国内污水潜能定量计算结果首次发布

据此，再根据表2相关计算公式，可对化学能转化进行计算，其中，c=4200J/(kg˙℃)，ρ=1020kg/m3，α=0.8。案例厂厌氧消化池设计进泥量为3000m3/d，Q8-9=Q7-8=3000m3/d。因为在消化池中溶解性COD（SCOD）并不能完全被降解（我国SCOD在消化池中的平均降解率为0.6），厌氧消化产沼气热电联产的效率一般在65~90%（计算取值80%），所以，最后可得出案例厂工艺化学能转化计算结果，列入表4。

表4案例污水处理厂工艺化学能转化计算结果

表4计算结果显示，污泥厌氧消化产CH4如果实施热电联产，所产生的能量远高于厌氧消化池加热所投入的能量，即，污泥厌氧消化确实是一种能量转化并输出的必要单元。产生的净能量也就是污水有机物在完成基本污染物去除功能（脱氮除磷兼COD去除）后所获得的实际化学能，可以抵消曝气、回流、消化池加热等环节的能量消耗，以减少对外部能源的依赖。

3.3热能转化计算

案例厂出水流量、水质均较为稳定；水温变化不大，夏季在20~24℃之间（低于空气环境温度），冬季处于10~15℃范围（高于空气环境温度）。因此，非常适合应用水源热泵工程。利用公式（4），取用案例厂处理后的出水（60万m3），提取温差设定Δt=4℃，则案例厂每天出水所含热量计算如下：

根据综合公式（6）和COP定义得到热泵实际供热量/制冷量的变形计算公式（8）。

计算中，分别取热泵机组供热COP为3.5、制冷COP为4.8，利用公式（7）、（8）以及表1中能源换算关系，可计算系统可获取的热/冷量、系统供热/制冷时机组实际能耗，计算结果见表5。

表5水源热泵系统利用案例厂出水可产生的当量电量

表5显示，水源热泵系统在供热工况下，每消耗494211kW˙h电量，可产生1556544kW˙h的电当量，热泵机组每天净产出电当量1062333kW˙h。在制冷工况下，每消耗213022kW˙h电量，可产生920179kW˙h电当量，热泵机组每天净产能电当量707157kW˙h。可见，案例厂如果采用水源热泵系统，节能与能量回收效果非常明显。

综上所述，将水源热泵系统从污水中获取的热能与污泥厌氧消化产CH4后热电联产转化的化学能相比，热能显著高于化学能；供热时热能与化学能比值为1062333/118056=9.0，制冷时热能与化学能的比值为707157/118056=6.0。

3.4潜能评价与碳中和运行

为评价污水可获潜能与污水处理碳中和运行的可行性，将上述案例厂每天经转化可获得的潜能值与实际运行耗能进行比较，数据列于表6，其中，输入为正，输出为负，能量单位kW˙h。

表6案例厂能耗及可获化学能

表6显示，案例厂实际运行时每天总能耗为221945kW˙h。这表明，经热电联产产生的化学能只能满足该厂曝气、回流、厌氧池加热等主要耗能单元的53.2%，并不能涵盖全部运行能耗。但是，如果用水源热泵弥补46.8%碳中和运行能量赤字，每天只需使用5.9万m3（供热时）和8.8万m3（制冷时）的出水，仅相当于60万m3/d处理水量的9.8%和14.7%。也就是说，只需利用不足15%的出水热量即可弥补化学能在实现碳中和运行时的能量赤字。可见，污水余温所含能量之巨大，85%的热/冷能可供厂外周边供热/制冷用户使用。

案例厂实际运行能耗为0.37kW˙h/m3；热电联产转化的化学能电当量为0.20kW˙h/m3；供热/制冷时（全部出水）热能电当量分别为1.77kW˙h/m3和1.18kW˙h/m3。电当量折算表明，供热时化学能与热能潜能值合计为1.97kW˙h/m3，制冷时合计为1.38kW˙h/m3。

4结语

污水有机物化学能与余温热能计算表明，污水中确实蕴含着巨大的潜在能量。污水所含化学能、热能理论值虽然前者小于后者，但相差倍数不大，取决于进水COD浓度。如果进水COD=400mg/L，与获取4℃余温差热量相比，热能约为化学能的3.33倍。

然而，有机物化学能在实际能量转化过程中有相当一部分不能回收（如COD氧化分解至CO2部分，即分解）或散失（受限于能量转化效率）。实际案例计算表明，以水源热泵转化同样温差（4℃）热能实际可获取的热/冷量分别是污泥厌氧消化产甲烷（CH4）后热电联产（CHP）可获得化学能的9.0倍（供热）和6.0倍（制冷），即供热时污水热能与化学能所占比例大约为90%和10%，与国际专家声称值（90%和10%）完全一致。

污水潜能折算电当量后显示，热电联产转化的化学能电当量为0.20kW˙h/m3，而供热/制冷时（全部出水）电当量分别为1.77kW˙h/m3和1.18kW˙h/m3。电当量折算表明，供热时化学能与热能潜能值合计1.97kW˙h/m3，制冷时合计1.38kW˙h/m3。

案例厂实际运行能耗为0.37kW˙h/m3，上述经转化后可获得的有机物化学能（0.20kW˙h/m3）仅能满足碳中和运行能量需求的53.2%。碳中和赤字能量（46.8%）利用不足15%（供热9.8%/制冷14.7%）的出水量中热能即可获得满足。

污水潜能计算结果预示着我国污水处理行业若要实现碳中和运行，仅靠有机物化学能是远远不够的，必须就近考虑利用潜在、巨大的污水余温热能。诚然，污水热能是一种低品位能量，不可能用于发电目的，只能直接、近距离热/冷量利用。这就需要市政热力规划进行全盘考虑，将污水处理厂大部分热能提取而供出厂外，用以交换自身碳中和运行赤字电量。

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