幸宏偉，徐武東，秦坤蓉

（重慶工商大學 環(huán)境與生物工程學院，重慶 400067）

一種水源熱泵供水的理想水源
——以重慶南溫泉洗浴廢水為例

幸宏偉，徐武東，秦坤蓉

（重慶工商大學 環(huán)境與生物工程學院，重慶 400067）

水源熱泵一般采用地下水作為水源，而長期抽取地下水將引起地面沉降、水質(zhì)污染惡化，開辟新的水源熱泵，具有十分重要的節(jié)能意義。溫泉洗浴廢水與一般的地下水相比，除水溫不同外，還含有大量有機物、微生物。通過檢測重慶南溫泉洗浴廢水水質(zhì)，結(jié)果表明：廢水鈣鎂離子含量、硫酸根離子含量超出了《淺層地熱能勘查評價規(guī)范》標準，而渾濁度、礦化度、pH值、氯離子含量和二氧化硅含量均能滿足水源熱泵供水水質(zhì)要求；有機物濃度較高，存在生物污染。如對此類廢水采取相應的處理措施，水量穩(wěn)定、水溫高于常溫的溫泉洗浴廢水不失為一種水源熱泵供水的理想水源。

溫泉洗浴廢水；水量；水質(zhì)；水源熱泵；水源

2015，32（01）：49－51，69

水源熱泵是一種采用全年水溫基本穩(wěn)定的地下水作為供水水源的節(jié)能技術(shù)。長期抽取地下水引起的地面沉降，水質(zhì)污染惡化等問題，使得不少地區(qū)禁止抽取地下水作為水源熱泵的供水水源。因此，開辟新的水源熱泵供水水源，對發(fā)展水源熱泵技術(shù)，擴大水源熱泵的應用，具有十分重要的節(jié)能意義。溫泉洗浴廢水的大量余熱，可滿足水源熱泵系統(tǒng)的水溫要求。本文檢測了重慶市南溫泉洗浴廢水的主要指標，并對其作為水源熱泵供水水源的可行性進行了分析。

1 重慶南溫泉洗浴廢水水質(zhì)

南溫泉公園位于重慶市巴南區(qū)南泉鎮(zhèn)，為重慶建設“五方十泉”和“打造溫泉之都”的市級重點項目。南溫泉水水溫、水量穩(wěn)定，日出水量高達2 600 m3，水溫在44℃左右。溫泉水經(jīng)洗浴后其排放量達1 090 m3/d，水溫30℃左右。南溫泉水呈弱堿性，從其水化學類型來看，屬于硫酸鈣型水。經(jīng)過洗浴后的溫泉廢水產(chǎn)生了一些污染物，主要有無機鹽離子、BOD、大腸桿菌和病毒等。

根據(jù)研究分析，地下水對水源熱泵機組的有害成分有：鐵、鈣、鎂、二氧化碳、溶解氧、氯離子、酸堿度等［1］。而在影響水源熱泵系統(tǒng)運行效果和使用壽命的各種水質(zhì)指標中，其重要程度依次是含砂量和渾濁度、鈣鎂離子含量、礦化度、酸堿度（pH）、氯離子、游離二氧化碳、硫酸根離子以及細菌、微生物含量［2］。綜合分析相關(guān)參考文獻及南溫泉水質(zhì)特點，選取渾濁度、鈣鎂離子含量、礦化度、pH、氯離子、二氧化硅、硫酸根、BOD5及細菌總數(shù)做為分析南溫泉水源熱泵水源水質(zhì)的主要指標。在2011年11月到2012年1月之間，根據(jù)南溫泉不同時間客流量的變化，采集了南溫泉廢水池不同時間的水樣，并按照標準中規(guī)定的方法［3］對濁度、鈣鎂離子含量、礦化度、pH、氯離子、BOD5、硫酸根、二氧化硅、總氮、總磷及細菌總數(shù)進行檢測分析。取樣時間與人流量如表1所示。

