251重庆市城市生活污水热能利用的探讨.doc

重庆市城市生活污水热能利用的探讨重庆大学 周双 康侍民 林真国摘要：通过重庆大学关于原生污水源热泵项目研究，从中得到的生活给水温度的全年变化及与排水温度的关系中，分析出了重庆市生活污水具有冬暖夏凉与年水温变化幅度较小的特点，同时由得出的重庆主城区的自来水供水温度和空气温度的对比分析，说明生活污水温度具有受气候影响小的特点。阐述了关于城市生活污水的回收和利用在国内外的一些研究技术和成果及意义，即节能、经济、环保。由此，提出了重庆市可以在其它城市的研究成果基础上以自己城市的特点为基础，来进行城市生活污水可利用热能的研究。关键词:生活污水 污水热能利用 节能前言能源枯竭和环境污染是目前普遍存在的重大社会问题，开发、节约、保护和高效利用能源，防止环境污染，寻找合适的可再生清洁的低位冷热源是暖通空调的战略性任务。在目前全球面临能源危机和环境污染的严峻形势下，人类在能源利用方面也将进入一个多样化的时代。有效回收与利用城市污水热能，对提高人们生括水平、促进经济快速发展和推动社会进步具有重大的战略意义。1.重庆市城市生活污水特点1.1冬暖夏凉与河水水温和气温相比，城市污水水温在冬季最高，夏季则最低这种差值即是城市污水吸收大量城市中排放的能量造成的，在有些地区这种现象可能更为明显1。随着城市设施不断完善、人民生活水平不断提高和经济的快速发展，城市人均能源消费水平进一步增加，导致城市热量更多地排放和冬季污水水温变得更高，这将有利于把城市污水作为热源回收利用根据重庆大学研究小组自2006年1月1日至2007年1月1日以重庆市某户生活水龙头的出水温度为测试对象，采用酒精温度计直接测试的方法，测试了生活给水温度的全年变化情况,水温测试时间为每天早上8点。以每月为一时间段，分析给水的平均温度的变化情况如表1、图1所示。（注：以下图表1,2来源于重庆大学学生在创新基金资助下有关原生污水源热泵系统的研究）表1 各月给水平均温度汇总表月份123456789101112温度141517212324282925221916图1 给水温度的全年变化图从表1及图1可以看出，自来水温度全年变为范围1429，冬季平均温度15，夏季平均温度27。与重庆市同期的空气温度相比，给水温度变化范围明显要小（重庆冬季空调计算日平均温度2，夏季空调计算日平均温度32.5）。该研究小组在测试排水温度与给水温度关系中，得到排水温度比给水温度高约23。因此，从给水温度可以基本看出排水温度冬暖夏凉的特点，具有热量回收利用的潜力。1.2年水温变化幅度较小由上述研究小组得到的数据来看，全年排水温度变化为15，而根据重庆冬季空调计算日平均温度2，夏季空调计算日平均温度32.5来看，大气的温差变化在30左右，可以明显说明城市生活污水变化幅度比大气变化幅度要小，因而，全年可获得比较稳定的水温，可作为稳定的冷热源。1.3受气候影响小对于利用太阳能来说，主要缺陷是除夜间不能利用外，受阴、雨等气候因素的影响也很大。因此，太阳能是一种不稳定的热源；而污水中的热能利用则受气象等因素的影响很小。污水温度由于水良好的蓄热性能，受室外气象的影响比空气要小得多。表2也是重庆大学研究小组实际测试重庆主城区的自来水供水温度和空气温度的对比，图2是其温度年变化曲线图。由于城市污水温度和自来水温度基本接近，因此可以反映出污水温度受气候影响小的特性。表2自来水与空气月平均温度比较月份自来水月平均温度空气月平均温度温差月份自来水月平均温度空气月平均温度温差114.18.457728128100214.610.640828927712316.914.128925224210420.819.61210223185385227217101119313160624325607121579661注：自来水温度为重庆渝中区某住户楼5楼水龙头出水温度，测试时间均为每天8：00；空气平均温度资料来源为中国建筑科学研究院提供重庆TMY数据图2 重庆市主城区自来水温度与空气温度年变化曲线图2.城市生活污水的回收和利用 城市污水热能回收与利用是将赋存于处理或未经处理的污水中的热量回收后并加以有效利用的一项新技术。城市污水热能的回收与利用是以利用热泵回收低位能源为理论基础,即使用污水源热泵系统。 一般来讲，污水源热泵系统是将城市污水作为热源或热汇，冬季回收利用污水中的热量，夏季则可将建筑内的热量转移到污水中排出。污水源热泵系统由于利用低品位的热能，同时利用污水作为载热（冷）剂，因而系统效率高，具有非常好的节能潜力，是污水资源化利用的有效途径，是建设节约型社会、实现循环经济的良好技术，对我国建筑业及能源供给实现可持续发展都具有重要意义。 由于国外使用污水源系统比我国要早，比如日本在利用污水中的热能中既有利用未处理过的污水的，也有利用二级出水或中水的。