دراسة مقارنة واقتصادية لتكنولوجيات معالجة مياه الصرف الصناعي لمعاصر زيت الزيتون

الملخص:

"تعتبر صناعة زيت الزيتون من الصناعات الغذائية الهامة المرتبطة بمنطقة البحر الأبيض المتوسط حيث تنتشر معاصر زيت الزيتون على المستوى المحلي والإقليمي بالقرب من مناطق زراعة الزيتون.  وينتج عنها مخلفات صلبة وأخرى سائلة تسبب مشكلة بيئية موسمية تناولتها العديد من البحوث بغرض محاولة الوصول لأفضل طريقة لمعالجتها قبل التخلص منها أو إعادة استخدامها.

وتمثل مشكلة المخلفات السائلة لهذه الصناعة تحديا كبيرا أمام الباحثين والقائمين على الصناعة على حد سواء نظرا للخصائص الفيزيوكيميائية الصعبة للمخلف وارتفاع نسبة المواد الصلبة العالقة و المحتوى العضوي و الدهون ونسبة مركبات الفينول الذي يعتبر ساماً للكائنات الدقيقة المسؤولة عن عمليات الهضم في نظم المعالجة بالطرق البيولوجية.

وتهدف الرسالة إلى الوصول إلى طرق عملية، اقتصادية وفعالة لمعالجة نواتج صرف معاصر زيت الزيتون بحيث تكون نواتج المعالجة مطابقة لاشتراطات البيئة والقوانين الخاصة بها من خلال دراسة مقارنه فنية و اقتصادية لنظم وتقنيات المعالجة المختلفة التي تم تجربتها على المخلف. وتضمنت الرسالة ثمانية أبواب تشتمل على عناصر البحث وهي كالآتي:

-    الباب الأول وهو مقدمة تم فيها التعريف بمعاصر زيت الزيتون والمشاكل البيئية الموسمية المرتبطة و عرض هدف البحث والقوانين البيئية المتبعة محلياً وإقليمياً ومنهاجية البحث واستعراض ملخص لمكوناته.

-    الباب الثاني شمل دراسة البعد البيئي والاقتصادي لمحصول الزيتون، والإنتاج الحالي والمتوقع مستقبلاً لزيت الزيتون على المستوى المحلي والإقليمي وطرق عصر الزيت المختلفة و حجم المخلفات السائلة.

      ومن خلال الاطلاع على المراجع العلمية المتاحة المتعلقة بموضوع البحث واختيار الأبحاث ذات الصلة المباشرة التي تدعمه تضمن هذا الباب شرحاً للخصائص الفيزيائية والكيميائية لنواتج الصرف الصناعي لمعاصر زيت الزيتون والمشاكل البيئية الناجمة عن طرق التخلص منها المتبعة حالياً وتم استعراض محاولات معالجة الملوثات الأساسية للمخلف وصعوبة تخفيض الحمل العضوي العالي المقترن بارتفاع نسبة الدهون والمواد الصلبة العالقة بالإضافة لمركبات الفينول المثبطة لطرق المعالجة البيولوجية الأساسية.

      كما تم حصر معظم طرق المعالجة في نطاق النظم التكنولوجية المختلفة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية مع مقارنة أداءها وكفاءتها، مزاياها ومعوقاتها.

      ويعتبر الباب الثاني مراجعة مستفيضة لأهم الأبحاث العلمية المنشورة حول موضوع الرسالة ومرجعاً هامًا للأبحاث المستقبلية المرتبطة بالموضوع.

      ومن خلال الباب الثالث تم استعراض العوامل المؤثرة على اختيار نظام المعالجة ووضع منهاجية لاختيار نظام إدارة المخلف ومنهاجية لتقييم طرق المعالجة المختلفة.

      حيث تم تحديد قاعدة البيانات الأساسية التي يجب الحصول عليها قبل البدء في اختيار نظام إدارة المخلف وتشمل موقع المعصرة وطريقة عصر الزيت وإنتاجية المعصرة والتصرف المتوقع للمخلف وعدد المعاصر المتجاورة والظروف البيئية والاقتصادية للموقع والاتجاهات السائدة للقائمين على الصناعة وقد استعرض الباب أساليب مختلفة لتحسين الأوضاع البيئية لمعاصر الزيت من خلال التحكم في ظروف التشغيل في المعصرة أو تطويرها للنظم الحديثة التي لا تنتج مخلفات سائلة.

      ثم تم وضع نموذج منطقي لطريقة استخدام هذه البيانات لدعم اتخاذ القرار بشأن المفاضلة في اختيار نظام معالجة خاص بالمعصرة في الموقع أو مركزي لخدمة مجموعة من المعاصر أو إمكانية معالجة مخلفات الصناعة السائلة مع نواتج صناعات أخرى أو ضمن محطات الصرف الصحي القائمة وتحديد درجة المعالجة المطلوبة حسب مرادفات التخلص النهائي المتاحة بما يحقق حدود القوانين البيئية.

