城市污水热能的回收利用

第26卷第3期甘肃科技Vol.26 No.32010年2月Cansu Science and TechnologyFeb.2010城市污水热能的回收利用丁晓妹,李向阳(兰州大学资源环境学院,甘肃兰州70000)摘要:根据热泵发展的情况,通过利用污水源热泵系统回收城市污水中的低温热能以供采暖和制冷之用的节能、经济、环保的效果分析,说明应用该系统不仅可以节省煤、石油等-级能源的需求,而且可以实现能源的回收利用。关键词:城市污水;热能;热泵系统;回收利用中国分类号:X124随着经济的快速增长,人口的不断膨胀和社会事业的不断进步，我国面临着能源危机和环境污染1污水源热泵系统破坏难题。今天的中国已经达到GDP人均1000美所谓污水源热泵就是以人工再生水,如城市污元的小康目标，按照预定的经济发展目标,2020年水为水源的既可供热又可制冷的搞笑空调节能系将全面实现小康，达到中等发达国家的水平,人均统。 它是水源热泵的一-种。以城市污水为热源的热CDP10000美元。从其他发达国家的发展历程来泵可以按照用途热量输出、热源类型和驱动形式等看,GDP达到10000美元时能源消耗量是人均标准分为不同类型的泵,这里就不赘述了。油4Va,折合标准煤5.6Va。这样到2020年我国人1.1 原理口达到15亿,将需要标准油60亿t,折合标准煤84在城市污水热能回收利用系统中通常采用压缩亿,这是世界目前能源生产能力的60% ,是一个无式热泵。其组成和工作原理,如图1所示。论如何也不能达到的目标”。2005年，国家主席胡锦涛强调加强可再生能源■开发利用是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路,也是人类社会实现可持续发展的必由之路。人们在保护和利用好现有能源的基础上,正努力寻找新能源的出路。以兰州市为例, 2009年2月26日在甘肃省召开的市政府常务会议上明确提出兰州市今年实施节能减排类工程10项,估算投资约为口==>谢横13亿,占当年投资总额的26%,以提高城市污水处围1污水源热泵工作原理理率和增加城市污水处理厂为提高能源利用率的主冬季工作时,第一换热器为冷凝器,第二换热器要内容,切实把国家规定落向实处。为蒸发器。城市污水流人蒸发器时将放出其赋存的据文献[2],目前，供给城市的能量大部分最终热量,同时制冷剂在蒸发器中蒸发吸收热量,所产生都被作为废热排到大气或河海中。这些废热中大部的蒸汽被压缩机吸入并压缩至较高压力进人冷凝分是50以下的低温废热,但热量很大。在尚未有器,制冷剂蒸汽在冷凝器中冷凝,同时放出热量并加效利用的低温能源中,城市污水因-年四季温度变热热媒(水)的温度,满足供热系统的需要,液态制化小,数量稳定,具有冬暖夏凉的温度特性,而且赋冷剂进入膨胀阀,进行绝热膨胀,对外做功，使其达存着大量热量,易于通过城市污水管道进行收集。到很低的温度，又进入蒸发器,从城市污水中吸收其因此,被认为是可回收利用的清洁能源。为此,我们赋存的热量进行下- -轮循环。在该系统中,制冷剂期望兰州市这个能源不算富裕的城市可以采用污水连续经过吸热、压缩、冷却、膨胀过程,就可以将城市热能回用的方式实现真正的节能减排。污水中的热量转移到需要供热的系统中去,达到供热目的。夏季工作时,第- -换热器为蒸发器,第二换第3期丁晓妹等:城市污水热能的回收利用7热器为冷凝器,工作流程正好与冬季时的相反。制洁防止堵塞;保护设备的同时也要考虑到系统运行冷剂连续经过膨胀、冷却、压缩和吸热过程,就可以后,污水热量变化对后续处理工艺的影响。将城市污水中的冷量转移到需要制冷的系统中去，达到制冷的目的(2。3应用热泵 系统回收污水热能的意义1.2国内外的应用和发展情况有效利用城市污水中的热量,是使兰州污水资城市污水源热泵是污水热能利用的- -种形式，源化的一项先进技术,具有明显的节能、经济和环保是一种从城市污水等低品位热源中提取热量,将其效果,它对提高人民生活质量、促进经济发展、推动转换成高品位清洁能源,并向外提供供暖热源空调社会进步也有重要的应用价值。