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美國污水處理廠能量自給運行實例介紹

  來源:華東給水排水微信 | 發布時間:2019-10-15

  北斗智庫環保管家網訊:美國大芝加哥廢水管理局(MWRD)成立于1889年,其職能就是保護當地的河流湖泊。目前下轄7座水再生處理廠(WRPs)和22座提升泵站,每年的電耗約6億kWh,其制定的2023年目標就是通過一系列的節能行動并增加可再生能源開發利用,達到完全能量自給。
 
  1節能計劃
 
  1.1建筑能源審計
 
  MWRD專門雇了一家能源合同管理服務商,對所有的建筑能耗源進行分析審計,提出相應的節能措施或者采用新的節能產品更換老舊設備材料,比如采用升級的LED內飾照明及自控技術、蒸汽保溫隔熱材料或者更換鍋爐設備等。根據估算,每年可以節約80萬美元。
 
  1.2能源削減
 
  MWRD下轄的污水廠和泵站用電對當地電網造成非常重要的影響。當電網經歷高峰用電時,MWRD主動通過關停部分設施、將污水調蓄在截流管內來削減用電量,幫助當地電力公司應對用電負荷高峰,電力公司作為交換每年補償約190萬美元。
 
  1.3污泥干化替代
 
  MWRD每年產生16.5萬噸干污泥,并采用多種污泥管理,包括污泥林地回用、干化污泥用于公園或高爾夫球場或污泥造粒制造商業肥料。MWRD目前正在安裝一套污泥堆肥設施(堆肥設施的能耗明顯低于污泥干化),采用樹皮或樹木碎渣作為添加劑,通過高溫堆肥制作A級污泥產品,預計2016年產生1萬噸堆肥產品。
 
  1.4新技術新工藝
 
  氨氮排放會導致水體水質惡化,傳統通過充氧去除氨氮的工藝需要大量能耗。新的氨氮去除工藝比如“厭氧氨氧化”或“短程硝化”在去除氨氮的同時,耗氧量減少導致能耗降低。MWRD目前正在其下轄的Egan污水廠建設一套用于離心脫水上清液處理的ANITATMMox厭氧氨氧化工藝。該工藝是一種基于MBBR技術的單級脫氮工藝,適用于高氨氮濃度的污水處理,其氨氮去除率大于90%,總氮去除率達到75%~85%,同時無需外加碳源,與傳統硝化反硝化脫氮工藝相比能耗較低。
 
  Egan污水廠利用原有溶氣氣浮池改建為ANITATMMox工藝池,該污水廠處理Egan污水廠(規模為50MGD)和Kirie污水廠(規模為72MGD)兩個廠的污泥。由于工藝限制,污泥離心脫水上清液需要排入污水管道輸送至15英里外的O’Brien污水廠,這加劇了管網的臭氣和腐蝕問題。采用ANITATMMox工藝就地處理上清液,可以節約輸送的能耗。
 
  MWRD還在研究將厭氧氨氧化技術用于污水處理主流程,如果研究成功,將完全改變污水脫氮進程,節約曝氣能耗40%以上,約1.2億kWh/年,相當于4500戶家庭的年用電量。
 
  另外,MWRD還與GE公司合作,研究該公司一項國際領先的創新技術——膜曝氣生物膜反應器(MABR),又稱ZeeLungTM。該技術采用一種特殊的膜產品,將氧氣通過這種膜供給附著在膜表面的生物膜微生物,能有效提高原有曝氣池的處理能力,無需增設反應池,同時該技術還能改善TSS、氨氮的去除效果(尤其是低溫條件和高峰流量期間)。據估計,該技術可節約供氧能耗40%左右。
 
  該試驗裝置目前用在O’Brien污水廠的側流處理工程中,用于確定MABR技術相應的硝化速率、氧轉移速率和充氧效率等技術參數,一旦通過長期試驗證明效果后,該技術將可用于整個污水處理處理流程(250MGD規模,雨季流量450MGD),每年能夠節約電量達到1500萬kWh。
 
  1.5綠色屋頂安裝
 
  2014年,RacineAvenue泵站安裝了一套33000平方英尺的屋頂系統,其中29300平方英尺是太陽光反射裝置(反射指數為86),通過減少屋頂吸熱而降低空調負荷;另外的3700平方英尺為綠色植物系統(包括8種不同植物種類),起到隔熱、減少雨水徑流、去除雨水污染負荷等效果。
 
  2可再生能源開發
 
  2.1水電開發
 
  1907年,MWRD在芝加哥排水和航運渠道與DESPlaines河流交匯處新建了一座Lockport水電站,利用渠道排入河流近38英尺的水頭落差進行水力發電,目前的裝機容量為2臺6MW發電機,每年發電量為4000萬kWh,全部出售給當地電力公司。
 
  2.2聯合消化和甲烷利用
 
  MWRD下轄污水廠采用厭氧消化處理污泥,7座污水廠的污泥集中到4座污水廠處理,厭氧消化池共計46個。厭氧消化產生的沼氣含60%以上的甲烷,可以用來通過沼氣鍋爐產生蒸汽或熱水用于消化池或其他工藝加熱。
 
  為了擴大沼氣產量,MWRD接納工業或商業有機廢棄物作為消化池進料進行聯合消化。有機廢棄物包括固態或液態的來自食品加工、釀酒、奶制品、生物柴油廠的高濃度有機廢料,以及來自餐館和煉油廠的廢油脂。MWRD在Calumet污水廠建了一座有機廢棄物接收站,接納儲罐運來的有機廢液。該廠的12座厭氧消化池通過聯合消化,沼氣產量增加了75%。MWRD還計劃建設一座沼氣處理站,將沼氣進行提純并壓縮產生壓縮天然氣(CNG)供給車輛使用,從而減少汽油用量和溫室氣體排放。CNG銷售收入和廢棄有機物收集的處置費都可以補償污水廠的運行費用。
 
  MWRD目前還正在Stickney污水廠建設一套類似的聯合消化系統。該廠的24個厭氧消化池將每天接納100萬加侖的來自當地餐館和雜貨店的食品廢棄物,這類源頭分類收集的有機物能將厭氧消化的沼氣產量提高一倍,可以產生相當于每年2000萬加侖汽油的CNG。
 
  3熱能利用
 
  2012年,MWRD開始在Egan污水廠嘗試安裝太陽能光伏屋頂的太陽能熱水系統,用于預熱鍋爐補充水,污泥處理熱水及其他需要熱水的場合。同時在Kirie污水廠嘗試了污水源熱泵,將處理后出水的余熱用于廠內綜合樓的空調,能夠節約綜合樓空調用電的50%左右。
 
  4結論
 
  MWRD一直致力于向能量自給的目標前進,為減少溫室氣體排放、推動周邊社區和環境更清潔、更可持續發展做出貢獻。

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