Prioritization of energy recovery technologies from municipal solid waste (Case study of Mashhad)
Subject Areas : Environment and energy
1 - کارشناس ارشد مکانیزاسیون – بازیافت و مدیریت پسماند، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد
Keywords: Energy recovery technology, Analytical Hierarchy Process, waste management,
Abstract :
Thermal energy recovery technologies which used to burn solid urban waste are one of the relatively new and appropriate methods in waste management. Heat and gases are generated by burning waste that can be used to generate energy. In this research, a decision model based on the Analytic Hierarchy Process (AHP) method is Provided to select the best thermochemical system based on three technical, economic and environmental criteria. In this study, waste incineration, gasification, pyrolysis and plasma systems were evaluated. Collection of required information was obtained by reviewing reliable sources and preparing and completing questionnaires. The study area in this study is Mashhad city. The results of this study indicate that among the studied systems, plasma system (technology) is the best option for energy recovery from solid wastes in Mashhad, after that, waste incineration, gasification and pyrolysis systems are in the next categories, respectively.
Abdelmalik, M, S. 2015. Biomass, incineration, pyrolysis. Combustion and gasification”. International Journal of Science and Research (IJSR). ISSN: 2319 – 7064
- Bamdad, N., Mohammadzadeh-Basir, H., Narvankuhi, A., Emami, S., Saiedi, A. 2007. Site selection methodology for industries”. Rahshah and Associates Engineers: 94:54-5
. - Rahman, s., Azeem, S, M., Ahammed, F., 2017. Selection of an appropriate waste to energy conversion technology for Dhaka city, Bangladesh .International journal of sustainable engineering
- Saaty, T, L., 1980. The Analytical Hierarchy Process, planning priority Resource Allocation, TWS publication, USA
. - Sharma, A., Pareek, V., Zhang, D. 2015, Biomass pyrolysis - a review of modeling , process parameters and catalytic studies, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 50, pp.1081-1096
. -
Williams. T. P., 2005. Waste Disposal and Treatment. John Wiley & Sons - باغوند، ا، زنجانیان، ح، رمضانی، م، اندیک، ب. 2015. بررسی روشهای مختلف زبالهسوزی و پارامترهای موثر بر انتخاب آن با رویکرد تولید انرژی. کنفرانس بین المللی علوم، مهندسی و فناوریهای محیطزیست پایدار.
- رضوی، س، ح، هاشمی، س، عموزاد مهدیرجی، ح. 1393. تصمیمگیری چند شاخصه در شرایط اطمینان و عدم اطمینان. تهران: انتشارات ترمه
- شفیعی دهآبادی، ع، 1394. زبالهسوزی و استحصال انرژی از زباله جامد شهری. مرکز مطالعات و برنامه‌ریزی شهر تهران. گزارش 332.
- عبداللهزاده، ر، شاه‌علی، ع، ع، واسعی، س. 1389. ” بررسی روشهای استحصال انرژی از پسماند و شناسایی گزینه مناسب برای ایران“. پنجمین همایش ملی مدیریت پسماند.
- عبدلی، م، ع. پازکی، م. 1392. جزوه تبدیل پسماند به انرژی. دانشکده محیط¬زیست دانشگاه تهران.
- فرج¬پور باصر، س. ولی¬نژاد، ز. 1398. پتانسیل سنجی امکان تولید انرژی از پسماندهای خانگی (نمونه مطالعاتی شهر تهران). مطالعات علوم محیط زیست، دوره چهارم ، شماره سوم. صص 1644-1652.
- فلاحزاده، ر، ع، 1394. روشهای نوین ترموشیمیایی جهت تولید انرژی از پسماند. دومین همایش ملی بهداشت محیط، سلامت و محیطزیست پایدار - قدسی پور، س، ح.1387. ”فرآیند تحلیل سلسله مراتبی“. تهران : انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر
- مددی قله¬زو، ه. 1393. ارزیابی زیست¬محیطی، فنی، اقتصادی و اجرایی دیوارهای ساختمانی با استفاده از روش تصمیم¬گیری چند معیاره. پایان¬نامه دوره کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی مشهد.
- مومنی، م، شریفی سلیم، ع. 1391. مدل ها و نرم افزارهای تصمیم گیری چند شاخصه. تهران: نشرمولف
- نائیجی، ا. نورپور، ع. قنواتی، ح. جوادیان، بهزاد. 1397. پتانسیل¬سنجی میزان تولید انرژی از فناوری¬های مختلف دفع پسماند شهرستان آمل. مجله مطالعات علوم محیط زیست، دوره سوم، شماره چهارم صص 802-811.
- نجفی، ع، آدینه نیاباجیگران، ع، عبدالله زاده، ر، سهرابی، م ،واسعی، س، 1388. استفاده از سامانه پشتیبان تصمیم گیری در تعیین راهبردهای مدیریت پردازش و دفع پسماند با رویکرد اصلاح الگوی مصرف (مورد مطالعاتی شهر مشهد). فصلنامه مدیریت شهری، شماره 24، صص 16-7.