冷源或生活热水的热泵系统。该系统在北欧很多国1)采用污水热能利用系统，可以代替一部分高家,日本发展较早。如1983年,揶威奧斯陆建成利位能源的使用,可以合理配置城市能源利用的情况，用未处理污水作为热源的热泵区域供热系统;1981提高了城市能量的有效利用效率，所以城市污水热年,在瑞典塞勒建成利用污水区域供热热泵站以后,能利用具有明显的节能效果。发展很快,到1983年又建成8座;日本东京政府从2)使用污水热能利用系统,可以将热源设备按1987年开始启动城市污水热能回收项目,现有11区域加以设置,从而减轻初始投资的负担;同时,采个污水源热泵系统在运行)。用城市污水热能利用系统，由于不用锅炉房和空气我国城市污水源热泵技术推广刚刚起步,但发冷却塔等设施和设备,可以将污水热能直接供给热展很快。北京市高碑店污水处理厂开发了一套污水需要地区,这样，既节省空间、减少设备及其占地面源热泵试验工程,900m2 建筑供热。然后在北小河积又相应降低了设备投资的区域管网的费用,从而污水处理厂安装一套供6000m2建筑供暖与制冷的大大的降低系统的运行费用,使得城市污水热能利污水源热泵。在哈尔滨望江宾馆也使用城市污水作用具有明显的经济效果。为提取能量的冷热源。目前在秦皇岛、大庆、石家庄3)城市污水热能利用具有明显的环保效果。等地均有污水源热泵系统在运行。采用污水热能利用系统,可以减少煤炭等能源的使用,相应的降低了CO2 ,NO, ,so,及粉尘等污染物的2需要解决的问题产生量,在夏季用污水热能作为制冷能源,不用直接城市污水是由生活污水和工业废水组成的，成加热空气,可减轻城市高温的热岛现象,这就说明利分比较复杂。这样就给以城市污水为水源的污水热用城市污水热能可以减轻大气污染;同时,采用城市能回收系统带来挑战。针对生活污水和工业废水的污水热能利用系统,由于需对城市污水进行回收和特点参考相关文献，提出以下几个需要注意的问题。净化,从而提高了对城市污水的处理要求,减轻了城1)污水在流经管道和设备时,在换热器内部表市污水对水源水质和生态环境等的污染。层易出现积垢,有益于微生物繁殖，甚至污水中的油以兰州市为例,采暖期间以利用煤炭为主,且处性物质也会粘附在管道内壁上,稍大些的悬浮物会在山谷地形中，春季和冬季易形成逆温,污染物不易堵塞管道口和设备人口。最终导致污水流动受阻，扩散,造成大气污染较为严重,城市污水热能利用具设备传热受到影响。有环保效应，可减少粉尘和相应的大气污染物,对减2)污水中还有氧化性强的物质可以腐蚀管道轻兰州的空气污染大有益处,同时实现节能减排,能壁,使设备使用寿命缩短。源利用的可持续发展。当然,一项技术的实施需要3)由于污水流动受阻或者设备入口堵塞,给设各方面的评价和群众的支持,综合考虑相信城市污备维修和管理带来不便,工作量增加。水热能的回收利用工作会有美好的前景。4)污水流动受阻或者设备老化结垢会导致机4结语组耗功增加。例如文献[3]所说，冷凝温度升高1C ,耗电量增加3.2%。当冷凝器结水垢1. 5mm城市污水是一种巨大的低温余热热源,利用污时,冷凝温度升高2.8C ,耗电量增加9. 7%。水源热泵技术合理开发应用该热源，可以为我们城综上所述,污水源热泵系统需要设置- -定的污市人类创造- -种新型的清洁能源，节约了煤、石油等水处理装置,防止污水腐蚀管道和设备;污水管道应- -级能源的利用,真正实现节能减排的目的。使用耐腐蚀抗氧化的材料;要对设备和管道及时清(下转第44页)4甘肃科技第26卷(3)异常信息一部分反映地面植被信息。对于参考 文献:部分异常信息指示植被的问题,其原因是作为提取[1] 陈松岭,卢福宏,高光明，等.华北地台北缘内蒙古段异常信息的波段组合中含有指示植被的TM4波段,金矿围岩蚀变的遇感识别[J].国土资源遇感,2001植被作为干扰因素没有完全消除的结果。(2):13-18. .(4)铁染异常信息多反映矿化地质体特征,有[2] 朱小鸽. 多重主成分分析及在地质构造信息提取中的些大体分布在环形构造边缘。应用[J].