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(chǎng)（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(guò)一系列的節能行動(dòng)并增加可再生能源開(kāi)發(fā)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(zhuān)門(mén)雇了一家能源合同管理服務(wù)商，對所有的建筑能耗源進(jìn)行分析審計，提出相應的節能措施或者采用新的節能產(chǎn)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(shù)、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(wàn)美元。
1.2能源削減
MWRD下轄的污水廠(chǎng)和泵站用電對當地電網(wǎng)造成非常重要的影響。當電網(wǎng)經(jīng)歷高峰用電時(shí)，MWRD主動(dòng)通過(guò)關(guān)停部分設施、將污水調蓄在截流管內來(lái)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(wàn)美元。
1.3污泥干化替代
MWRD每年產(chǎn)生16.5萬(wàn)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(chǎng)或污泥造粒制造商業(yè)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(shù)皮或樹(shù)木碎渣作為添加劑，通過(guò)高溫堆肥制作A級污泥產(chǎn)品，預計2016年產(chǎn)生1萬(wàn)噸堆肥產(chǎn)品。
1.4新技術(shù)新工藝
氨氮排放會(huì )導致水體水質(zhì)惡化，傳統通過(guò)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(shí)，耗氧量減少導致能耗降低。MWRD目前正在其下轄的Egan污水廠(chǎng)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(shù)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(shí)無(wú)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(chǎng)利用原有溶氣氣浮池改建為ANITATMMox工藝池，該污水廠(chǎng)處理Egan污水廠(chǎng)（規模為50MGD）和Kirie污水廠(chǎng)（規模為72MGD）兩個(gè)廠(chǎng)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(chǎng)，這加劇了管網(wǎng)的臭氣和腐蝕問(wèn)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(shù)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(jìn)程，節約曝氣能耗40%以上，約1.2億kWh/年，相當于4500戶(hù)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(lǐng)先的創(chuàng )新技術(shù)——膜曝氣生物膜反應器（MABR），又稱(chēng)ZeeLungTM。該技術(shù)采用一種特殊的膜產(chǎn)品，將氧氣通過(guò)這種膜供給附著(zhù)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(wú)需增設反應池，同時(shí)該技術(shù)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(shù)可節約供氧能耗40%左右。
該試驗裝置目前用在O’Brien污水廠(chǎng)的側流處理工程中，用于確定MABR技術(shù)相應的硝化速率、氧轉移速率和充氧效率等技術(shù)參數，一旦通過(guò)長(cháng)期試驗證明效果后，該技術(shù)將可用于整個(gè)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(wàn)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(yáng)光反射裝置（反射指數為86），通過(guò)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(lèi)），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(kāi)發(fā)
2.1水電開(kāi)發(fā)
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(jìn)行水力發(fā)電，目前的裝機容量為2臺6MW發(fā)電機，每年發(fā)電量為4000萬(wàn)kWh，全部出售給當地電力公司。
2.2聯(lián)合消化和甲烷利用
MWRD下轄污水廠(chǎng)采用厭氧消化處理污泥，7座污水廠(chǎng)的污泥集中到4座污水廠(chǎng)處理，厭氧消化池共計46個(gè)。厭氧消化產(chǎn)生的沼氣含60%以上的甲烷，可以用來(lái)通過(guò)沼氣鍋爐產(chǎn)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(chǎn)量，MWRD接納工業(yè)或商業(yè)有機廢棄物作為消化池進(jìn)料進(jìn)行聯(lián)合消化。有機廢棄物包括固態(tài)或液態(tài)的來(lái)自食品加工、釀酒、奶制品、生物柴油廠(chǎng)的高濃度有機廢料，以及來(lái)自餐館和煉油廠(chǎng)的廢油脂。MWRD在Calumet污水廠(chǎng)建了一座有機廢棄物接收站，接納儲罐運來(lái)的有機廢液。該廠(chǎng)的12座厭氧消化池通過(guò)聯(lián)合消化，沼氣產(chǎn)量增加了75%。MWRD還計劃建設一座沼氣處理站，將沼氣進(jìn)行提純并壓縮產(chǎn)生壓縮天然氣（CNG）供給車(chē)輛使用，從而減少汽油用量和溫室氣體排放。CNG銷(xiāo)售收入和廢棄有機物收集的處置費都可以補償污水廠(chǎng)的運行費用。
MWRD目前還正在Stickney污水廠(chǎng)建設一套類(lèi)似的聯(lián)合消化系統。該廠(chǎng)的24個(gè)厭氧消化池將每天接納100萬(wàn)加侖的來(lái)自當地餐館和雜貨店的食品廢棄物，這類(lèi)源頭分類(lèi)收集的有機物能將厭氧消化的沼氣產(chǎn)量提高一倍，可以產(chǎn)生相當于每年2000萬(wàn)加侖汽油的CNG。
3熱能利用
2012年，MWRD開(kāi)始在Egan污水廠(chǎng)嘗試安裝太陽(yáng)能光伏屋頂的太陽(yáng)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(chǎng)合。同時(shí)在Kirie污水廠(chǎng)嘗試了污水源熱泵，將處理后出水的余熱用于廠(chǎng)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(jìn)，為減少溫室氣體排放、推動(dòng)周邊社區和環(huán)境更清潔、更可持續發(fā)展做出貢獻。
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