利用细菌来减少废水中沉重的碳足迹
这个故事最初由Ensia。
废水处理厂是能源消耗大户。电力研究所(Electric Power Research Institute)和水研究基金会(Water Research Foundation) 2013年的一项研究报告称，它们每年消耗约300亿千瓦时电力，约占美国总用电量的0.8%。
废水处理的高能源足迹是具有讽刺意味的，因为废水中的有机物所含的能量是处理厂所使用能量的五倍美国沼气委员会(PDF)。通过提高能源效率和利用目前浪费的能源来减少污水处理厂的能源足迹，可以节省资金和减少温室气体排放。
废水中的有机物所含能量是处理厂所使用能量的五倍之多。
尽管所有的能源似乎都在那里，减少处理工厂的化石燃料需求是一个挑战，需要无数的方法。在世界各地，该行业正在试验新技术，不仅评估它们的能源效益，还评估它们的成本和意想不到的后果，如需要管理的额外废物流。
大芝加哥的大都市水复垦区(MWRD)已经设定了一个目标，要在2023年达到能源中性，这是在英国、丹麦和加利福尼亚州奥克兰东湾市政公用事业区率先实现的实际上是把能源卖回电网。这些创新者正在使用各种技术，通过提高能源效率来减少用电，并通过现场发电来抵消他们的实际使用。
把泡沫
发达国家的废水处理通常包括四个主要步骤:一级处理，即将固体和废液分离;二次处理，即细菌分解含有氨和其他污染物的溶解废物，将剩余的固体从处理过的液体中分离出来;一种厌氧步骤，在此步骤中，来自一级和二级步骤的固体在无氧的密封槽中被微生物消化;最后是消毒阶段。
细菌通过消耗有机污染物和无机营养物(如氨)，在分解我们的污水和工业废水方面发挥着关键作用。但是让他们高兴并不容易。它们需要特殊的条件才能茁壮成长:最佳温度;食物;和氧气。为细菌提供所需的氧气需要消耗废水处理厂四分之一到一半以上的能源。因此，电厂经营者在这一阶段集中精力减少能源使用，以提高能源效率。
传统植物将空气泵入细菌工作的容器中，通过小孔将空气扩散，产生细菌可以进入的小氧气气泡。这个过程浪费了大量的能量，因为大多数气泡上升到顶部并在没有细菌使用它们的情况下破裂。
为细菌提供所需的氧气需要消耗废水处理厂四分之一到一半以上的能源。
几十年来，该行业一直在努力减少能源消耗。最有前途的方法之一是膜曝气生物膜反应器，简称MABR。
操作人员将大量的充满多孔膜管的立方体插入细菌罐中，而不是将空气压入。鼓风机将低压空气送入管道。细菌聚集在管子的外面，吸收通过管子的氧气，形成氧气浓度差，帮助更多的氧气扩散。
“细菌实际上需要氧气，导致了梯度，”Glenn Vicevic说，他是通用电气水与工艺技术公司的产品管理主管，该公司制造了该技术的一个版本，ZeeLungMWRD在其位于伊利诺斯州斯科基的奥布莱恩水再生厂进行了测试。通用电气估计，根据现有电厂的设计和运行情况，ZeeLung的能源效率是传统强制通风曝气的四倍。
提振沼气
从废水中的废物中获取能量是大型工厂的标准做法，它们使用被称为厌氧消化池或沼气消化池的容器将初级和二级步骤中的有机固体分解成甲烷气体和二氧化碳。
细菌再次起作用，但这次是在没有氧气的情况下。产生的甲烷可以被捕获并在沼气发动机中燃烧，产生电能和热量，用于电厂的运行。或者可以升级为天然气的质量，然后投入管道。
只有35%的美国工厂(PDF)利用沼气发电，部分原因是美国大多数废水处理设施相对较小。“为了达到成本效益，你必须有一个相当大的设施，每天至少处理500万加仑的废水，”加州能源委员会能源效率研究办公室主任维吉尼亚·卢(Virginia Lew)说。
发电厂如果不能产生足够的燃气来发电，就会将其烧掉。卢说，增加电池存储可以让它们储存足够的能量，使其使用物有所值。“我认为未来会更加强调尽可能多地利用沼气来抵消购买的电力，并减少他们的碳足迹。”
氨分解
MRWD减少能源消耗的另一种方法是利用一种名为anammox的细菌。氨是废水中发现的一种污染物，在废水处理中很难中和。在二次处理中，它通常在曝气过程中被细菌分解，但处理它比处理其他污染物需要更多的能量。MWRD执行主任David St. Pierre说:“在曝气过程中，氨是对空气的最大需求。”
威立雅水务解决方案与技术公司的子公司Kruger已经为一项名为“水处理”的流程注册了商标安妮塔混合氧化物燃料更好地处理氨。它出售塑料载体，看起来有点像蜂窝谷物，有无数表面容纳anammox和氨氧化细菌。这两种细菌都需要去除大部分的氨——大约80%到85%。MWRD是在将液态污泥放入曝气步骤之前，利用ANITA Mox将其分解成氨。
“如果你能在厌氧过程中分解氨，你对空气的需求就会显著减少，”皮埃尔说。“它承诺在你的工厂里减少60%的电力使用。这是巨大的。”
MWRD的灵感来自马塞里斯堡污水处理厂2015年，由于ANITA Mox和其他节能措施以及沼气生产，圣皮埃尔的发电量仅占其所使用能源的153%。丹麦的另一家工厂也在使用ANITA Mox;两个在瑞典;在弗吉尼亚州的纽波特纽斯;还有北卡罗来纳州的达勒姆。
结合其他能源生产的努力，包括在一家工厂安装太阳能电池板，MWRD预计很快就能产生它所使用的90%的能源。
“我们正试着从经营一个废物处理厂转变为资源回收设施，”皮埃尔说。
