第26卷第3期甘肅科技Vol.26 No.32010年2月Cansu Science and TechnologyFeb.2010城市污水熱能的回收利用丁曉妹,李向陽(蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,甘肅蘭州70000)摘要:根據(jù)熱泵發(fā)展的情況,通過利用污水源熱泵系統(tǒng)回收城市污水中的低溫?zé)崮芤怨┎膳椭评渲玫墓?jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保的效果分析,說明應(yīng)用該系統(tǒng)不僅可以節(jié)省煤、石油等-級能源的需求,而且可以實現(xiàn)能源的回收利用。關(guān)鍵詞:城市污水;熱能;熱泵系統(tǒng);回收利用中國分類號:X124隨著經(jīng)濟的快速增長,人口的不斷膨脹和社會事業(yè)的不斷進步，我國面臨著能源危機和環(huán)境污染1污水源熱泵系統(tǒng)破壞難題。今天的中國已經(jīng)達到GDP人均1000美所謂污水源熱泵就是以人工再生水,如城市污元的小康目標，按照預(yù)定的經(jīng)濟發(fā)展目標,2020年水為水源的既可供熱又可制冷的搞笑空調(diào)節(jié)能系將全面實現(xiàn)小康，達到中等發(fā)達國家的水平,人均統(tǒng)。 它是水源熱泵的一-種。以城市污水為熱源的熱CDP10000美元。從其他發(fā)達國家的發(fā)展歷程來泵可以按照用途熱量輸出、熱源類型和驅(qū)動形式等看,GDP達到10000美元時能源消耗量是人均標準分為不同類型的泵,這里就不贅述了。油4Va,折合標準煤5.6Va。這樣到2020年我國人1.1 原理口達到15億,將需要標準油60億t,折合標準煤84在城市污水熱能回收利用系統(tǒng)中通常采用壓縮億,這是世界目前能源生產(chǎn)能力的60% ,是一個無式熱泵。其組成和工作原理,如圖1所示。論如何也不能達到的目標”。2005年，國家主席胡錦濤強調(diào)加強可再生能源■開發(fā)利用是應(yīng)對日益嚴重的能源和環(huán)境問題的必由之路,也是人類社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。人們在保護和利用好現(xiàn)有能源的基礎(chǔ)上,正努力尋找新能源的出路。以蘭州市為例, 2009年2月26日在甘肅省召開的市政府常務(wù)會議上明確提出蘭州市今年實施節(jié)能減排類工程10項,估算投資約為口==>謝橫13億,占當年投資總額的26%,以提高城市污水處圍1污水源熱泵工作原理理率和增加城市污水處理廠為提高能源利用率的主冬季工作時,第一換熱器為冷凝器,第二換熱器要內(nèi)容,切實把國家規(guī)定落向?qū)嵦帯檎舭l(fā)器。城市污水流人蒸發(fā)器時將放出其賦存的據(jù)文獻[2],目前，供給城市的能量大部分最終熱量,同時制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸收熱量,所產(chǎn)生都被作為廢熱排到大氣或河海中。這些廢熱中大部的蒸汽被壓縮機吸入并壓縮至較高壓力進人冷凝分是50以下的低溫廢熱,但熱量很大。在尚未有器,制冷劑蒸汽在冷凝器中冷凝,同時放出熱量并加效利用的低溫能源中,城市污水因-年四季溫度變熱熱媒(水)的溫度,滿足供熱系統(tǒng)的需要,液態(tài)制化小,數(shù)量穩(wěn)定,具有冬暖夏涼的溫度特性,而且賦冷劑進入膨脹閥,進行絕熱膨脹,對外做功，使其達存著大量熱量,易于通過城市污水管道進行收集。到很低的溫度，又進入蒸發(fā)器,從城市污水中吸收其因此,被認為是可回收利用的清潔能源。為此,我們賦存的熱量進行下- -輪循環(huán)。在該系統(tǒng)中,制冷劑期望蘭州市這個能源不算富裕的城市可以采用污水連續(xù)經(jīng)過吸熱、壓縮、冷卻、膨脹過程,就可以將城市熱能回用的方式實現(xiàn)真正的節(jié)能減排。