CC BY
11Научная статья /Original article
УДК 621
https://doi.org/10.34130/2306-6229-2022-3-72
Использование тепла канализационных стоков как фактор заботы об окружающей среде
Матьякубов Амирхан Аллабергенович1, Оразбердиева Мяхрибан Реджепмырадовна2, Мамедова Тавус Тойлыевна3, Гурбанова Гулялек Аннаоразовна4, Атаджанов Бегенч Оразмырадович5
1,2,3,4,5 Государственный энергетический институт Туркменистана, Мары, Туркменистан, 745400, ул.Байрамхана 62. [email protected]
Аннотация. В статье излагаются результаты научной работы по изучению потенциала использования тепла канализационных стоков, проводимой Государственным энергетическим институтом Туркменистана, согласно мероприятиям, предусмотренным в Государственной программе по энергосбережению на 2018-2024 годы. В результате экспериментов было выяснено, что температура воды стоков колеблется в пределах от 31 "С до 37 "С, а температура батареи от 24 "С до 28 "С, что не позволяет использовать их в качестве источника тепла в системе теплоснабжения. В рамках проводимой научной работы показано с помощью схемы по использованию тепла стоков, что отобранную тепловую энергию можно использовать в качестве дополнительного источника для стиральной машины, которая для нагрева воды потребляет электрическую энергию.
Ключевые слова: Государственная программа по энергосбережению в Туркменистане, тепло канализационных стоков, масса стоков, температура стоков, энергетический потенциал использования тепла канализационной воды
Для цитирования: Матьякубов А. А., Оразбердиева М. Р., Мамедова Т. Т., Гурбанова Г. А., Атаджанов Б. О. Использование тепла канализационных стоков как фактор заботы об окружающей среде // Вестник Сыктывкарского государственного университета. Серия 2: Биология. Геология. Химия. Экология. 2022. № 3 (23). С. 72-77. https://doi.org/10.34130/2306-6229-2022-3-72
The use of heat from sewage as a caring factor for the environment
Amirhan A. Matyakubov1, Mahriban R. Orazberdiyeva2, Tavus T. Mamedova3, Gulalek A. Gurbanova4, Begench O. Atajanov5
State Energy institute of Turkmenistan, Mary, Turkmenistan, [email protected]
Abstract: This scientific work presents the results of scientific work carried out in the second hostel of the State Energy Institute of Turkmenistan to study the potential for using heat from sewerage effluent in accordance with the measure provided for in the state energy saving program for 2018-2024. /Is a result of the experiments, it was found that the effluent temperature ranges from 31 °C to 37°C and the temperature of the battery from 24°C to 28°C, which in turn does not allow it to be used as a heat source in the heating System. As part of the ongoing scientific work with the help of the assembled scheme for the use of waste heat, the selected thermal energy can be used as an additional heat source for the water of the washing machine, which consumes electrical energy to heat the water.
Keywords-. State program for energy saving in Turkmenistan, waste heat, mass of drains, effluent temperature
For citation: Matyakubov A. A., Orazberdiyeva M. R., Mamedova Т. Т., Gurbanova G. A., Begench O. Atajanov В. O. The use of heat from sewage as a caring factor for the environment. Vestnik Syktyvkarskogo universiteta. Seriya 2. Biologiya, geologiya, himiya, ekologiya = Syktyvkar University Bulletin. Series 2. Biology, geology, chemistry, ecology, 2022. 3(23): 72-77. https://doi.org/10.34130/2306-6229-2022-3-72
Введение. В Туркменистане 21 февраля 2018 г. принята «Государственная программа по энергосбережению на 2018-2024 годы». Программой предусмотрены мероприятия, нацеленные на уменьшение потребления энергии с целью уменьшения вредных выбросов в окружающую среду [1]. В рамках данной программы запланировано мероприятие по подготовке и реализации проекта по использованию тепла канализационных систем в жилищных домах и административных зданиях (сроки выполнения 2020-2024 гг.).
Сточные воды, сбрасываемые в канализацию, несут значительное количество тепловой энергии. Вопрос об эффективном использовании тепла сточных вод заслуживает самого пристального внимания [2].
Методы исследования, теоретическая база. Количество тепловой энергии, используемой на нагрев воды для нужд горячего водоснабжения, составляет 20-25 % от общего потребления энергии в жилом многоквартирном доме. Большая часть нагрузки приходится на подогрев воды для принятия ванны или душа. Для гигиенических процедур человеку достаточно 1/10 части используемой в душе воды. Следовательно, около 90 % тёплой воды, подводимой к смесителю душа, сливается в канализацию неиспользованной [3].
