- مقدمه
معمولاً براي انتخاب گزينه مناسب تصفيه فاضلاب مقايسه هاي اقتصادي و فني تواماً انجام مي شود و ضمن ارزش گذاري عوامل مختلف، گزينه اي كه بالاترين امتياز را داشته باشد، بعنوان گزينه مناسب انتخاب مي گردد. در خصوص انتخاب جنس بدنه و مصالح ارجح نیز همین اصل صادق است، لذا بر اساس تجربیات حاصله و با توجه به افزایش جهانی بهای فلزات مقاوم در برابر خوردگی و پوسیدگی، افزایش هزینه حامل های انرژی و سوخت ها با توجه به طرح هدفمند شدن یارانه ها در کشور و پر رنگ تر شدن سایه شوم تحریم های اخیر و همچنین مصالح ساختمانی و طول عمر سازه، براساس هزينه هاي سرمايه گذاري اوليه (اجراء) و هزينه هاي راهبری، بهره برداري و نگهداري ساليانه، براساس شاخص های جهانی، استفاده از ترکیبات کامپوزیتی به لحاظ شرایط فنی، اقتصادی و زیست محیطی ارجح می باشد.
2- مقایسه اجمالی پکیج های کامپوزیتی تصفیه فاضلاب با پکیج های فلزی و یا بتنی
مشهودترین و عمده ترین معضل پکیج های فلزی مشکل پوسیدگی، زنگ زدگی و خوردگی شیمیایی و میکروبی بدلیل استفاده از ترکیبات آهن در مقایسه با پکیج هایی با مصالح کامپوزیتی و بتنی می باشد که در نتیجه آن افزایش چشمگیر هزینه های تعمیرات سالیانه و حتی ماهیانه تأسیسات و تجهیزات، تعویض قطعات و نیاز به سندبلاست، رنگ آمیزی دوره ای و پوشش دهی مجدد و ... و در نهایت افزایش هزینه های راهبری، بهره برداری و نگهداری می تواند طرح تصفیه فاضلاب را با چالش های جدی روبرو نماید. در خصوص پکیج های فلزی نیز باید اشاره نمود که خوردگي فولاد در واقع يک فرآيند الکتروشيميايي است. در صورتي که Fe(OH)3 محصول اصلي زنگ زدگي در فلزات باشد، انجام فرآيند خوردگي مشروط به حضور آب و اکسيژن مي باشد، لذا در محیط های مرطوب مانند حوض های حاوی آب یا فاضلاب، تجهیزات فلزی خورده می شوند و در صورتي که تعميرات انجام نشود تخريب و شکستگي ممکن است بطور کامل روي دهد که در اين حالت عمر مفيد تجهیز به اتمام رسيده است و به سرعت طی کمتر از چند سال از بین می رود.آمارهای موجود نشانگر آن است که سالیانه در جهان دو میلیارد دلار صرف جبران خسارات ناشی از خوردگی در سازه های فلزی می شود.
متأسفانه هر ساله مبالغ هنگفتی از بودجه کشور به دلیل زیان های ناشی از خوردگی هدر می گردد که می توان با کمی تدبیر آن را مرتفع نمود.امروزه بخش عمده ای از صنایع کشور از مشکل خوردگی و تبعات هزینه ناشی از آن رنج می برند. خوردگی در ایران در سال 1379 معادل 2700 میلیارد ریال (بر اساس 5 درصد از تولید ناخالص ملی) برآورد شده است (برگرفته از نشریه خوردگی، سال چهارم شماره 11 و 12 - سال 1382).
در مجموع پکيج هاي کامپوزیتی تصفيه فاضلاب علاوه بر طراحي هاي فنی و مهندسی بمنظور حصول عملکرد مناسب از دیدگاه فرآیندی و دستیابی به استانداردهای تخلیه زیست محیطی، نيازمند طراحي مناسبي براي اطمينان از استحکام سازه اي کافي در تمامي مدت زمان عملکرد خود هستند، تا قابلیت اعتماد سیستم در شرایط مختلف کارکرد فراهم گردد. به همین منظور، فشار سیال در درون مخزن، میزان و جهت بارهای وارده، میزان رطوبت محیطی، شناور بودن و غوطه وري دائمی اجزای پکيج در فاضلاب، عوامل تجزيه کننده موجود در خاک و کلیه پارامتر هاي محيطي مختلف که می تواند در ساليان متمادی بر ديواره ها و اجزاء پکيج اثر کرده و باعث فرسايش، خوردگي و در نهايت شکست و تخريب پکيج شوند، در آنالیز سازه ای اینگونه پکیج ها توسط نرم افزار، مورد توجه قرار می گیرند.
