城鎮污水廠排水回用于集中供熱管網補充水工程應用
劉小雷1，肖麗婷1，郝明星2
（長春工程學院水利與環境工程學院，長春 130012；2. 長春市熱力（集團）有限責任公司，長春 130051)
摘 要：通過調研城市供熱經營企業生產需求和類比國內既有相關工程實例，認為滿足GB18918-2002水污染物一級A排放標準的城鎮污水處理廠排水經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補充水回用，但水處理工程的選址與規模應與城市集中供熱管網建設的具體規劃相契合。城市供熱經營企業尚需搭建24項水質指標的全面監測技術平臺；研發水處理成本與直接購買工業用自來水相比能夠形成明顯價格優勢的新工藝；采用經濟適用的緩蝕阻垢殺生劑配方以降低集中供熱管網維護費；因地制宜地開展全生命周期經濟評價以權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和寒冷地區的冬季供熱真正實現節能減排。
關鍵詞：城市集中供熱管網；補充水；城鎮污水處理廠排水；回用；循環冷卻水；工程應用
我國嚴寒地區和寒冷地區，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產和區域鍋爐房供熱兩種方式，其中熱電聯產所占比例并不高，例如長春市城區（含九臺區）熱電聯產比例僅為42.2％。鑒于國家清潔能源發展戰略，熱電聯產是最為綠色低碳和經濟可靠的節能供熱方式，可減少區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。
本文始于調研城市供熱經營企業對集中供熱管網補充水的需求，從而對集中供熱管網補充水水質指標限值進行探討，并類比國內已有的相關工程實例，淺議城鎮污水處理廠排水回用于集中供熱管網補充水的可能性，以期為供熱經營企業解決實際工程問題提供數據與理論支持。
1 供熱經營企業對集中供熱管網補充水的需求
城市集中供熱管網內循環水及補充水處理，屬于工業循環冷卻水處理范疇。大多數循環冷卻水通常含有懸浮固體、有機化合物、微生物、溶解鹽類，這些物質濃度往往隨著系統水溫及濃縮倍數的增加而增加，并伴隨著礦物沉淀（結垢）、腐蝕、生物沉積（黏液和污泥）和微生物增長與累積，導致金屬表面腐蝕惡化、熱交換效率降低、微生物誘導腐蝕、臭味等等并發環境污染，致使循環冷卻水系統運行維護費用增加[1]。因此，水質不達標的補充水進入城市集中供熱管網必然有造成生產事故的風險，而對供熱經營企業而言，畢竟對集中供熱管網內循環水及補充水的水質采取實時監控管理等風險防范策略，遠比彌補生產事故的損失要劃算得多。
與一般的工業循環冷卻水系統相比，城市集中供熱系統具有管網規模大、換熱節點多、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（含九臺區）在網供熱面積達到2.55億m2，供熱期自當年10月20日零時至次年4月6日24時，約169天，城市集中供熱管網補充水量約80000m3/d。截至目前，長春市熱力集團有限責任公司的各分公司均購買6.8元/噸的工業用自來水作為補充水。可見，供熱經營企業亟需解決如下問題：（1）健全集中供熱管網內循環水及補充水的水質評價標準，并搭建各項水質指標監測技術平臺；（2）降低補充水的制水成本費用；（3）減少由管網內循環水及補充水水質所引起的結垢、腐蝕和微生物滋生等狀況而導致的管網維護與更新等運營費用。
2 我國城市集中供熱管網補充水水質指標限值的探討及城鎮污水處理廠排水回用的可能性
目前涉及到循環冷卻水系統或集中供暖系統補充水水質的國家標準共有3個，即GB/T50050-2017、GB/T19923-2005和GB/T29044-2012，如表1所示，24項水質指標中，3個國標均有要求的水質指標共有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。筆者實地考察發現，城市人口約12萬人的瑞典Västerås市，由于熱電聯產區域供熱生產經營企業Mälarenergi公司裝配了采用測漏點預埋線技術的不銹鋼管材，在生產過程中除將管內水染成綠色以便檢查漏點外，從未向集中供熱管網中添加任何具有緩蝕、阻垢與殺生作用的化學藥劑，而僅需將管內水pH值控制在9.4左右，便可在供水溫度70℃而回水溫度50℃的工況下維持管網長期穩定工作。相比之下，美國則與我國一樣，供熱經營企業須針對所用管材及補充水水質特點，依據實驗室靜態與動態實驗獲得經濟適用的緩蝕阻垢殺生劑配方，再投入生產使用[2]。顯然，管材基建費用與緩蝕阻垢殺生劑運營費用的權衡取舍，仍需供熱經營企業因地因時制宜地進行全生命周期經濟評價。
