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℃,含有多種對人體健康有益的微量元素的礦水。傳統溫泉水使用主要是用來洗浴,然后洗浴廢水直接排入環境中。不僅造成溫泉水中熱量的浪費,同時還污染環境。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約與環境保護的雙贏。

2溫泉廢水常見綜合利用的方法

2.1溫泉廢水熱能的回收利用

溫泉水經洗浴排出后,仍有大量的熱能。如何從溫泉廢水中回收熱能,變廢為寶,是當下建設資源節約型、環境友好型社會面對的課題。

我國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,勢必造成溫泉洗浴水中大量熱量的浪費。 科技部十一五課題中,設立了水源熱泵的研究課題。

目前,全國已有北京、天津、河北、內蒙、河南及山東等 20多個省(市、自治區)在推廣地下水源熱泵空調技術。表1為重慶市南溫泉洗浴水中的檢測結果,該檢測結果由“重慶巖土工程檢測中心”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垢,并對一般的金屬材料有腐蝕作用。趙峰等分析:利用物理方法、化學方法可以有效防止水源熱泵管道結垢;添加緩蝕劑可以滿足不同金屬材料的防腐蝕要求。由于水源熱泵對水質有一定要求,目前水源熱泵技術在溫泉水以及江河湖水中的運用不多,在污水中的運用則更少,但有所涉及。龐南柱等認為水源熱泵可以運用到南寧市小區的生活污水,而且經濟效益可觀。王鳳翔認為水源熱泵用于污水處理廠未經處理的污水原水也是可以的,但機組設備需要具有強抗堵塞以及抗腐蝕性。水源熱泵是一項系統工程, 熱泵系統中的很多因素,包括取水水溫、水質、水流量等,都會直接或間接的影響水源熱泵的運行。吳艷菊認為為了保證地熱資源的充分利用,對地表水源熱泵系統作整體適宜性評價及規劃迫在眉睫。根據目前水源熱泵技術的應用現狀和存在問題,潘登認為需針對水源熱泵不同系統形式的特殊性及其特點,開展以下幾個方面的關鍵技術研究:1)不同形式的水源熱泵換熱系統關鍵技術研究;2)高效可靠專用分布式水源熱泵機組開發;3)防堵防蝕取水、高效能技術及設備的開發研究;4)基于全生命周期的水源熱泵技術評價指標體系的研究。圖1為熱泵機組的工作原理圖。

我國水源熱泵研究相對一些發達國家起步較晚, 目前仍處在發展階段。但該技術的很多優勢都已有了顯現,并得到很多專家學者的論證。張勇認為水源熱泵地板輻射采暖較傳統采暖方式有如下優點: 1)節能效果顯著;2)占地少、安全、環保;3)地板采暖相對于暖氣片和風機盤管更具有優點。張曉清分析溫泉水熱能用于南京總醫院湯山分院的效果,假定該建筑冬季空調時間為12月、1月和2月,則3個月總的熱負荷統計為219 278 kW·h。可見,溫泉水經過熱泵技術利用于空調,節能效果明顯。此外,楚廣明等人對水源熱泵機組、燃氣鍋爐和電鍋爐的初投資和運行費用做橫向比較。水源熱泵機組供熱系統比燃氣鍋爐供熱系統初投資增加了70萬元,但是運行費用每天節省約3 000元,1年多即可收回增加的投資,而電鍋爐供熱系統運行費用太高,建議盡量不要采用。Míguez Tabarés J L等認為:對水源熱泵的經濟效益分析,需綜合考慮熱泵系統的投資費用、 使用壽命等因素。

綜上所述,水源熱泵無論在技術上還是經濟上都是可行的。洗浴后的溫泉水相對直接利用的地熱水在成分上會復雜一些;同時,不同地區的溫泉水在成分上會存在一些差異。孫藝偉認為,就地熱資源的開發利用與內在機理等方面開展更深層次和更大領域的研究。需要盡快加強以下幾個方面的工作: 1)提高地熱資源在國內的應用程度和分布認識,強化對地熱資源的來源、儲藏、循環以及再生機理方面的研究;2)探索地熱開采的勘探、規劃、利用與監督管理等方面配套機制。

