污水中含有有機(jī)物(cod)化學(xué)能和余溫?zé)崮?,但這種潛能一直不被重視。已有研究表明城市污水中所蘊(yùn)含的潛能(化學(xué)能+熱能)值可達(dá)污水處理耗能的9~10倍。同時(shí),前期研究結(jié)論顯示,城市污水中化學(xué)能約占總潛能值的10%,而90%的污水潛能由熱量產(chǎn)生。若把污水中的熱能加以合理利用,污水處理廠也會(huì)從原先的耗能工廠轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳茉垂S”,不僅可以能量輸出方式間接實(shí)現(xiàn)“碳中和”運(yùn)行,而且還會(huì)產(chǎn)生大量碳交易額。
生活過(guò)程因熱量輸入導(dǎo)致污水排放出口溫度(平均為27 ℃)比自來(lái)水溫度高出2~17 ℃??梢?jiàn)污水余溫?zé)崮芸偭烤薮?,約占城市廢熱排放總量的15%~40%;污水源熱泵cop(能效比)為3.5~4.6,比空氣源熱泵(cop=2.8~3.4)和地源熱泵(cop=3.3~3.8)均高,這意味著交換同量熱量比其它兩種熱源方式更省電。然而,從污水余溫?zé)崮苤刑崛〉臒崃繉儆诘推肺荒茉矗?0~80℃),難以用于發(fā)電,只能被直接利用,且熱量有效輸送半徑僅為3~5 km。這就決定了污水源熱泵技術(shù)有限的應(yīng)用距離。研究分別從污水余溫?zé)崮芾猛緩?、相關(guān)政策法規(guī)以及經(jīng)濟(jì)激勵(lì)角度分析其應(yīng)用可能性,為未來(lái)污水處理廠利用余溫?zé)崮苤?shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)確定方向。
污水熱能利用途徑
(1)集中利用
優(yōu)勢(shì):污水處理廠出水比原污水具有更高的潛熱值,通過(guò)水源熱泵系統(tǒng)提取熱能也相對(duì)容易,可避免熱交換器(熱泵)防污、防堵、防腐構(gòu)造等問(wèn)題。
限制因素:該熱能利用范圍有限,存在遠(yuǎn)距離輸送熱損失及輸送費(fèi)用問(wèn)題。
利用方式:滿(mǎn)足場(chǎng)內(nèi)利用,并向污水處理廠周邊輻射,兼顧周邊民宅供熱、制冷需要。
應(yīng)用案例
歐洲有人提出,出水熱能可用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)產(chǎn)品脫水和滿(mǎn)足水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的更大熱量需求;
英國(guó)學(xué)者分析了英格蘭南部污水處理廠利用出水熱能方式的經(jīng)濟(jì)性,得出集中利用熱能用于維持55 ℃厭氧消化進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)該具有更高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)率;
日本札幌市直接利用污水處理廠出水余溫在調(diào)節(jié)池內(nèi)融化運(yùn)輸而來(lái)的積雪,解決冬季街道、居住區(qū)積雪處理問(wèn)題。
根據(jù)荷蘭utrecht污水處理廠改造規(guī)劃,該廠出水余溫?zé)崮芾靡矊⒁徊⒓{入改造計(jì)劃。采用熱泵技術(shù),建成后熱泵出水溫度可達(dá)到75~83 °c,每年總共可從出水中交換約400 000 000 mj熱量,約占utrecht市總供熱量的10~15%,可持續(xù)供應(yīng)當(dāng)?shù)?0 000戶(hù)居民冬季取暖供熱需求,從而大大減少天然氣使用量。
