利用溶解气浮降低废活性污泥浓缩的能源成本

废水的溶解气浮选

从1973年到1976年,美国环保署和加利福尼亚州在加利福尼亚州卡森市赞助了一项试点研究。最终的技术报告于1980年完成,可以在环保署的网站上找到废物活性污泥处理(PDF),文件为EPA-600/2-80-147。

对几种处理活性污泥的技术进行了测试,但报告所支持的工艺是采用溶解气浮法对活性污泥进行浓缩处理。 同时考虑了好氧消化和厌氧消化。然而,有氧消化并没有显著的好处,由于需要额外的能量输入,它被丢弃,转而用于厌氧消化,后者也能产生可用的能量来源。

尽管有这份报告的发现,一些植物还是选择跳过溶解气浮增稠将污泥直接带入消化器而不需要额外的增稠步骤。

随后的分析比较了添加溶解气浮增稠和不添加气浮增稠的增稠和消化过程的能耗。

操作参数

废水温度

一般来说,任何工厂的废水温度都由该地区的地下温度决定,对于深埋管道来说,地下温度通常全年保持恒定。其他因素可能会影响水温,但一旦水进入地下,地下管道的温度将决定水的温度。

因此,美国污水处理厂的典型进水温度范围为:

废水温度

该国大部分地区都在50°F-60°F范围内。

蒸煮器温度

对于中温消化,目标温度在68°F和108°F之间,98°F是最典型的目标。

消解温度

从废水温度到消化池温度需要热量。使用无DAF消化器与使用DAF消化器成本的关键组成部分是所需的加热能量。加热变稠的污泥将比加热未加厚的WAS消耗更少的能量。

方程温差

水比热容

幸运的是,在废水中常见的条件下,水的比热不随温度变化太大,范围在4.178 kJ/kg/°C到4.205 kJ/kg/°C之间。为了进行分析,我们将使用:

方程水热

能源成本

为了进行成本比较,我们需要对电力和天然气都进行定价,因为使用电力供暖的效率非常低。2017年对美国商业能源成本的调查显示,最低为0.075美元/千瓦时,最高为0.29美元/千瓦时,大多数公用事业公司的收费接近0.10美元/千瓦时。

电力成本

通常天然气以$/MMBTU(每百万英热单位的美元)出售,这一衡量单位的范围是$1/MMBTU到$6/MMBTU,平均约为$3/MMBTU。但是,为了保持单位之间的一致性,我们将其转换为每千瓦时的成本:

电力成本燃气

成本分析

要使用本地信息进行分析,下载这个样本成本和ROI计算电子表格

投资回报率计算器

分析将使用以下公式进行比较。注意,我们假设水的密度是3.785千克/加仑。

计算日热电费

测试用例#1(平均用例)

我们假设废水处理厂在其二级澄清器或澄清器中产生1000 gpm的废活性污泥(WAS)。这里我们假设平均温度、天然气和电力成本。

计算温度、气、电成本

比较:

没有DAF(或其他污泥增稠)

废活性污泥从二级澄清池进入消化池,流速为1000gpm, TSS浓度为5000mg /L。

加热进入消化池的水的总能量成本由下式给出:

DAF后方程9总热成本

注:沼气池确实从生物过程中产生热量,所以天然气消耗不会真的那么高。然而,在加厚和未加厚的情况下,释放的能量是相同的,因此相对成本差异是相同的。

使用DAF

使用直径40'的DAF和1200 gpm的循环,将污泥从0.5% (5000 mg/L)浓缩到4% (40,000 mg/L)。进入沼气池的流量Q=1000*0.5%/4%=125 gpm。

估计DAF系统的总安装成本为60万美元。

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DAF系统的电气负荷为:循环泵:55kw,空气压缩机:5kw,驱动电机:1kw

总能源成本:

用DAF计算总电气成本

总结

  • 每年总节省:439,756美元
  • 预计投资回收期:1.36年
  • 基于DAF 20年估计寿命的投资回报率:819万美元

测试用例#2(悲观用例)

这个测试用例代表了估计节省的悲观情景。计算假设电力成本适中,天然气便宜,启动水温高,污泥与测试用例#1相同。

适度成本

没有DAF

不考虑DAF的热成本方程

使用相同的DAF

能源成本与DAF

总结

  • 每年总节省:81,021美元
  • 预计回收期:7.4年
  • 基于DAF 20年估计寿命的投资回报率:102万美元

结论

即使在最悲观的情况下,在喂食消化器之前使用DAF增稠也会节省大量的能源和成本。

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