表1 取樣時間與人流量Table 1 Time of wastewater sam p ling and number of visitors

表2 各指標測定結(jié)果Table 2 Detected results of quality indexes

不同時間各指標的檢測結(jié)果如表2所示。查閱相關(guān)的標準［4－5］，各指標的允許值分別為：濁度≤20 NTU；鈣鎂離子﹤200 mg/L；礦化度﹤3 g/L；pH為6.5～8.5；氯離子﹤100 mg/L；硫酸根離子﹤200 mg/L；SiO2≤50mg/L；BOD5﹤10 mg/L；總磷﹤1 mg/L；糞大腸菌群﹤2 000個/L。

2 廢水作為水源熱泵供水可行性分析

從表2可以看出，南溫泉洗浴廢水濁度在2.44～3.24之間，所測得濁度值都不大，對機組的影響較??；南溫泉洗浴廢水鈣鎂離子含量在625.43～671.45 mg/L之間，最大超出標準值471.45 mg/L，水中以正鹽和堿式鹽存在的鈣、鎂離子易在換熱面上析出沉積，形成水垢，嚴重影響換熱效果；南溫泉洗浴廢水中的礦化度含量在2 168～2 310 mg/L，均未超出標準，但數(shù)值普遍很高，故有必要對南溫泉洗浴廢水中的礦化度進行考慮；南溫泉洗浴水的pH在規(guī)定的范圍之內(nèi)，對機組影響較小；南溫泉洗浴廢水氯離子含量在22.89～23.28 mg/L，小于標準值的100 mg/L；洗浴廢水中硫酸根離子濃度超出標準的2.5倍，大量的硫酸根離子可能會與水中的鈣離子形成硫酸鈣沉淀，從而在換熱器表面形成結(jié)垢；二氧化硅最大量為30.67 mg/L，小于50 mg/L標準值；洗浴廢水中BOD5最大值為9.88 mg/L，含量較高，另外，存在一定量的N和P；糞大腸菌群指標最大值為1 100個/L，小于標準值2 000個/L，但足量的BOD5，N，P和糞大腸桿菌群可能在換熱器表面積累并大量繁殖，宜采取一定的措施。

為便于對水源熱泵進水水質(zhì)進行判別，現(xiàn)對水質(zhì)分級及水質(zhì)類別進行說明，如表3所示［6］。

根據(jù)檢測結(jié)果并對照表3，南溫泉洗浴廢水應屬于Ⅱ級b類，水質(zhì)情況應屬較好?，F(xiàn)引入穩(wěn)定指數(shù)IR對溫泉洗浴廢水的穩(wěn)定性進行定量分析。其表達式為

表3 地表水源熱泵適宜性水質(zhì)評價標準分級Table 3 Classification levels and descriptions for water quality evaluation

式中：pHs為原水在使用溫度下計算的平衡pH值，pHs＝（pK2－pKs）＋p′Ca＋p′堿度，pK2為碳酸二級電離常數(shù)的負對數(shù)，pKs為碳酸鈣溶度積常數(shù)的負對數(shù)，p′Ca＝－lg［［Ca＋］/（40×1 000）］，p′堿度＝－lg［（堿度）/1 000］。pH20為原水在室溫（約20℃）所測得的pH值。

穩(wěn)定指數(shù)與結(jié)垢關(guān)系如表4所示［8］。

表4 穩(wěn)定指數(shù)與結(jié)垢關(guān)系Table 4 Relation between stability index and water scaling

經(jīng)測定，取5次試驗中鈣離子濃度最大值進行計算；又溫泉洗浴廢水溫度一般為30℃。根據(jù)水溫和含鹽量，對照pHs值計算圖，得pK2－pKs＝2.12；p′Ca＝1.94；以甲基橙為指示劑，測得堿度為4.6 mmol/L，p′堿度＝2.34。將上述值代入得pHs為6.40。將pHs＝7.10代入上述方程得IR為5.7。對照表4，穩(wěn)定指數(shù)介于5.0到6.0之間，水質(zhì)傾向輕度結(jié)垢，進水水質(zhì)會在機組形成CaCO3水垢。