遇感学报,000,4(4) :299 303.蚀变遥感异常信息提取的主要目的是发挥遥感[3] 杨建民,张玉君,陈薇,等. ETM+ (TM)蚀变遏感异常宏观、经济、快速的优势优选找矿靶区,因此,对蚀变技术方法在东天山戈壁地区的应用[J].矿床地质，2003 ,22(3) :278 256.遥感异常信息的筛选尤为重要。从提取蚀变遥感异[4]张玉君,杨建民.基岩裸露区蚀变遥感信息的提取方常信息的地质基础上分析,大范围的蚀变岩出露,必法.国土资源遥感[J].1998(2) :46 53.会引起大面积的异常信息，但是由于同物异谱及同[5]张玉君 ,杨建民,陈薇. ETM+ (TM)蚀变遥感异常提取谱异物现象的存在,使得对于大面积的异常出现并方法研究与应用一地质依据和波谱前提[J].国土资不- -定是矿化蚀变异常。所以,对于蚀变遥感异常源遥感，2002(4) :30-36.的成矿有力度分析不能仅从异常面积来判断。对于[6]张玉君,曾 朝铭,陈薇. ETM* (TM)蚀变遥感异常提取蚀变遥感异常信息找矿的有力度分析可以从以下几方法研究与应用一方法选择和技术流程[].国土资个方面来判断:源遥感2003(2) :44494 .(1)己知矿床点的外围找矿线索:对于区内存[7]植起汉,王严 ,朱谷昌.闹牛山次火山岩铜矿靶区的遇在己知矿床(点)的情况下,与己知矿床点)周围内感综合评价[J].矿产与地质, 1997 ,11(3) :179-186.呈星点状分布的蚀变异常信息是查证的重点。当[8]杨建民,张玉君 ,姚佛军.利用ETM*遇感技术进行尾然,正确地认识区域地质背景及已知矿床点深人研亚杂岩体的岩性识别[J].岩石学报,2007 ,23( 10):究是不可缺少的。2397 2402.(2)新矿化点的发现:这是蚀变遥感异常信息[9]李得成,周军,田勤虎,等.基于成矿预测的ETM*图像主要应用之一,对于研究区工作程度低,基础地质资矿化蚀变信息提取一以新疆阿热勒托别地区为例料匾乏的地区,面积分布大,形状不规则的异常应引[J].内蒙古石油化工,2007(5) :8890.[10]王润民， 赵昌龙新疆喀拉通克一号铜镍碗化物矿床起重视。[M].北京:地质出版社,1991.6结论[11]柴凤梅. 新疆北部三个与岩浆型Ni - Cu硫化物矿床针对于新疆喀拉通克地区采用“波段比值+主有关的镁铁-超镁铁质岩的地球化学特征对比[D].北京:中国地质大学,2006.成分分析+密度分割+中值滤波”法和多波段合成[12]潘振兴,许程, 田战武，等.喀拉通克铜镍硫化物矿床进行图像处理方法,提取矿化蚀变信息及构造信息，地质特征成因探讨及新的找矿方向[J].内蒙古石取得了较好的效果。为了判别遥感异常图的精度与油化工,2007:125-127.准确性,我们进行了与前人研究成果查证和对比分[13]邹海洋. 新疆喀拉通克铜镍硫化物矿床成岩成矿模析,研究的成果与前人的研究成果吻合- -致 ,表明此式及找矿预测研究[D].长沙:中南大学,2002.次应用实践表明这些方法在成矿地质构造分析和成[14]杨永强, 陈永良,程丽红新疆喀拉通克铜镍矿床综合信息找矿模型[].地质找矿论丛,1998,13(3) :61-矿预测中是完全可行的。66.(上接第75页)人民生活不但不受影响，新技术的参考文献:应用反而会为生活添加色彩。我们相信随着水源热[1]韩晓平. 科学用能一-应对 能源的挑战[J]电力需求泵技术的日趋成熟和发展,会为在实际工程中推广侧管理, 2005(1) :225.和应用城市污水热能回收利用系统提供越来越可靠[2]杨文海， 路志强，刘涛,等.城市污水回用的可行性分的技术保证。利用热泵系统有效地回收和利用城市析[J].水资源与水工程学报,2008 ,19(1) :92.污水热能将是今后城市污水资源化的一项理想的先[3]肖锦. 城市污水处理及回用技术[ M].北京:化学工业出版社,2002.进技术,也是解决能源危机的重要举措和办法。[4]尹军,陈雷,王鹤立.城市污水的资源再生及热能回收利用[ M].北京:化学工业出版社,2003.