1研究背景

溫泉水是從地下自然涌出或人工鉆井取得,且水溫大于或等于25℃,含有多種對(duì)人體健康有益的微量元素的礦水。傳統(tǒng)溫泉水使用主要是用來(lái)洗浴,然后洗浴廢水直接排入環(huán)境中。不僅造成溫泉水中熱量的浪費(fèi),同時(shí)還污染環(huán)境。在此背景下,拓寬溫泉水的利用渠道,使溫泉水資源合理高效利用。溫泉水的綜合利用是資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)的雙贏。

2溫泉廢水常見(jiàn)綜合利用的方法

2.1溫泉廢水熱能的回收利用

溫泉水經(jīng)洗浴排出后,仍有大量的熱能。如何從溫泉廢水中回收熱能,變廢為寶,是當(dāng)下建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)面對(duì)的課題。

我國(guó)溫泉水資源總量豐富,但目前在溫泉水資源的利用上還比較單一。主要用于溫泉洗浴,然后作為廢水排出,勢(shì)必造成溫泉洗浴水中大量熱量的浪費(fèi)。 科技部十一五課題中,設(shè)立了水源熱泵的研究課題。

目前,全國(guó)已有北京、天津、河北、內(nèi)蒙、河南及山東等 20多個(gè)省(市、自治區(qū))在推廣地下水源熱泵空調(diào)技術(shù)。表1為重慶市南溫泉洗浴水中的檢測(cè)結(jié)果,該檢測(cè)結(jié)果由“重慶巖土工程檢測(cè)中心”提供。

從表1可知:洗浴水呈弱堿性,水中含有大量的可溶性固體(TDS)、游離二氧化碳、SO2 - 4、Ca2 + 和 Mg2 +。洗浴廢水容易在水源熱泵管道中結(jié)垢,并對(duì)一般的金屬材料有腐蝕作用。趙峰等分析:利用物理方法、化學(xué)方法可以有效防止水源熱泵管道結(jié)垢;添加緩蝕劑可以滿足不同金屬材料的防腐蝕要求。由于水源熱泵對(duì)水質(zhì)有一定要求,目前水源熱泵技術(shù)在溫泉水以及江河湖水中的運(yùn)用不多,在污水中的運(yùn)用則更少,但有所涉及。龐南柱等認(rèn)為水源熱泵可以運(yùn)用到南寧市小區(qū)的生活污水,而且經(jīng)濟(jì)效益可觀。王鳳翔認(rèn)為水源熱泵用于污水處理廠未經(jīng)處理的污水原水也是可以的,但機(jī)組設(shè)備需要具有強(qiáng)抗堵塞以及抗腐蝕性。水源熱泵是一項(xiàng)系統(tǒng)工程, 熱泵系統(tǒng)中的很多因素,包括取水水溫、水質(zhì)、水流量等,都會(huì)直接或間接的影響水源熱泵的運(yùn)行。吳艷菊認(rèn)為為了保證地?zé)豳Y源的充分利用,對(duì)地表水源熱泵系統(tǒng)作整體適宜性評(píng)價(jià)及規(guī)劃迫在眉睫。根據(jù)目前水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問(wèn)題,潘登認(rèn)為需針對(duì)水源熱泵不同系統(tǒng)形式的特殊性及其特點(diǎn),開(kāi)展以下幾個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)研究:1)不同形式的水源熱泵換熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究;2)高效可靠專用分布式水源熱泵機(jī)組開(kāi)發(fā);3)防堵防蝕取水、高效能技術(shù)及設(shè)備的開(kāi)發(fā)研究;4)基于全生命周期的水源熱泵技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究。圖1為熱泵機(jī)組的工作原理圖。

我國(guó)水源熱泵研究相對(duì)一些發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚, 目前仍處在發(fā)展階段。但該技術(shù)的很多優(yōu)勢(shì)都已有了顯現(xiàn),并得到很多專家學(xué)者的論證。張勇認(rèn)為水源熱泵地板輻射采暖較傳統(tǒng)采暖方式有如下優(yōu)點(diǎn): 1)節(jié)能效果顯著;2)占地少、安全、環(huán)保;3)地板采暖相對(duì)于暖氣片和風(fēng)機(jī)盤管更具有優(yōu)點(diǎn)。張曉清分析溫泉水熱能用于南京總醫(yī)院湯山分院的效果,假定該建筑冬季空調(diào)時(shí)間為12月、1月和2月,則3個(gè)月總的熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)為219 278 kW·h?？梢?jiàn),溫泉水經(jīng)過(guò)熱泵技術(shù)利用于空調(diào),節(jié)能效果明顯。此外,楚廣明等人對(duì)水源熱泵機(jī)組、燃?xì)忮仩t和電鍋爐的初投資和運(yùn)行費(fèi)用做橫向比較。水源熱泵機(jī)組供熱系統(tǒng)比燃?xì)忮仩t供熱系統(tǒng)初投資增加了70萬(wàn)元,但是運(yùn)行費(fèi)用每天節(jié)省約3 000元,1年多即可收回增加的投資,而電鍋爐供熱系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用太高,建議盡量不要采用。Míguez Tabarés J L等認(rèn)為:對(duì)水源熱泵的經(jīng)濟(jì)效益分析,需綜合考慮熱泵系統(tǒng)的投資費(fèi)用、 使用壽命等因素。

