尹 軍，韋新東
（吉林建筑工程學(xué)院 環(huán)境工程系，吉林長(zhǎng)春130021）

　　摘　要：以北京、上海等47座有代表性的城市為例，對(duì)利用其污水中所賦存的熱能來減輕大氣污染的可能性進(jìn)行了分析和探討，分別計(jì)算出了各城市在采用污水熱能利用系統(tǒng)時(shí)對(duì)CO₂、NOx、SOx、粉塵等的削減量，并根據(jù)CO₂的削減密度和城市環(huán)境指數(shù)將上述47座城市進(jìn)行了分類。
　　關(guān)鍵詞：城市污水；熱能；大氣污染
　　中圖分類號(hào)：X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)10-0036-03

　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已逐漸認(rèn)識(shí)到城市污水中所賦存的熱能是一種可以收集和利用的清潔能源，特別是水源熱泵技術(shù)的日趨成熟和發(fā)展，為在實(shí)際工程中推廣和應(yīng) 用城市污水熱能利用系統(tǒng)提供了可靠的技術(shù)保證。
　　所謂城市污水熱能利用系統(tǒng)，就是以城市污水作為提取和儲(chǔ)存能量的基本源體，通過水源熱泵來實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的冬季供熱和夏季制冷的雙重要求的供熱制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般由水源系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)及末端系統(tǒng)構(gòu)成，三部分之間由水源水管路和冷(熱)水循環(huán)管網(wǎng)相連接。采用這種系統(tǒng)可省去鍋爐房、冷卻水塔等附屬設(shè)備，且具有占地面積小、沒有燃燒污染和噪音、易于運(yùn)行管理和維護(hù)、工程投資和運(yùn)行維護(hù)量少等優(yōu)點(diǎn)。
　　城市污水熱能利用系統(tǒng)雖在國(guó)外已有應(yīng)用，但在國(guó)內(nèi)尚無(wú)應(yīng)用實(shí)例，有關(guān)這方面的研究報(bào)道也很少。筆者選擇了北京、上海等47座有代表性的城市，就利用其城市污水中所賦存的熱能對(duì)減輕大氣污染的作用進(jìn)行了分析和探討。

1 分析方法

　　為合理評(píng)價(jià)城市污水熱能利用系統(tǒng)對(duì)減輕大氣污染的作用，以3種目前在國(guó)內(nèi)外通常采用的供熱制冷系統(tǒng)作為比較對(duì)象(見圖1)進(jìn)行了分析。

　　另外，為了比較城市污水熱能利用系統(tǒng)與其他兩種系統(tǒng)對(duì)CO₂、NOx、SOx及粉塵的削減效果，需相應(yīng)確定有關(guān)系統(tǒng)的機(jī)器效率和各污染物的排出定額。應(yīng)當(dāng)說明的是，熱泵的制冷(熱)系數(shù)隨溫度變化而變化，CO₂、NOx、SOx及粉塵的排出量也隨煤種、鍋爐效率、凈化效果等不同而異，加上是從全國(guó)范圍內(nèi)討論對(duì)有關(guān)污染物的削減效果，故在確定相應(yīng)參數(shù)時(shí)沒有考慮這些因素的影響，所采用的機(jī)器效率和污染物的排放定額如表1、2所示。

表1 機(jī)器效率 鍋爐效率(%) 68 熱交換器效率(%) 100 輸電損失(%) 5 電力輸出端效率(%) 28 空氣源熱泵制冷系數(shù) 4 水源熱泵制冷系數(shù) 4.6 空氣源熱泵制熱系數(shù) 3.5 水源熱泵制熱系數(shù) 4.3

表2 污染物排放定額 SOx 8.1 CO₂ 1 148 NOx 0.4 粉塵 0.5

　?、?與B系統(tǒng)相比，城市污水熱能利用系統(tǒng)的污染物削減量可用下式計(jì)算：
　　　　　Z=ab/［c(1-d)］　　(1)
　　式中?Z——與B系統(tǒng)相比，城市污水熱能利?用系統(tǒng)對(duì)有害物的削減量
?　　　　a——污染物的排放定額
　　　　　b——削減的投入能量
　　　　　c——電力輸出端效率
　　　　　d——輸出損失
　?、?與A系統(tǒng)相比，城市污水熱能利用系統(tǒng)的污染物削減量可用下式計(jì)算：
　　　　　Y=ae　　　(2)?
　　式中?Y——與A系統(tǒng)相比，城市污水熱能利用系統(tǒng)對(duì)污染物的削減量
　　　　　e——節(jié)約的能量
　?、?CO₂削減密度可用下式計(jì)算：
?　　　　X=Z₃/m?　(3)
　　式中?X——ＣＯ₂削減密度
　　　　　Z₃——CO₂削減量
　　　　　m——市區(qū)面積