-داوودی نژاد، م، بی پروا، پ. 1394. اولویت بندی فناوری های تولید انرژی از فرایندهای تصفیه فاضلاب به روش تحلیل سلسله مراتبی. نشریه انرژی ایران. شماره3
پژوهش و فناوری محیط زیست، دوره چهارم، شماره شش، بهار و تابستان 98، صفحه‌ی 3-8
اولویتبندی فناوریهای بازیابی انرژی از زباله جامد شهری (مطالعه موردی شهر مشهد)
Prioritization of energy recovery technologies from municipal solid waste (Case study of Mashhad)
Abstract
Thermal energy recovery technologies used to burn solid urban waste are one of the relatively new and appropriate methods in waste management. Combustion causes waste to generate heat and gases that can be used to generate energy. In this study, the decision-making model based on the hierarchical analysis process (AHP) method for selecting the best thermochemical system based on three technical, economic and environmental criteria has been presented in Mashhad. In this paper, the thermochemical systems studied include waste incineration, gasification, plasma and pyrolysis. The data collection method was performed through a questionnaire. The purpose of this study is a comprehensive study of thermal methods in the field of waste management and the most appropriate choice of these methods in the city of Mashhad. Finally, it was found that plasma, waste incineration, gasification and pyrolysis methods are the most suitable thermochemical systems for energy production from solid urban waste and also in waste management in Mashhad, respectively.
Keywords: Energy Recovery, Analytical Hierarchy Process, waste management.
|
فناوریهای حرارتی بازیابی انرژی که به منظور سوزاندن پسماند جامد شهری مورد استفاده قرار میگیرد، یکی از روشهای نسبتاً جدید و مناسب در مدیریت پسماند محسوب میشود. در اثر سوختن زباله، حرارت و گازهایی بوجود میآید که این گازها را میتوان برای تولید انرژی استفاده نمود. در این تحقیق مدل تصمیمگیری مبتنی بر روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) جهت انتخاب بهترین سیستم ترموشیمیایی بر اساس سه معیار فنی، اقتصادی و زیستمحیطی در شهر مشهد ارائه شده است. در این مقاله سیستمهای ترموشیمیایی که مورد بررسی قرار گرفته است عبارتند از: زبالهسوز، گازیفیکاسیون، پلاسما و پیرولیز. روش جمعآوری اطلاعات از طریق پرسشنامه انجام گرفت. هدف از این تحقیق بررسی جامع روشهای حرارتی در حوزه مدیریت پسماند و انتخاب مناسبترین این روشها در شهر مشهد میباشد. در نهایت مشخص شد که روش پلاسما، زبالهسوز، گازیفیکاسیون و پیرولیز به ترتیب مناسبترین سیستم ترموشیمیایی جهت تولید انرژی از پسماند جامد شهری و همچنین در مدیریت پسماند شهر مشهد میباشد
واژگان كليدي: فناوری بازیابی انرژی، فرآیند تحلیل سلسله مراتبی، مدیریت پسماند
مقدمه
مدیریت پسماند به دلیل اینکه اصول مختلفی را در بر میگیرد، به یک فرآیند بسیار پیچیده تبدیل شده است. این اصول فناوریهای مربوط به تولید، نگهداری، ذخیرهسازی، جمعآوری و حمل ونقل، پردازش و دفع نهایی پسماند را شامل میشود. با توجه به این که بازیافت و استفده مجدد از زباله نقش بسیار مهمی در بحث مدیریت پسماند ایفا میکند، اما این راهکار به تنهایی قادر به حل مسأله و معضل پسماند نیست. مدیریت تلفیقی پسماند جامد شهری (ISWM1) یک برنامه مدیریتی شامل انتخاب، به کاربردن روشها و فناوریهای جدید به منظور رسیدن به اهداف خاص در حوزه مدیریت پسماند میباشد. سازمان حفاظت از محیطزیست آمریکا (EPA) برای مدیریت تلفیقی پسماند جامد شهری چهار عنصر را پیشنهاد کرده است: 1- کاهش تولید زباله در مبدأ 2- بازیافت و کمپوستینگ 3- سوزاندن (که میتواند به همراه تولید انرژی باشد) 4- دفن بهداشتی در زمین (نجفی و همکاران، 1388).
هرچند کاهش تولید زباله و بازیافت بهترین گزینه برای مدیریت پسماند میباشد، اما این روشها به تنهایی و با توجه به افزایش جمعیت و تغییر سبک زندگی قادر به حل مسأله نمیباشند.
بنابراین تبدیل پسماند شهری میتواند به عنوان یک گزینه سیاستگزاری هم به منظور دستیابی به مواد با ارزشتر و هم جهت کمک به حفظ محیطزیست تلقی گردد. سیستمهایی که به منظور تبدیل پسماند به مواد با ارزش مورد استفاده قرار میگیرند به شکل فرآیندهای بیوشیمیایی و ترموشیمیایی میباشند (شارما و همکاران، 2015).