污水中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱的系統(tǒng)中去,達到供熱目的。夏季工作時,第- -換熱器為蒸發(fā)器,第二換第3期丁曉妹等:城市污水熱能的回收利用7熱器為冷凝器,工作流程正好與冬季時的相反。制潔防止堵塞;保護設(shè)備的同時也要考慮到系統(tǒng)運行冷劑連續(xù)經(jīng)過膨脹、冷卻、壓縮和吸熱過程,就可以后,污水熱量變化對后續(xù)處理工藝的影響。將城市污水中的冷量轉(zhuǎn)移到需要制冷的系統(tǒng)中去，達到制冷的目的(2。3應(yīng)用熱泵 系統(tǒng)回收污水熱能的意義1.2國內(nèi)外的應(yīng)用和發(fā)展情況有效利用城市污水中的熱量,是使蘭州污水資城市污水源熱泵是污水熱能利用的- -種形式，源化的一項先進技術(shù),具有明顯的節(jié)能、經(jīng)濟和環(huán)保是一種從城市污水等低品位熱源中提取熱量,將其效果,它對提高人民生活質(zhì)量、促進經(jīng)濟發(fā)展、推動轉(zhuǎn)換成高品位清潔能源,并向外提供供暖熱源空調(diào)社會進步也有重要的應(yīng)用價值。冷源或生活熱水的熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)在北歐很多國1)采用污水熱能利用系統(tǒng)，可以代替一部分高家,日本發(fā)展較早。如1983年,揶威奧斯陸建成利位能源的使用,可以合理配置城市能源利用的情況，用未處理污水作為熱源的熱泵區(qū)域供熱系統(tǒng);1981提高了城市能量的有效利用效率，所以城市污水熱年,在瑞典塞勒建成利用污水區(qū)域供熱熱泵站以后,能利用具有明顯的節(jié)能效果。發(fā)展很快,到1983年又建成8座;日本東京政府從2)使用污水熱能利用系統(tǒng),可以將熱源設(shè)備按1987年開始啟動城市污水熱能回收項目,現(xiàn)有11區(qū)域加以設(shè)置,從而減輕初始投資的負擔(dān);同時,采個污水源熱泵系統(tǒng)在運行)。用城市污水熱能利用系統(tǒng)，由于不用鍋爐房和空氣我國城市污水源熱泵技術(shù)推廣剛剛起步,但發(fā)冷卻塔等設(shè)施和設(shè)備,可以將污水熱能直接供給熱展很快。北京市高碑店污水處理廠開發(fā)了一套污水需要地區(qū),這樣，既節(jié)省空間、減少設(shè)備及其占地面源熱泵試驗工程,900m2 建筑供熱。然后在北小河積又相應(yīng)降低了設(shè)備投資的區(qū)域管網(wǎng)的費用,從而污水處理廠安裝一套供6000m2建筑供暖與制冷的大大的降低系統(tǒng)的運行費用,使得城市污水熱能利污水源熱泵。在哈爾濱望江賓館也使用城市污水作用具有明顯的經(jīng)濟效果。為提取能量的冷熱源。目前在秦皇島、大慶、石家莊3)城市污水熱能利用具有明顯的環(huán)保效果。等地均有污水源熱泵系統(tǒng)在運行。采用污水熱能利用系統(tǒng),可以減少煤炭等能源的使用,相應(yīng)的降低了CO2 ,NO, ,so,及粉塵等污染物的2需要解決的問題產(chǎn)生量,在夏季用污水熱能作為制冷能源,不用直接城市污水是由生活污水和工業(yè)廢水組成的，成加熱空氣,可減輕城市高溫的熱島現(xiàn)象,這就說明利分比較復(fù)雜。這樣就給以城市污水為水源的污水熱用城市污水熱能可以減輕大氣污染;同時,采用城市能回收系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)。針對生活污水和工業(yè)廢水的污水熱能利用系統(tǒng),由于需對城市污水進行回收和特點參考相關(guān)文獻，提出以下幾個需要注意的問題。