一种水源热泵供水的理想水源——以重庆南温泉洗浴废水为例

幸宏伟，徐武东，秦坤蓉

（重庆工商大学 环境与生物工程学院，重庆 400067）

一种水源热泵供水的理想水源
——以重庆南温泉洗浴废水为例

幸宏伟，徐武东，秦坤蓉

（重庆工商大学 环境与生物工程学院，重庆 400067）

水源热泵一般采用地下水作为水源，而长期抽取地下水将引起地面沉降、水质污染恶化，开辟新的水源热泵，具有十分重要的节能意义。温泉洗浴废水与一般的地下水相比，除水温不同外，还含有大量有机物、微生物。通过检测重庆南温泉洗浴废水水质，结果表明：废水钙镁离子含量、硫酸根离子含量超出了《浅层地热能勘查评价规范》标准，而浑浊度、矿化度、pH值、氯离子含量和二氧化硅含量均能满足水源热泵供水水质要求；有机物浓度较高，存在生物污染。如对此类废水采取相应的处理措施，水量稳定、水温高于常温的温泉洗浴废水不失为一种水源热泵供水的理想水源。

温泉洗浴废水；水量；水质；水源热泵；水源

2015，32（01）：49－51，69

水源热泵是一种采用全年水温基本稳定的地下水作为供水水源的节能技术。长期抽取地下水引起的地面沉降，水质污染恶化等问题，使得不少地区禁止抽取地下水作为水源热泵的供水水源。因此，开辟新的水源热泵供水水源，对发展水源热泵技术，扩大水源热泵的应用，具有十分重要的节能意义。温泉洗浴废水的大量余热，可满足水源热泵系统的水温要求。本文检测了重庆市南温泉洗浴废水的主要指标，并对其作为水源热泵供水水源的可行性进行了分析。

1 重庆南温泉洗浴废水水质

南温泉公园位于重庆市巴南区南泉镇，为重庆建设“五方十泉”和“打造温泉之都”的市级重点项目。南温泉水水温、水量稳定，日出水量高达2 600 m3，水温在44℃左右。温泉水经洗浴后其排放量达1 090 m3/d，水温30℃左右。南温泉水呈弱碱性，从其水化学类型来看，属于硫酸钙型水。经过洗浴后的温泉废水产生了一些污染物，主要有无机盐离子、BOD、大肠杆菌和病毒等。

根据研究分析，地下水对水源热泵机组的有害成分有：铁、钙、镁、二氧化碳、溶解氧、氯离子、酸碱度等［1］。而在影响水源热泵系统运行效果和使用寿命的各种水质指标中，其重要程度依次是含砂量和浑浊度、钙镁离子含量、矿化度、酸碱度（pH）、氯离子、游离二氧化碳、硫酸根离子以及细菌、微生物含量［2］。综合分析相关参考文献及南温泉水质特点，选取浑浊度、钙镁离子含量、矿化度、pH、氯离子、二氧化硅、硫酸根、BOD5及细菌总数做为分析南温泉水源热泵水源水质的主要指标。在2011年11月到2012年1月之间，根据南温泉不同时间客流量的变化，采集了南温泉废水池不同时间的水样，并按照标准中规定的方法［3］对浊度、钙镁离子含量、矿化度、pH、氯离子、BOD5、硫酸根、二氧化硅、总氮、总磷及细菌总数进行检测分析。取样时间与人流量如表1所示。

表1 取样时间与人流量Table 1 Time of wastewater sam p ling and number of visitors

表2 各指标测定结果Table 2 Detected results of quality indexes

不同时间各指标的检测结果如表2所示。查阅相关的标准［4－5］，各指标的允许值分别为：浊度≤20 NTU；钙镁离子﹤200 mg/L；矿化度﹤3 g/L；pH为6.5～8.5；氯离子﹤100 mg/L；硫酸根离子﹤200 mg/L；SiO2≤50mg/L；BOD5﹤10 mg/L；总磷﹤1 mg/L；粪大肠菌群﹤2 000个/L。