2 結(jié)果與討論

　　根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)部門1996年公布的有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算了上述47座城市若采用城市污水熱能利用系統(tǒng)時(shí)對(duì)CO₂、NOx、SOx及粉塵的削減量，其結(jié)果如表3所示(由于篇幅所限，只列出前21個(gè)削減量較大的城市相關(guān)數(shù)據(jù))。

表3 采用城市污水熱能利用系統(tǒng)對(duì)污染物的削減量 表2 污染物排放定額 地 區(qū) 供熱時(shí)SOx削減量(kg/d) 供熱時(shí)CO₂削減量(t/d) 供熱時(shí)NOx削減量(kg/d) 供熱時(shí)粉塵削減量(kg/d) 制冷時(shí)SOx削減量(kg/d) 制冷時(shí)CO₂削減量(t/d) 制冷時(shí)NOx削減量(kg/d) 制冷時(shí)粉塵削減量(kg/d) 鍋爐供熱SOx削減量(kg/d) 鍋爐供熱CO₂削減量(t/d) 鍋爐供熱NOx削減量(kg/d) 鍋爐供熱粉塵削減量(kg/d) 上海 215.0 30.5 11.4 13.9 114.4 14.4 6.1 　7.4 668.0 97.5 36.4 44.5 北京 118.3 16.8 6.3 7.7 62.9 7.9 3.3 　4.1 378.5 53.7 20.0 24.5 武漢 101.3 14.4 5.4 6.6 53.9 6.8 2.9 　3.5 324.2 46.0 17.2 21.0 南京 89.1 12.6 4.7 5.8 47.4 6.0 2.5 　3.1 285.1 40.4 15.1 18.5 天津 82.9 11.8 4.4 5.4 44.1 5.6 2.3 　2.9 265.3 37.6 14.0 17.2 廣州 68.2 9.7 3.6 4.4 36.3 4.6 1.9 　2.3 218.2 30.9 11.5 14.1 沈陽(yáng) 63.3 9.0 3.3 4.1 33.7 4.2 1.8 　2.2 202.5 28.7 10.7 13.1 重慶 59.4 8.4 3.1 3.8 31.6 4.0 1.7 　2.0 190.2 27.0 10.1 12.3 大連 47.8 6.8 2.5 3.1 25.4 3.2 1.3 　1.6 152.9 21.7 8.1 9.9 成都 46.9 6.6 2.5 3.0 24.9 3.1 1.3 1.6 150.0 21.3 7.9 9.7 哈爾濱 42.0 6.0 2.2 2.7 22.4 2.8 1.2 1.4 134.5 19.1 7.1 8.7 杭州 39.8 5.6 2.1 2.6 21.2 2.7 1.1 1.4 127.3 18.0 6.7 8.2 西安 39.9 5.7 2.1 2.6 21.2 2.7 1.1 1.4 127.7 18.1 6.8 8.3 蘇州 38.6 5.5 2.0 2.5 20.5 2.6 1.1 1.3 123.4 17.5 6.5 8.0 蘭州 33.3 4.7 1.8 2.2 17.7 2.2 0.9 1.1 106.6 15.1 5.6 6.9 濟(jì)南 33.3 4.7 1.8 2.2 17.7 2.2 0.9 1.1 106.6 15.1 5.6 6.9 石家莊 33.0 4.7 1.7 2.1 17.5 2.2 0.9 1.1 105.5 15.0 5.6 6.8 太原 31.3 4.4 1.7 2.0 16.7 2.1 0.9 1.1 100.3 14.2 5.3 6.5 長(zhǎng)春 31.5 4.5 1.7 2.0 16.8 2.1 0.9 1.1 100.8 14.3 5.3 6.5 青島 31.4 4.5 1.7 2.0 16.7 2.1 0.9 1.1 100.5 14.2 5.3 6.5 鄭州 28.1 4.0 1.5 1.8 14.9 1.9 0.9 1.0 89.8 12.7 4.8 5.8 注：與B系統(tǒng)相比，城市污水熱能利用系統(tǒng)對(duì)4類污染物的削減量分列在供熱、制冷欄下，而與A系統(tǒng)相比對(duì)污染物的削減量列在鍋爐供熱欄下。

