淺析城市污水海水在供熱中的應用

曹為祥 劉立華

摘要本文對污水、海水在城市熱力管網中應用進行了分析，從水量、水質上及節能減排方面進行了論證，表述了在污水二級出水后的處理及海水預處理方面給出了自己看法。

關鍵詞熱泵 污水 海水 次氯酸鈉 COP

前言 目前，世界上油價居高不下，引發了一系列的能源危機。傳統的能源行業，煤炭、石油等在經濟中占據了更加重要的地位，但這些能源是不可再生的。象太陽能、風能、水能、地熱能等可再生資源的利用越來越引起人們的重視。從古至今，人類就在探討開發水能的利用，從最早的開發運河用于內陸運輸，修建水壩用于灌溉，直至近代的水力發電。關于污水、海水在熱力管網中應用也是當今社會節能減排一項重要應用。廢熱可以被轉化為較高溫度的熱能而被用于供熱，這減少了諸如礦物燃料等其它熱源的消耗，所以其正面的環境效應是顯而易見的。當前，國內熱泵項目每年會減少CO2排放量6.2萬噸，因此，對于配合中國簽訂的京都議定書，致力于減少全球變暖將做出很大貢獻。

1.污水利用可行性分析

地球上水的儲量很大，是唯一可循環再生資源。隨著經濟建設的高速發展，人口不斷增加，特別是城市人口急劇膨脹，全國的污廢水排放量快速增長，導致全國都在興建、擴建污水處理廠。污水處理廠的出水一部分回用作中水，大部分直接排海或排放湖泊、河流等。根據2011年發展規劃，我國城市污水量預計將達到684x108m3/a，城市污水處理率將增至40％，如果將處理后的污水作為可用水資源，其潛力是相當可觀的。城市污水水質相對穩定，不受氣候等自然條件的影響，且就近可得，易于收集，其處理利用成本低廉，處理技術也較成熟。城市污水的處理量在某種程度上標志著城市污水熱能的儲存量，因此在城市污水中，生活中所消耗能源中有接近一半的能量通過各種途徑被排放到城市污水中。由此可見，城市污水熱能具有巨大資源潛力。

城市污水具有水量大，水量較穩定，溫度適宜，水溫在應用季節相對穩定等特點，能很好的滿足水源熱泵的使用要求。現在全世界范圍內，特別是中國水資源日益短缺，節能、環保的要求日益提高，大力發展污水熱泵系統，符合可持續發展的要求。二級水是污水原水經過一定程度處理后可以向海中排放的污水，水質接近清潔水。其硬度較小，PH值適中，金屬鹽含量少，因此，作為水源熱泵的低溫熱源是一種比較理想的水源。

污水源熱泵具有熱量輸出穩定、COP值高、換熱效果好、機組結構緊湊等優點，是實現污水資源化的有效途徑。

為保證管道與設備不被阻塞和機組的穩定、安全運行，需對污水進行進一步處理，除去其中的污泥，大尺度污染物體，從污水廠末端的沉淀池中出水，在取水口處安裝機械格柵過濾器，對污水進行初步過濾，去除污水中的大尺度污染物，經過初步過濾后，污水進入該工程新建沉淀池，經過二次沉淀，去除水中混有的污泥。

2.關于海水的利用

青島瀕臨黃海，海洋資源豐富。海水溫度隨時間的變化較為緩慢，在水下50米處幾乎不受外界氣溫的影響，溫度較為恒定，適宜作熱源。海水源熱泵系統僅用少量電能實現采暖、制冷、不燃氣、不燃煤，無污染物的排放，環保效益顯著。

海水中含有一些生物活性和高含量的固體粒子（砂子，有機物等）含鹽量也很高，這些顆粒可能會在表面形成沉淀物，結果會增加生物活性以及生物腐蝕的可能性。為避免這些，在海水引入口安裝過濾設施來濾掉這些顆粒，還要通過殺死細菌的方法來減少生物活性。海水中存在較多的微生物、藻類和細菌，易影響設備和管閥件的正常運行，因此在設計中采用在海水取水管的進水口處進行殺菌滅藻。

熱量來源取自海水中可利用的溫度采集低位能源，這些能量均來自自然界，整個系統無需燃燒，沒有任何固態、液態和氣態污染物排放，也沒有排放造成溫室效應的二氧化碳，是“綠色”供暖、制冷的環境系統工程。另外，該系統的機房占地面積小，機組布置靈活，這樣就減少了傳統供暖鍋爐房儲煤場、儲灰場等，節省占地面積，節約建筑費用。

以往為了抑制循環水系統內海棲生物的附著和生長，普遍采用以注入氯氣為主的方法。但是，由于環境污染的考慮，逐漸對殘留氯氣的排放加以控制，另外，氯氣對人體有毒且價格昂貴，還受到高壓氣體管制法的限制等諸多問題。直接采取電解海水的方法。其原理是制成與氯氣作用相同、富有殺菌能力的次氯酸鈉，然后將其注入海水吸水口內。采用這種方法有兩大優點，一是次氯酸鈉受日光等分解后又還原成原成分的食鹽，因而不會給海水的成分帶來影響；其二是與注入氯氣裝置相比較，可以大大降低襯里的造價成本。

至于次氯酸鈉的注入量，由于其注入量暫時使海棲生物的活動停止而達到防止附著在管路和設備上的目的。因此，最好是控制在必要的最低量。這要根據不同的地點、海生物繁衍的季節變化以及從注入吸水口到冷凝器消耗和程度等諸多因素，注入量也有所不同。下圖是海水取水頭部做法簡單示意。

3.熱泵技術應用優點

3.1受能源價格和燃料短缺的影響更小

熱泵系統較高的COP使其受能源價格增長的影響減少。電價增長10%，熱泵運行費用才增長不到3%。而另一方面，在傳統供熱方法中，能源價格的增長將影響其運行費用有增無減。因此，即便燃料短缺，熱泵仍能充分運行。

3.2減少城市熱島效應

溫度的升高會提高煙霧的密集程度，在22℃以上，每增加1℃煙霧密度增加5%。在城市中，多達20%煙霧密集源自熱島效應。

4.熱泵應用存在障礙

影響熱泵技術使用的主要障礙有：社會節能意識不強及對該技術的認識不夠；熱泵技術的初投資看似偏高，影響著一些業主對采用該技術的選擇，我國缺乏相應的規范標準，設計單位較少采用該項技術等。

參考文獻

1．周彤等.污水再生利用工程設計規范.GB50335-2002

2. 孫玉林等.建筑中水設計規范.GB50336-2002