芬蘭圖爾庫(kù)市kakolanm?ki污水處理廠以該廠二級(jí)出水為熱源回收余溫?zé)崮?,為廠區(qū)和周邊地區(qū)供熱和制冷(四季常開(kāi),但高峰集中于夏季3個(gè)月,為周邊部分醫(yī)院和寫(xiě)字樓。污水處理廠二級(jí)出水的平均溫度為14 ℃,提取后平均溫度降低約5~10 ℃。該廠產(chǎn)能是運(yùn)行能耗的10倍之多,其中,余溫?zé)崮芄?制冷能量回收近90%;
泰晤士水務(wù)公司與英國(guó)東南部泰晤士河畔金斯頓地方委員會(huì)準(zhǔn)備協(xié)作推進(jìn)“粑粑能源”(poo power)計(jì)劃,從hogsmill污水處理廠1/3的出水中回收余熱,預(yù)計(jì)30年服務(wù)期內(nèi)每年可回收高達(dá)7 gwh熱能,相當(dāng)于30年中可減少約10.5萬(wàn)t co2排放當(dāng)量。
(2)原位利用
優(yōu)勢(shì):從用戶(hù)端原位利用污水熱能的水源熱泵系統(tǒng)可有效解決遠(yuǎn)距離輸送熱量損失及系統(tǒng)輸送費(fèi)等問(wèn)題。
限制因素:腐蝕熱泵機(jī)組問(wèn)題較為嚴(yán)重。因此對(duì)熱交換器的防污、防堵、防腐能力存在特殊要求。污水熱能原位利用必然導(dǎo)致進(jìn)入污水處理廠水溫降低,在冬季會(huì)嚴(yán)重影響污水生物處理效果。
應(yīng)用案例
(1)居家原位利用
2012年nolde&partner水概念公司在德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境基金會(huì)(dbu)資助下完成了第一個(gè)分散式建筑灰水余熱回收項(xiàng)目,并在漢堡、法蘭克福結(jié)合污水源分離技術(shù)建立了污水余熱回收示范樣板。
此外,蘇格蘭sharc公司在加拿大溫哥華seven35大樓60戶(hù)家庭中安裝了居家污水余熱回收試驗(yàn)系統(tǒng),采用美國(guó)fhp熱泵和雙壁通風(fēng)換熱器,并實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄系統(tǒng)運(yùn)行情況。
(2)管道原位利用
挪威開(kāi)發(fā)了淋水式換熱器,用以解決換熱器堵塞問(wèn)題。目前,挪威已建成2個(gè)利用市政管道污水交換熱源的供熱工程。
瑞士在熱泵系統(tǒng)清潔、防堵技術(shù)上進(jìn)行了很多研究,以降低熱泵系統(tǒng)運(yùn)行成本。1981年瑞士人發(fā)明“feka”箱式系統(tǒng),通過(guò)沉淀和篩分分離固體進(jìn)行管道原位熱能利用,工程應(yīng)用一直持續(xù)至21世紀(jì)。20世紀(jì)90年代,瑞士人還利用排水管道底部一體化溝槽式換熱器發(fā)明了“rabtherm”系統(tǒng),并在瑞士basel-bachgraben體育場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行了25年,該系統(tǒng)2001年安裝應(yīng)用于賓寧根,到現(xiàn)在也未出現(xiàn)污垢堵塞現(xiàn)象。
德國(guó)對(duì)污水熱能利用主要以分散方式進(jìn)行,并針對(duì)換熱器結(jié)垢現(xiàn)象發(fā)明了不同類(lèi)型的清洗技術(shù),其中,琥珀公司發(fā)明的huber thermwin在線(xiàn)自動(dòng)清洗熱泵系統(tǒng)被用于德國(guó)多個(gè)小區(qū)的熱泵系統(tǒng),同時(shí)也在瑞士一些中小型建筑污水熱能原位利用項(xiàng)目上獲得應(yīng)用。
熱能利用政策與經(jīng)濟(jì)激勵(lì)
