美國大芝加哥廢水管理局（MWRD）成立于1889年，其職能就是保護(hù)當(dāng)?shù)氐暮恿骱?。目前下?座水再生處理廠（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(biāo)就是通過一系列的節(jié)能行動(dòng)并增加可再生能源開發(fā)利用，達(dá)到完全能量自給。

1節(jié)能計(jì)劃

1.1建筑能源審計(jì)

MWRD專門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(jì)，提出相應(yīng)的節(jié)能措施或者采用新的節(jié)能產(chǎn)品更換老舊設(shè)備材料，比如采用升級的LED內(nèi)飾照明及自控技術(shù)、蒸汽保溫隔熱材料或者更換鍋爐設(shè)備等。根據(jù)估算，每年可以節(jié)約80萬美元。

1.2能源削減

MWRD下轄的污水廠和泵站用電對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)造成非常重要的影響。當(dāng)電網(wǎng)經(jīng)歷高峰用電時(shí)，MWRD主動(dòng)通過關(guān)停部分設(shè)施、將污水調(diào)蓄在截流管內(nèi)來削減用電量，幫助當(dāng)?shù)仉娏緫?yīng)對用電負(fù)荷高峰，電力公司作為交換每年補(bǔ)償約190萬美元。

1.3污泥干化替代

MWRD每年產(chǎn)生16.5萬噸干污泥，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(shè)施（堆肥設(shè)施的能耗明顯低于污泥干化），采用樹皮或樹木碎渣作為添加劑，通過高溫堆肥制作A級污泥產(chǎn)品，預(yù)計(jì)2016年產(chǎn)生1萬噸堆肥產(chǎn)品。

1.4新技術(shù)新工藝

氨氮排放會(huì)導(dǎo)致水體水質(zhì)惡化，傳統(tǒng)通過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(dǎo)致能耗降低。MWRD目前正在其下轄的Egan污水廠建設(shè)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(dá)到75%~85%，同時(shí)無需外加碳源，與傳統(tǒng)硝化反硝化脫氮工藝相比能耗較低。

Egan污水廠利用原有溶氣氣浮池改建為ANITATMMox工藝池，該污水廠處理Egan污水廠（規(guī)模為50MGD）和Kirie污水廠（規(guī)模為72MGD）兩個(gè)廠的污泥。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，這加劇了管網(wǎng)的臭氣和腐蝕問題。采用ANITATMMox工藝就地處理上清液，可以節(jié)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(jié)約曝氣能耗40%以上，約1.2億kWh/年，相當(dāng)于4500戶家庭的年用電量。

另外，MWRD還與GE公司合作，研究該公司一項(xiàng)國際領(lǐng)先的創(chuàng)新技術(shù)——膜曝氣生物膜反應(yīng)器（MABR），又稱ZeeLungTM。該技術(shù)采用一種特殊的膜產(chǎn)品，將氧氣通過這種膜供給附著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，無需增設(shè)反應(yīng)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(jù)估計(jì)，該技術(shù)可節(jié)約供氧能耗40%左右。

該試驗(yàn)裝置目前用在O’Brien污水廠的側(cè)流處理工程中，用于確定MABR技術(shù)相應(yīng)的硝化速率、氧轉(zhuǎn)移速率和充氧效率等技術(shù)參數(shù)，一旦通過長期試驗(yàn)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(guī)模，雨季流量450MGD），每年能夠節(jié)約電量達(dá)到1500萬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(tǒng)，其中29300平方英尺是太陽光反射裝置（反射指數(shù)為86），通過減少屋頂吸熱而降低空調(diào)負(fù)荷；另外的3700平方英尺為綠色植物系統(tǒng)（包括8種不同植物種類），起到隔熱、減少雨水徑流、去除雨水污染負(fù)荷等效果。

2可再生能源開發(fā)

2.1水電開發(fā)

1907年，MWRD在芝加哥排水和航運(yùn)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(jī)容量為2臺6MW發(fā)電機(jī)，每年發(fā)電量為4000萬kWh，全部出售給當(dāng)?shù)仉娏尽?/p>

2.2聯(lián)合消化和甲烷利用

MWRD下轄污水廠采用厭氧消化處理污泥，7座污水廠的污泥集中到4座污水廠處理，厭氧消化池共計(jì)46個(gè)。厭氧消化產(chǎn)生的沼氣含60%以上的甲烷，可以用來通過沼氣鍋爐產(chǎn)生蒸汽或熱水用于消化池或其他工藝加熱。

為了擴(kuò)大沼氣產(chǎn)量，MWRD接納工業(yè)或商業(yè)有機(jī)廢棄物作為消化池進(jìn)料進(jìn)行聯(lián)合消化。有機(jī)廢棄物包括固態(tài)或液態(tài)的來自食品加工、釀酒、奶制品、生物柴油廠的高濃度有機(jī)廢料，以及來自餐館和煉油廠的廢油脂。MWRD在Calumet污水廠建了一座有機(jī)廢棄物接收站，接納儲(chǔ)罐運(yùn)來的有機(jī)廢液。該廠的12座厭氧消化池通過聯(lián)合消化，沼氣產(chǎn)量增加了75%。MWRD還計(jì)劃建設(shè)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）供給車輛使用，從而減少汽油用量和溫室氣體排放。CNG銷售收入和廢棄有機(jī)物收集的處置費(fèi)都可以補(bǔ)償污水廠的運(yùn)行費(fèi)用。

MWRD目前還正在Stickney污水廠建設(shè)一套類似的聯(lián)合消化系統(tǒng)。該廠的24個(gè)厭氧消化池將每天接納100萬加侖的來自當(dāng)?shù)夭宛^和雜貨店的食品廢棄物，這類源頭分類收集的有機(jī)物能將厭氧消化的沼氣產(chǎn)量提高一倍，可以產(chǎn)生相當(dāng)于每年2000萬加侖汽油的CNG。

3熱能利用

2012年，MWRD開始在Egan污水廠嘗試安裝太陽能光伏屋頂?shù)奶柲軣崴到y(tǒng)，用于預(yù)熱鍋爐補(bǔ)充水，污泥處理熱水及其他需要熱水的場合。同時(shí)在Kirie污水廠嘗試了污水源熱泵，將處理后出水的余熱用于廠內(nèi)綜合樓的空調(diào)，能夠節(jié)約綜合樓空調(diào)用電的50%左右。

4結(jié)論

MWRD一直致力于向能量自給的目標(biāo)前進(jìn)，為減少溫室氣體排放、推動(dòng)周邊社區(qū)和環(huán)境更清潔、更可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。