經(jīng)計算，得Ca2＋濃度與濃度乘積的最大值為338 512.9，小于50×104。南溫泉洗浴廢水中Ca2＋與不易在水源熱泵系統(tǒng)中結(jié)垢。

3 溫泉洗浴廢水作為水源熱泵供水水源需采取的措施

3.1 防垢、除垢措施

由于重慶南溫泉水源熱泵是一個長期運行的系統(tǒng)，且經(jīng)過定量分析，水源熱泵水質(zhì)傾向于輕度結(jié)垢。經(jīng)過對水源熱泵換熱器表面檢查，發(fā)現(xiàn)工作一段時間后，確實存在一層污垢。實際使用中，根據(jù)具體情況在晚間溫泉停止運行期間對換熱器進行定期清洗，以提高換熱器的換熱能力。建議采取如增加離子棒防垢水處理設備以及采取非金屬換熱器［9－10］等措施。

3.2 防止微生物污染

溫泉廢水中存在一定量的營養(yǎng)物質(zhì)，微生物會在換熱器表面積累并且大量繁殖，影響換熱器的工作效率，宜對進水中的微生物進行處理。紫外消毒具有殺菌能力強且持久殺菌能力優(yōu)點［11］。據(jù)試驗，經(jīng)紫外照射幾十秒就能殺菌，一般大腸桿菌的平均去除率可達98%，細菌總數(shù)的平均去除率可達96.6%。且紫外消毒操作簡單，便于管理，易于實現(xiàn)自動化［12］。可對水源熱泵供水進行紫外殺菌處理。

4 結(jié) 語

南溫泉洗浴水水量穩(wěn)定、水溫高于常溫，除廢水鈣鎂離子含量和硫酸根離子含量超出了《淺層地熱能勘查評價規(guī)范》標準外，渾濁度、礦化度、pH值、氯離子含量、二氧化硅、BOD5和糞大腸桿菌群等綜合指標均能滿足水源熱泵對水源要求，是一種水源熱泵的理想水源。

南溫泉洗浴水中鈣鎂離子及硫酸根離子含量超過標準規(guī)定的值，礦化度較高，接近標準中規(guī)定的值。用于熱泵系統(tǒng)進水水質(zhì)，長期運行，會在機組形成水垢，實際應用中對換熱器進行清洗，同時提出了增加離子棒、采取非金屬換熱器的措施。

［1］薛玉偉，李新國，趙 軍，等.地下水水源熱泵的水源問題研究［J］.能源工程，2003，（4）：10－13.（XUE Yuwei，LIXin-guo，ZHAO Jun，et al.Research on Underground Water Source Heat Pump’sWater Source［J］.Energy Engineering，2003，（4）：10－13.（in Chinese））

［2］譚顯輝，丁力行.地下水源熱泵中的地下水分析［J］.制冷與空調(diào)，2003，（4）：11－14.（TAN Xian-hui，DING Lihang.Analysis of Groundwater in the Groundwater Source Heat Pumps［J］.Refrigeration＆Air-condition，2003，（4）：11－14.（in Chinese））

［3］國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法（第4版）［M］.北京：中國環(huán)境科學出版社，2002.（State Environmental Protection Administration.Methods of Water and Wastewater Monitoring Analysis（The Fourth Edition）［M］.Beijing：China Environmental Science Press，2002.（in Chinese））

［4］GB50050—2007，淺層地熱能勘查評價規(guī)范［S］.（GB50050—2007，Specification for the Investigation and Evaluation of Shallow Geothermal Energy［S］.（in Chinese））

［5］GB/T 19923—2005，城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)［S］.（GB/T 19923—2005，Standard ofWater Quality for the Reuse of Urban Recycling Water for Industrial Uses［S］.（in Chinese））

