城镇污水厂排水回用于集中供热管网补充水工程应用 刘小雷 1 ，肖丽婷 1 ，郝明星 2 我国严寒地区和寒冷地区，冬季供暖期漫长，城市供热的运营、维护与管理素来是政府民生工作的重点。城市集中供热目前主要包括热电联产和区域锅炉房供热两种方式，其中热电联产所占比例并不高，例如长春市城区（含九台区）热电联产比例仅为42.2％。鉴于国家清洁能源发展战略，热电联产是最为绿色低碳和经济可靠的节能供热方式，可减少区域锅炉或小锅炉烟气及颗粒物排放，有效治理雾霾并防治大气污染。
城镇污水厂排水回用于集中供热管网补充水工程应用
刘小雷 1 ，肖丽婷 1 ，郝明星 2
我国严寒地区和寒冷地区，冬季供暖期漫长，城市供热的运营、维护与管理素来是政府民生工作的重点。城市集中供热目前主要包括热电联产和区域锅炉房供热两种方式，其中热电联产所占比例并不高，例如长春市城区（含九台区）热电联产比例仅为42.2％。鉴于国家清洁能源发展战略，热电联产是最为绿色低碳和经济可靠的节能供热方式，可减少区域锅炉或小锅炉烟气及颗粒物排放，有效治理雾霾并防治大气污染。
本文始于调研城市供热经营企业对集中供热管网补充水的需求，从而对
集中供热管网补充水水质指标限值进行探讨，并类比
国内
已有的相关工程实例，浅议城镇污水处理厂排水回用于集中供热管网补充水的可能性，以期为
供热经营企业解决
实际工程问题提供数据与理论支持。
城市集中供热管网内循环水及补充水处理，属于工业循环冷却水处理范畴。大多数循环冷却水通常含有悬浮固体、有机化合物、微生物、溶解盐类，这些物质浓度往往随着系统水温及浓缩倍数的增加而增加，并伴随着矿物沉淀（结垢）、腐蚀、生物沉积（黏液和污泥）和微生物增长与累积，导致金属表面腐蚀恶化、热交换效率降低、微生物诱导腐蚀、臭味等等并发环境污染，致使循环冷却水系统运行维护费用增加
。因此，水质不达标的补充水进入城市集中供热管网必然有造成生产事故的风险，而对供热经营企业而言，毕竟对集中供热
管网
内循环水及补充水的水质采取实时监控管理等风险防范策略，远比弥补生产事故的损失要划算得多。
与一般的工业循环冷却水系统相比，城市集中供热系统具有管网规模大、换热节点多、输送距离远和补充水量大等特点。以吉林省长春市为例，最新的《长春市城市供热管理条例》自2018年10月1日起施行，长春市城区（含九台区）在网供热面积达到2.55亿m
2
，供热期自当年10月20日零时至次年4月6日24时，约169天，城市集中供热管网补充水量约80000m
3
/d。截至目前，长春市热力集团有限责任公司的各分公司均购买6.8元/吨的工业用自来水作为补充水。可见，供热经营企业亟需解决如下问题：（1）健全集中供热管网内循环水及补充水的水质评价标准，并搭建各项水质指标监测技术平台；（2）降低补充水的制水成本费用；（3）减少由管网内循环水及补充水水质所引起的结垢、腐蚀和微生物滋生等状况而导致的管网维护与更新等运营费用。
我国城市集中供热管网补充水水质指标限值的探讨及城镇污水处理厂排水回用的可能性
目前涉及到循环冷却水系统或集中供暖系统补充水水质的国家标准共有3个，即GB/T50050-2017、GB/T19923-2005和GB/T29044-2012，如表1所示，24项水质指标中，3个国标均有要求的水质指标共有4项，即浊度、pH、铁和Cl
-
，其中GB/T29044-2012更是在不同的水温和管材工况条件下对pH和Cl
-
划分了更加详细的限值。管材对集中供热管网实际运营过程中是否须使用缓蚀阻垢杀生剂具有举足轻重的影响。笔者实地考察发现，城市人口约12万人的瑞典V?ster?s市，由于热电联产区域供热生产经营企业M?larenergi公司装配了采用测漏点预埋线技术的不锈钢管材，在生产过程中除将管内水染成绿色以便检查漏点外，从未向集中供热管网中添加任何具有缓蚀、阻垢与杀生作用的化学药剂，而仅需将管内水pH值控制在9.4左右，便可在供水温度70℃而回水温度50℃的工况下维持管网长期稳定工作。相比之下，美国则与我国一样，供热经营企业须针对所用管材及补充水水质特点，依据实验室静态与动态实验获得经济适用的缓蚀阻垢杀生剂配方，再投入生产使用
。显然，管材基建费用与缓蚀阻垢杀生剂运营费用的权衡取舍，仍需供热经营企业因地因时制宜地进行全生命周期经济评价。
表1 城镇污水处理厂污染物排放标准的水污染物一级A排放标准与循环冷却水系统及采暖空调系统的补充水水质标准对比
[注]表中未有特殊说明的单一数字，均为上限值
GB/T50050-2017和GB/T19923-2005共同限定的水质指标包括COD、BOD