فرآیندهای بیوشیمیایی شامل کمپوست، بیوگاز و هضم بیهوازی و دفن پسماند بوده و فرآیندهای ترموشیمیایی عبارتند از احتراق مستقیم (زبالهسوز)، پیرولیز، گازیفیکاسیون و پلاسما میباشد (عبداللهزاده و همکاران، 1389).
منطقه مورد مطالعه
شهر مشهد در حدود 200 کیلومتر مربع دارای جمعیت 4/2 میلیون نفر میباشد که متوسط روزانه 1600 تا 1800 تن زباله تولید میکند که در صورت ورود زائر و گردشگر به مشهد این مقدار تا 2000 تن در روز خواهد رسید. همچنین سرانه تولید زباله در مشهد 642 کیلوگرم به ازای هر نفر به طور روزانه است (نجفی و همکاران، 1388). ظرفیت کارخانه کمپوست در مشهد حدود 500 تن در روز میباشد اما همچنان حجم قابل توجهی از زباله باقی میماند. یکی از فناوریهایی که به منظور مدیریت این گونه از پسماندها مورد استفاده قرار میگیرد، روشهای ترموشیمیایی میباشند. به همین علت در این مطالعه به بررسی ابعاد مختلف این نوع از سیستمها از نظر کارشناسان پرداخته شد.
فناوریهای بازیابی انرژی
سیستمهای بازیابی انرژی به سیستمهایی گفته میشود که در آن به کمک گرما و حرارت پیوندهای شیمیایی درون مواد شکسته شده و ماهیت شیمیایی مواد دگرگون گردد (عبدلی و پازکی، 1392). سیستمهای متداولی که در دنیا مورد استفاده قرار میگیرد، در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفتهاند که در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل 1- سیستمهای ترموشیمیایی مورد مطالعه
انرژی تولید شده از سوزاندن زباله میتواند به صورت انرژی گرمایی یا انرژی ثانویه مانند سوخت‌های جامد، مایع و گاز که می‌توانند به الکتریسیته یا زیست سوخت2 تبدیل شوند، باشد. در احتراق مستقیم، منابع جامد زیست‌توده نظیر زائدات کشاورزی، زائدات صنایع غذایی و زبالههای جامد شهری مستقیماً در بویلرهای خاصی سوزانده شده و از حرارت حاصل برای تولید برق، حرارت و یا ترکیبی از هر دو استفاده میشود. مهمترین تکنولوژی تولید برق در این گروه زباله‌سوزها هستند. زبالهسوزی فرآیند اکسیداسیون حرارتی مواد قابل احتراق پسماند است که تولید گرما و انرژی مینماید (Williams, 2005).
سیستم پیرولیز در واقع تجزیه مواد آلی بر اثر گرما بدون حضور هوا میباشد. اساس این روش از طریق فرآیند کراکینگ حرارتی3 است (عبدلی و پازکی، 1392). درجه حرارت در این روش بین 850-300 درجه سانتیگراد میباشد. محصولات تولید شده در این روش به شکل جامد (زغال)، مایع (نفت زیستی) و گاز مصنوعی که عمدتاً شامل گاز اکسیژن، کربن منواکسید، کربن دی اکسید، متان و هیدروکربن‌های پیچیده میباشد. گاز مصنوعی را میتوان برای تولید انرژی استفاده کرد (Rahman et al., 2017).
فرآیند گازیفیکاسیون بسیار شبیه به فرآیند پیرولیز است با این تفاوت که در روش گازیسازی در دماهای بالاتر از پیرولیز و در حضور مقداری اکسیژن انجام میشود و به همین علت بیشتر مواد جامد را به گاز تبدیل میکند (شفیعی دهآبادی، 1394 ). پلاسما حالتی است که در آن گاز به کمک جرقه الکتریکی یونیزه شده که در نتیجه این عمل دمای زیادی تولید میگردد. دما در این فرآیند به 10000-5000 درجه سانتیگراد میرسد (عبدلی و پازکی، 1392). مهمترین جز پلاسما، گازساز آن است که میتواند یک یا چند مشعل قوسی پلاسما را در خود جای دهد. گازساز پلاسما محیطی با اکسیژن کم میباشد بنابراین هیچ احتراقی صورت نمی‌گیرد و از این‌رو گازساز پلاسما یک زبالهسوز یا سیستم احتراقی نیست (عبدللهزاده و همکاران، 1389). در شکل 2 شماتیک کلی سیستمهای زبالهسوزی نشان داده شده است.
شکل 2- فرآیندها، ورودی و خروجی برای یک واحد زبالهسوز (شفیعی، 1394)
پیشینه تحقیق
در این بخش به بررسی و مطالعه تحقیقات مشابه انجام شده در داخل و خارج کشور پرداخته شده است.
راهمن و همکاران (2017) به انتخاب تکنولوژی مناسب برای تبدیل پسماند به انرژی در شهر داکا پرداختند. از مدل فرایند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) برای انتخاب مناسبترین روش برای تبدیل پسماند خانگی به انرژی در منطقه اردوگاهی میرپور – داکا استفاده شد. سه گزینه شامل هضم بیهوازی، پیرولیز و گازیسازی پلاسما (PG4) و نه معیار از سه جنبه فنی، زیستمحیطی و اقتصادی برای مقایسه انتخاب شدند. نتایج نشان داد که تکنولوژی گازیسازی پلاسما (PG) مناسبترین تکنولوژی تبدیل زباله به انرژی در منطقه مورد مطالعه است (Rahman et al., 2017).