凈化,從而提高了對城市污水的處理要求,減輕了城1)污水在流經(jīng)管道和設(shè)備時,在換熱器內(nèi)部表市污水對水源水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境等的污染。層易出現(xiàn)積垢,有益于微生物繁殖，甚至污水中的油以蘭州市為例,采暖期間以利用煤炭為主,且處性物質(zhì)也會粘附在管道內(nèi)壁上,稍大些的懸浮物會在山谷地形中，春季和冬季易形成逆溫,污染物不易堵塞管道口和設(shè)備人口。最終導(dǎo)致污水流動受阻，擴散,造成大氣污染較為嚴重,城市污水熱能利用具設(shè)備傳熱受到影響。有環(huán)保效應(yīng)，可減少粉塵和相應(yīng)的大氣污染物,對減2)污水中還有氧化性強的物質(zhì)可以腐蝕管道輕蘭州的空氣污染大有益處,同時實現(xiàn)節(jié)能減排,能壁,使設(shè)備使用壽命縮短。源利用的可持續(xù)發(fā)展。當然,一項技術(shù)的實施需要3)由于污水流動受阻或者設(shè)備入口堵塞,給設(shè)各方面的評價和群眾的支持,綜合考慮相信城市污備維修和管理帶來不便,工作量增加。水熱能的回收利用工作會有美好的前景。4)污水流動受阻或者設(shè)備老化結(jié)垢會導(dǎo)致機4結(jié)語組耗功增加。例如文獻[3]所說，冷凝溫度升高1C ,耗電量增加3.2%。當冷凝器結(jié)水垢1. 5mm城市污水是一種巨大的低溫余熱熱源,利用污時,冷凝溫度升高2.8C ,耗電量增加9. 7%。水源熱泵技術(shù)合理開發(fā)應(yīng)用該熱源，可以為我們城綜上所述,污水源熱泵系統(tǒng)需要設(shè)置- -定的污市人類創(chuàng)造- -種新型的清潔能源，節(jié)約了煤、石油等水處理裝置,防止污水腐蝕管道和設(shè)備;污水管道應(yīng)- -級能源的利用,真正實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。使用耐腐蝕抗氧化的材料;要對設(shè)備和管道及時清(下轉(zhuǎn)第44頁)4甘肅科技第26卷(3)異常信息一部分反映地面植被信息。對于參考 文獻:部分異常信息指示植被的問題,其原因是作為提取[1] 陳松嶺,盧福宏,高光明，等.華北地臺北緣內(nèi)蒙古段異常信息的波段組合中含有指示植被的TM4波段,金礦圍巖蝕變的遇感識別[J].國土資源遇感,2001植被作為干擾因素沒有完全消除的結(jié)果。(2):13-18. .(4)鐵染異常信息多反映礦化地質(zhì)體特征,有[2] 朱小鴿. 多重主成分分析及在地質(zhì)構(gòu)造信息提取中的些大體分布在環(huán)形構(gòu)造邊緣。應(yīng)用[J].遇感學(xué)報,000,4(4) :299 303.蝕變遙感異常信息提取的主要目的是發(fā)揮遙感[3] 楊建民,張玉君,陳薇,等. ETM+ (TM)蝕變遏感異常宏觀、經(jīng)濟、快速的優(yōu)勢優(yōu)選找礦靶區(qū),因此,對蝕變技術(shù)方法在東天山戈壁地區(qū)的應(yīng)用[J].礦床地質(zhì)，2003 ,22(3) :278 256.遙感異常信息的篩選尤為重要。從提取蝕變遙感異[4]張玉君,楊建民.基巖裸露區(qū)蝕變遙感信息的提取方常信息的地質(zhì)基礎(chǔ)上分析,大范圍的蝕變巖出露,必法.國土資源遙感[J].1998(2) :46 53.會引起大面積的異常信息，但是由于同物異譜及同[5]張玉君 ,楊建民,陳薇. ETM+ (TM)蝕變遙感異常提取譜異物現(xiàn)象的存在,使得對于大面積的異常出現(xiàn)并方法研究與應(yīng)用一地質(zhì)依據(jù)和波譜前提[J].國土資不- -定是礦化蝕變異常。所以,對于蝕變遙感異常源遙感，2002(4) :30-36.的成礦有力度分析不能僅從異常面積來判斷。