5
、TDS、总碱度、锰、总磷和石油类。钙硬度则是GB/T50050-2017和GB/T29044-2012共同限定的水质指标。GB/T19923-2005单独要求的水质指标有色度、总硬度、余氯、硫酸盐、硅酸、阴离子表面活性剂和粪大肠菌群数；GB/T50050-2017单独要求的水质指标有SS、游离氯、氨氮和细菌总数；GB/T29044-2012单独要求的水质指标有电导率。当然，城市集中供热管网补充水水质最好能同时满足GB/T50050-2017、GB/T19923-2005和GB/T29044-2012的要求。
在瑞典等北欧国家，将热泵设施置于城镇污水处理厂，并利用城镇污水处理厂排水的含热量提供城市冷、热和电联产，使生活污水的热能得到充分地回收利用，已得到较为普遍的实际工程应用与推广
。在我国
，相关研究多集中于城市排水系统低品位热能的利用方式等理论层面，而尚未见城镇污水处理厂排水回用于城市集中供热管网补充水的工程应用，特别是相关水质安全等方面的文献报道
。
由表1可知，就已达GB18918-2002水污染物一级A排放标准的城镇污水处理厂排水而言，其COD、总磷和粪大肠菌群数等3项水质指标均远低于同时满足GB/T50050-2017、GB/T19923-2005和GB/T29044-2012要求的集中供热管网补充水水质指标限值；而BOD
5
、色度、SS、石油类和阴离子表面活性剂等5项水质指标亦完全满足要求；除控制pH在8.0-8.5以外，仅需去除80%的氨氮（铜合金换热器时）即可。但值得注意的是，仍需追加检测TDS、浊度、电导率、总碱度、总硬度、钙硬度、铁、锰、Cl
-
、余氯、游离氯、硫酸盐、硅酸和细菌总数等14项水质指标，并能同时满足GB/T50050-2017、GB/T19923-2005和GB/T29044-2012的要求，方可补入集中供热管网。可见，若能开发使用制水成本具有明显价格优势的处理技术及工艺，作为工业用自来水的替代物，城镇污水处理厂排水无疑是供热经营企业的最为节能减排的选择。
热电联产的城市集中供热方式诚然是大势所趋，但短期内在我国严寒地区和寒冷地区各地兴建很多热电厂也不现实，因而，造价低、建设周期短、供热范围灵活且分期规划建设容易的区域锅炉房就显示出鲜明优势。再者，建设适当数量的区域锅炉房作为大型热电厂集中供热区域内的调峰锅炉，也有益于最大限度的发挥热电厂经济效益。显然，
城镇污水处理厂排水回用于集中供热管网补充水建设项目的工程选址与处理
规模，也应与
城市整体
规则相契合。
国内既有的城镇污水处理厂出水回用循环冷却水系统补充水工程实例举例详见表2，相对于
城镇污水处理厂排水回用于集中供热管网补充水的工程应用
具有一定类比价值。但是，表2所列工程实例，最多仅监测了17项水质指标，且原水水质也并未完全达到GB18918-2002水污染物一级A排放标准，故并不能认为其出水水质已达同时满足GB/T50050-2017、GB/T19923-2005和GB/T29044-2012的集中供热管网补充水要求。但表2所列工程实例的水处理技术多采用“混凝→澄清或沉淀→过滤（→超滤→纳滤或反渗透→消毒）”工艺，尚有一定价格优势。当处理规模较大且流程相对简易时，与所在地非居民用水价格相比，处理成本甚至可节省90%以上
。显然，将满足GB18918-2002水污染物一级A排放标准的
城镇污水处理厂排水，处理为
同时满足GB/T50050-2017、GB/T19923-2005和GB/T29044-2012要求的
集中供热管网补充水，必然以“
超滤→纳滤或反渗透”的“双膜”工艺为技术主体，但其制水成本较工业用自来水能否形成明显的价格优势，仍与“双膜”工艺的基建费用与运营成本息息相关。
表2 城镇污水处理厂出水回用循环冷却水系统补充水的工程实例
满足GB18918-2002水污染物一级A排放标准的城镇污水处理厂排水经处理后可作为同时满足GB/T50050-2017、GB/T19923-2005和GB/T29044-2012要求的集中供热管网补充水回用，但水处理
工程的选址与
规模应与城市整体规划相契合。供热经营企业仍需搭建24项水质指标的全面监测技术平台；研发水处理成本与直接购买工业用自来水相比能够形成明显价格优势的新工艺；采用经济适用的缓蚀阻垢杀生剂配方以降低集中供热
管网
维护费；因地因时制宜地开展全生命周期经济评价以权衡管材基建费用与缓蚀阻垢杀生剂运营费用的取舍，以谋求我国严寒地区和寒冷地区的冬季供热的绿色发展，真正实现国家清洁能源发展战略。