污水余溫?zé)崮芙迦照橥晟频乃礋岜眉夹g(shù),工程應(yīng)用在技術(shù)上已不存在太多問(wèn)題,關(guān)鍵取決于政府對(duì)這一可再生清潔能源的認(rèn)識(shí)、態(tài)度以及相應(yīng)的政策、法律和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼。因此,有必要了解上述發(fā)達(dá)國(guó)家在這一方面的做法與經(jīng)驗(yàn)。
(1)相關(guān)法律
雖然歐洲國(guó)家為減少化石燃料使用,鼓勵(lì)利用可再生能源,但歐盟對(duì)于污水熱能回收還沒(méi)有制定出十分準(zhǔn)確的政策規(guī)定,僅在宏觀上建立了應(yīng)對(duì)氣候變化的彈性能源聯(lián)盟,主要開(kāi)展能源供應(yīng)安全、內(nèi)部能源市場(chǎng)、節(jié)能減排和相關(guān)技術(shù)研究。
(2)組織與協(xié)作機(jī)制
在技術(shù)開(kāi)發(fā)管理上,日本于1980年成立了新能源開(kāi)發(fā)組織,并在2003年成為國(guó)家獨(dú)立行政機(jī)構(gòu)。
歐盟25個(gè)國(guó)家的熱泵和零部件制造商、大學(xué)/研究機(jī)構(gòu)、測(cè)試實(shí)驗(yàn)室和能源機(jī)構(gòu)總共128個(gè)成員組成了歐洲熱泵協(xié)會(huì)(ehpa)。旨在克服市場(chǎng)壁壘,以加快熱泵市場(chǎng)發(fā)展,推動(dòng)污水熱能用于供熱、冷卻和熱水加熱領(lǐng)域。
加拿大建立了一種未來(lái)城市優(yōu)質(zhì)能源系統(tǒng)(quest)。作為一個(gè)合作網(wǎng)絡(luò)組織,鼓勵(lì)并組織來(lái)自各行各業(yè)人員參與進(jìn)行能源問(wèn)題平等對(duì)話(huà)和信息交流,支持在加拿大各地發(fā)展綜合社區(qū)能源系統(tǒng)(ices),以提高專(zhuān)業(yè)知識(shí)和建設(shè)能力。
(3)經(jīng)濟(jì)政策
設(shè)備補(bǔ)貼:德國(guó)在2015年開(kāi)始實(shí)行市場(chǎng)激勵(lì)計(jì)劃(map),為企業(yè)和住戶(hù)使用可再生能源供熱提供資金支持;
瑞典為減少家庭供暖電能消耗,政府提供資金補(bǔ)助來(lái)鼓勵(lì)使用污水源熱泵交換供熱;
英格蘭、蘇格蘭和威爾士的住戶(hù)在安裝可再生能源供熱系統(tǒng)時(shí)亦可獲得高達(dá)1250英鎊的政府補(bǔ)貼。蘇格蘭政府還發(fā)放取暖貸款基金,用以解決實(shí)施地區(qū)供熱財(cái)政和技術(shù)障礙;企業(yè)及民用工程最高可獲得50萬(wàn)英鎊低息無(wú)擔(dān)保貸款(還款期10~15年)。
美國(guó)能源部(doe)通過(guò)氣候輔助計(jì)劃(wap)向各州發(fā)放補(bǔ)助金,用于可再生供熱設(shè)備改造,主要是用以提高低收入家庭能源利用效率;在降低住房能耗上的平均補(bǔ)助為每戶(hù)6 500美元。
稅收減免及其他優(yōu)惠:瑞典自2005年5月15日開(kāi)始對(duì)公共事業(yè)中商業(yè)建筑可再生能源供熱設(shè)備(含污水源熱泵)投資實(shí)施30%稅收減免政策,單體建筑最高補(bǔ)助額為5 000 000克朗。
美國(guó)國(guó)家稅務(wù)局發(fā)布了《商業(yè)能源投資稅收抵免》(itc)、《節(jié)能商業(yè)建筑減免》條例,對(duì)企業(yè)使用可再生能源供熱、制冷設(shè)備予以3~19美元/m2稅收減免?!蹲≌苄Ф愂盏置狻窏l例規(guī)定對(duì)使用熱泵交換熱水器cop達(dá)到2.0以上的給予300美元稅收抵免。
污水熱能集中利用設(shè)想
