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将有毒的污水污泥转化为可再生能源

伍斯特理工学院(WPI)的研究人员从美国能源部(DOE)收到了近200万美元的授予,以创造污水污泥的可再生燃料,副产品的副产品倾倒在垃圾填埋场时产生温室气体和水污染。

由Sharon Gaudin. 5月12日,2021年
礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

研究人员伍斯特理工学院从美国能源部(DOE)获得了近200万美元的批准,从污水污泥中创造可再生燃料,副产品的副产品倾倒入垃圾填埋场时产生温室气体和水污染。与之美国环境保护署报告仅美国人每年就将超过20亿磅的污水污泥投入垃圾填埋场,研究人员看到了一个机会,可以将大部分污泥排除在垃圾填埋场之外,利用它们来产生能源,为污水处理过程提供动力,并有可能为市政电网提供补充。

Michael Timko.他领导一个团队开发了一种现场操作,利用水热工艺、高温高压和廉价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博士生David Kenney一起工作,密封和准备用于从有毒污泥中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博士生David Kenney一起工作,密封和准备用于从有毒污泥中生产生物油的反应器。礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

在过去的三年里,Timko已经获得了超过500万美元的相关研究资金,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。

“我们正在服用巨大的能源消费者,并将其转化为能源生产商,”Timko对新项目说。“与此同时,我们正在采取问题的浪费,将其转化为有用和有价值的东西。制造废水处理能源生产过程是多级的胜利。如果我们可以将这种持续的废物流入垃圾填埋场,这只是一个巨大的胜利。“

能源部投资提高污水处理设施的能源效率——最终使其能源中性——和环境性能。据估计,美国各地的城市污水处理厂每年消耗超过30太瓦时的电力,相当于大约20亿美元的年电力成本。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%,并在市政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。

将反应器连接到加热器以产生生物油。礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

将反应器连接到加热器以产生生物油。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。”

要将污泥转化为天然气,汤摩科正在设计先进的水热气化过程,使污泥中的水加热到水和气体之间的超临界阶段,使原料变成生物燃料。

将污泥转换为可再生能源需要几个步骤,而Timko正在与其他三个WPI教授在不同的技术和方法中合作,以创建这一新进程。

他与化学工程中的WPI助理研究教授加上了Geoffrey Tompsett,研究了水热液化,这是一种用于将污泥转化为原油状液体的另一种热过程 - 将污泥转化为可用气体的第一步。

蒂姆科还与安德鲁·特谢拉(Andrew Teixeira)合作,后者是化学工程助理教授,专注于设计超临界盐沉淀过程,利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,这是将原材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,制成商业肥料等产品。

此外,化学工程教授Nick Kazantzis正在模拟该工艺的经济和环境性能,这是证明该技术商业可行性和指导研发工作的关键一步。

特谢拉说:“在环境方面,这一过程是朝着减少碳足迹迈出的一步,以零浪费的方式结束碳循环,实现可持续发展。”“对我们环境的潜在影响是巨大的。想象一下,如果我们可以建立一个可持续的过程,不再向大气中添加碳,而是在碳逸出之前将其捕获,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.

污水污泥水热液化中丙酮中的生物油。礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

污水污泥水热液化中丙酮中的生物油。礼貌:伍斯特理工学院(WPI)

“将废物像污泥一样转变为宝贵的资源,从而减少温室气体排放来减少水污染和土壤污染,”沃克说。“如果大规模成功,这种新方法可能会大大增加世界各地的废水处理设施中能源的恢复,并使我们更接近净能量中性废水处理。”

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,正在致力于开发气化反应器和催化剂的人;和研究人员美国化学工程师协会,谁将致力于整体过程的商业化。

- 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