尹 軍，韋新東
（吉林建筑工程學院 環(huán)境工程系，吉林長春130021）

　　摘　要：以北京、上海等47座有代表性的城市為例，對利用其污水中所賦存的熱能來減輕大氣污染的可能性進行了分析和探討，分別計算出了各城市在采用污水熱能利用系統(tǒng)時對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座城市進行了分類。
　　關鍵詞：城市污水；熱能；大氣污染
　　中圖分類號：X505
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2002)10-0036-03

　　隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，人們已逐漸認識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的日趨成熟和發(fā)展，為在實際工程中推廣和應 用城市污水熱能利用系統(tǒng)提供了可靠的技術保證。
　　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存能量的基本源體，通過水源熱泵來實現(xiàn)對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、冷卻水塔等附屬設備，且具有占地面積小、沒有燃燒污染和噪音、易于運行管理和維護、工程投資和運行維護量少等優(yōu)點。
　　城市污水熱能利用系統(tǒng)雖在國外已有應用，但在國內尚無應用實例，有關這方面的研究報道也很少。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減輕大氣污染的作用進行了分析和探討。

1 分析方法

　　為合理評價城市污水熱能利用系統(tǒng)對減輕大氣污染的作用，以3種目前在國內外通常采用的供熱制冷系統(tǒng)作為比較對象(見圖1)進行了分析。

　　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CO₂、NOx、SOx及粉塵的削減效果，需相應確定有關系統(tǒng)的機器效率和各污染物的排出定額。應當說明的是，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，加上是從全國范圍內討論對有關污染物的削減效果，故在確定相應參數(shù)時沒有考慮這些因素的影響，所采用的機器效率和污染物的排放定額如表1、2所示。

表1 機器效率 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)對污染物的削減量
　　　　　e——節(jié)約的能量
　　③ CO₂削減密度可用下式計算：
?　　　　X=Z₃/m?　(3)
　　式中?X——ＣＯ₂削減密度
　　　　　Z₃——CO₂削減量
　　　　　m——市區(qū)面積

2 結果與討論

　　根據(jù)國家統(tǒng)計部門1996年公布的有關數(shù)據(jù)，計算了上述47座城市若采用城市污水熱能利用系統(tǒng)時對CO₂、NOx、SOx及粉塵的削減量，其結果如表3所示(由于篇幅所限，只列出前21個削減量較大的城市相關數(shù)據(jù))。

表3 采用城市污水熱能利用系統(tǒng)對污染物的削減量 表2 污染物排放定額 地 區(qū) 供熱時SOx削減量(kg/d) 供熱時CO₂削減量(t/d) 供熱時NOx削減量(kg/d) 供熱時粉塵削減量(kg/d) 制冷時SOx削減量(kg/d) 制冷時CO₂削減量(t/d) 制冷時NOx削減量(kg/d) 制冷時粉塵削減量(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 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種污染物呈正相關關系，因此通過對CO₂削減密度的分 析可反映對其他3種污染物的削減密度。根據(jù)式(3)計算出各城市對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)，通過矩陣分析對各城市進行了分類，其結果如表4所示。

表4 城市分類 類型 城市名稱 結果 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、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、長春、昆明、銀川、南昌、成都、長沙、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、濟南、連云港、寧波、廈門、武漢、?？凇⒅楹?、貴陽、北海、 三 亞、溫州、湛江、煙臺、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，國內47座城市分屬4種不同類型，各類的相應特征也不同，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 結語

　　從減少大氣污染和保護環(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施，對CO₂、NOx、SOx、粉塵等污染物的削減效果仍然較顯著。這對能源日趨緊缺，城市大氣污染控制十分嚴峻的我國來說，有著十分廣闊的應用前景和較大的環(huán)境效益。

參考文獻：

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

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