О тепловом ресурсе сточных вод и его использовании

Деятельность человека сопряжена с постоянным использованием горячей воды в бытовых и санитарно-гигиенических целях. Затрачивая тепловую энергию на нагрев воды в системах горячего водоснабжения, мы, затем сбрасываем её со сточными водами в канализационные системы, теряя безвозвратно и, к тому же, вызывая тепловое загрязнение окружающей среды.. Таким образом, везде, где обитает и осуществляет хозяйственную деятельность человек, существует постоянный значительный источник низкопотенциальной теплоты в виде тёплых канализационных сточных вод.

Энергетический потенциал сточных вод по регионам России по данным 2001 г. приведен в таблице 1 и на диаграмме рис. 1.

Технический тепловой потенциал сточных вод характеризуется технологической готовностью отечественной инженерной техники к реализации и внедрению проектов теплоснабжения с использованием теплоты сточных вод.

Существуют отечественные и зарубежные примеры успешной реализации технологии утилизации сточных вод для целей теплоснабжения.

В России в 2000 г. в г. Перми на канализационно-насосной станции РНС-3 «Гайва» институтом МНИИЭКО ТЭК совместно с МП «Пермводоканал» была разработана и внедрена технология утилизации низкопотенциального тепла неочищенных сточных вод, с применением теплового насоса для нужд теплоснабжения собственно насосной станции (см. рис. 2). В течение 6 лет эта технология обеспечивала теплоснабжение здания РНС.

2004 г. в г. Зеленограде (район Москвы) на районной тепловой станции (РТС) № 3 вступила в строй автоматизированная теплонасосная установка (АТНУ) тепловой мощностью 2000 кВт, утилизирующая теплоту неочищенных сточных вод расположенной поблизости КНС и предназначенная для подогрева исходной воды перед котлами РТС для последующей подачи в открытую систему горячего водоснабжения прилегающего микрорайона (см. рис. 3 и 4). Установка успешно работает в течение 5 лет.

Дальнейшее расширение области внедрение этой энергоэффективной и энергосберегающей технологии необходимо рассматривать в комплексе с технологией канализации сточных вод.

Путь хозяйственно-бытовых и технологических сточных вод в условиях городов состоит из нескольких этапов. Образуясь в зданиях и сооружениях, они собираются в общий выпуск и поступают в самотёчную городскую канализацию. Система подземных самотёчных каналов подаёт сточные воды в канализационно-насосные станции, откуда они напорными трубопроводами подаются на очистные сооружения. После этого уже очищенные сточные воды сбрасываются в естественные водоёмы или на рельеф. По мере движения поток сточных вод увеличивается, достигая максимума на очистных сооружениях. Так, в Москве на десятки тысяч зданий существует около 140 канализационно-насосных станций и всего два крупных блока очистных сооружений (Курьяновские и Люберецкие).

Утилизация теплоты сточных вод может быть реализована на любом этапе, но тепловой ресурс зависит от температуры и расхода сточных вод, соответственно мощность утилизационных установок будет различная.

С другой стороны, мощность этих установок зависит от спроса на тепловую энергию. Так, на очистных сооружениях, где имеется самый большой тепловой потенциал, спрос ограничивается потребностью в тепловой энергии самих очистных сооружений, поскольку они удалены от прочих потребителей, а транспортировка тепловой энергии связана со строительством дорогостоящих теплофикационных сетей. Более привлекательными объектами являются канализационно-насосные станции, расположенные, как правило, в пределах городской застройки. При канализационно-насосных станциях возможно строительство тепловых пунктов горячего водоснабжения прилегающих микрорайонов за счёт утилизации теплоты сточных вод. Одновременно эти пункты могут обеспечить хладоснабжение систем кондиционирования воздуха. На сегодня препятствием является различная ведомственная принадлежность систем канализации и теплоснабжения, отсутствие единого хозяйственного механизма и способа расчёта экономической выгоды от внедрения этой технологии. Этой проблемы нет, если утилизацию теплоты сточных вод выполнять непосредственно у зданий и сооружений, экономический эффект оценивается непосредственно в снижении эксплуатационных затрат на обслуживание здания. Естественно, тепловая мощность утилизации в разных случаях будет существенно отличаться (см. таблицу ниже).

Особняком рассматривается утилизация сточных вод автономных малых зданий и сооружений: сельских домов, коттеджей, придорожных кафе и т. п. В этом случае целесообразно рассматривать утилизаторы теплоты сточных вод совместно с автономными очистными сооружениями. Тепловая мощность таких систем, по-видимому, не превысит 10–15 кВт.

На сегодняшний день наибольший интерес представляют следующие области применения технологии утилизации сточных вод:

• внутриквартирные теплоутилизаторы для многоэтажных и индивидуальных домов тепловой мощностью от 1 до 3 кВт;
• придомовые теплоутилизаторы для многоэтажных домов тепловой мощностью от 100 до 300 кВт;
• теплоутилизаторы на канализационно-насосных станциях для городских и поселковых микрорайонов тепловой мощностью от 400 до 6000 кВт в зависимости от размеров станций и микрорайонов;
• теплоутилизаторы, совмещённые с местными очистными сооружениями, для индивидуальных домов и коттеджей тепловой мощностью от 10 до 15 кВт;
• теплоутилизаторы для учреждений водоканала — все объекты технологической цепочки канализации сточных вод; тепловая мощность — в зависимости от тепловой нагрузки потребителя.

Ориентировочные параметры систем утилизации приведены в таблице 2.

Утилизация теплоты сточных вод решает целый комплекс задач — энергосбережение, защита окружающей среды, повышение комфортности жилья, cнижение эксплуатационных затрат. Поэтому эта технология должна стать объектом пристального внимания со стороны специалистов, предпринимателей и администраций различного уровня.

Подзаголовок в публикациях:  Васильев Г.П., д.т.н.,; Закиров Д.Г., д.т.н.; Абуев И.М., инженер; Горнов В.Ф., инженер