Расчёт температуры сточных вод можно провести по формуле (1), в которую подставляются данные о массе и температуре потребляемой горячей и холодной воды:
1 =_с-£—к-ь_
СМ ' V J
т +т,
с п
где: 7 - температура холодной воды, равная 15 °С, - температура горячей воды равная 55 °С, ТПс - масса стоков холодной воды, кг; тк - масса стоков горячей воды, кг.
Для проведения расчётов взяты данные по расходу горячей и холодной воды в общежитии № 2 Государственного энергетического института Туркменистана, рассчитанного на 260 мест (табл. 1).
Таблица 1
Результаты расчётов температуры стоков и массы стоков для общежития №2
Показатель Расход горячей воды (ОЧ м3/час Расход холодной воды (О), м3/час Температура смеси (Ьсм), °С Масса смеси (Мсм), кг
В час наибольшего водопотребления 2.1 1.1 37.65 3169.9
Среднее за сутки водопотребления 15.6 13 32.094 28376
Произвести замеры потребления воды в общежитии не получается из-за отсутствия счётчиков, поэтому воспользуемся строительными нормами и правилами СНиП 2.04.0185* [4], где в приложении 3 указаны нормы расхода воды потребителями (табл. 2).
Итак, в общежитии, в котором проживает 260 студентов, в сутки в среднем потребляется 28 600 л воды, из них 15 600 л - горячая 32-37 °С.
В общежитии № 2 на каждом этаже имеется прачечная комната с двумя стиральными машинами и отдельная комната для сушки одежды. На расстоянии 3 м от окна сушильной комнаты, расположенной на 1-м этаже, проходят трубы центральной канализации.
Таблица 2
Нормы расхода воды
Норма расхода воды, л Расход воды по
В средним за сутки В сутки наибольшего водопо-требления В час наибольшего водопотреб-ления показаниям прибора, л/с [л/ч]
Объект Показатель Общая (в том числе горячей], чк-етг Горячей, Общая (в том числе горячей], Чи Горячей, ({Ь Общая (в том числе горячей], Чйнад Горячей Общий (холодной и горячей], ча Холодной или горячей, (цЬ 1 Ча.м-, ЩьЛ
Обще-
жития
с ду- на од-
шем ного 0.12-0.2 (100) 0.14 (60)
при всех проживающе- 110 60 120 70 12.5 8.2
жилых го
комна-
тах
Обще-
житие
№2 с
душем при всех на 260 студентов 28600 15600 31200 18200 3250 2132 156 (26000) 36.4 (15600)
жилых
комна-
тах
Для оценки потенциала использования тепла канализационных стоков была собрана установка (рис. 1). В канализации установлен теплообменник (1). Холодная вода (13) входит с меньшей температурой, а выходит с большей (14), равной температуре воды канализационных стоков. Далее через энергосберегающий насос поступает в батарею (5), где отдаёт своё тепло, которая установлена в сушильной комнате, а далее попадает в расширительный бак (7), который установлен непосредственно в прачечной комнате, где циркуляционная вода полностью охлаждается и снова по контуру возвращается в теплообменник (1) и процесс повторяется снова. Также в эту канализацию поступает сточная вода из канализационной трубы (2) общежития № 1.
Из распределительной водопроводной трубы (6) вода поступает в теплообменник (12), где вода из водопровода нагревается и далее через (10) поступает в стиральную машину (8). После процесса стирки стиральная машина сливает использованную воду в канализацию (3), но перед этим использованная горячая вода через теплообменник (11) отдаёт своё тепло воде расширительного бака, где вода теплообменника (12) нагревается и снова поступает с более высокой температурой в стиральную машину.
74
Результаты. В рамках этой работы проводили измерения температуры воды стоков, батареи отопления, воды в расширительном баке, в сушильных комнатах (рис. 2).
Наиболее высокие значения температуры канализационной воды отмечены до 8 часов утра и в 13.00, далее температура воды меняется в зависимости от интенсивности водопотребления и температуры окружающей среды. Стоит отметить тот факт, что температура воды немного отличается от расчётного значения, указанного в табл. 2.