　　從總體來看，系統(tǒng)城市污水熱能對(duì)削減CO₂、NOx、SOx、粉塵量，減少大氣污染的效果是較為明顯的，特別是與我國(guó)普遍采用的A系統(tǒng)相比，這一效果更加突出。
　　在上述4種污染物中，由于削減量最大的是CO₂(從減少大氣污染的作用而言是有代表性的污染物)，且CO₂的削減量與其他3種污染物呈正相關(guān)關(guān)系，因此通過對(duì)CO₂削減密度的分 析可反映對(duì)其他3種污染物的削減密度。根據(jù)式(3)計(jì)算出各城市對(duì)CO₂的削減密度為0.5～48.7kg/(d·km²)，平均值為13.2kg/(d·km²)。
　　一般說，CO₂削減密度和城市環(huán)境指數(shù)越高，則利用城市污水熱能的可能性也就越大。為了從CO₂的削減角度進(jìn)一步分析和探討各城市利用城市污水熱能的可能性，根據(jù)各城市的CO₂削減密度與城市環(huán)境指數(shù)，通過矩陣分析對(duì)各城市進(jìn)行了分類，其結(jié)果如表4所示。

表4 城市分類 類型 城市名稱 結(jié)果 1類 石家莊、南京、蘇州、上海、南通、杭州、汕頭、合肥 CO₂削減密度較高，環(huán)境指數(shù)較低。 2類 北京、鄭州、青島、沈陽(yáng)、蘭州、哈爾濱、西寧、太原、烏魯木齊、重 慶 CO_２削減密度幾乎等于平均值，環(huán)境指數(shù)高。 3類 天津、秦皇島、呼和浩特、長(zhǎng)春、昆明、銀川、南昌、成都、長(zhǎng)沙、西安 、廣州 CO₂削減密度大小不等，環(huán)境指數(shù)介于1、2類之間。 4類 大連、濟(jì)南、連云港、寧波、廈門、武漢、?？?、珠海、貴陽(yáng)、北海、 三 亞、溫州、湛江、煙臺(tái)、福州、深圳、桂林、南寧 CO₂削減密度及環(huán)境指數(shù)均較低。

　　由表4可見，國(guó)內(nèi)47座城市分屬4種不同類型，各類的相應(yīng)特征也不同，這種分類從城市的CO₂削減密度和環(huán)境指數(shù)角度表明了各城市優(yōu)先采用城市污水熱能利用系統(tǒng)所處的位置。其中，第4種類型的城市所處的位置最差，但是由于城市面積決定了CO₂削減密度的大小，因此即使是第4類城市，也有可能在該城市的某一集中區(qū)域存在著CO₂削減密度較大的區(qū)域，使之也可優(yōu)先采用城市污水熱能利用系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

　　從減少大氣污染和保護(hù)環(huán)境的角度分析和探討了城市污水熱能利用系統(tǒng)的作用，表明該系統(tǒng)即使未采用高效凈化設(shè)施，對(duì)CO₂、NOx、SOx、粉塵等污染物的削減效果仍然較顯著。這對(duì)能源日趨緊缺，城市大氣污染控制十分嚴(yán)峻的我國(guó)來說，有著十分廣闊的應(yīng)用前景和較大的環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)：

［1］尹軍.城市污水中的熱能回收與利用［J］.中國(guó)給水排水，1998，14(2)：53-54.
［2］國(guó)家統(tǒng)計(jì)局城市調(diào)查總隊(duì).城市統(tǒng)計(jì)年鑒［M］.北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，1996.
［3］國(guó)家統(tǒng)計(jì)局城市調(diào)查總隊(duì).環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒［M］.北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，1996.
［4］尹軍，韋新東.我國(guó)回收污水熱能的可行性分析［J］.中國(guó)給水排水，2000，16(3)：28-30.

　　電　　話：(0431)5935055
　　收稿日期：2002-04-04