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美国污水厂能量自给运行实例介绍

文章来源:华东给水排水杂志2016年第3期 发布时间:2019-10-01 08:39:17 阅读次数:794 次 [关闭]

作者:上海市政工程设计研究总院 李春光

    美国大芝加哥废水管理局(MWRD)成立于1889年,其职能就是保护当地的河流湖泊。目前下辖7座水再生处理厂(WRPs)和22座提升泵站,每年的电耗约6亿kWh,其制定的2023年目标就是通过一系列的节能行动并增加可再生能源开发利用,达到完全能量自给。

1、节能计划

    1.1 建筑能源审计

    MWRD专门雇了一家能源合同管理服务商,对所有的建筑能耗源进行分析审计,提出相应的节能措施或者采用新的节能产品更换老旧设备材料,比如采用升级的LED内饰照明及自控技术、蒸汽保温隔热材料或者更换锅炉设备等。根据估算,每年可以节约80万美元。

    1.2 能源削减

    MWRD下辖的污水厂和泵站用电对当地电网造成非常重要的影响。当电网经历高峰用电时,MWRD主动通过关停部分设施、将污水调蓄在截流管内来削减用电量,帮助当地电力公司应对用电负荷高峰,电力公司作为交换每年补偿约190万美元。

    1.3 污泥干化替代

    MWRD每年产生16.5万吨干污泥,并采用多种污泥管理,包括污泥林地回用、干化污泥用于公园或高尔夫球场或污泥造粒制造商业肥料。MWRD目前正在安装一套污泥堆肥设施(堆肥设施的能耗明显低于污泥干化),采用树皮或树木碎渣作为添加剂,通过高温堆肥制作A级污泥产品,预计2016年产生1万吨堆肥产品。

    1.4 新技术新工艺

    氨氮排放会导致水体水质恶化,传统通过充氧去除氨氮的工艺需要大量能耗。新的氨氮去除工艺比如“厌氧氨氧化”或“短程硝化”在去除氨氮的同时,耗氧量减少导致能耗降低。MWRD目前正在其下辖的Egan污水厂建设一套用于离心脱水上清液处理的ANITATMMox厌氧氨氧化工艺。该工艺是一种基于MBBR技术的单级脱氮工艺,适用于高氨氮浓度的污水处理,其氨氮去除率大于90%,总氮去除率达到75%~85%,同时无需外加碳源,与传统硝化反硝化脱氮工艺相比能耗较低。

    Egan污水厂利用原有溶气气浮池改建为ANITATMMox工艺池,该污水厂处理Egan污水厂(规模为50MGD)和Kirie污水厂(规模为72MGD)两个厂的污泥。由于工艺限制,污泥离心脱水上清液需要排入污水管道输送至15英里外的O’Brien污水厂,这加剧了管网的臭气和腐蚀问题。采用ANITATMMox工艺就地处理上清液,可以节约输送的能耗。

    MWRD还在研究将厌氧氨氧化技术用于污水处理主流程,如果研究成功,将完全改变污水脱氮进程,节约曝气能耗40%以上,约1.2亿kWh/年,相当于4500户家庭的年用电量。

    另外,MWRD还与GE公司合作,研究该公司一项国际领先的创新技术――膜曝气生物膜反应器(MABR),又称ZeeLungTM。该技术采用一种特殊的膜产品,将氧气通过这种膜供给附着在膜表面的生物膜微生物,能有效提高原有曝气池的处理能力,无需增设反应池,同时该技术还能改善TSS、氨氮的去除效果(尤其是低温条件和高峰流量期间)。据估计,该技术可节约供氧能耗40%左右。

该试验装置目前用在O’Brien污水厂的侧流处理工程中,用于确定MABR技术相应的硝化速率、氧转移速率和充氧效率等技术参数,一旦通过长期试验证明效果后,该技术将可用于整个污水处理处理流程(250MGD规模,雨季流量450MGD),每年能够节约电量达到1500万kWh。

    1.5 绿色屋顶安装

    2014年,RacineAvenue泵站安装了一套33000平方英尺的屋顶系统,其中29300平方英尺是太阳光反射装置(反射指数为86),通过减少屋顶吸热而降低空调负荷;另外的3700平方英尺为绿色植物系统(包括8种不同植物种类),起到隔热、减少雨水径流、去除雨水污染负荷等效果。

2、可再生能源开发

    2.1 水电开发

    1907年,MWRD在芝加哥排水和航运渠道与DESPlaines河流交汇处新建了一座Lockport水电站,利用渠道排入河流近38英尺的水头落差进行水力发电,目前的装机容量为2台6MW发电机,每年发电量为4000万kWh,全部出售给当地电力公司。

    2.2 联合消化和甲烷利用

MWRD下辖污水厂采用厌氧消化处理污泥,7座污水厂的污泥集中到4座污水厂处理,厌氧消化池共计46个。厌氧消化产生的沼气含60%以上的甲烷,可以用来通过沼气锅炉产生蒸汽或热水用于消化池或其他工艺加热。

为了扩大沼气产量,MWRD接纳工业或商业有机废弃物作为消化池进料进行联合消化。有机废弃物包括固态或液态的来自食品加工、酿酒、奶制品、生物柴油厂的高浓度有机废料,以及来自餐馆和炼油厂的废油脂。MWRD在Calumet污水厂建了一座有机废弃物接收站,接纳储罐运来的有机废液。该厂的12座厌氧消化池通过联合消化,沼气产量增加了75%。MWRD还计划建设一座沼气处理站,将沼气进行提纯并压缩产生压缩天然气(CNG)供给车辆使用,从而减少汽油用量和温室气体排放。CNG销售收入和废弃有机物收集的处置费都可以补偿污水厂的运行费用。

    MWRD目前还正在Stickney污水厂建设一套类似的联合消化系统。该厂的24个厌氧消化池将每天接纳100万加仑的来自当地餐馆和杂货店的食品废弃物,这类源头分类收集的有机物能将厌氧消化的沼气产量提高一倍,可以产生相当于每年2000万加仑汽油的CNG。

3、热能利用

    2012年,MWRD开始在Egan污水厂尝试安装太阳能光伏屋顶的太阳能热水系统,用于预热锅炉补充水,污泥处理热水及其他需要热水的场合。同时在Kirie污水厂尝试了污水源热泵,将处理后出水的余热用于厂内综合楼的空调,能够节约综合楼空调用电的50%左右。

4、结论

    MWRD一直致力于向能量自给的目标前进,为减少温室气体排放、推动周边社区和环境更清洁、更可持续发展做出贡献。



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