并有效的利用了城市的污水热能，根据日本荏原公司对不同冷热源方案的比较结果，热泵系统与传统电制冷与锅炉系统相比，可节约25的初投资和40的运行费。日本Oehiai污水处理厂在对采用热泵系统前后两个采暖季运行记录显示：热泵系统运行费较锅炉系统低大约252。国内关于污水源热泵的研究也有了一定的成果，比如国内首例利用污水作为能源供热制冷的项目在北京市密云污水处理厂开始试运行3。该工程使用的是一套利用污水换热的新型高科技技术，它的工作原理是把污水中具有的热源高效、集中地提取出来，并通过热交换器和热泵机组提升达到更高品位的能源。通过工作，这套系统在冬季可提取污水中的热量，以达到供暖目的，平时还可确保生活热水的供应;在夏季，污水带走系统中的热量，降低系统温度，又可达到制冷目的。整个工程高效、节能、无污染，平均可以节约用户30%到40%的供热制冷运行费用3。这说明在国内运用污水源热泵具有一定的可行性，同时为了达到热泵预期的工作目的，提高热泵工作的能效比，更好的利用了污水中的低位热源。也有很多学者对组成污水源热泵系统的主要部件建立模型做了很多研究。例如姚杨, 赵丽莹,曹昕等人在某药厂污水源热泵系统的模拟与分析中以哈尔滨某药厂的污水排放情况为例,采用计算机模拟,得到采暖季不同运行条件下, 机组的主要特性(制热量Qc、输入功率N、制热性能系数COP) 随各种条件变化的规律4,对污水热泵运行参数的确定具有一定的指导作用。3. 城市污水热能回收与利用的意义在目前全球面临能源危机和环境污染的严峻形势下，人类在能源利用方面也将进人一个多样化的时代。有效回收与利用城市污水热能，对提高人们生活水平、促进经济快速发展和推动杜会进步具有重大的战略意义。3 .1 城市污水热能回收与利用具有明显节能效果采用城市污水热能回收与利用系统可以代替一部分高位能源(如煤、石油、电能等)的使用，从而使城市能量消耗的抑制、分散化和台理配置得以实现，提高了城市能量的有效利用效率，显示出明显的节能效果5。3.2 城市污承热能回收与利用具有明显经济效益采用城市污水热能回收与利用系统，可以将热源设备按区域开发日程设置从而减轻初始投资的负担；同时，由于不用锅炉房和空气冷却塔等设施和设备，可将污水热能直接供给需要地域，在节省空问、减少设备及其占地面积的情况下， 自然降低了设备投资和区域管网的费用，从而大大地降低了系统的运行费用5。3.3 城市污水热能回收与利用具有明显环保效果采用城市污水热能回收与利用系统可减少煤炭等能源的利用， 从而相应地降低CO2、NOx、Sox及粉尘等污染物的发生量，同时不用直接加热空气，可减轻城市形成高温的热岛现象。也可减轻空气污染；并对城市污水进行了回收和净化，从而减轻了城市污水源水质和生态环境等的污染5。4. 结论从以上有关重庆市生活污水的特点的描述，说明重庆市生活污水具有广阔的可利用热能前景，而从污水源热泵在我国部分城市使用和研究过程中可以看出，重庆市可以在其它城市的研究成果基础上以自己城市的特点为基础，来进行城市生活污水可利用热能的研究，同时由于近些年重庆随着经济发展和生活水平的提高，提出了冬季采暖供热的要求。而采用污水热泵技术是一项较好的选择，其特点是能效高，克服了空气源热泵、水源热泵和地源热泵的地域局限性，绿色环保、适用区域广泛。在研究过程中可充分利用重庆地形起伏变化的特点,使污水在下降排放过程中,通过跌水的形式强化水气的对流换热，可显著提高换热效率,也可节约部分能源6。再由于建筑用水定额增加和热水供应普及，城市生活污水量和排热量逐年上升，这也为污水热泵的开发和应用提供了必要条件。从城市污水热能回收与利用的意义中更可以看出在重庆市使用污水源热泵不仅具有环保效果还可达到节能及得到一定的经济效益。因而，有效回收和利用城市生活污水在重庆市具有广阔的前景。参考文献：1尹军，王宏哲，韦新东.城市污水热能利用技术及展望.吉林建筑工程学院学报, 2001，2: 29-302 Funamizu N., Iida M., Sakakura Y., Takakuwa T. Reuse of heat energy in wastewater: implementation examples in Japan. Water Science and Technology, 2001, Vol.43, No.10:277-286.3 钱玉龙.城市污水供热制冷分析.科学技术与工程, 2005,1(5): 14-15, 22-244 姚杨, 赵丽莹,曹昕.某药厂污水源热泵系统的模拟与分析.哈尔滨工业大学学报, 2006，5: 32-345 王宏哲，尹军.城市污水热能回收与利用发展状况、评价和意义. 中国环境管理, 2001，