عبدالمالک (2015) به مطالعه‌ای در مورد روشهای زبالهسوزی، احتراق، پیرولیز و گازیفیکاسیون از بیومس پرداخت. در این مطالعه، بیومس و ویژگی‌های مهم آن که در ارتباط با گازیسازی از بیومس میباشد، بحث شده است. برای تولید حرارت و الکتریسیته با حفظ محیطزیست، به طور کلی تمام روشهای زبالهسوزی، پیرولیز، احتراق و گازیفیکاسیون از بیومس مورد آزمون قرار گرفتند. هدف این مطالعه، بحث در باره این فرایندها با تأکید بر روی گازیفیکاسیون که فرایندی موثر و اقتصادی برای تولید هیدروژن است، میباشد. مشخص شد که بیومس گزینه مناسبی برای فرایند گازیسازی است هرچند که به اندازه کافی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. فرایند گازیفیکاسیون در مقایسه با فرایندهای زبالهسوزی، پیرولیز و احتراق عملی‌تر و اقتصادی‌تر برای تولید هیدروژن و حفاظت از محیط زیست از اهداف اصلی آن است (Abdelmalik, 2015).
فلاحزاده (1394) روشهای نوین ترموشیمیایی برای تولید انرژی از پسماند را مورد بررسی قرار داد. مدیریت و دفع پسماند یکی از معضلات مهم در کشورهای در حال توسعه میباشد، این در حالی است که کشورهای توسعه یافته تلاش نموده‌اند تا به پسماند به عنوان یک منبع تولید انرژی و نه یک معضل بنگرند. این دیدگاه سبب شده که روشهای مختلف استفاده از پسماند نظیر بازیافت، تولید کمپوست و تولید انرژی مورد تحقیق قرار گیرند. امروزه فرایند تولید انرژی بسیار مورد توجه قرار گرفته است چرا که میتوان از آن به عنوان جایگزین سوخت‌های فسیلی استفاده نمود، از طرفی با استفاده از پسماند برای تولید انرژی معضل دفع پسماندها و مسایل زیستمحیطی مربوطه مرتفع خواهد شد. مهمترین روشهای حرارتی عبارتند از گازیفیکاسیون، پیرولیز، قوس پلاسما، تولید سوخت از زباله و زبالهسوز میباشند. در این بین فرایند قوس پلاسما نوین‌ترین و تمیزترین فرایند در تولید انرژی از پسماند میباشد (فلاحزاده، 1394)
داوودی نژاد و همکاران (1394) برای فناوریهای تولید انرژی از فرایند تصفیه فاضلاب به روش تحلیل سلسله مراتبی یک اولویتبندی را انجام دادند. به منظور رسیدن به توسعه پایدار، در کنار پیاده سازی سیستمهای مدیریت انرژی در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب و کاهش میزان مصرف انرژی، باید به دنبال راه‌هایی برای جبران تمام یا بخشی از انرژی مصرفی تأسیسات فاضلاب از طریق استفاده از پتانسیل‌های فاضلاب‌ها برای تولید انرژی بود. در حال حاضر تولید بیوگاز در راکتورهای بیهوازی، کشت ریز جلبک و پیل‌های سوخت میکروبی از روشهای شناخته شده تولید انرژی همزمان با تصفیه فاضلاب هستند. در این پژوهش، اولویتبندی و انتخاب بهترین گزینه برای تولید انرژی از فرایندهای تصفیه فاضلاب بر اساس معیارهای فنی، اقتصادی، مدیریتی و زیستمحیطی به روش تحلیل سلسله مراتبی و بر مبنای نظر خواهی از کارشناسان و با تأکید ویژه بر زیر ساخت‌های کشور انجام شد. در نهایت، روش تصفیه بیهوازی با وزن 540/0 به عنوان گزینه مناسب مشخص شد و روش تصفیه ریز جلبکی با وزن 330/0 و پیل سوخت میکروبی با وزن 130/0 در اولویتهای بعدی قرار گرفتند (داوودینژاد و بیپروا، 1394).
نائیجی و همکاران (1397) به پتانسیلسنجی مقدار انرژی تولید شده در سیستمهای مختلف مدیریت پسماند در شهر آمل پرداختند. در این مطالعه پس از آنالیز زبالههای شهر آمل، به بررسی تولید بیوگاز از بخش آلی زبالههای شهر آمل پرداخته شد. نتایج آنها نشان میدهد که میتوان پتانسیل تولید بیوگاز و یک نیروگاه 5/13 مگاواتی بیوگازسوز در محل دفن بیوراکتوری را انتظار داشت(نائیجی و همکاران، 1397).