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和微量元素。經過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生變化,因屬于可再利用水的范疇。 而且溫泉洗浴水出水量穩定,用其替代飲用水澆灌植物,即拓寬了溫泉廢水的利用范圍,又節約了成本。我國現行的對灌溉水的標準一般采用GB/T 18920—2002《城市污水再生利用城市雜用水水質》。其中包括pH值、五日生化需氧量(BOD5)、濁度(NTU)、 溶解氧等13個指標。根據重慶南溫泉洗浴水測得的指標,孔維平認為符合污水綜合排放要求。現根據徐茂其等人的化學水質指數評價法,參照GB/T 18920— 2002標準,對南溫泉洗浴廢水中的主要化學指標進行評價。王齊等認為中水灌溉綠地的5個主要控制指標為: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。標準中關于中水用于城市綠化涉及的鹽度有氨氮,故在該評價中選擇了亞硝酸鹽、NH+4、NO - 3的含量。結合南溫泉洗浴水的特殊性,增加色度作為其中評價的對象。綜合指數的計算方法如式(1)所示。各指標實驗值及國標見表2

經計算得南溫泉洗浴水綜合指數為6.162,在 3~7,屬于輕度污染。本文對照標準是以生活飲用水標準進行的,對于灌溉用水,可以適當放寬。

根據國外的《灌溉水質量標準分類》,指標主要包括鹽濃度、可滲透性、具體離子毒性及其他方面的指標。國內外標準對灌溉水的指標上存在一些差異。而國內現行的規范標準中還沒有溫泉廢水用于植物灌溉的標準指標。所以,在溫泉廢水符合國內相近的植物灌溉水指標的同時,有必要參考國外的相關指標。Andrew Ako Ako等認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。現根據重慶市南溫泉洗浴用水的測量數據,計算RSC、SAR的值。

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

上述溫泉洗浴水的指標是有限的,而溫泉廢水在成分上相對一般灌溉水成分要復雜。目前應運而生的處理技術有人工濕地系統。我國學者路學軍、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、景觀補水,還能提供再生水,保證景觀用水的水質、水量,減少了占地、基建、設備、維護等多項投資,實現真正的生態型廢水處理。

2.3溫泉廢水養殖

溫泉水用于水產養殖在國內外均有先例。日本利用溫泉水養殖甲魚縮短飼養周期。我國學者在幾年前對溫泉水養殖方面就有過論述。高舉認為人工加溫可以提高甲魚的高效飼養。其中,使用溫泉水就是人工加溫的方式之一。方國波等認為,稚鱉喜溫厭冷,在寒冷季節生長停滯,越冬養殖難度甚大, 而通過溫泉水養殖便較好地解決了上述問題。王毅在北方冬季利用溫泉水養殖羅非魚苗種,為了保持養殖水溫在25℃以上,根據養殖水溫情況酌量加注不同溫度的溫泉水來調節。黃銀生等人認為:內陸地區冬季溫度偏低,不利于羅非魚生長。 隨著技術的發展,現可以利用溫泉水進行羅非魚養殖,并產生良好的經濟效益。宋宗巖等認為, 利用溫泉水可以高密度養殖史氏鰓。試驗中,水阻調控最佳適應溫度22~24℃。

溫泉水經過洗浴后,溫泉水中的某些無機鹽離子含量、BOD、COD及大腸菌群等顯著增加。如果把洗浴水用于水產養殖,一方面,水中有機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, 可以提供養殖中魚類需要的溫度;另一方面,過量的 BOD、COD、細菌及無機鹽離子會造成魚類致命傷害。

王建明通過實驗證明:紫外消毒器對養殖污水照射77 s后,能殺滅97.9%的細菌和100%的弧菌,殺菌效果顯著。向燕等認為:在養殖水環境中加微生態制劑會調節養殖水生態系統中環境因子,其中的環境因子包括COD、有機物、氨氮、亞硝氮、PO3 - 4-P 等;影響養殖水生態系統中生物群落。

綜上考慮:溫泉養殖中,魚類普遍對水質的要求較高。所以在實際養殖過程中需要根據具體情況,控制好養殖中的各個參數,使之符合相關的衛生學標準。

3結論與展望

本文針對溫泉水的利用現狀,分析了溫泉洗浴水在植物灌溉、水源熱泵、水產養殖三方面的應用及其前景。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題,還與環境保護、可持續發展的時代主題相契合。溫泉廢水經過濕地系統處理后,達到《城市污水再生利用景觀環境用水水質》標準,可用于濕地周圍的景觀用水。此外,還可利用溫泉水余熱進行溫差發電。該項發電技術具有無運動部件、體積小、重量輕、移動方便和可靠性高等特點,是綠色環保的發電方式。還可用于溫泉廢水回灌,既能避免地熱棄水造成的環境污染問題,又可以將熱儲固體的熱再汲出,延長熱田壽命。總之,溫泉廢水的綜合利用拓寬了溫泉資源的利用渠道,符合國家可持續發展的戰略要求。