城市污水能利用方式的探讨.doc

科技创新导报  ２０１０　　ＮＯ．２９ Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ  环　境　科　学 城市污水热能利用方式的探讨 侯亚芹　　司建伟　　喻秋丰 （重庆市中设市政工程设计有限公司　　重庆　 　 ４ ０ ０ ０ ２ ３ ） 摘　 要：我国污水排放量逐年增加，城市污水中含有大量的热能，是一种清洁的能源。本文介绍了城市污水热能利用的方式，探讨了我国 发展污水源热泵的优势及其在应用中存在的问题。 关键词：城市污水　　热能　　污水源热泵 中图分类号：Ｘ５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１０）１０（ｂ）－０１１０－０２ 在能源需求日趋紧张的今天， 人们正 积极地寻找新的能源替代传统的化石燃 料。城市污水中含有大量的热能，是一种洁 净的低温能源，是目前开发利用较少的一 种可再生能源。近几年，随着热泵技术的不 断发展，城市污水这一低温能源的开发利 用 日 益 受 到 人 们 的 关 注 。日 本 已 建 有 多 套 城市污水水源热泵系统， 以城市污水处理 厂二级出水或未经处理的城市污水作为热 源或冷源，有效地利用城市污水进行采暖 和制冷［１］。 １　污水排放现状 随着国民经济的快速发展， 我国城市 污水的排放量逐年增加（见图１），２００９年，全 国污水的排放总量为３５４．８亿ｔ，比２００８年上 升了７．５％ 。２０１０ 年第一季度中国城市供排 水行业报告指出，截至２００９年底，全国设市 城市、县 及 部 分 重 点 建 制 镇 建 成 城 镇 污 水 处理厂１９９３座，总处理能力超过１亿ｍ ３／ｄ， 正在建设的城镇污水处理项目２３６０ 个，可 新增污水处理能力约６４００万ｍ３／ｄ，“十一五” 规划中有关城镇污水处理的相关目标已基 本实现。 国民经济发展“十一五”规划》对 城镇污水处理提出了一系列严格要求，要 求 新 增 城 市 污 水 处 理 能 力 ４５００ 万ｍ ３／ｄ， 新 增化学需氧量（ＣＯＤ）削减能力３００万ｔ／年， 城市污水处理率达到７０％以上。（图１） ２　城市污水热能利用方式 城市污水热能利用是将已经处理后的 污水或未经处理的污水中的热量回收后进 行有效利用， 分为直接利用和间接利用两 种方式［２］。城市污水的热能直接利用方式是 指将污水中的热量通过热泵回收后， 直接 输送到热供给建筑物，见图２；污水的热能 间接利用方式是指污水通过热交换器进行 热量交换后， 再将污水中的热量通过热泵 进行回收输送到热供给建筑物，见图３。 目 前 技 术 上 比 较 成 熟 、工 程 上 普 遍 采 用 的 是 间 接 系 统 。与 间 接 污 水 源 热 泵 系 统 相比，直接系统具有更为简单的系统形式 和更高的制热效率。在间接系统中，热量的 传递路线是：污水、中介水、制冷剂。从热力 学的角度分析，中介媒质的存在增加了传 热热阻，导致能量在转移过程中其品质有 大幅度的下降，因此整个热泵系统的制热 效率也随之下降。同时，中介媒质的存在也 使污水的可利用温差区间减小， 单位质量 污 水 的 供 热 量 也 就 随 之 减 小 。没 有 中 介 水 系统的直接污水源热泵系统由于系统形式 得到简化，初投资也随之减小，而且调试、 调节操作简单，运行管理方便。 然而间接系统在实际得到较好的推 广，而直接系统发展却非常不充分，原因在 于： 间接系统污水不直接进机组， 因此 对机组的要求不高，只需普通的水环热泵 机组即可，而且间接系统所需的污水换热 器国内已研制成功并投入生产； 而直接系 统污水直接进入热泵机组，需要机组进行 特殊的处理，对此人们有很多设想和试验， 但还没有投入批量生产中，这是直接系统 发展缓慢的原因之一。 直接系统形式较简单， 制热系数高 于间接系统，运行费用低于间接系统，对此 的 研 究 还 只 是 定 性 分 析 。同 时 应 该 注 意 的 是，直接系统虽然比间接系统节省了污水 换热器的投资费用，但机组采用特殊的处 理，同时会增加系统的投资，节约的运行费 和增加的投资哪个对系统的总的经济性影 响更大，是否会使整个系统“得不偿失”，目 前还没有得到定量计算［３］。 ３　热泵技术 ３ ． １ 热泵技术简介 热泵是一种从低温热源吸热， 向高温 热 源 放 热 的 机 械 动 力 装 置 。它可以 将广泛 存在于自然界地表水、地下水、土壤和空气 中的低位热能转换成高位热能， 是一种高 效的热能转换装置，经济效益、社会效益和 环境效益都十分显著［４］。 目前工程实践中应用广泛的是电驱动 蒸汽压缩式热泵系统， 　 通常按照冷热源来 分类，　 主要有空气源热泵和地源热泵，　 其 中地源热泵又可细分为土壤源热泵和水源 热泵。它们利用空气、土壤、地下水中的热 能代替