Toward Energy Neutrality in Municipal Wastewater Treatment: A Systematic Analysis of Energy Flow Balance for Different Scenarios

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作者
Dong Wu,Xiangzhong Li,Xiangdong Li
出处
期刊:ACS ES&T water [American Chemical Society]
卷期号:1 (4): 796-807 被引量:34
标识
DOI:10.1021/acsestwater.0c00154
摘要

To reduce operational costs and carbon footprints, it is highly desirable to achieve energy neutrality in municipal wastewater treatment plants (WWTPs). We reviewed more than 100 nitrification/denitrification (N/DN)- and anaerobic ammonia oxidation (ANAMMOX)-based wastewater treatment systems. The energy consumption performance of N/DN systems ranged from 0.3 to 4 kWh/kg of COD and from 5 to 15 kWh/kg of N, while those of ANAMMOX-based systems ranged from 1 to 5 kWh/kg of COD and from 0.5 to 1.5 kWh/kg of N. According to an energy balance analysis of typical domestic wastewater (COD = 500 mg/L; TN = 50 mg/L) treatment, the conventional N/DN process consumes an average of 0.5 kWh/m3 (1.78 MJ/m3) more energy than the amount recovered from the digestion and incineration of its sludge. However, if wastewater is pretreated using a chemically enhanced primary treatment or anaerobic treatment (AT), subsequent ANAMMOX-based wastewater treatment systems may realize WWTP energy autarky or even electricity outputs of ≤0.17 kWh/m3. In such a nexus of energy recovery, the biogas generation from the AT or the digestion of sludge would be a more effective way to recover energy than the incineration of dewatered digestates. The combination of early stage COD capture and ANAMMOX is a promising approach to achieving sustainable energy performance in future WWTPs.
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