      ثم تم الانتقال لمرحلة اتخاذ القرار بشأن اختيار طريقة المعالجة الأفضل فنياً واقتصادياً. وذلك من خلال وضع معايير رئيسية للتقييم الفني لطرق المعالجة ثم وضع تصور لأسس للتقييم الفني و أسس التقييم الاقتصادي التي سيتم الاعتماد عليها في المفاضلة بين طرق المعالجة.

-    الباب الرابع تم في هذا الباب حصر وحدات المعالجة المقبولة فنياً والتي يمكن استخدامها لتشكيل نظام معالجة يصل بالمخلف إلي الخصائص المطلوبة للتخلص النهائي ويمكن الاعتماد عليه في تحقيق هدف البحث ,و قد تم الاختيار على أساس أن النظام قد تم تجربته وثبتت كفاءته على مستوى المحطات الاسترشادية و يمكن الاعتماد علي نتائج كفاءة الإزالة الخاصة به عند تطبيقه على المستوى الصناعي.

      وتم اقتراح عشرة مرادفات لنظم معالجة متكاملة والتي تصلح حلا لمشكلة المخلفات السائلة وتم تثبيت قيم متوسطة للخصائص الفيزيائية والكيميائية للمخلف لجميع المرادفات و تثبيت قيمة التصرف بحيث يمثل انتاجية معصرة زيت متوسطه وبحيث تحقق المرادفات العشرة نظم واشتراطات القوانين البيئية المصرية لإعادة استخدام المخلف بعد المعالجة في الري و ذلك لتجاور المعاصر مع زراعات الزيتون في معظم الأحوال كما أن الحل الخاص بإعادة الاستخدام حلا صديقاً للبيئة ويعتبر مناسباُ لحل مشكلة ندرة المياه في دول حوض البحر الأبيض المتوسط.

      وقد تم تصميم الوحدات الخاصة بالمعالجة لكل مرادف تصميماً مبدئياً ساعد على حساب التكاليف بدقة من +50%  إلى - 30% وتحديد مكونات الإنشاء والتشغيل والصيانة للاستعانة بها في التقييم الفني والاقتصادي وتم إرفاق النوتة الحسابية في ملحق مستقل.

-    الباب الخامس وتمت فيه المقارنة بين النظم المقترحة من الناحية الفنية وترتيب المرادفات من الأفضل فنياً إلى الأقل أفضلية مع مناقشة الأسباب وذلك بالاستعانة بنتائج التصميم والمراجع العلمية التي سبق استعراضها في الباب الثاني.

-    الباب السادس تم الاعتماد على تصميم المرادفات المبدئية واستخدام الأسعار العالمية للمنشآت ومكونات التشغيل والصيانة كالمعدات الميكانيكية والكيماويات في حساب التكاليف لكل مرادف مع احتساب العوائد الاقتصادية (إن وجدت) في حالة بيع الغاز الطبيعي ونواتج هضم الحمأة كما تمت دراسة جدوى إضافة محطة توليد كهرباء وحرارة تعمل بنواتج الغاز الطبيعي لمحطات المعالجة اللاهوائية.

      وبعد حساب التكاليف تم توزيع التكاليف على مدى عمر محطة المعالجة مع أخذ نسبة فائدة 5 % و مدة 15 سنة. وبهذا تم حساب تكلفة الإنشاءات والتشغيل والصيانة للمتر المكعب سنوياً ذلك بالإضافة الى التكلفة اللازمة لتخفيض كجم من المحتوى الأكسجينيCOD   ونسبة تكاليف المعالجة لسعر بيع اللتر من زيت الزيتون. وتم حصر نتائج المقارنة الاقتصادية في الباب السادس وترتيب المرادفات من الأقل تكلفة تنازلياُ، بحيث يحصل المرادف الأقل تكلفة على الدرجة القصوى الخاصة بالتقييم الاقتصادي. وتم أرفاق نتائج حساب التكاليف في ملحق مستقل.

-    الباب السابع يشمل مناقشه النتائج التي وصلت إليها المقارنة الفنية والاقتصادية وتفسير النتائج وكيفية الاستعانة بها في اختيار نظام المعالجة المناسب لظروف مختلفة وينتهي الباب بالوصول إلى تقييم شامل مع تحديد المرادف الأفضل فنياً و اقتصادياً.

-    وقد جاءت خلاصة نتائج البحث و توصياته في الباب الثامن

ويمكن تلخيص نتائج البحث في النقاط التالية:

-    أسفرت الدراسة المقارنة على انه لا توجد طريقة منفردة تصلح لمعالجة المخلف السائل لمعاصر زيت الزيتون وأن المخلف يجب أن يخضع لعمليات معالجة متوالية لتحقيق درجة المعالجة المطلوبة.