2 废水作为水源热泵供水可行性分析

从表2可以看出，南温泉洗浴废水浊度在2.44～3.24之间，所测得浊度值都不大，对机组的影响较小；南温泉洗浴废水钙镁离子含量在625.43～671.45 mg/L之间，最大超出标准值471.45 mg/L，水中以正盐和碱式盐存在的钙、镁离子易在换热面上析出沉积，形成水垢，严重影响换热效果；南温泉洗浴废水中的矿化度含量在2 168～2 310 mg/L，均未超出标准，但数值普遍很高，故有必要对南温泉洗浴废水中的矿化度进行考虑；南温泉洗浴水的pH在规定的范围之内，对机组影响较小；南温泉洗浴废水氯离子含量在22.89～23.28 mg/L，小于标准值的100 mg/L；洗浴废水中硫酸根离子浓度超出标准的2.5倍，大量的硫酸根离子可能会与水中的钙离子形成硫酸钙沉淀，从而在换热器表面形成结垢；二氧化硅最大量为30.67 mg/L，小于50 mg/L标准值；洗浴废水中BOD5最大值为9.88 mg/L，含量较高，另外，存在一定量的N和P；粪大肠菌群指标最大值为1 100个/L，小于标准值2 000个/L，但足量的BOD5，N，P和粪大肠杆菌群可能在换热器表面积累并大量繁殖，宜采取一定的措施。

为便于对水源热泵进水水质进行判别，现对水质分级及水质类别进行说明，如表3所示［6］。

根据检测结果并对照表3，南温泉洗浴废水应属于Ⅱ级b类，水质情况应属较好。现引入稳定指数IR对温泉洗浴废水的稳定性进行定量分析。其表达式为

表3 地表水源热泵适宜性水质评价标准分级Table 3 Classification levels and descriptions for water quality evaluation

式中：pHs为原水在使用温度下计算的平衡pH值，pHs＝（pK2－pKs）＋p′Ca＋p′碱度，pK2为碳酸二级电离常数的负对数，pKs为碳酸钙溶度积常数的负对数，p′Ca＝－lg［［Ca＋］/（40×1 000）］，p′碱度＝－lg［（碱度）/1 000］。pH20为原水在室温（约20℃）所测得的pH值。

稳定指数与结垢关系如表4所示［8］。

表4 稳定指数与结垢关系Table 4 Relation between stability index and water scaling

经测定，取5次试验中钙离子浓度最大值进行计算；又温泉洗浴废水温度一般为30℃。根据水温和含盐量，对照pHs值计算图，得pK2－pKs＝2.12；p′Ca＝1.94；以甲基橙为指示剂，测得碱度为4.6 mmol/L，p′碱度＝2.34。将上述值代入得pHs为6.40。将pHs＝7.10代入上述方程得IR为5.7。对照表4，稳定指数介于5.0到6.0之间，水质倾向轻度结垢，进水水质会在机组形成CaCO3水垢。

经计算，得Ca2＋浓度与浓度乘积的最大值为338 512.9，小于50×104。南温泉洗浴废水中Ca2＋与不易在水源热泵系统中结垢。

3 温泉洗浴废水作为水源热泵供水水源需采取的措施

3.1 防垢、除垢措施

由于重庆南温泉水源热泵是一个长期运行的系统，且经过定量分析，水源热泵水质倾向于轻度结垢。经过对水源热泵换热器表面检查，发现工作一段时间后，确实存在一层污垢。实际使用中，根据具体情况在晚间温泉停止运行期间对换热器进行定期清洗，以提高换热器的换热能力。建议采取如增加离子棒防垢水处理设备以及采取非金属换热器［9－10］等措施。

3.2 防止微生物污染

温泉废水中存在一定量的营养物质，微生物会在换热器表面积累并且大量繁殖，影响换热器的工作效率，宜对进水中的微生物进行处理。紫外消毒具有杀菌能力强且持久杀菌能力优点［11］。据试验，经紫外照射几十秒就能杀菌，一般大肠杆菌的平均去除率可达98%，细菌总数的平均去除率可达96.6%。且紫外消毒操作简单，便于管理，易于实现自动化［12］。可对水源热泵供水进行紫外杀菌处理。

4 结 语

南温泉洗浴水水量稳定、水温高于常温，除废水钙镁离子含量和硫酸根离子含量超出了《浅层地热能勘查评价规范》标准外，浑浊度、矿化度、pH值、氯离子含量、二氧化硅、BOD5和粪大肠杆菌群等综合指标均能满足水源热泵对水源要求，是一种水源热泵的理想水源。

南温泉洗浴水中钙镁离子及硫酸根离子含量超过标准规定的值，矿化度较高，接近标准中规定的值。用于热泵系统进水水质，长期运行，会在机组形成水垢，实际应用中对换热器进行清洗，同时提出了增加离子棒、采取非金属换热器的措施。

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［2］谭显辉，丁力行.地下水源热泵中的地下水分析［J］.制冷与空调，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））

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

［6］吴艳菊.地表水源热泵适宜性综合评价及规范研究［D］.重庆：重庆大学，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））

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（编辑：赵卫兵）

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

重庆市科技攻关项目（CSTC，2011AC7129）

幸宏伟（1965－），女，重庆江北人，副教授，硕士，主要从事环境生态学的研究，（电话）15523213569（电子信箱）2219465865＠qq.com。