城鎮(zhèn)污水廠排水回用于集中供熱管網(wǎng)補充水工程應(yīng)用
劉小雷1，肖麗婷1，郝明星2
（長春工程學(xué)院水利與環(huán)境工程學(xué)院，長春 130012；2. 長春市熱力（集團）有限責(zé)任公司，長春 130051)
摘 要：通過調(diào)研城市供熱經(jīng)營企業(yè)生產(chǎn)需求和類比國內(nèi)既有相關(guān)工程實例，認為滿足GB18918-2002水污染物一級A排放標準的城鎮(zhèn)污水處理廠排水經(jīng)處理后可作為同時滿足GB/T50050-2017、GB/T19923-2005和GB/T29044-2012的城市集中供熱管網(wǎng)補充水回用，但水處理工程的選址與規(guī)模應(yīng)與城市集中供熱管網(wǎng)建設(shè)的具體規(guī)劃相契合。城市供熱經(jīng)營企業(yè)尚需搭建24項水質(zhì)指標的全面監(jiān)測技術(shù)平臺；研發(fā)水處理成本與直接購買工業(yè)用自來水相比能夠形成明顯價格優(yōu)勢的新工藝；采用經(jīng)濟適用的緩蝕阻垢殺生劑配方以降低集中供熱管網(wǎng)維護費；因地制宜地開展全生命周期經(jīng)濟評價以權(quán)衡管材基建費用與緩蝕阻垢殺生劑運營費用的取舍，以謀求我國嚴寒地區(qū)和寒冷地區(qū)的冬季供熱真正實現(xiàn)節(jié)能減排。
關(guān)鍵詞：城市集中供熱管網(wǎng)；補充水；城鎮(zhèn)污水處理廠排水；回用；循環(huán)冷卻水；工程應(yīng)用
我國嚴寒地區(qū)和寒冷地區(qū)，冬季供暖期漫長，城市供熱的運營、維護與管理素來是政府民生工作的重點。城市集中供熱目前主要包括熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房供熱兩種方式，其中熱電聯(lián)產(chǎn)所占比例并不高，例如長春市城區(qū)（含九臺區(qū)）熱電聯(lián)產(chǎn)比例僅為42.2％。鑒于國家清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略，熱電聯(lián)產(chǎn)是最為綠色低碳和經(jīng)濟可靠的節(jié)能供熱方式，可減少區(qū)域鍋爐或小鍋爐煙氣及顆粒物排放，有效治理霧霾并防治大氣污染。
本文始于調(diào)研城市供熱經(jīng)營企業(yè)對集中供熱管網(wǎng)補充水的需求，從而對集中供熱管網(wǎng)補充水水質(zhì)指標限值進行探討，并類比國內(nèi)已有的相關(guān)工程實例，淺議城鎮(zhèn)污水處理廠排水回用于集中供熱管網(wǎng)補充水的可能性，以期為供熱經(jīng)營企業(yè)解決實際工程問題提供數(shù)據(jù)與理論支持。
1 供熱經(jīng)營企業(yè)對集中供熱管網(wǎng)補充水的需求
城市集中供熱管網(wǎng)內(nèi)循環(huán)水及補充水處理，屬于工業(yè)循環(huán)冷卻水處理范疇。大多數(shù)循環(huán)冷卻水通常含有懸浮固體、有機化合物、微生物、溶解鹽類，這些物質(zhì)濃度往往隨著系統(tǒng)水溫及濃縮倍數(shù)的增加而增加，并伴隨著礦物沉淀（結(jié)垢）、腐蝕、生物沉積（黏液和污泥）和微生物增長與累積，導(dǎo)致金屬表面腐蝕惡化、熱交換效率降低、微生物誘導(dǎo)腐蝕、臭味等等并發(fā)環(huán)境污染，致使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行維護費用增加[1]。因此，水質(zhì)不達標的補充水進入城市集中供熱管網(wǎng)必然有造成生產(chǎn)事故的風(fēng)險，而對供熱經(jīng)營企業(yè)而言，畢竟對集中供熱管網(wǎng)內(nèi)循環(huán)水及補充水的水質(zhì)采取實時監(jiān)控管理等風(fēng)險防范策略，遠比彌補生產(chǎn)事故的損失要劃算得多。
與一般的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)相比，城市集中供熱系統(tǒng)具有管網(wǎng)規(guī)模大、換熱節(jié)點多、輸送距離遠和補充水量大等特點。以吉林省長春市為例，最新的《長春市城市供熱管理條例》自2018年10月1日起施行，長春市城區(qū)（含九臺區(qū)）在網(wǎng)供熱面積達到2.55億m2，供熱期自當(dāng)年10月20日零時至次年4月6日24時，約169天，城市集中供熱管網(wǎng)補充水量約80000m3/d。截至目前，長春市熱力集團有限責(zé)任公司的各分公司均購買6.8元/噸的工業(yè)用自來水作為補充水。可見，供熱經(jīng)營企業(yè)亟需解決如下問題：（1）健全集中供熱管網(wǎng)內(nèi)循環(huán)水及補充水的水質(zhì)評價標準，并搭建各項水質(zhì)指標監(jiān)測技術(shù)平臺；（2）降低補充水的制水成本費用；（3）減少由管網(wǎng)內(nèi)循環(huán)水及補充水水質(zhì)所引起的結(jié)垢、腐蝕和微生物滋生等狀況而導(dǎo)致的管網(wǎng)維護與更新等運營費用。
2 我國城市集中供熱管網(wǎng)補充水水質(zhì)指標限值的探討及城鎮(zhèn)污水處理廠排水回用的可能性
目前涉及到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)或集中供暖系統(tǒng)補充水水質(zhì)的國家標準共有3個，即GB/T50050-2017、GB/T19923-2005和GB/T29044-2012，如表1所示，24項水質(zhì)指標中，3個國標均有要求的水質(zhì)指標共有4項，即濁度、pH、鐵和Cl-，其中GB/T29044-2012更是在不同的水溫和管材工況條件下對pH和Cl-劃分了更加詳細的限值。管材對集中供熱管網(wǎng)實際運營過程中是否須使用緩蝕阻垢殺生劑具有舉足輕重的影響。筆者實地考察發(fā)現(xiàn)，城市人口約12萬人的瑞典Västerås市，由于熱電聯(lián)產(chǎn)區(qū)域供熱生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)Mälarenergi公司裝配了采用測漏點預(yù)埋線技術(shù)的不銹鋼管材，在生產(chǎn)過程中除將管內(nèi)水染成綠色以便檢查漏點外，從未向集中供熱管網(wǎng)中添加任何具有緩蝕、阻垢與殺生作用的化學(xué)藥劑，而僅需將管內(nèi)水pH值控制在9.4左右，便可在供水溫度70℃而回水溫度50℃的工況下維持管網(wǎng)長期穩(wěn)定工作。相比之下，美國則與我國一樣，供熱經(jīng)營企業(yè)須針對所用管材及補充水水質(zhì)特點，依據(jù)實驗室靜態(tài)與動態(tài)實驗獲得經(jīng)濟適用的緩蝕阻垢殺生劑配方，再投入生產(chǎn)使用[2]。顯然，管材基建費用與緩蝕阻垢殺生劑運營費用的權(quán)衡取舍，仍需供熱經(jīng)營企業(yè)因地因時制宜地進行全生命周期經(jīng)濟評價。