براساس مشاهدات و تجربیات حاصله متأسفانه در تصفیه خانه های بتنی نیز معضلات خوردگی سازه به وفور نمایان گردیده، چون بتن در محيط های خورنده حاوی يون کلر و سولفات به مرور زمان خورده شده و خلل و فرج در ساختار آن ایجاد می گردد و تصور عمومی بر اين است که به دليل مقاومت بالای آن نيازی به پوشش محافظ ندارد، اما بايستی اذعان داشت که بتن با خواص قليايي ذاتی خود در محيط های اسيدی به شدت آسيب می بيند و به دليل شکننده بودن تحت تنش ها و ضربات مکانيکی به مرور زمان ترک خورده و خرد می شود و زنگ زدگی و خوردگی آرماتورهای بتن در شرايط خورنده محيط به سطوح بتن گسترش می يابد، لذا استفاده از پوشش های صنعتی کارآمد نیز تاحدودی کارساز بوده و به مرور کیفیت خود را از دست داده و مستهلک می گردد.
استفاده از ترکیبات کامپوزيتي تا حد زيادي از شدت اين عوامل مي کاهد و برخي را حذف مي نمايد. به طوري که با استفاده از مواد کامپوزيتي مشکلاتي نظير خوردگي و زنگ زدگي اتفاق نمي افتند. اگر چه مواد کامپوزيتي داراي مزايايي هستند، اما روش استفاده از آنها و رعايت نکات ويژه در استفاده از آنها ضروري است بدین معنی که سازنده اینگونه تجهیزات بایستی دانش فنی کافی همراه با تجربه کاری لازم در زمینه تولید قطعات کامپوزیتی را داشته باشد تا طرح مناسب از هر نظر اجرائی گردد. يکي از مهمترین این موارد طراحي مناسب و لايه چيني کافي و صحيح در نقاط مختلف يک سازه کامپوزيتي است، زيرا ضخامت ها، تعداد و نوع لايه ها و جهت لايه ها در مواد مرکب به طور کامل بستگي به نظر سازنده دارد و به سهولت مي توان اشکال پيچيده هندسي را در يک سازه کامپوزيتي با ضخامت ها و استحکام هاي متفاوت در جهات مورد نظر، ساخت. حال اگر از اين انعطاف پذيري مواد کامپوزيتي در مقايسه با فلزات به شکل صحيح و اصولي استفاده شود، در نقاطي که نيروهاي زيادي بر سازه وارد مي شوند، با اعمال لايه چيني صحيح مي توان بر استحکام آن افزود. همچنين در نقاطي که نيروهاي کمي به آن وارد مي شود، حذف لايه هاي غير ضروري به کاهش وزن و قيمت تمام شده محصول مي انجامد.
3- ویژگی های ترکیبات کامپوزیت و مقایسه با سایر مواد
پیش از پرداختن به مبحث مقایسه مقایسه فنی، اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی پکیج های کامپوزیتی و پکیج های فلزی و بتنی، لازم است تا به اختصار به معرفی و تشریح ترکیبات کامپوزیت و همچنین برتری ها و مزایای منحصر بفرد آنها اشاره گردد.
3-1- معرفی و تشریح ترکیبات کامپوزیت
ترکیبات کامپوزیت بطور گسترده ای به عنوان پلاستیک های تقویت شده شناخته می شوند. بطور ویژه کامپوزیت ها، الیاف تقویت کننده ای در ماتریس پلیمری هستند، که به نوبه خود دارای ویژگی های منحصر به فردی می باشند. مواد کامپوزيتي از دو جزء الياف و رزين تشکيل مي شوند و الياف مورد استفاده معمولاً شيشه، کربن يا کولار هستند. انواع رزين هاي مورد استفاده در توليد قطعات کامپوزيتي شامل پلي استرهای اشباع نشده، وینیل استر، اپوکسي، پلی اوروتان و ... می باشند. در تولید کامپوزیت دو جزء الياف و رزين بدون واکنش شيميايي با يکديگر مخلوط شده و ماده نهايي مقاوم تري نسبت به اجزاء اوليه را مي سازند.
وزن پایین تر قطعات کامپوزیتی نسبت به سایر مواد نیز بسیار حائز اهمیت می باشد، تا جایی که به عنوان جایگزین قطعات فولادی80-60 درصد و در قطعات آلومینیومی 50-20 درصد از وزن تجهیزات را کاهش می دهند. مزایا و برتری های ترکیبات کامپوزیت در مقایسه با سایر موادی که بطور گسترده و معمول در صنعت تصفیه آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند (از قبیل فولاد، فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، پلی اتیلن، پی وی سی و ... ) شامل مقاومت بسیار بالا در برابر زنگ زدگی و خوردگی شیمیائی (pH) و تجزیه میکروبی، مقاومت بسیار بالا در برابر اشعه UV نور خورشید، مقاومت در برابر ضربه، شوک و انفجار، ضریب انتقال حرارتی بسیار پائین، استحکام ویژه بالاتر در مقایسه با سایر مواد، انعطاف پذیری بیشتر بدلیل زمینه پلیمری و شکل پذیری بسیار بالا، مقاومت بیشتر در برابر ضربه و تنش، ضریب انبساط گرمائی پایین، مقاومت خستگی بهتر، نیاز به اتصالات کمتر، ضخامت کمتر با استحکام مساوی، هزینه اندک تولید و قیمت مونتاژ و نصب کمتر در مقایسه با سایر مواد، امکان استفاده از تأخیرانداز در برابر آتش و وزن پایین تر نسبت به سایر مواد می باشد.
