摘要：城市污废水中的低温废热对大气、水体、土壤、动植物的影响和危害很严重，如采用热泵技术进行利用，不仅减轻了对环境的危害，还减少了高位能源的消耗，提高了能源的利用率。

关键词：废热污染 低温废热 热平衡 污水源热泵

1、前言

目前，热装置利用效率较低，使得大量能源以废热的形式消耗掉，产生废热污染。据统计，民用燃烧装置的热效率约为10～40%，工业锅炉约为20～70%，火力发电厂约为40%，核电站的利用率约为33%，我国热能平均有效利用率仅为30%左右。废热能源按其存在形式分为：热废气，热废水。其中热废气的广泛收集、利用技术尚不成熟。而热废水常常排入城市污水管道中，易于收集与利用。而且城市污水一年四季变化较小，流量稳定，具备冬暖夏凉的特征，且赋存热量较大。将这些热量利用起来为建筑物调节温度，所替代矿物能源的数量是极大的，特别是水源热泵技术的日趋成熟和发展，为在实际工作中推广应用污水热能回收利用系统提供了可靠的技术保证。所以，有效的回收和利用城市污水热能，将是今后城市利用新能源的主要途径。

2、低温废热类型及危害

2.1大气废热污染

由于工业（如钢铁、化工、火力发电、垃圾焚烧）在生产过程中产生的废热、废气和烟尘，虽然是50°C以下低温，但热量很大，再加上城市人口稠密，工业集中，形成了城市温度明显高于周围地区的城市热岛效应，导致局部地区大气中的热量显著增加，影响了大气循环过程，常有局部地区产生异常天气现象（如暴雨、酸雨、飓风、酷热、暖冬等），而且使工业区镇居民的生活环境受到污染，或引起致病微生物孳生，危害居民的身体健康，这就是大气废热污染。

2.2水体废热污染

随着城市化的快速发展，城市的污水排放量大大增加，包括工业废水和生活污水，这些废水都会产生大量废热，而这些废热往往以废水的形式排入就近的河流，湖泊，使天然水体的热负荷温度升高，从而引起水体的物理、化学和生物学方面的改变，对生态环境和人类的生产、生活活动产生了不良影响，成为水体废热污染。水体废热污染的影响主要表现在：

（1）使水体中某些重金属及有毒物质毒性增强；

（2）降低了水体中溶解氧的含量，直接危及水生物；

（3）水温的升高会影响鱼类生长、繁殖；

（4）加速了水体的富营养化，使某些藻类及其它浮游生物迅速繁殖，使水体恶化；

（5）影响土壤品质，降低了植物质量。

3、城市污水的热能特征

城市污水热能利用的对象是经过处理后的污水或原生活水，与传统的利用污水处理过程中产生的污泥中厌氧生物产生的可燃性气体或焚烧排出的热量不同，城市污水具有多方面的热能特征：

（1）冬暖夏凉

城市污水的最大特点是冬暖夏凉，特别是随着人民生活水平的不断提高，这一特点将更加明显。与河水水温和气温相比，城市污水水温在冬季最高冬季排入下水道的污水温度约为10°C左右；在夏季最低，夏天为22°C左右将。这种差值则是城市污水吸收了大量城市中所释放的热能所造成的，而且在有些地区可能更为明显。

（2）全年的水温变化幅度较小

相比较河水、气温，城市污水的温度变化幅度比较小，1月份与8月份的污水温差也只有12°C左右，变化幅度较小，可在全年获得较稳定的水温，可作为稳定的热源。

（3）受气候影响小

不像风能、太阳能的利用受夜间、阴、雨等气候影响，污水热能相对稳定。

（4）污水的热能利用区域比较广

目前热泵技术已从对城市污水二级处理水的热能利用发展到可直接利用城市原生污水的阶段，因此，不受污水处理厂的限制，可根据城市污水管网情况和用户需要灵活利用，选择使用区域。

（5）热能蕴藏量较高

在一些大中型城市，可以利用的城市热能中，城市污水中热量最高，约占总体的39%，而且城市规模越大，热需要指数越高，污水热能的可利用系数就越高。

（6）城市污水中的热能适宜作供冷供暖的能源

城市污水是一种相对稳定的恒温源，水温相对稳定，水量也相对稳定，从热容量、热效率等热功方面考虑，城市污水是热泵系统非常优良的低位、清洁冷热源。但从有效利用的角度出发，却不适用于作动力，只适宜于在50℃左右的低温区运行，并在这一区域有很大应用潜力。城市的发展使供冷供暖方面的能源消耗增加，且这部分能源大多是通过高位能源产生的几百或上千度的高温来获取，能源的利用率不超过40%，导致大量的能量损耗，能源浪费。利用热泵技术把城市废污水中的热能来实现这方面的需求，无疑会大大节省能源，并最大限度地提高了能源的综合利用率。

4、污水源热泵系统

污水源热泵系统以未经处理的市政污水作为冷热源，冬季采集来自污水低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能，将所取得的能量供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到调低室温的目的。在将城市污水充分利用的同时，为建筑节能。

4.1污水源热泵的主要技术原理

其技术原理是热泵的运作机制，即将污水中的热量或冷量传递给建筑物。可分为三个能量转移过程：第一过程：机组的介质在蒸发器内蒸发需要吸收热量，介质的蒸发温度为3℃，此时10℃的中介水在蒸发器中经过，与介质换热，并将热量释放给介质，介质吸收热量蒸发。第二过程：机组自身介质循环，蒸发的气体被压缩机吸入并压缩，变成高温，高压的气体，进入冷凝器，实现热量向冷凝器转化的过程，而冷凝器是与末端系统连接的。第三过程：机组的高温、高压的介质进入冷凝器冷凝，放出热量，并与系统水进行热交换，实现将在蒸发器内吸收的热量和输入的电能的总和输出给采暖系统水的过程，采暖系统水带着热量释放给房间，达到制热的目的。在整个过程中，机组的能量输入输出比最高可达到4.5，即电机输入电能是1kcal时，末端系统得到的能量是4.5kcal。在整个的过程中消耗少量的电能，极大的利用污水能量，从而达到节能目的，制冷过程是制热过程逆过程。是一个搬运‘‘能量’’的过程。

4.2污水源热泵技术的应用前景

目前国内污水热泵技术成果不断深入的理论研究和多项工程实践，已日臻完善和成熟，已经在节能、水资源循环利用、环保三方面产生广泛、深渊的影响：这项技术与传统的冬季锅炉或热网供暖、夏季中央空调系统相比，初投资与运行费用可节省30%左右，一栋1万平方米的楼房投资约200万元左右，原生污水源热泵系统投资与运行费用相对较低，按当前市场行情，改造投资的回收年限约为6-7年。热泵装置不需要燃料输送费用和保管费、排渣运输费等，只有两个部件运动，磨损少，平时无需任何检修。管理人员与劳动强度均可减少，运行费用低。

结论：随着整个社会节约能源、环保意识的提高、污水源热泵的应用领域也在不断的扩展。除了在城市公共事业（供暖制冷、制取生活热水）应用外，还在食品、生化、制药工业、种植养殖及农副产品加工储藏领域均得到应用。而社会也在向充分利用各类可再生的低温热源或废热热源，完善和推广原生污水源热泵技术，为建立节约型社会提供科学的、多元化的发展空间发展。

参考文献

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