［6］吳艷菊.地表水源熱泵適宜性綜合評價及規(guī)范研究［D］.重慶：重慶大學，2009.（WU Yan-ju.Study on Suitability for Comprehensive Evaluation and Planning of Surface Water Source Heat Pump Systems［D］.Chongqing：Chongqing University，2009.（in Chinese））

［7］崔玉川，李思敏，李福勤.工業(yè)用水處理設施設計計算［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2003.（CUIYu-chuan，LI Si-min，LI Fu-qin.Industrial Water Treatment Facilities Design and Calculation［M］.Beijing：Chemical Industry Press，2003.（in Chinese））

［8］趙 峰.地下水源熱泵的水源水問題研究及能耗模擬［D］.武漢：武漢科技大學，2005.（ZHAO Feng.Study on the Water Source and the Energy Consumption Simulation of the Groundwater Heat Pumps［D］.Wuhan：Wuhan University of Science and Technology，2005.（in Chinese））

［9］曲云霞，李 梅，楊 勇，等.污水源熱泵系統(tǒng)污水水質(zhì)與換熱器材質(zhì)的選擇［J］.可再生能源，2007，（8）：72－75.（QU Yun-xia，LIMei，YANG Yong，et al.Sewage Quality Standard for Sewage Source Heat Pump System and Material Selection for Sewage Heat Exchanger［J］.Renewable Energy Resources，2007，（8）：72－75.（in Chinese））

［10］張克強，張洪生，寧安榮，等.國內(nèi)外城市再生水灌溉綠地的研究與應用［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2005，24（增刊）：384－388.（ZHANG Ke-qiang，ZHANG Hongsheng，NING An-rong，et al.Application and Development ofGreen Land Irrigation by Municipal Reclaimed Water at Home and Abroad［J］.Journal of Agro-Environment Science，2005，24（Sup.）：384－388.（in Chinese））

［11］趙 峰，邵林廣，文遠高.水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的水質(zhì)處理技術(shù)［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2005，（12）：15－17.（ZHAO Feng，SHAO Lin-guang，WEN Yuan-gao.Water Treatment Technology for Air Conditioning System ofWater Source Heat Pump［J］.Industrial Safety and Dust Control，2005，（12）：15－17.（in Chinese））

［12］高庭耀.水污染控制工程（第2版）［M］.北京：高等教育出版社，1996.（GAO Ting-yao.Water Pollution Control Engineering（The Second Edition）［M］.Beijing：Higher Education Press，1996.（in Chinese） ）

（編輯：趙衛(wèi)兵）

Feasibility of Using Hot Spring Bathing W astewater as the W ater Supply for W ater Source Heat Pum p

XING Hong-wei，XUWu-dong，QIN Kun-rong
（School of Environmental and Biological Engineering，Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China）

Groundwater is usually taken as the water source for water source heat pump.Compared with general groundwater，hot spring bathingwastewater has different temperature and in addition contains plenty of organicmatters and microorganism.The quality of bathing wastewater from Chongqing South Hot Springwas detected and analyzed.Result shows that calcium andmagnesium ions aswell as sulfate ions exceed the standard design of Specification for the investigation and evaluation of shallow geothermal energy，and the turbidity，salinity，pH value，chlorine ion and silicon dioxide contentmeet the quality requirement of water supply.But it has high concentration of organic matter and biological contamination.If thewastewater is properly treated，itwould be an idealwater supply for water source heat pump because of stable flow and relatively higher temperature.

hot spring bathing wastewater；water flow；water quality；water source heat pump；water source

TU991

A

1001－5485（2015）01－0049－03

10.3969/j.issn.1001－5485.2015.01.010

2013－09－10；

2014－04－10

重慶市科技攻關(guān)項目（CSTC，2011AC7129）

幸宏偉（1965－），女，重慶江北人，副教授，碩士，主要從事環(huán)境生態(tài)學的研究，（電話）15523213569（電子信箱）2219465865＠qq.com。