對于[6]張玉君,曾 朝銘,陳薇. ETM* (TM)蝕變遙感異常提取蝕變遙感異常信息找礦的有力度分析可以從以下幾方法研究與應(yīng)用一方法選擇和技術(shù)流程[].國土資個方面來判斷:源遙感2003(2) :44494 .(1)己知礦床點的外圍找礦線索:對于區(qū)內(nèi)存[7]植起漢,王嚴 ,朱谷昌.鬧牛山次火山巖銅礦靶區(qū)的遇在己知礦床(點)的情況下,與己知礦床點)周圍內(nèi)感綜合評價[J].礦產(chǎn)與地質(zhì), 1997 ,11(3) :179-186.呈星點狀分布的蝕變異常信息是查證的重點。當[8]楊建民,張玉君 ,姚佛軍.利用ETM*遇感技術(shù)進行尾然,正確地認識區(qū)域地質(zhì)背景及已知礦床點深人研亞雜巖體的巖性識別[J].巖石學(xué)報,2007 ,23( 10):究是不可缺少的。2397 2402.(2)新礦化點的發(fā)現(xiàn):這是蝕變遙感異常信息[9]李得成,周軍,田勤虎,等.基于成礦預(yù)測的ETM*圖像主要應(yīng)用之一,對于研究區(qū)工作程度低,基礎(chǔ)地質(zhì)資礦化蝕變信息提取一以新疆阿熱勒托別地區(qū)為例料匾乏的地區(qū),面積分布大,形狀不規(guī)則的異常應(yīng)引[J].內(nèi)蒙古石油化工,2007(5) :8890.[10]王潤民， 趙昌龍新疆喀拉通克一號銅鎳碗化物礦床起重視。[M].北京:地質(zhì)出版社,1991.6結(jié)論[11]柴鳳梅. 新疆北部三個與巖漿型Ni - Cu硫化物礦床針對于新疆喀拉通克地區(qū)采用“波段比值+主有關(guān)的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖的地球化學(xué)特征對比[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué),2006.成分分析+密度分割+中值濾波”法和多波段合成[12]潘振興,許程, 田戰(zhàn)武，等.喀拉通克銅鎳硫化物礦床進行圖像處理方法,提取礦化蝕變信息及構(gòu)造信息，地質(zhì)特征成因探討及新的找礦方向[J].內(nèi)蒙古石取得了較好的效果。為了判別遙感異常圖的精度與油化工,2007:125-127.準確性,我們進行了與前人研究成果查證和對比分[13]鄒海洋. 新疆喀拉通克銅鎳硫化物礦床成巖成礦模析,研究的成果與前人的研究成果吻合- -致 ,表明此式及找礦預(yù)測研究[D].長沙:中南大學(xué),2002.次應(yīng)用實踐表明這些方法在成礦地質(zhì)構(gòu)造分析和成[14]楊永強, 陳永良,程麗紅新疆喀拉通克銅鎳礦床綜合信息找礦模型[].地質(zhì)找礦論叢,1998,13(3) :61-礦預(yù)測中是完全可行的。66.(上接第75頁)人民生活不但不受影響，新技術(shù)的參考文獻:應(yīng)用反而會為生活添加色彩。我們相信隨著水源熱[1]韓曉平. 科學(xué)用能一-應(yīng)對 能源的挑戰(zhàn)[J]電力需求泵技術(shù)的日趨成熟和發(fā)展,會為在實際工程中推廣側(cè)管理, 2005(1) :225.和應(yīng)用城市污水熱能回收利用系統(tǒng)提供越來越可靠[2]楊文海， 路志強，劉濤,等.城市污水回用的可行性分的技術(shù)保證。利用熱泵系統(tǒng)有效地回收和利用城市析[J].水資源與水工程學(xué)報,2008 ,19(1) :92.污水熱能將是今后城市污水資源化的一項理想的先[3]肖錦. 城市污水處理及回用技術(shù)[ M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.進技術(shù),也是解決能源危機的重要舉措和辦法。[4]尹軍,陳雷,王鶴立.城市污水的資源再生及熱能回收利用[ M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.