綜上所述,水源熱泵無(wú)論在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都是可行的。洗浴后的溫泉水相對(duì)直接利用的地?zé)崴?/a>在成分上會(huì)復(fù)雜一些;同時(shí),不同地區(qū)的溫泉水在成分上會(huì)存在一些差異。孫藝偉認(rèn)為,就地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用與內(nèi)在機(jī)理等方面開(kāi)展更深層次和更大領(lǐng)域的研究。需要盡快加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的工作: 1)提高地?zé)?/a>資源在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用程度和分布認(rèn)識(shí),強(qiáng)化對(duì)地?zé)?/a>資源的來(lái)源、儲(chǔ)藏、循環(huán)以及再生機(jī)理方面的研究;2)探索地?zé)衢_(kāi)采的勘探、規(guī)劃、利用與監(jiān)督管理等方面配套機(jī)制。

2.2溫泉廢水用作植物的灌溉

溫泉水中含有豐富的礦物質(zhì)和微量元素。經(jīng)過(guò)洗浴的溫泉水較剛出的泉水,其COD、BOD及水中某些離子的含量發(fā)生變化,因?qū)儆诳稍倮盟姆懂牎?而且溫泉洗浴水出水量穩(wěn)定,用其替代飲用水澆灌植物,即拓寬了溫泉廢水的利用范圍,又節(jié)約了成本。我國(guó)現(xiàn)行的對(duì)灌溉水的標(biāo)準(zhǔn)一般采用GB/T 18920—2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》。其中包括pH值、五日生化需氧量(BOD5)、濁度(NTU)、 溶解氧等13個(gè)指標(biāo)。根據(jù)重慶南溫泉洗浴水測(cè)得的指標(biāo),孔維平認(rèn)為符合污水綜合排放要求。現(xiàn)根據(jù)徐茂其等人的化學(xué)水質(zhì)指數(shù)評(píng)價(jià)法,參照GB/T 18920— 2002標(biāo)準(zhǔn),對(duì)南溫泉洗浴廢水中的主要化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。王齊等認(rèn)為中水灌溉綠地的5個(gè)主要控制指標(biāo)為:氯化物、余氯、鹽度、懸浮物、pH值。溫泉洗浴水中未涉及余氯,故在此不予考慮。標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于中水用于城市綠化涉及的鹽度有氨氮,故在該評(píng)價(jià)中選擇了亞硝酸鹽、NH+4、NO - 3的含量。結(jié)合南溫泉洗浴水的特殊性,增加色度作為其中評(píng)價(jià)的對(duì)象。綜合指數(shù)的計(jì)算方法如式(1)所示。各指標(biāo)實(shí)驗(yàn)值及國(guó)標(biāo)見(jiàn)表2

經(jīng)計(jì)算得南溫泉洗浴水綜合指數(shù)為6.162,在 3~7,屬于輕度污染。本文對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)是以生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的,對(duì)于灌溉用水,可以適當(dāng)放寬。

根據(jù)國(guó)外的《灌溉水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分類》,指標(biāo)主要包括鹽濃度、可滲透性、具體離子毒性及其他方面的指標(biāo)。國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)灌溉水的指標(biāo)上存在一些差異。而國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中還沒(méi)有溫泉廢水用于植物灌溉的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。所以,在溫泉廢水符合國(guó)內(nèi)相近的植物灌溉水指標(biāo)的同時(shí),有必要參考國(guó)外的相關(guān)指標(biāo)。Andrew Ako Ako等認(rèn)為判斷泉水是否適合灌溉,需要考慮殘余性碳酸鈉含量(RSC)、鈉吸附比 (SAR)、鹽度危害等指標(biāo)。現(xiàn)根據(jù)重慶市南溫泉洗浴用水的測(cè)量數(shù)據(jù),計(jì)算RSC、SAR的值。