فرجپور و همکاران (1398) در یک بررسی کلی به امکانسنجی تولید انرژی از زبالههای خانگی شهر تهران پرداختند. بر اساس آمار کسب شده روزانه حدود 300 تن از مخلوط زبالههای تهران پردازش میگردد و بیوگاز تولید شده پس از خالصسازی سوزانده میشود که توانایی تولید 2 مگاوات ساعت برق را دارد (فرجپور و همکاران، 1398).
هدف از این تحقیق تعیین و انتخاب شاخصها و معیارهای مؤثر در انتخاب مناسبترین فناوری ترموشیمیایی در مدیریت پسماند بر اساس معیارهای فنی، اقتصادی و زیستمحیطی میباشد؛ برای این کار عوامل تأثیر گذار بر انتخاب بهترین فناوری را بعد از بررسی منابع و تکمیل پرسشنامه و پرسش از 7 نفر از کارشناسان و خبرگان موجود در شهر مشهد، توسط روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP)، معیارها و زیرمعیارهای تعیین شده را رتبهبندی خواهیم کرد. فناوریهای ترموشیمیایی در این تحقیق شامل روشهای زبالهسوز، پیرولیز، گازیسازی (گازیفیکاسیون) و پلاسما میباشند.
مواد و روش
زندگی فرآیندی است مستمر که از تصمیمات گوناگون تشکیل شده است. تصمیمگیری معمولاً به یکی از دو شکل «آزمون و خطا» و «مدلسازی» انجام میشود. در شکل آزمون و خطا فرد تصمیمگیرنده با واقعیت برخورد مستقیم خواهد داشت. به این شکل که گزینهای را از بین سایر گزینهها انتخاب نموده و نتیجه این انتخاب خود را خواهد دید. در صورت بروز مشکل، تصمیم خود را عوض کرده یک گزینه دیگر را بر میگزیند. اما در روش مدلسازی مدیر ابتدا مسئله واقعی مورد نظر را مدلسازی کرده عوامل مؤثر بر آنها را بررسی نموده و به تجزیه و تحلیل مدل میپردازد. هزینه خطا در روش آزمون وخطا قابل ملاحظه میباشد هرچند که سرعت تصمیمگیری در این روش بالاست، در صورتی که در روش مدلسازی فرآیند تصمیمگیری معمولاً طولانی بوده اما موجب اخذ تصمیم نسبتاً دقیق خواهد شد. اگر عوامل مؤثر در اتخاذ تصمیم زیاد باشد، در این صورت روش آزمون و خطا هیچگاه جواب مطمئن، مناسب و دقیقی به دست نخواهد داد (قدسیپور، 1387 ؛ مددی قلهزو، 1393). در این مطالعه به جهت انتخاب گزینه مناسب پارامترهای گوناگونی را در نظر گرفته شده که برای این منظور از یکی از پر کاربردترین روشهای مدلسازی تصمیمگیری چند معیاره یعنی روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی استفاده گردیده است.
معیارهای انتخاب گزینه
در این مطالعه به علت انتخاب گزینه ایدهآل ترموشیمیایی با توجه به بررسی منابع صورت گرفته، از سه معیار اصلی فنی، اقتصادی و زیستمحیطی برای این منظور در نظر گرفته شده است. اما به علت گسترده بودن ابعاد هر کدام از معیارهای انتخاب شده، برای هر یک از این معیارها جهت دستیابی به نتایج بهتر و دقیقتر، زیرمعیارهایی نیز در نظر گرفته شد که عبارتند از:
1. فنی
ü سطح تکنولوژی
ü سهولت استفاده از فناوری
ü سهولت دسترسی به تجهیزات
ü ایمنی در محیط کار
2. اقتصادی
Ø هزینه عملیاتی
Ø سرریز دانشی
Ø اشتغالزایی
3. زیستمحیطی
§ انتشار گاز آلاینده
§ خاکستر
§ وسعت زمین
معیارها | |||
زیستمحیطی | اقتصادی | فنی | گزینه ها |
r13 | r12 | r11 | زبالهسوز |
r23 | r22 | r21 | پیرولیز |
r33 | r32 | r31 | گازیسازی |
r43 | r42 | r41 | پلاسما |
در این تحقیق منظور از سرریز دانشی5 تأثیر استفاده از نیروگاه بر رشد صنایع جانبی است، میزان اشتغالزایی مجموع تعداد نیروی متخصص و کارگر مورد استفاده در نظر گرفته شد. هزینه عملیاتی در تحقیق حاضر شامل هزینه نیروی انسانی (حقوق، بیمه و ....)، آموزش پرسنل، هزینه حمل و نقل، انرژی (آب، برق، سوخت مورد نیاز)، هزینه استهلاک و هزینه نگهداری و تعمیرات میباشد. وسعت زمین مقدار زمینی است که برای احداث نیروگاه مورد استفاده قرار میگیرد. خاکستر موادی است که پس از سوزانده شدن زباله بر جای میماند و از کوره خارج میشوند.
