在 “双碳” 目标的大背景下，城镇能源结构的优化与节能减排工作愈发受到重视。污水处理厂作为城镇不可或缺的环保设施，在承担污水净化重任的同时，也因其能耗高、碳排放量大而成为能源转型的关注焦点。值得注意的是，污水处理厂排放的污水中蕴含着丰富的热能，尤其是在冬季，污水排放温度通常维持在 10-12℃，虽远低于供暖所需温度，但高于环境温度，是一种极具潜力的城镇供暖余热源。而污水源热泵技术的出现，为回收利用这部分余热提供了有效途径，采用该技术能够大幅度降低供热能耗和成本。根据不同的现场情况选择适宜的技术路线，可进一步提升节能降碳效果，对于达成城镇集中供热降碳目标意义重大。
污水源热泵在污水处理厂余热利用中，主要有两种技术应用形式，分别是压缩式热泵直供系统和压缩式热泵间供系统，它们在工作原理、适用场景等方面各有特点。
压缩式热泵是常见的余热利用设备，当应用于污水处理厂时，通常也被称为水源热泵，其一般以电力为驱动能源。电力驱动具有两大显著优势：一方面，能源品位高使得热泵 COP（能效比）较高。压缩式热泵凭借高品位电能驱动，其 COP 普遍高于吸收式热泵，在供应相同热量的情况下，消耗的电量更少，余热占比更高；另一方面，电力覆盖范围广，让热泵应用更为方便。城市供电系统已实现全面覆盖，取电便捷，热泵可在污水厂附近灵活布置，不受取电位置的限制。 压缩式热泵直供系统的运行模式是，通过电力驱动压缩式热泵回收污水中的余热，将产生的热水直接输送到附近的用户末端，如污水厂的办公楼、周边小区等。该系统的突出优势在于供热温度相对较低，从而使得 COP 更高。压缩式热泵的 COP 受余热温度和供热温度两个因素影响，在余热温度相同的情况下，供热温度越低，COP 越高。在污水厂余热利用系统中，直供系统的热网水温度一般为 40-50℃，此时热泵 COP 约在 4 以上，即消耗 1 份电能，可对外供出 4 份热量，其中 3 份来自余热，节能效果十分明显。然而，压缩式热泵直供系统的缺点也较为突出。该系统仅适合为附近建筑供暖，无法实现远距离输送，这就导致压缩式热泵的供热量受到严重限制，无法充分利用污水厂的余热。以日处理量 6 万吨的污水处理厂为例，当余热温度由 12℃降低到 4℃时，可释放的热量为 23.26MW，按照 COP=4 计算，如果能全部回收，可产热 31MW，至少能满足 60 万平方米建筑的供暖需求。但如此大的供热面积，直供系统难以覆盖，只能进行就近供热，根据实际需求回收余热，造成大量余热被浪费。 压缩式热泵间供系统能够实现污水厂余热的全部利用，整体节能降碳效果较好。该系统与城市集中供热系统相互配合，将热网回水引入压缩式热泵进行基础加热后，再送入供热热源（如燃气锅炉房等）进一步加热，高温供水通过一次热网输送到各个换热站，为二次网加热。
由于间供系统经过换热站换热，热网回水温度高于直供系统，这导致热泵 COP 相对较低。一般来说，集中供热系统的回水温度在 50℃左右，在热水由 50℃升至 60℃、污水温度由 12℃降至 4℃的工况下，热泵 COP 在 3-3.5 之间，低于直供系统的热泵 COP，意味着热泵回收单位余热的电耗有所增加。尽管间供系统热泵的 COP 略低，但其优点也不容忽视。该系统与城市集中供热管网相连，热负荷较大，能够完全回收污水厂的余热。从整体来看，间供系统回收的余热量远大于直供系统，使得供热热源（如燃气锅炉房）的能源消耗量大幅度降低。虽然热泵本身消耗的电量略有增加，但供热系统整体的能源消耗量、运行费用及碳排放量都会显著降低。 压缩式热泵直供系统和间供系统在性能和适用场景上存在明显差异，通过对比分析，可为不同现场情况选择合适的技术路线提供参考。在节能效率方面，直供系统凭借较低的供热温度，COP 更高，单位热量输出的电耗更低，在近距离供热时节能优势明显。而间供系统虽然 COP 相对较低，但由于能够回收全部余热，从系统整体来看，能源消耗和碳排放的降低幅度更大。在适用范围上，直供系统适合污水厂周边 5 公里范围内的小型区域供热，如污水厂自身建筑、邻近小区等，其建设成本相对较低，无需与城市集中供热管网对接。间供系统则适用于需要大规模供热的区域，能够与城市集中供热系统协同工作，充分发挥污水余热的作用，尤其适合对供热面积需求较大、且已接入集中供热管网的地区。在经济性方面，直供系统初期投资较少，无需考虑与集中供热管网的衔接成本，但由于余热利用率低，长期运行的能源浪费成本较高。间供系统虽然可能需要对与集中供热管网的衔接部分进行一定投入，但因能充分利用余热，长期运行的能源消耗和费用会大幅降低，从长远来看更具经济性。 大力推广污水源热泵在污水处理厂余热利用中的应用，对于实现城镇集中供热降碳目标具有重要意义。它不仅能够提高能源利用效率，降低对传统化石能源的依赖，还能减少碳排放，推动城镇能源结构向绿色低碳转型。 为更好地推广该技术，首先，应加强对不同技术路线的宣传和推广，让更多的污水处理厂和供热企业了解直供系统和间供系统的特点及适用场景，根据实际情况选择合适的方案。其次，政府可出台相关的扶持政策，如对采用污水源热泵技术的项目给予财政补贴、税收优惠等，降低企业的初期投资压力，提高企业的积极性。此外，还应加强技术研发，进一步提升污水源热泵的 COP 和运行稳定性，降低运行成本，推动该技术的不断优化和完善。结论：污水源热泵技术为污水处理厂余热的回收利用提供了有效手段，其中压缩式热泵直供系统和间供系统各有优劣。在实际应用中，应根据现场的供热范围、与集中供热管网的衔接情况等因素，选择合适的技术路线，以达到最佳的节能降碳效果。通过大力推广污水源热泵技术在污水处理厂的应用，能够充分挖掘污水中的热能潜力，为城镇集中供热降碳目标的实现贡献重要力量。