污水源热泵在污水处理厂中的应用

污水源热泵在污水处理厂的应用

[摘要] 伴随着污水处理行业在我国的飞速发展和广泛重视，污水源热泵技术的发展更形成了一个新的高潮，目前面临着全球性质的能源危机，多项节能环保的技术及措施得到了各国的认可与推崇，水源热泵技术占有着一席之地，其中在全国范围内，污水源热泵技术已广泛的应用在各大污水处理厂之中。

[关键词] 污水源热泵；污水处理厂；热泵技术的应用

伴随着污水处理行业在我国的飞速发展和广泛重视，污水源热泵技术的发展更形成了一个新的高潮，目前面临着全球性质的能源危机，多项节能环保的技术及措施得到了各国的认可与推崇，水源热泵技术占有着一席之地，其中在全国范围内，污水源热泵技术已广泛的应用在各大污水处理厂之中。

污水源热泵系统利用污水中的能量，以污水作为热源，通过热泵机组将低品位水中难以直接利用的能源提取出来，供冬季供暖或夏季制冷使用。按照其使用的污水的状态可分为以原生水或二级出水或中水作为热源，一般污水处理厂采用二级出水作为热源。

一、污水源热泵技术的特点

（1）使用污水源热泵技术供热采暖或制冷对大气及环境无任何污染，而且高效节能，属于绿色环保技术和装置，符合目前我国能源、环保的基本政策，对用户本身也无形中起到自我宣传的作用。以周边供暖面积157万平方米的沈阳北部污水处理厂为例，按冬季供暖室内温度达到16℃、以每平方米平均耗煤45公斤的经验值估算，仅这157万平方米的供暖面积改用污水源热泵供暖后，一个采暖期就可以减少使用燃冬季供暖室内温度达到16℃、以每平方米平均耗煤45公斤的经验值估算，仅这157万平方米的供暖面积改用污水源热泵供暖后，一个采暖期就可以减少使用燃煤7万吨，减排二氧化硫700吨、烟尘500吨、二氧化碳14万吨。

（2）热泵机组可以达到一机两用的效果，即冬季利用热泵采暖，夏季进行制冷。既节约了制冷机组的费用，有节省了锅炉房的占地面积，同时达到了环保。污水源热泵比燃煤锅炉环保，污染物的排放比空气源热泵减少40%以上，比电供热减少70%以上。它节省能源，比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃煤锅炉节省1/2以上的燃料。由于污水源热泵的热源温度全年较为稳定，其制冷、制热系数比传统的空气源热泵高出40%左右，运行费用仅为普通中央空调的30%~55%。（3）污水源热泵具有热量输出稳定、COP值高、换热效果好、环保效益显著，水源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，无燃烧过程，避免了排烟、排污等污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以，水源热泵机组运行无任何污染，无燃烧、无排烟，不产生废渣、废水、废气和烟尘，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好，是理想的绿色环保产品。

二、热泵技术在污水处理厂中的应用

（1）污水源热泵系统的工作原理

污水源热泵系统，是利用其压缩机的作用，通过消耗一定的辅助能量(如电能)，在污水中吸取较低温热能，然后转换为较高温热能释放至循环介质(如水、空气)中成为高温热源输出。在此因压缩机的运转做工而消耗了电能，压缩机的运转使不断循环的制冷剂在不同的系统中产生的不同的变化状态和不同的效果

(即蒸发吸热和冷凝放热)，从而达到了回收低温热源制取高温热源的作用和目的，这种装置即可用作供热采暖设备，又可用作制冷降温设备，从而达到一机两用的目的。其原理图如下：

（2）污水的水质分类

污水处理厂中的污水一般分成三类，即原生水、二级出水、中水。

原生污水就是未经任何处理的城市污水，它的主要优点是污水温度比较接近于排放点的温度，所赋存的热能多，缺点是污水水质不稳定，水质中所包含大量的污染物比较多，各种微生物及化学成分比较复杂，水质恶劣。二级出水是指原生水经过简单的过滤和沉淀等物理处理后，再经活性污泥或生物膜法、二次沉淀等深度处理后，进行集中排放的污水。中水是指二次出水经过再次净化处理后达到一定水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用杂用水，可以用来冲洗便器、汽车，清洗道路、绿化灌溉，还可以用在工业冷却水、城市系统补充用水。

（3）污水源的前期处理

污水处理厂利用二次出水作为污水源，在水质符合国家相关标准的前提下，为了更有效的保护污水源热泵机组的使用寿命，降低机组故障频率，一般的做法是污水源不直接在机组中运行，采用换热装置（如板式换热器）将污水中的热能转换至换热装置中的介质（可以选用自来水、地下水等）中，这样就有效的保证了热泵机组的使用寿命，大大降低了维修费用，虽然在换热的过程中会损失了一部分的热能，但不会影响到正常的供暖及制冷效果。一般北方污水处理厂的二次出水冬季水温能达到13-16℃，夏季能达到22-25℃，通过换热过程，水温损失在1℃左右，完全能满足热泵机组的水温要求。

（4）热泵机组选址及管路铺设

热泵机组选址一般首选供暖区域中间位置，但一般污水处理厂出水位置在整体水厂布局的一侧，这样就要求利用最短的供水管线来保证热泵机组的位置，力求达到最佳的供暖效果，这就要求设计人员在实地考察中找到各水厂的“黄金分割点”。北方供暖管线一般选用钢制发泡管，直埋式地下1.2米以下位置，一般使用寿命为10年。

总之，污水源热泵技术具有节水、节能、环保的特点，是利用城市污水进行供暖、制冷的空调新形势，符合世界各国城市污水再利用和城市水源问题的大趋势，对节能减排、资源利用具有重要意义。