فرآیند تحلیل سلسله مراتبی
روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی توسط ساعتی، در دهه 70 میلادی پیشنهاد شد. این روش یکی از جامع‌ترین سیستمهای طراحی شده برای تصمیمگیری با معیارهای چند گانه میباشد؛ زیرا این تکنیک امکان فرموله کردن مسأله را به صورت سلسله مراتبی فراهم میکند و همچنین امکان در نظر گرفتن معیارهای مختلف کمی و کیفی را در مسأله دارد (داوودینژاد و بیپروا، 1394). این فرآیند گزینههای مختلف را در تصمیمگیری دخالت داده و امکان تحلیل حساسیت روی معیارها و زیرمعیارها را دارد. علاوه‌بر این، بر مبنای مقایسه زوجی بنا نهاده شده که قضاوت و محاسبات را تسهیل نموده و میزان سازگاری و ناسازگاری تصمیم را نشان میدهد که از مزایای ممتاز این تکنیک در تصمیمگیری چند معیاره است (Bamdad et al., 2007). این روش میتواند دوکار را انجام دهد: 1- پیدا کردن وزن شاخصها 2- رتبهبندی گزینهها. این روش، مانند آنچه در مغز انسان انجام میشود به تحلیل مسائل میپردازد (مومنی و شریفی سلیم، 1391).
به طور کلی، فرآیند تصمیمگیری از لحاظ فضای تصمیم به دو دسته پیوسته و گسسته تقسیم میشود و تصمیمگیری در فضای گسسته به دو دسته تک معیاره و چند معیاره تقسیم میشود. همچنین خود معیارها به سه دسته معیارهای کیفی، کمی و ترکیبی (کیفی و کمی) تقسیم میشوند (داوودینژاد و بیپروا، 1394).
جدول 1: ماتریس تصمیمگیری تحقیق حاضر
[1] Integrated Solid Waste Management
[2] Biofuel
[3] Thermal cracking
[4] Plasma Gasification
[5] Accessories industry growth
مقايسات بين گزينه‌هاي مختلف تصميم، بر اساس هر معیار و قضاوت در مورد اهميت معیارها با انجام مقايسات زوجي، به صورت عددی انجام میپذیرد. اين كار با انجام مقايسات دو به دو بين عناصر تصميم و ازطريق تخصيص امتيازات عددي كه نشان دهنده میزان ارجحيت بين دو عنصر تصميم است، صورت مي‌گيرد. در نتیجه اعداد بدست آمده از مقایسات زوجی تفاوتهای بین هر معیار را نشان داده و مشکل عدم توانایی مقایسه معیارهای کمی و کیفی را حل میکند. مقایسه زوجی با استفاده از مقیاسی که از ارجحیت یکسان تا ارجحیت یکی از گزینهها بر دیگری در حداکثر مقدار ممکن طراحی شده است انجام میگیرد.
نحوه جمعآوری دادهها از طریق بررسی منابع معتبر و همچنین روش پرسشنامه‌ای و پرسش از7 نفر از کارشناسان موجود در این حوزه در شهر مشهد صورت پذیرفت. مرحله بعد انجام محاسبات لازم براي تعيين اولويت هر يك از عناصر تصميم با استفاده از اطلاعات ماتريس‌هاي مقايسات زوجي خواهد بود. هر پرسشنامه یک ماتریس مقایسات زوجی است که با توجه به نظرات متفاوت برای هر یک از گزینهها نیاز به میانگینگیری از تمام پرسشنامهها و تبدیل آنها به یک ماتریس مقایسات زوجی واحد، جهت انجام محاسبات وزنی است. به منظور انجام محاسبات از نرمافزار Expert Choice استفاده گردید. در روش AHP چون دادهها یک سری اعداد نسبی هستند از میانگینگیری هندسی استفاده میشود (Saaty., 1980). جهت محاسبه وزنهای نسبی از روش آنتروپی استفاده شد. آنتروپی در تئوری اطلاعات معیاری است برای مقدار عدم اطمینان بیان شده توسط یک توزیع احتمال گسسته (Pi). یک ماتریس تصمیم گیری در مدل AHP حاوی اطلاعاتی است که آنتروپی میتواند به عنوان معیاری برای ارزیابی آن به کار رود[13]. اطلاعات یک ماتریس تصمیم گیری تحقیق حاضر در جدول 1 نمایش داده میشود.
جهت محاسبه وزنها ابتدا محت وی اطلاعات ماتریس به صورت (Pij) محاسبه میشود (مومنی و شریفی سلیم، 1391).
(1) |
|
سپس Ej از مجموعه Pij ها به ازای هر مشخصه به صورت زیر محاسبه میشود. به طوری که 
است.
(2)
|
|
بعد از Ej نیاز به محاسبه عدم اطمینان یا درجه انحراف است، درجه انحراف هر یک از شاخصها از فرمول زیر محاسبه میگردد.
|
سرانجام Wj برای هر یک از شاخصها از فرمول زیر بدست میآید.
