严寒地区城市污水冷热源对污水生化处理影响研究.doc

严寒地区城市污水冷热源对污水生化处理影响研究 摘 要: 城市污水冷热源开发利用具有重要的节能与环保意义，但在寒区是否会对污水生化处理产生严重的影响是关键性问题。本文基于实际运行的两个具有典型意义的项目，测试了污水排放温度分布，研究了城市污水干渠周边土壤对水温的调节特性，在此基础上进一步分析了污水处理流程的温度分布情况，并从生化角度分析了污水冷热源对污水生化处理的影响问题。研究表明：土壤对污水水温具有调节作用，被利用污水水温不低于8℃时，污水冷热源不影响污水处理厂进水水温，污水处理曝气池水温在5~7℃范围内，水处理能力由耐冷菌承担，再提取2~3℃污水热能对水处理无明显影响，水温均在耐冷菌活性范围内。 关键词：城市污水 冷热源 污水处理 耐冷菌 1引言 开发利用各类低位可再生性清洁能源作为热泵冷热源为建筑物供暖空调是缓解能源消耗与环境污染问题的有效途径之一。城市污水是较理想的清洁冷热源，包括城市原生污水（未处理污水）与二级出水，具有温度适宜，量大面广，与人居同位的优点［1、2］。文献[3]中深入研究了利用该项冷热源的关键技术问题，从理论到实践，开发了一系列应用方法与装置及较大型试点工程，具有国内外领先技术水平，已具备推广应用的技术条件。然而在寒区推广应用城市原生污水受到污水生物处理工艺的限制。严寒地区（以哈尔滨为例）冬季污水处理厂的原水温度最低8~10℃，污水生化处理曝气池温度在5~7℃之间，研究表明COD的去除效率仅为40~50%［4］，若进一步开发利用城市原生污水热能，势必造成水温更低。因此，污水热能的提取利用与污水处理的低温问题似乎将形成一种无法调和的矛盾，但我们既不愿看到这种宝贵的低位能源排放大江，又不愿看到污水处理低温问题导致的水环境污染，客观有效地分析污水冷热源对污水生化处理产生多大的影响意义重大。 2污水排放温度分布 污水由排放点经污水干渠至污水处理厂，沿途污水水温是变化的，一般呈下降趋势，污水排放温度分布是指污水沿干渠全程的温度情况及变化特点，该温度分布既是污水冷热源系统设计需要掌握的关键参数之一，也是定量反映污水冷热源对污水生化处理产生多大影响的直接数据。该温度分布分为两种情况，包括污水热能提取前与提取后，两者对比结果即为对生物水处理的水温影响程度。 笔者针对所开发的两个试点工程[5]，于2004年10月至2005年4月对污水水温变化作了跟踪测试，其中哈尔滨望江宾馆污水源热泵项目位于一大型干渠末端，即污水进入松花江前100m处；哈尔滨太古商城污水源热泵项目位于一中型干渠首端，距污水进入松花江约3000m。我们按排放点温度、末端温度、较典型严寒天全程温度给出测试结果。 哈尔滨望江宾馆河润街污水干渠及哈尔滨太古商城太古五道街污水干渠排放点及末端温度如图1、2所示，两者非常接近。 图1 不同月份污水排放点测试温度 Fig.1 The letting temperature with different months 图2 不同月份污水干渠末端测试温度 Fig.2 The end temperature with different months 2月份两干渠全程温度分布如图3所示，太古商城污水源热泵系统启动运行后干渠沿途温度变化如图4所示。 图3 典型严寒天污水干渠沿途温度分布 Fig.3 The temperature distribution of sewage trench in typical cool time 图4 污水热能提取后干渠沿途温度 Fig.4 The temperature distribution of sewage trench when sewage heat energy is utilizated 图3测试结果表明，污水沿途温降达4℃，而图4中，当排放点污水热能提取后污水温降2℃，而末端相对以前温变仅0.5℃，排放点温降4℃时，末端温变仅1℃左右。 从上述所测试的温度分布不难看出，污水热能提取后，污水温降与引起污水生化处理的温降呈非线性关系，即污水热能提取所形成的温降与由此导致污水处理厂温度变化值不相等。污水处理厂原水水温相对稳定，是由于干渠周边土壤起到了调节作用。 3、周边土壤的调节特性 污水由排放点至污水处理厂沿途温降热能散失由三部分组成：①污水干渠与大气直接相通（通过竖井）形成蒸发热能损失；②干渠底面无穷远土壤传热量；③向地表面传热量，由于地表面温度很低，达零下20℃，因此为其中的较大部分。整个热量损失= + + ，按传热的基本导热形式描述为[6]： 　 （1） 式中，－综合当量性传热系数(W/m2℃)； －污水干渠散热面积，为整个干渠壁面（m2）； －污水温度（℃）；