能源效率

将有毒的污水污泥转化为可再生能源

在伍斯特理工学院(WPI)的研究人员收到来自能源的美国能源部(DOE)一个近200万$拨款,以创建污泥,污水处理的副产品时倒入垃圾填埋场,创造温室气体排放和水体污染的可再生燃料。

沙龙戈丹 5月12日,2021年
礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

在研究人员伍斯特理工学院接收从能源的美国能源部(DOE)一个近200万$准许以创建从污水污泥,污水处理的副产物,当倒入垃圾填埋场,创建温室气体和水的污染的可再生燃料。与之美国环境保护署报告仅美国每年就有超过20亿磅的污水污泥被扔进垃圾填埋场,研究人员看到了一个机会,可以将大部分污泥从垃圾填埋场中去除,并用它们来发电,为污水处理过程提供动力,并可能补充市政电网。

迈克尔Timko他正在带领一个团队开发一种现场操作方法,利用水热过程、高温高压和廉价的催化剂将污水污泥及其所含的能量和碳转化为天然气。

由于DOE报告说,进入治疗设施的废水中的能量比治疗它所需的能量大于5倍,恢复捕获的能量现场将使治疗厂取代或补充所购买的能源。此外,在新方法中提取的硝酸盐和磷酸盐可用于农业。

WPI博士候选人Heather LeClerc(前景)和WPI博士学生David Kenney一起工作,密封和准备用于从有毒污泥生产生物油的反应器。礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

WPI博士候选人Heather LeClerc(前景)和WPI博士学生David Kenney一起工作,密封和准备用于从有毒污泥生产生物油的反应器。礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

在过去三年里,蒂姆科已经筹集了500多万美元用于相关研究,重点是减少对化石燃料的依赖、应对气候变化和创造可再生能源。

“我们正在做的东西,是一个巨大的能源消费国,并把它变成一个能源生产国,” Timko说,新的项目。“而在同一时间,我们正在采取一个有问题的浪费,把它变成有用的东西和有价值的。造纸废水处理能量产生过程是在多个层次上的胜利。如果我们能保持不进入垃圾填埋场的废弃物这种连续流,这只是一个巨大的胜利。”

能源部投资提高废水处理设施的能源效率——最终使它们达到能源中性——和环境性能。据估计,美国各地的城市污水处理厂每年消耗的电力超过30太瓦时,相当于每年20亿美元的电力成本。据美国能源部称,仅电力一项就可占废水处理厂年度运营预算的25%至40%,并在某一特定城市的总能源账单中占相当大的比例。随着人口的增长,这些账单也会随之增加。

反应器挂接到加热器生产生物油。礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

反应器挂接到加热器生产生物油。礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

WPI工作是16个水基础设施项目中,最近授予母鹿总数为2750万美元。“通过现代化水资源基础设施,我们可以减少电力需求并将水用工具变为清洁能源生产商,”詹妮弗M. Granholm秘书长表示。“下一代创新Doe正在投资也将降低成本,同时增加对美国人的清洁水,并使我们走向更清洁,更健康,更繁荣的未来。”

要打开污泥转化为天然气,Timko正在设计一种先进的水热气化过程,其中加热水在污泥水和气体之间的超临界阶段,使原料变成生物燃料。

转换的污泥转化为可再生能源需要几个步骤,并Timko与上创建新进程的重要不同的技术和方法,其他三个WPI教授合作。

他与杰弗里Tompsett,WPI在化学工程助理研究教授合作研究热液液化,这是用于将污泥转换成原油状液体的第一步骤,所述污泥转化成可用的气体另一个热过程。

蒂姆科还与化学工程助理教授安德鲁·特谢拉(Andrew Teixeira)合作,后者专注于设计一种超临界盐沉淀过程,使用高温高压蒸汽从污水污泥中回收硝酸盐、硫酸盐和磷酸盐,这是将原料转化为生物燃料过程的一部分。这些矿物质可以循环利用,制成商品肥料。

此外,化学工程教授Nick Kazantzis正在模拟该过程的经济和环境性能,这是证明该技术的商业可行性和指导研究和开发工作的关键步骤。

Teixeira说:“在环境方面,这一过程是通过零浪费的可持续方法关闭碳循环,朝着减少我们的碳足迹迈出的一步。”“这对环境的潜在影响是巨大的。想象一下,如果我们能够建立一个可持续的过程,不再向大气中添加碳,而是在碳逃逸之前将其捕获,并将其转化为有用的东西。”

Another collaborator on the research project, Harold Walker, WPI’s Alena and David M. Schwaber Professor of Environmental Engineering, and a researcher experienced in developing treatment technology for wastewater and drinking water, will focus on ensuring the technology being developed works within conventional wastewater treatment facilities.

污泥水热液化丙酮中的生物油。礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

污泥水热液化丙酮中的生物油。礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

“谈到浪费材料,如污泥转化为一种宝贵的资源有这么多的环境效益,从减少温室气体排放,以减少水污染和土壤污染,”沃克说。“如果成功的大规模,这种新方法可以显着提高能源的废水处理设施的恢复世界各地,并为我们带来了很多接近净能量中性废水的处理。”

在研究人员太平洋西北国家实验室是一家位于DOE的国家实验室之一,是该项目的合作者,运行了开发技术的试验试验。还合作是研究人员锡拉丘兹大学,谁正在开发的气化反应器和催化剂;研究人员在美国化学工程师学会,谁将会对整个过程的商业化工作。

- 由Chris Vavra,Web Content Manager编辑,控制工程,CFE媒体和技术,cvavra@cfemedia.com.


沙龙古丁
作者生物:Sharon Gaudin伍斯特理工学院(WPI)