-    لا يصح تقييم أي من طرق المعالجة الابتدائية منفردة ويجب التحقق من كفاءة أدائها ضمن منظومة المعالجة المتكاملة.

-    تخفيف المخلف السائل قد يكون ضرورياً ضمن بعض نظم المعالجة وقد تمت مناقشة مرادفات تعتمد عليه وثبت جدواها اقتصادياً على ألا تتعدى نسبة التخفيف جزء من المياه إلى جزء من المخلف ويمكن الاستعانة بمياه الصرف الصحي بشرط توافرها.

-    يجب تخفيض نسبة المواد الصلبة العالقة و مركبات الفينول والدهون الى الحد الآمن لضمان نجاح نظم المعالجة البيولوجية التالية.

-    نظم المعالجة المتكاملة (فيزيائية / كيميائية / بيولوجية) هي الأمثل للوصول بخصائص المخلف لدرجة المعالجة المطلوبة.

-    طرق المعالجة بالترويب لا تؤثر في إزالة اللون من المخلف بينما نظام الأكسدة المتطورة  Advanced oxidation process (AOP)يسمح بذلك ولكنها طريقه مكلفة اقتصادياً من حيث تكاليف التشغيل.

-    على الرغم من الكفاءة الفنية لنظام المعالجة بالأكسدة المطورة AOP   والمحفزاتCatalytic Oxidatants  إلا أنه غير منافس أقتصادياً للأنظمة التي تعتمد على المعالجة الفيزيائية أو الفيزيو كيميائية أو مقارنة بنظام معالجة يستخدم نفس الكيماويات ويعمل بالطاقة الشمسية. وتنطبق نفس الخلاصة على المعالجة الابتدائية بالكربون المنشط نظرا لمشاكل تشغيله الفنية والمخلفات الناتجة عنه وتكاليفه العالية.

-    المعالجة الابتدائية الحيوية البيولوجية باستخدام الفطريات المستزرعة علي المخلف والتي تهدف إلى تخفيض نسبة مركبات الفينول تمهد لنجاح العمليات البيولوجية التالية ولكنها غير منافسة من الناحية الفنية و الاقتصادية.

-    تبشر الطرق الحديثة للمعالجة اللاهوائية مثل نظامي  Up-flow Anaerobic Sludge Blanket UASB و Anaerobic sequencing Batch Reactors ASBR  بنتائج طيبة لمعالجة المخلف السائل خاصة لأنها عملية منتجة للطاقة وتصلح لمعالجة المخلفات الموسمية و تناسب الأجواء في منطقة الشرق الأوسط كما أنها تنتج حمأة حيوية أقل و أكثر ثباتاً.

-    النظم التي تعتمد على الفلترة الفائقة UF يمكن أن تكون مجدية في حالة استرجاع مركبات الفينول وإعادة استخدامها في صناعات أخرى و هو ما يحتاج لدراسات مستقبلية.

-    تراوحت تكاليف المعالجة بالنظم للمرادفات المختلفة بين 25 و 100 دولاراً أمريكياً للمتر المكعب سنوياً تشكل تكاليف التشغيل والصيانة منها النسبة الأكبر من إجمالي التكاليف حيث تراوحت بين 10 و 90 دولاراً أمريكياً للمتر المكعب.

-    المرادف الأفضل  فنياً و اقتصادياً يعتمد على المعالجة الفيزيائية ثم المعالجة بنظامUASB  مع التخفيف ثم المعالجة الهوائية بنظام  SBR وقد حقق فارقاُ ملحوظاً بينه و بين باقي المرادفات.

-    أما المرادف الأفضل فنياً فيعتمد على المعالجة الفيزيوكيميائية ثم المعالجة بنظام ASBR.

-    لم تثبتت الجدوى الاقتصادية لإضافة محطة توليد كهرباء و حرارة في أي من المرادفات خاصة وأنها ستعمل موسمياً.

وقدم البحث مجموعة من التوصيات لخدمة الدراسات اللاحقة وتشمل:

-    ضرورة محاولة تحقيق مبدأ الإنتاج الأنظف Cleaner Production (CP) من خلال تطوير نظم المعاصر لنظم أكثر حداثة لا تنتج سوائل ملوثة للبيئة بدلا من النظم الحالية.

-    ضرورة الحث على تطوير البحوث الخاصة باستغلال مخلفات معاصر زيت الزيتون في صناعات أخرى طبية أو حيوية و تطبيق النظم البيئية الحديثة في اختيار الصناعات المتجاورة عند إنشاء المدن الصناعية بحيث يتم الاعتماد على مخلفات بعض الصناعات كمواد خام لصناعات أخرى لتخفيف الآثار البيئية السلبية ووقف الاستهلاك المستمر للموارد الطبيعية بسبب التخلص من المخلفات الصناعية بدلا من تدويرها وإعادة استخدامها."