計(jì)算結(jié)果顯示:RSC<0,這是由于南溫泉洗浴廢水中,其陰離子主要是SO2 - 4,與實(shí)際相符合。SAR< 3,滿足灌溉水要求。

上述溫泉洗浴水的指標(biāo)是有限的,而溫泉廢水在成分上相對(duì)一般灌溉水成分要復(fù)雜。目前應(yīng)運(yùn)而生的處理技術(shù)有人工濕地系統(tǒng)。我國(guó)學(xué)者路學(xué)軍、潘繼征提出用人工濕地法處理溫泉廢水。人工濕地處理工藝集中水處理和景觀綠化于一體,不僅省去灌溉用水、景觀補(bǔ)水,還能提供再生水,保證景觀用水的水質(zhì)、水量,減少了占地、基建、設(shè)備、維護(hù)等多項(xiàng)投資,實(shí)現(xiàn)真正的生態(tài)型廢水處理。

2.3溫泉廢水養(yǎng)殖

溫泉水用于水產(chǎn)養(yǎng)殖在國(guó)內(nèi)外均有先例。日本利用溫泉水養(yǎng)殖甲魚縮短飼養(yǎng)周期。我國(guó)學(xué)者在幾年前對(duì)溫泉水養(yǎng)殖方面就有過(guò)論述。高舉認(rèn)為人工加溫可以提高甲魚的高效飼養(yǎng)。其中,使用溫泉水就是人工加溫的方式之一。方國(guó)波等認(rèn)為,稚鱉喜溫厭冷,在寒冷季節(jié)生長(zhǎng)停滯,越冬養(yǎng)殖難度甚大, 而通過(guò)溫泉水養(yǎng)殖便較好地解決了上述問(wèn)題。王毅在北方冬季利用溫泉水養(yǎng)殖羅非魚苗種,為了保持養(yǎng)殖水溫在25℃以上,根據(jù)養(yǎng)殖水溫情況酌量加注不同溫度的溫泉水來(lái)調(diào)節(jié)。黃銀生等人認(rèn)為:內(nèi)陸地區(qū)冬季溫度偏低,不利于羅非魚生長(zhǎng)。 隨著技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)可以利用溫泉水進(jìn)行羅非魚養(yǎng)殖,并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。宋宗巖等認(rèn)為, 利用溫泉水可以高密度養(yǎng)殖史氏鰓。試驗(yàn)中,水阻調(diào)控最佳適應(yīng)溫度22~24℃。

溫泉水經(jīng)過(guò)洗浴后,溫泉水中的某些無(wú)機(jī)鹽離子含量、BOD、COD及大腸菌群等顯著增加。如果把洗浴水用于水產(chǎn)養(yǎng)殖,一方面,水中有機(jī)物將為水生物提供大量的食物,且溫泉洗浴水中還有一定的熱量, 可以提供養(yǎng)殖中魚類需要的溫度;另一方面,過(guò)量的 BOD、COD、細(xì)菌及無(wú)機(jī)鹽離子會(huì)造成魚類致命傷害。

王建明通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明:紫外消毒器對(duì)養(yǎng)殖污水照射77 s后,能殺滅97.9%的細(xì)菌和100%的弧菌,殺菌效果顯著。向燕等認(rèn)為:在養(yǎng)殖水環(huán)境中加微生態(tài)制劑會(huì)調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境因子,其中的環(huán)境因子包括COD、有機(jī)物、氨氮、亞硝氮、PO3 - 4-P 等;影響?zhàn)B殖水生態(tài)系統(tǒng)中生物群落。

綜上考慮:溫泉養(yǎng)殖中,魚類普遍對(duì)水質(zhì)的要求較高。所以在實(shí)際養(yǎng)殖過(guò)程中需要根據(jù)具體情況,控制好養(yǎng)殖中的各個(gè)參數(shù),使之符合相關(guān)的衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

3結(jié)論與展望

本文針對(duì)溫泉水的利用現(xiàn)狀,分析了溫泉洗浴水在植物灌溉、水源熱泵、水產(chǎn)養(yǎng)殖三方面的應(yīng)用及其前景。溫泉水作為一種寶貴的地下水資源,其綜合再生利用不僅能緩解水資源短缺的問(wèn)題,還與環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代主題相契合。溫泉廢水經(jīng)過(guò)濕地系統(tǒng)處理后,達(dá)到《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn),可用于濕地周圍的景觀用水。此外,還可利用溫泉水余熱進(jìn)行溫差發(fā)電。該項(xiàng)發(fā)電技術(shù)具有無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、體積小、重量輕、移動(dòng)方便和可靠性高等特點(diǎn),是綠色環(huán)保的發(fā)電方式。還可用于溫泉廢水回灌,既能避免地?zé)?/a>棄水造成的環(huán)境污染問(wèn)題,又可以將熱儲(chǔ)固體的熱再汲出,延長(zhǎng)熱田壽命。總之,溫泉廢水的綜合利用拓寬了溫泉資源的利用渠道,符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。