城市污水源热泵国外应用技术状况与缺陷

 些国家开发出淋水式污水换热器污水源热泵系统:污水干渠中的污水经格栅流入污水泵的吸水池, 然后通过缝宽2mm的自动筛滤器, 粗粒污水通过排污管排入下水管. 水由水泵输送, 经粗孔喷嘴均匀淋在板式蒸发器上, 使水成膜状流动.

 

  冷却后的水返回下水道中. 蒸发器每3 ～ 5 d用高压水冲洗, 每年有1 ～ 2次化学清洗. 其中关键设备是自动筛滤器.

 

  日本也是利用城市污水低温热能很早的国家之一, 针对阻塞污染问题, 开发的壳管式污水源热泵系统 :如图2所示. 其中的关键设备是传热管自动清洗装置和自动筛滤器. 对流动与换热问题并未做相关的理论与实验研究.

 

  关键设备与材料

 

  自动筛滤器是各国原生污水源热泵系统的关键设备之一, 如图3所示. 当污水中的浮游物堵塞旋转滤网时, 随着旋转工作的毛刷上下刷洗, 被刷洗掉的污物和浮游物一同汇集到筛滤器的底部.

 

  对于截留在筛滤网表面的毛发等纤维物质, 经筛滤网内的刀片切割后, 与筛滤器底部的污物一同定期排除. 为去除附着在筛滤网内外表面的污垢,设有自动水力反冲洗功能, 反冲洗时间为8 h, 每次反冲洗时间为60 s.

 

  日本开发的传热管自动清洗装置由管内自动移行的毛刷、毛刷收容器以及可改变管内水流方向的四通阀组成. 通过四通阀反复改变管道内的水流方向, 即可使管道内的毛刷在水流带动下, 自行在传热管两端的毛刷收容器之间来回移动进行刷洗. 对管道的日冲洗次数为4 ～ 6次[ 2] , 需要定期更换管道内毛刷.

 

  对抗腐材质的研究, 日本取得了很大进展. 对铜、铜镍合金和钛等3种材质分别作过污水浸泡实验, 以保留原有管壁厚度的1 /3作为使用寿命,铜镍合金可使用3年, 铜可使用1年, 钛无任何腐蚀. 东京都森崎污水处理厂的二级污水源热泵系统采用铜质传热管材, 后了一丁目的原生水源热泵系统采用抗腐蚀钛质传热管, 汤岛污水泵站的原生水源热泵系统采用的是内镀铝管材. 由于污水成份的随机性, 管材的选用不尽相同. 对其他各国的污水管材问题尚未见报道.

 

  应用历程、规模与现状

 

  国外应用较早的是瑞典、挪威等北欧国家. 典型实例是奥斯陆1980年开始建设利用未处理城市原生污水作为热源的热泵站, 1983 年投入使用. 系统工艺为淋水式. 瑞典1981年研究开发了第一个净化污水源热泵系统. 1982 年建成了最大的污水源热泵站, 使用二级出水, 供热量为39 000 kW, 也是至今最大的. 目前, 瑞典斯德哥尔摩有40%的建筑物采用热泵技术供热, 其中10%是利用污水处理厂的出水, 与日本在应用规模上处于领先地位.

 

  日本东京政府从1987年开始启动城市污水热能回收项目, 现有12 个运行的热泵系统中, 4套设备使用污水泵站的未处理城市污水作为热源(实际为一级出水), 另外8套设备使用二级或三级出水. 俄罗斯莫斯科市乌赫托姆斯基小区也建有用处理后的城市污水作为低温热源向生活小区供热的热泵系统 , 其他国家也有一些工业污水源热泵系统.

 

  存在的技术与研究缺陷

 

  用机械的方法去除格栅、设备中挂壁的污杂物, 例如传热管自动清洗装置, 自动筛滤器等, 存在运行维护缺陷. 城市原生污水中的污物含量很大, 以1%计, 若取100 t /h 城市原生污水供10 000 m2建筑供暖与空调, 则污物处理量为1.0 t /h. 对供热与空调, 取1 t污水所获得的热(冷)量价值约为0.4元人民币. 污物的任何处理措施, 其成本若超过0.1元/t, 该措施将完全没有生命力. 考虑到污物排放、设备场地、环境污染、电力消耗(与所获得的效益相比)等等问题以及要想令此类设备有效地工作, 机械方面的复杂性不是解决问题的好途径, 到目前为止, 机械的方法并没有得到广泛的推广应用也验证了这一点.

 

  另外, 只注重阻塞污染问题, 对污水的流动与换热问题并未有相关的理论与实验研究, 系统设计还存在很多不确定因素, 只能做保守设计以求正常运行, 增大了投资及运行成本.