浅析城市污水海水在供热中的应用

曹为祥 刘立华

摘要本文对污水、海水在城市热力管网中应用进行了分析，从水量、水质上及节能减排方面进行了论证，表述了在污水二级出水后的处理及海水预处理方面给出了自己看法。

关键词热泵 污水 海水 次氯酸钠 COP

前言 目前，世界上油价居高不下，引发了一系列的能源危机。传统的能源行业，煤炭、石油等在经济中占据了更加重要的地位，但这些能源是不可再生的。象太阳能、风能、水能、地热能等可再生资源的利用越来越引起人们的重视。从古至今，人类就在探讨开发水能的利用，从最早的开发运河用于内陆运输，修建水坝用于灌溉，直至近代的水力发电。关于污水、海水在热力管网中应用也是当今社会节能减排一项重要应用。废热可以被转化为较高温度的热能而被用于供热，这减少了诸如矿物燃料等其它热源的消耗，所以其正面的环境效应是显而易见的。当前，国内热泵项目每年会减少CO2排放量6.2万吨，因此，对于配合中国签订的京都议定书，致力于减少全球变暖将做出很大贡献。

1.污水利用可行性分析

地球上水的储量很大，是唯一可循环再生资源。随着经济建设的高速发展，人口不断增加，特别是城市人口急剧膨胀，全国的污废水排放量快速增长，导致全国都在兴建、扩建污水处理厂。污水处理厂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。根据2011年发展规划，我国城市污水量预计将达到684x108m3/a，城市污水处理率将增至40％，如果将处理后的污水作为可用水资源，其潜力是相当可观的。城市污水水质相对稳定，不受气候等自然条件的影响，且就近可得，易于收集，其处理利用成本低廉，处理技术也较成熟。城市污水的处理量在某种程度上标志着城市污水热能的储存量，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过各种途径被排放到城市污水中。由此可见，城市污水热能具有巨大资源潜力。

城市污水具有水量大，水量较稳定，温度适宜，水温在应用季节相对稳定等特点，能很好的满足水源热泵的使用要求。现在全世界范围内，特别是中国水资源日益短缺，节能、环保的要求日益提高，大力发展污水热泵系统，符合可持续发展的要求。二级水是污水原水经过一定程度处理后可以向海中排放的污水，水质接近清洁水。其硬度较小，PH值适中，金属盐含量少，因此，作为水源热泵的低温热源是一种比较理想的水源。

污水源热泵具有热量输出稳定、COP值高、换热效果好、机组结构紧凑等优点，是实现污水资源化的有效途径。

为保证管道与设备不被阻塞和机组的稳定、安全运行，需对污水进行进一步处理，除去其中的污泥，大尺度污染物体，从污水厂末端的沉淀池中出水，在取水口处安装机械格栅过滤器，对污水进行初步过滤，去除污水中的大尺度污染物，经过初步过滤后，污水进入该工程新建沉淀池，经过二次沉淀，去除水中混有的污泥。

2.关于海水的利用

青岛濒临黄海，海洋资源丰富。海水温度随时间的变化较为缓慢，在水下50米处几乎不受外界气温的影响，温度较为恒定，适宜作热源。海水源热泵系统仅用少量电能实现采暖、制冷、不燃气、不燃煤，无污染物的排放，环保效益显著。

海水中含有一些生物活性和高含量的固体粒子（砂子，有机物等）含盐量也很高，这些颗粒可能会在表面形成沉淀物，结果会增加生物活性以及生物腐蚀的可能性。为避免这些，在海水引入口安装过滤设施来滤掉这些颗粒，还要通过杀死细菌的方法来减少生物活性。海水中存在较多的微生物、藻类和细菌，易影响设备和管閥件的正常运行，因此在设计中采用在海水取水管的进水口处进行杀菌灭藻。

热量来源取自海水中可利用的温度采集低位能源，这些能量均来自自然界，整个系统无需燃烧，没有任何固态、液态和气态污染物排放，也没有排放造成温室效应的二氧化碳，是“绿色”供暖、制冷的环境系统工程。另外，该系统的机房占地面积小，机组布置灵活，这样就减少了传统供暖锅炉房储煤场、储灰场等，节省占地面积，节约建筑费用。

以往为了抑制循环水系统内海栖生物的附着和生长，普遍采用以注入氯气为主的方法。但是，由于环境污染的考虑，逐渐对残留氯气的排放加以控制，另外，氯气对人体有毒且价格昂贵，还受到高压气体管制法的限制等诸多问题。直接采取电解海水的方法。其原理是制成与氯气作用相同、富有杀菌能力的次氯酸钠，然后将其注入海水吸水口内。采用这种方法有两大优点，一是次氯酸钠受日光等分解后又还原成原成分的食盐，因而不会给海水的成分带来影响；其二是与注入氯气装置相比较，可以大大降低衬里的造价成本。

至于次氯酸钠的注入量，由于其注入量暂时使海栖生物的活动停止而达到防止附着在管路和设备上的目的。因此，最好是控制在必要的最低量。这要根据不同的地点、海生物繁衍的季节变化以及从注入吸水口到冷凝器消耗和程度等诸多因素，注入量也有所不同。下图是海水取水头部做法简单示意。

3.热泵技术应用优点

3.1受能源价格和燃料短缺的影响更小

热泵系统较高的COP使其受能源价格增长的影响减少。电价增长10%，热泵运行费用才增长不到3%。而另一方面，在传统供热方法中，能源价格的增长将影响其运行费用有增无减。因此，即便燃料短缺，热泵仍能充分运行。

3.2减少城市热岛效应

温度的升高会提高烟雾的密集程度，在22℃以上，每增加1℃烟雾密度增加5%。在城市中，多达20%烟雾密集源自热岛效应。

4.热泵应用存在障碍

影响热泵技术使用的主要障碍有：社会节能意识不强及对该技术的认识不够；热泵技术的初投资看似偏高，影响着一些业主对采用该技术的选择，我国缺乏相应的规范标准，设计单位较少采用该项技术等。

参考文献

1．周彤等.污水再生利用工程设计规范.GB50335-2002

2. 孙玉林等.建筑中水设计规范.GB50336-2002