77Т7777777Г
Рис. 1. Схема эксперимента:
1 - центральная канализационная система, 2 - канализационная труба от общежития № 1, 3 - выходная труба от стоков стиральной машины после теплообменника, 4- энергосберегающий насос, 5 - батарея, 6 - входная труба от центральной системы водообеспечения стиральной машины, 7 - расширительный бак (объем 100 л.], 8 - стиральная машина (мощность 1.7 кВт], 9 - выходная труба от стоков стиральной машины, 10 - входная труба с холодной водой для стиральной машины, 11 - теплообменник с горячей водой, 12 - теплообменник с холодной водой, 13 - циркуляционная холодная вода при входе в теплообменник, 13 - циркуляционная горячая вода при выходе из теплообменника.
aoo S: 00 IftCO 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 _7:00 18:00
-3
время, час
■ температура воды стакоз ■ температура батарзии температура ведь" в бане г температура сушильнсй иомнатъ
Рис. 2. Температура воды стоков, воды в баке, батареи отопления, воздуха в сушильной комнате в разное время суток
В итоге отбора тепловой энергии канализационной воды замедляется жизнедеятельность термофильных бактерий в ней, так как оптимальной температурой для них является 30-70 °С.
Заключение. По результатам проведённой работы можно сделать следующие выводы:
1. Температура воды стоков колеблется в пределах от 31 °С до 37 °С, что говорит о низком потенциале ее прямого использования в теплоснабжении помещений.
2. Приведенная в работе схема установки позволяет использовать воду с температурой в среднем 32 °С в тех отраслях промышленности, где используется тёплая вода, например в моечных цехах автосервиса.
3. В результате снижения температуры канализационных стоков замедляются процессы жизнедеятельности бактерий.
Список источников
1. Государственная программа по энергосбережению на 2018-2024 годы. Ашхабад, 2018. 33 с.
2. Бежан А. В. Оценка потенциала тепла сточных вод в многоквартирных жилых зданиях (на примере города Апатиты) //Труды Кольского научного центра РАН. 2013. Вып. 2(15). С. 33-40
3. Шонина Н. А. Утилизация тепла сточных вод // Сантехника. 2013. Вып. 1. С. 45-47.
4. СНиП 2.04.01 -85*. Внутренний водопровод и канализация зданий. М.: ФГУП ЦПП, 2006. 60 с.
References
1. Gosudarstvennaya programma ро energosberezheniyu na 2018-2024 gody [State program for energy saving for 2018-2024J. Ashkhabad, 2018. 33 p.
2. Bezhan A. V. Evaluation of wastewater heat potential in muiti-apartment residential buildings (on the example of the city of Apatity). Trudy Kol'skogo nauchnogo centra RAN = Proceedings of the Kola Scientific Center ofthe Russian Academy of Sciences. 2013. Iss. 2 (15). Pp. 33-40.
3. Shonina N. A. Utilization of effluent heat. Santekhnika = Sanitary engineering. 2013. Vyp. 1. S. 45-47.
4. SNiP 2.04.01 -85*. Vnutrennij vodoprovod i kanalizaciya zdanij [SNiP 2.04.01-85*. Internal plumbing and sewerage of buildings], Moscow: FGUP CPP, 2006. 60 p.
Информация об авторе / Information about the author
Матьякубов Амирхан Аллабергенович
Научный сотрудник НПЦ «Возобновляемые источники энергии» Государственного энергетического института Туркменистана
Оразбердиева Мяхрибан Реджепмырадовна
Научный сотрудник НПЦ «Возобновляемые источники энергии» Государственного энергетического института Туркменистана
Мамедова Тавус Тойлыевна
Старший преподаватель кафедры Химии и химической технологии Государственного энергетического института Туркменистана
Гурбанова Гулялек Аннаоразовна
Старший преподаватель кафедры Электроэнергетических систем Государственного энергетического института Туркменистана
Атаджанов Бегенч Оразмырадович
Amirhan A. Matyakubov
Researcher on Scientific -productional center on "Renewable energy sources" State Energy institute of Turkmenistan
Mahriban R. Orazberdiyeva
Researcher on Scientific -productional center on "Renewable energy sources" State Energy institute of Turkmenistan
Tavus T. Mamedova
Senior lecturer of the State energy institute of Turkmenistan
Gulalek A. Gurbanova
Senior lecturer of the State energy institute of Turkmenistan
Begench O. Atajanov
Преподаватель кафедры электроэнергетиче- Lecturer of the State energy institute of
ских систем Государственного энергетического Turkmenistan института Туркменистана
Статья поступила в редакцию / The article was submitted 25.01.2022
Одобрена после рецензирования / Approved after reviewing 03.03.2022
Принята к публикации / Accepted for publication 14.07.2022