考慮到原位利用污水熱能再冬季會(huì)影響污水廠生物處理效果;集中交換熱屬低品位能源,難以用于發(fā)電,并存在傳輸距離限制等問(wèn)題,對(duì)此,結(jié)合污水處理剩余污泥未來(lái)處理/處置路線(xiàn),提出了“污泥干化后直接焚燒”的技術(shù)設(shè)想。(詳見(jiàn)原創(chuàng)研究|焚燒:污泥能源/資源化之上策)
從出水中集中交換出的熱量可用于脫水污泥熱分散式原位干化,使脫水污泥含水率從80%降至40%~70%(取決于有機(jī)質(zhì)含量)后直接焚燒,產(chǎn)生的高熱熱量可用于發(fā)電、灰分提磷后用作建筑材料。從某種程度上看,污泥干化后焚燒相當(dāng)于將低品位熱能轉(zhuǎn)化為可發(fā)電的高品位熱能。再者,污泥焚燒廠亦可吸納廚余等有機(jī)固體垃圾混燒,以增加熱值并減少垃圾焚燒重復(fù)投資。
結(jié)論
污水中含有巨大余溫?zé)崮埽诳沙掷m(xù)發(fā)展的全球主題下已漸漸被國(guó)際社會(huì)所關(guān)注。原位利用污水熱能的國(guó)內(nèi)外工程盡管已屢見(jiàn)不鮮,但由于管道腐蝕等問(wèn)題難以解決,應(yīng)用進(jìn)展緩慢,多為獲得政府經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼支持的示范工程,維持長(zhǎng)期運(yùn)行存在爭(zhēng)議。包括日本直接利用污水余溫冬季融雪的做法雖然簡(jiǎn)單,但應(yīng)用范圍和時(shí)間也十分有限。
污水處理廠集中交換熱雖然可以解決上述問(wèn)題,唯一缺陷是交換出的熱量消納問(wèn)題,這就需要在廠內(nèi)和廠周邊找到穩(wěn)定的熱量消納用戶(hù)。首選是服務(wù)于周邊住宅或工企空調(diào)熱量交換。從污水處理剩余污泥終極處理、處置角度,交換熱量用于污泥原位熱干化后焚燒則是一種不錯(cuò)的出路。此外,在污水處理廠周邊農(nóng)田建設(shè)大棚/溫室,接收污水處理交換熱能也是一種潛在、穩(wěn)定的出路。
來(lái)源:北極星水處理網(wǎng)
【第七屆廣東泵閥展】
作為深耕行業(yè)多年的展會(huì),由上海荷祥會(huì)展有限公司主辦的第六屆廣東國(guó)際泵管閥展覽會(huì)(簡(jiǎn)稱(chēng)“廣東泵閥展”)攜手展商與合作伙伴凝聚產(chǎn)業(yè)合力再創(chuàng)佳績(jī),共助泵閥行業(yè)信心提振!2021現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)同廣東水展整體規(guī)模近4.5萬(wàn)平方米,聚集1000多家展商,迎來(lái)35000多名專(zhuān)業(yè)觀眾蒞臨參觀,現(xiàn)已成為華南地區(qū)超大規(guī)模的泵管閥盛會(huì)。第七屆廣東泵閥展在廣東省土木建筑學(xué)會(huì)給排水專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、廣東化工交易中心、廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院及廣州市設(shè)計(jì)院等專(zhuān)業(yè)組織機(jī)構(gòu)和行業(yè)伙伴的大力支持下,將于2022年3月31日-4月2日在廣州丨保利世貿(mào)博覽館再度來(lái)襲,除了延續(xù)其姊妹展上海泵閥展的資源外,還將打通污水處理、膜工業(yè)、給排水、成套供水等行業(yè)上下游,主辦方幫助展商深入大灣區(qū),將產(chǎn)品完美呈現(xiàn)給華南地區(qū)的各大水司、水協(xié)、設(shè)計(jì)院、經(jīng)銷(xiāo)商等專(zhuān)業(yè)觀眾,搶占市場(chǎng)份額,開(kāi)拓新市場(chǎng),致力打造華南高品質(zhì)泵管閥展覽會(huì)。