(4) |
|
پس از بهدست آمدن وزنهای نسبی هر یک از شاخصهها نیاز به ادغام وزنهای نسبی و بهدست آوردن وزن نهایی گزینهها میباشد، رتبهبندی هریک از گزینهها از تلفیق رتبههای آنها نسبت به معیارها بدست میآید. بدین صورت که با ضرب وزن نسبی گزینهها نسبت به هریک از معیارها در وزن نهایی معیار و جمع بستن بر روی تمامی معیارها، وزن نهایی گزینهها بدست میآید.
(5) |
|
که در این فرمول Rk وزن نهایی گزینه k ام، Wi وزن نهایی معیار i ام، rik وزن نسبی گزینه k ام نسبت به معیار i ام میباشند.
نتایج
هدف از این تحقیق شناسایی، سطحبندی عوامل مؤثر و همچنین انتخاب ایدهآلترین سیستم ترموشیمیایی در حوزه مدیریت پسماند شهر مشهد میباشد، برای این منظور عوامل مؤثر بر انتخاب بهترین فناوری را بعد از بررسی منابع و تکمیل پرسشنامه توسط 7 نفر از کارشناسان موجود در این زمینه در شهر مشهد توسط مدل AHP معیارها و گزینههای تعیین شده را رتبهبندی خواهیم کرد. گزینههای منتخب در این تحقیق شامل فناوریهای زبالهسوز، گازیفیکاسیون، پیرولیز و پلاسما می میباشد. نتایج محاسبات نشان داد که در بین معیارهای اصلی، به ترتیب معیارهای فنی، زیستمحیطی و اقتصادی جهت انتخاب بهترین روش حرارتی دارای بیشترین امتیاز بوده و به این معنا میباشد که در انتخاب این روشها معیار فنی از ارجحیت بیشتری نسبت به دو معیار زیستمحیطی و اقتصادی دارد. نتیجه محاسبه زوجی معیارهای اصلی تحقیق در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل 3- رتبهبندی معیارهای اصلی تحقیق
در شکلهای 4، 5 و 6 به ترتیب نشاندهنده زیر معیارهای هر کدام از معیارها (گروههای اصلی) فنی، اقتصادی و زیستمحیطی میباشند.
همانگونه که در شکل 4 مشخص است در بین زیر معیارهای گروه فنی ایمنی در محیط کار بیشترین امتیاز را بهدست آورده است. در شکل 5، مهمترین فاکتور اقتصادی که در انتخاب گزینه مناسب اهمیت بیشتری دارد، گزینه هزینه عملیاتی میباشد. در بین فاکتورهای زیستمحیطی هم انتشار گاز آلاینده رتبه نخست را در بین سایر فاکتورها بهدست آورده است (شکل 6).
شکل 4- رتبهبندی زیرمعیارهای گروه فنی
شکل 5- رتبهبندی زیر معیارهای گروه اقتصادی
شکل 6- رتبهبندی زیرمعیارهای گروه زیستمحیطی
شکل 7 رتبه نهایی گزینههای تحقیق را نشان میدهد. همانطور که در این شکل مشاهده میشود روش پلاسما بیشترین امتیاز را کسب کرده و به عنوان بهترین روش ترموشیمیایی جهت مدیریت پسماند جامد شهری شهر مشهد انتخاب گردید و پس از آن روشهای زبالهسوز، گازیفیکاسیون و پیرولیز در ردههای بعدی قرار گرفتند.
شکل 7- رتبهبندی نهایی سیستمهای ترموشیمیایی
در جدول 2 امتیاز نهایی هر کدام از معیارها، زیر معیار و گزینههای موجود در تحقیق حاضر را نشان میدهد. همچنین نرخ ناسازگاری در این روش 08/0 شد که بیانگر قابل اعتماد بودن اولویتهای حاصل از مقایسات است. امتیاز گزینهها در نرمافزار Expert Choice محاسبه شده و نشان از برتری معیار زیستمحیطی در انتخاب فناوری ترموشیمیایی استحصال انرژی از پسماند میباشد. به عبارت دیگر نتایج این تحقیق نشان داد که به منظور انتخاب مناسبترین فناوری، معیار زیستمحیطی بیشترین اهمیت را در بین سایر معیارهای مورد نظر دارد.
