03).

Tolba, M. K. 2001. Our fragile world : challenges and opportunities for sustainable development, Oxford, UK, Eolss Publishers.

Yu, Y., Chen, D., Zhu, B. & Hu, S. 2013. Eco-efficiency trends in China, 1978-2010: decoupling environmental pressure from economic growth. Ecological Indicators, 24, 177-184.