از اینرو امروزه مزایای فوق العاده و منحصر به فرد این ترکیبات از یکسو و پایین بودن هزینه های اجرایی در مقایسه با عملیات ساختمانی (با توجه به افزایش جهانی بهای فلزات بخصوص فلزات مقاوم در برابر زنگ زدگی و خوردگی و همچنین مصالح ساختمانی) و هزینه حامل های انرژی و سوخت ها از سوی دیگر باعث شده تا ساخت قطعات و تجهیزات مختلف قابل استفاده در صنعت آب و فاضلاب به این سمت سوق پیدا کند، که از بارزترین آنها می توان به ساخت پکیج های پیش ساخته کامپوزیتی تصفیه فاضلاب، کانال ها و لوله های جمع آوری و انتقال فاضلاب، منهول های پیش ساخته، پیچ و مهره ها، انواع فیتینگ ها و اتصالات، فيلترهای مدور دستگاه تصفيه آب و نازل پلیت ها، انواع شناورهای نگهدارنده و پره های هواده های سطحی، انواع کفابگیر، پمپهای ایرلیفت، صفحات لاملاء در حوض های ته نشینی، کانال های پارشال فلوم، ایستگاه های پمپاژ پیش ساخته، حوضچه کلرزنی، میکسرهای استاتیکی خطی، حوضچه های متعادل ساز، سرریزهای V شکل، تیغه ها و لجنروب های سیستم تغلیظ لجن، بدنه سیستم های حذف بو به روش بیولوژیکی (بیوفیلتراسیون) و حتی بدنه سیستم های تولید گاز توسط میکروارگانیسم های بیهوازی (بیوگاز) و تولید کود بیولوژیکی از مواد زاید جامد آلی (بیوکمپوستینگ) و سطل زباله هاي پسماند مواد شيميايي در مباحث مدیریت مواد زاید جامد اشاره کرد. در همین راستا در گزارش حاضر، در ابتدا ویژگی های ترکیبات کامپوزیت و مقایسه آنها با سایر مواد، معرفی ترکیبات کامپوزیت و مزایای آنها ارائه شده و در ادامه کاربرد روزافزون ترکیبات کامپوزیتی به عنوان جایگزینی مناسب برای فولاد، فولاد ضدزنگ (استنلس استیل)، آلومینیوم، پلی اتیلن، پی وی سی و... را مورد مطالعه و بحث قرار می دهد.
3-2- مزایا و برتری های ترکیبات کامپوزیت
همانگونه که پیشتر نیز اشاره گردید، بطور مختصر و مفید، مزایا و برتری های ترکیبات کامپوزیت در مقایسه با سایر موادی که بطور گسترده و معمول در صنعت تصفیه آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند ( از قبیل فولاد، فولاد زنگ نزن، آلومینیوم، پلی اتیلن، پی وی سی و ... ) به شرح زیر می باشد:
1- مقاومت بسیار بالا در برابر زنگ زدگی و خوردگی شیمیائی (pH) و تجزیه میکروبی
2- مقاومت بسیار بالا در برابر اشعه UV نور خورشید
3- مقاومت در برابر ضربه، شوک و انفجار
4- دارای ضریب انتقال حرارتی بسیار پائین
5- استحکام ویژه بالاتر در مقایسه با سایر مواد
6- انعطاف پذیری بیشتر بدلیل زمینه پلیمری و شکل پذیری بسیار بالا
7- مقاومت بیشتر در برابر ضربه و تنش
8- دارای ضریب انبساط گرمائی پایین
9- مقاومت خستگی بهتر
10- نیاز به اتصالات کمتر
11- ضخامت کمتر با استحکام مساوی
12- هزینه اندک تولید و قیمت مونتاژ و نصب کمتر در مقایسه با سایر مواد
13- امکان استفاده از تأخیرانداز در برابر آتش
14- وزن پایین تر نسبت به سایر مواد
همچنین در جدول شماره 1 مهمترین مشخصه های فیزیکی ترکیبات کامپوزیت در مقایسه با سایر مواد آورده شده است.