جدول 2- امتیاز نهایی معیارها، زیر معیارها و گزینهها
امتیاز نهایی فناوریهای بازیابی انرژی | امتیازات |
|
| ||||
پلاسما | گازیفیکاسیون | پیرولیز | زبالهسوز | امتیاز زیرمعیار | امتیاز معیار | زیرمعیار | معیار |
245/0 | 224/0 | 197/0 | 334/0 |
| 386/0 |
| فنی |
699/0 | 107/0 | 092/0 | 102/0 | 164/0 |
| سطحتکنولوژی |
|
077/0 | 194/0 | 242/0 | 487/0 | 202/0 |
| سهولت استفاده |
|
043/0 | 213/0 | 225/0 | 519/0 | 316/0 |
| سهولت دسترسی |
|
335/0 | 273/0 | 185/0 | 207/0 | 319/0 |
| ایمنی |
|
298/0 | 199/0 | 255/0 | 278/0 |
| 282/0 |
| اقتصادی |
203/0 | 203/0 | 190/0 | 404/0 | 355/0 |
| هزینه عملیاتی |
|
586/0 | 121/0 | 115/0 | 179/0 | 296/0 |
| سرریزدانشی |
|
244/0 | 230/0 | 301/0 | 225/0 | 349/0 |
| اشتغال زایی |
|
462/0 | 270/0 | 137/0 | 131/0 |
| 332/0 |
| زیستمحیطی |
451/0 | 292/0 | 134/0 | 124/0 | 725/0 |
| انتشار گاز |
|
549/0 | 193/0 | 135/0 | 123/0 | 170/0 |
| خاکستر |
|
426/0 | 226/0 | 163/0 | 186/0 | 105/0 |
| وسعت زمین |
|
1- مراجع
- Abdelmalik, M, S. 2015. Biomass, incineration, pyrolysis. Combustion and gasification”. International Journal of Science and Research (IJSR). ISSN: 2319 – 7064
- Bamdad, N., Mohammadzadeh-Basir, H., Narvankuhi, A., Emami, S., Saiedi, A. 2007. Site selection methodology for industries”. Rahshah and Associates Engineers: 94:54-5.
- Rahman, s., Azeem, S, M., Ahammed, F., 2017. Selection of an appropriate waste to energy conversion technology for Dhaka city, Bangladesh .International journal of sustainable engineering
- Saaty, T, L., 1980. The Analytical Hierarchy Process, planning priority Resource Allocation, TWS publication, USA.
- Sharma, A., Pareek, V., Zhang, D. 2015, Biomass pyrolysis - a review of modeling , process parameters and catalytic studies, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 50, pp.1081-1096.
- Williams. T. P., 2005. Waste Disposal and Treatment. John Wiley & Sons
- باغوند، ا، زنجانیان، ح، رمضانی، م، اندیک، ب. 2015. بررسی روشهای مختلف زبالهسوزی و پارامترهای موثر بر انتخاب آن با رویکرد تولید انرژی. کنفرانس بین المللی علوم، مهندسی و فناوریهای محیطزیست پایدار.
- رضوی، س، ح، هاشمی، س، عموزاد مهدیرجی، ح. 1393. تصمیمگیری چند شاخصه در شرایط اطمینان و عدم اطمینان. تهران: انتشارات ترمه
- شفیعی دهآبادی، ع، 1394. زبالهسوزی و استحصال انرژی از زباله جامد شهری. مرکز مطالعات و برنامه‌ریزی شهر تهران. گزارش 332.
- عبداللهزاده، ر، شاه‌علی، ع، ع، واسعی، س. 1389. ” بررسی روشهای استحصال انرژی از پسماند و شناسایی گزینه مناسب برای ایران“. پنجمین همایش ملی مدیریت پسماند.
- عبدلی، م، ع. پازکی، م. 1392. جزوه تبدیل پسماند به انرژی. دانشکده محیطزیست دانشگاه تهران.
- فرجپور باصر، س. ولینژاد، ز. 1398. پتانسیل سنجی امکان تولید انرژی از پسماندهای خانگی (نمونه مطالعاتی شهر تهران). مطالعات علوم محیط زیست، دوره چهارم ، شماره سوم. صص 1644-1652.
- فلاحزاده، ر، ع، 1394. روشهای نوین ترموشیمیایی جهت تولید انرژی از پسماند. دومین همایش ملی بهداشت محیط، سلامت و محیطزیست پایدار
- قدسی پور، س، ح.1387. ”فرآیند تحلیل سلسله مراتبی“. تهران : انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر
- مددی قلهزو، ه. 1393. ارزیابی زیستمحیطی، فنی، اقتصادی و اجرایی دیوارهای ساختمانی با استفاده از روش تصمیمگیری چند معیاره. پایاننامه دوره کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی مشهد.
- مومنی، م، شریفی سلیم، ع. 1391. مدل ها و نرم افزارهای تصمیم گیری چند شاخصه. تهران: نشرمولف
- نائیجی، ا. نورپور، ع. قنواتی، ح. جوادیان، بهزاد. 1397. پتانسیلسنجی میزان تولید انرژی از فناوریهای مختلف دفع پسماند شهرستان آمل. مجله مطالعات علوم محیط زیست، دوره سوم، شماره چهارم صص 802-811.
- نجفی، ع، آدینه نیاباجیگران، ع، عبدالله زاده، ر، سهرابی، م ،واسعی، س، 1388. استفاده از سامانه پشتیبان تصمیم گیری در تعیین راهبردهای مدیریت پردازش و دفع پسماند با رویکرد اصلاح الگوی مصرف (مورد مطالعاتی شهر مشهد). فصلنامه مدیریت شهری، شماره 24، صص 16-7.
-داوودی نژاد، م، بی پروا، پ. 1394. اولویت بندی فناوری های تولید انرژی از فرایندهای تصفیه فاضلاب به روش تحلیل سلسله مراتبی. نشریه انرژی ایران. شماره3
پژوهش و فناوری محیط زیست، دوره چهارم، شماره شش، بهار و تابستان 98 14