能量自給污水廠范例-美國威斯康辛州Sheboygan WWTP

Sheboygan WWTP 工藝及運(yùn)行情況介紹：

美國威斯康辛州Sheboygan 污水廠建成30年以來，逐步改善污水廠的工藝及運(yùn)行，2002年開始采取降低能耗的策略，目前，從最初的降低能耗目標(biāo)逐漸實現(xiàn)能量自給，最好的狀態(tài)可以達(dá)到或接近100%的能耗自給，該廠可以每年就地產(chǎn)生90%的電能，85%的熱能需求。

 

進(jìn)水提升泵房：

6臺 Fairbanks & Morse® 離心泵. 每臺水泵能力 11,800gpm.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

細(xì)格柵及沉砂池：

2008年更新安裝了2臺自動清洗功能的細(xì)格柵。

Primary Clarifiers

四座初沉池，尺寸：90 ft. x 90 ft. 平均日流量12.0MGD時對應(yīng)HRT為5.67h，沉淀的有機(jī)顆粒重力濃縮后泵送到厭氧消化工藝。

 

生物池：

1999年，兩座生物池改造為BNR工藝，以強(qiáng)化脫氮除磷。平均日流量時生物池反硝化段的HRT為3.75h. 4座曝氣池，尺寸50 ft. x 100 ft. x 26 ft. 每座安裝了1500個微孔曝氣器，配備了2臺Turblex® 350馬力的高效鼓風(fēng)機(jī)。

 

 

曝氣池及鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)化控制曝氣過程。DO在線分析器采用MJK® 分析儀，運(yùn)行控制保持DO在一個優(yōu)化的數(shù)值，以維持較高的污染物去除效率。好氧池HRT7.5h。

二沉池

四座二沉池，HRT達(dá)到了7.25h，這個時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)常規(guī)設(shè)計的數(shù)值。 

出水消毒：

采用氯化消毒，HRT1.75h，下圖是接觸池。需要補(bǔ)充說明的是，該廠對消毒后的出水殘余氯進(jìn)行亞硫酸氫鈉中和，出水排放到密歇根湖。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

污泥消化：

初沉污泥和活性污泥被送至三座加溫的初級污泥厭氧消化池，污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，沼氣組分甲烷大概65%，CO2為30%，H2S為5%。經(jīng)過初級厭氧消化后的污泥被轉(zhuǎn)至二級厭氧消化系統(tǒng)進(jìn)行最終的厭氧消化和污泥穩(wěn)定。一級、二級污泥厭氧消化池總的池容為4855000加侖，30d停留時間。厭氧過程產(chǎn)生的甲烷氣體作為燃料用來為初級污泥消化池加溫，同時用來作為10-30kw的Capstone汽輪發(fā)動機(jī)用來發(fā)電，每年大概產(chǎn)生2300兆瓦的電能，多余的沼氣還可以用來供給卡特彼勒發(fā)動機(jī)，供污水提升泵使用。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

污泥脫水及處置：

厭氧消化后的殘余污泥進(jìn)行污泥濃縮，含固率從2.5%到6.0%，采用了2臺帶式機(jī)械濃縮機(jī)（帶寬分別為2M和3M）。濃縮后的液體污泥被存儲在2個 2,000,000-gallon Aquastore 的儲泥池，能儲存180d的污泥，這些污泥將在春夏秋季節(jié)被作為肥料農(nóng)用，為此每英畝土地可以節(jié)約 $250.00的肥料費(fèi)用.

 

 

 

 

 

能耗自給途徑：

2006年，安裝了5臺30kw Capstone汽輪機(jī)，這些汽輪機(jī)每年可以產(chǎn)生2300MW的電能。下圖是該廠的5臺30KW汽輪機(jī)。為此可以每年節(jié)省$78,000的電費(fèi)，同時產(chǎn)生84000千卡的熱能，每年可以節(jié)省$60,000的天然氣費(fèi)用。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

該廠廢物厭氧沼氣發(fā)電/熱電聯(lián)產(chǎn)的實施，回收了污水中潛在的能源，大大節(jié)省了運(yùn)行成本。 2008年該廠開始采用食品加工及乙醇生產(chǎn)過程的外源有機(jī)廢物與市政污泥進(jìn)行混合厭氧協(xié)同發(fā)酵，大概提高了15%的沼氣產(chǎn)量。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2010年，又安裝了2臺200kw的Capstone的汽輪機(jī)利用多余的沼氣進(jìn)行發(fā)電，可以產(chǎn)生400kw的電能及每小時 1,400,000 BTU 的熱能。

2012年又新安裝了300kw的汽輪機(jī)系統(tǒng)，通過外源有機(jī)廢物的厭氧協(xié)同發(fā)酵沼氣發(fā)電技術(shù)，目前700kw的汽輪機(jī)系統(tǒng)可以產(chǎn)生90%的電能需求，滿足85%的用熱需求。

 

污水廠沼氣發(fā)電工藝及設(shè)備配置信息：

Waste Volume: 10.0 million gallons/day
Biogas Produced: 500,000 ft3/day @ 65% methane

Equipment Installed:

10 - 30kW Capstone Micro-turbines
Unison Solutions Gas Conditioning Equipment
2 Cain Heat Recovery Units

2 - 200kW Capstone Micro-turbines
Unison Solutions Gas Conditioning Equipment
2 - Cain Heat Recovery Units

Electrical Energy Produced: 16,500 kWh/day (at peak gas production)
Thermal Energy Produced: 55 million BTU/day