浅谈污水水源利用环保再生能源利用技术

摘要：在能源紧缺、能源价格上涨的时代，低品位热源的综合利用，循环经济的应用就显得尤为重要，这也是国家大力扶持的能源技术。低品位热源量很大，温度低，传输范围小，独立使用范围小，代价大，稳定性、安全性低。将污水处理厂处理后的污水中的热量，应用于冬季供热，既利用了天然能源（污水中低品位能源），又不增加运行成本，是十分经济合理的供热工程项目。

关键词：污水热回收 热泵 集中供热

一、项目背景

实行集中供热是治理大气污染的有效手段，污水中低品位能源的利用，可以减少污染物排放。近年来城市建设发展迅猛，根据城市规划，近几年内城区将会得到高速发展，因而集中供热能力的发展速度将直接影响到新区的环保水平，新区采用高标准建设要求，从规划开始采用集中供热和污水源热能的利用，就能够将污染降低到最低的程度。

近年来，辽宁地区燃料油、燃气以及电等清洁能源的消耗量逐年增多，但能源消费结构以煤为主的格局并未发生变化。大量燃煤排放的污染物造成煤烟型污染特征，冬季污染尤为严重。随着城市的发展和供热面积的增加，燃料的消耗量逐年增加，致使大气污染日趋严重。

城市污水的形成主要来自住宅、写字楼、商务楼、院校、及部分工厂等，城市的能源需求（热、电、冷等）也正是产生污水的这些地方，污水的排放和能源的需求在产生和使用上是同一对象;城市污水量大并每天不间断的产生，能源的使用也是量大而不间断的需求，两者恰好吻合，构成一个输入输出的大循环。

二、项目方案

1.集中供热方案

集中供热可以从系统上及客户的需求上做最优的能源采暖，各种低品位资源的梯级利用，可以大大地节约高品位天然气及电能的消耗，如污水、余热等，节约了天然能源，满足建设节约型社会的需要。城市污水处理厂每天处理大量的污水，利用污水中低品位的能源，采用水源热泵技术，采暖期作为一级加热热源，使排放的污水中的能源得到充分的利用。

由于冬季热负荷主要为采暖热负荷，因此，用热源厂蒸汽锅炉余热和热水锅炉及集中的水源热泵联合供热。根据该地区总体规划发展目标，规划该项目建设规模为总装机容量水炉70MW，蒸汽炉465t/h，水源热泵232MW，供热面积1200×104m2。

根据能源梯级应用的原则，供热厂生产的蒸汽梯级使用，首先蒸汽进入水源热泵驱动汽轮机，然后抽汽进入循环水泵驱动汽轮机，背压蒸汽最后进入汽水换热器和真空制冷机。蒸汽为水源热泵、循环水泵、风机等提供动力，节省了大量电能。

供热系统中的循环水经过水源热泵加热后，进入汽水换热器再加热，然后进入供热系统。

水源热泵水源采用城市污水处理厂处理后的中水，进入水源热泵机组利用后，一部分进入供热厂的化学水处理系统，处理后进入供热厂的工业用水系统，另一部分排入城市排水系统。

2.城市污水的综合利用

热泵是利用地下浅层能量资源的一种形式，尤其适用于禁煤、油贵、无燃气的热用户，夏季用来空调制冷，冬季用来空调制热，既环保、又节能。水源热泵，一种形式是利用浅层地下水（深度<～120m）的恒温性，冬季吸热，夏季放热，将热能由地下水带走，达到热能的转换，无污染、占地省（泵房可设于地下），而且不损坏地下水的水源水质，地下井应成“对井”，每井一泵，一抽一灌。另一种形式是地表水源热泵，如城市污水、湖水、海水等。

水源热泵是利用卡诺循环原理，充分提取地下水或地表水的热量用以供热或制冷的技术。其优点是冬、夏都可以运行，对大气环境没有污染，运行方便，自动化程度高。

利用城市污水处理厂的处理后的中水，作为水源热泵的热源和冷源，是较为经济的一种措施。既利用了中水中的热量，又可以无污染的排放，无需打井，采暖期可以供热。

本项目现以两座污水处理厂作为本集中供热工程的基地。

（1）一号污水处理厂

一号污水处理厂日处理污水量为40万吨，并且通过城市排入的污水量不断在增加，在附近地区急需新建新的污水处理厂。为了充分利用污水中的热量，采用水源热泵机组，冬季为建筑供应采暖热负荷。

（2）二号污水处理厂

拟建的二号污水处理厂日处理污水量为3万吨，按新工艺建设，可以节省1/2的建设用地，利用热源厂的场地来建设。为了充分利用污水中的热量，采用水源热泵机组，冬季为建筑供应采暖热负荷。

3. 供热量

3.1 水源热泵供热量

以一号污水处理厂和新建的二号污水处理厂作为集中供热工程的基本热源，充分利用污水中的热量，然后采用蒸汽加热。

两座污水处理厂的污水处理量按40万吨计算。

通过现场测量一号污水处理厂出水温度在16～18℃，如果中水的温差按St=10℃计算，40万吨中水的供热量：

Q=40×107×10×1.163=4652.0MW

污水小时供热量为193.8MW。

选择8台离心式水源热泵机组。

水源热泵机组提供的供热量，1台机组的供热量为29MW，8台机组的供热量为232MW。

3.2供热厂供热量

本工程水源热泵和汽轮机背压蒸汽的供热量为232+275=507MW，不能满足采暖热负荷576MW的要求。再安装1台70MW热水锅炉，额定供热量为70MW。则热源厂总供热量为507+70=577.0MW，满足热负荷576.0MW的需求。

其中一期工程安装1台70MW热水锅炉、1台75t/h蒸汽锅炉和1台130t/h蒸汽锅炉，安装3台29MW水源热泵机组。

一期工程供热量249MW，供热面积510×104m2。

4.供热可靠性

在采暖季，水源热泵供热量占整个热负荷的40.28%，热水锅炉供热量占12.15%，蒸汽换热量占47.57%。可以满足供热要求。

当一台130t/h蒸汽锅炉故障时，其余可满足85%的供热量。

三、 中水源利用环保再生能源技术

借鉴国外先进经验，结合国内城市居住人口相对较大的特点，发展有中国特色的供热企业，即区域集中式供热方式，并且将城市污水就近进行无害化处理的方式已成为我国供热系统配套建设的最佳选择。

在污水处理厂旁建设热源厂，现有的一号污水处理厂也在热源厂旁边，按新工艺设计二号污水处理厂;

灰渣从城市的污染物成为一种建筑材料，既满足了市场对烧结砖的需求，同时保护了耕地;

以灰渣为原料的有机肥既增加了土地的养分，又改善了土壤的特性，恢复了土壤活力;

集中供热提高了能源综合利用率。

1. 主要技术应用

（1）生物滤床污水处理技术，吸附加生物法

（2）洁净能源的应用，减少了各种废气对大气的污染

（3）集中供热

（4）中水热资源利用

（5）以灰渣为主要成分，制成建筑材料、蒸压砖

（6）以灰渣作为载体制作生物复合肥

2. 污水处理工艺

本项目采用本公司的活性煤及高密度生物滤床技术，吸附加生物法污水处理工艺，可大大地降低运行能耗，曝气量小，温降小，中水的水温变化小，成为水源热泵的理想热源。