МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЭМИССИИ ЗАПАХОВ ОТ СИСТЕМ КАНАЛИЗАЦИИ В АТМОСФЕРУ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Н.И. Манешина, Е.А. Королёва, А.В. Михайлин. Функциональная организация пространственной среды на примере двухуровневой квартиры. — Системные технологии. — 2020. — № 36. — С. 61—54.

FUNCTIONAL ORGANIZATION OF THE SPATIAL ENVIRONMENT ON THE EXAMPLE OF A TWO-LEVEL APARTMENT

N.I. Maneshina*, E.A. Koroljova**, A.V. Mihajlin**

*State budgetary professional educational institution "Moscow College of architecture and urban planning" (MSAG»), Moscow

**Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow

Abstract. Key words:

Questions on the functional organization of the spatial environment for two-level two-level apartment, space-planapartments are considered. This type of housing is popular abroad, but in our coun- ning solution, design, operational try, interest in such space-planning solutions is beginning to increase. Two-level roof, functionality, zoning, stairs. apartments allow you to create a high-quality and comfortable living environment Date of receipt in edition: 24.10.20 with the correct organization of your internal space. Date o f acceptance for printing:

27.10.20

Various options for organizing space and placing various types of sanitary devices in the sanitary unit, as well as in the Laundry room, are considered. Interesting options for organizing space in the form of open terraces for used roofs in two-level apartments are proposed.

УДК 628.2

МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЭМИССИИ ЗАПАХОВ ОТ СИСТЕМ КАНАЛИЗАЦИИ В АТМОСФЕРУ

В.А. Орлов, В.А. Чухин, В.А. Нечитаева

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), г. Москва

Аннотация.

Проведен анализ зарубежных и российских литературных источников по определению условий и причин образования запаха и агрессивных газов в городских водоотводящих сетях, их фиксации и мониторингу. Определены наиболее эффективные технические и технологические решения по количественному определению запахов, предотвращению образования анаэробных условий в канализационных самотечных трубопроводах, пространстве зданий насосных станций и на очистных сооружениях, имеющих большие площади открытых технологи-

Ключевые слова:

запах, сероводород, аммиак, сточные воды, выбросы, трубопроводы, очистные сооружения, удаление запаха. История статьи: Дата поступления в редакцию: 19.09.20

Дата принятия к печати: 23.09.20

ческих процессов.

Представлены рекомендации и мероприятия по снижению или предотвращению эмиссии неприятных запахов в атмосферный воздух путем использования эффективной вентиляции, физико-химических (окисление загрязнений, адсорбция и абсорбция), строительных (реконструкция) и эксплуатационных (регулярная чистка и дезинфекция) методов.

Введение.

Процесс очистки городских сточных вод сопряжен с образованием «отходов», к числу которых, в первую очередь, можно отнести осадки и вредные газообразные выбросы, имеющие зловонный характер [1, 2]. Источником дурнопахнущих запахов могут являться практически все элементы системы канализации: очистные сооружения, насосные станции, водоотводящие сети и сооружения на них (колодцы) [3-5]. Несмотря на то, что в настоящее время в России отсутствует система нормирования запахов в целом в атмосферном воздухе, жалобы населения, а также предписания органов исполнительной власти не позволяют оставлять без внимания проблему борьбы с запахами ни специалистам, эксплуатирующим системы водоотведения, ни научной общественности. Запахи от объектов канализации зачастую вызывают недовольство граждан, становятся поводом для их обращения в надзорные органы, а в случае превышения предельно допустимой концентрации создают реальную угрозу здоровью человека [6]. Методы борьбы с запахами классифицированы по двум принципиальным направлениям: блокирование образования дурнопахнущих веществ в жидкой фазе; снижение распространения выбросов дурнопахнущих веществ в газовой фазе.

Дурнопахнущие запахи в системах канализации образуются в результате анаэробного биологического разложения органических веществ (белков, углеводов), присутствия в сточных водах микроорганизмов-сульфатредукторов, получающих энергию за счет окисления органических веществ [4]. В работе [5] отмечается, что пахучие соединения, выделяемые из сооружений отведения и очистки городских сточных вод, классифицированы по четырем основным группам: серные восстановленные соединения (сероводород H2S, меркаптаны CH3SH, органические сернистые соединения CH3-S-CH3, СН3^^-СН3); азотные соединения; летучие жирные кислоты; альдегиды и кетоны. При этом газы, объединенные в первые две группы, являются причиной наиболее сильных и неприятных запахов. Согласно работе [5] в Европе применяют следующие способы определения содержания дурнопахнущих веществ (серных и азотных) в воздухе:

1) химический анализ на содержание: серных восстановленных соединений, которые определяется методом хроматографии непосредственно на месте их распространения; а также азотных соединений, которые определяются методом их адсорбции на твердой или жидкой среде с последующей десорбцией и хроматографией;

2) органолептический анализ, основывающийся на восприятии запаха обонянием человека. Для реализации данного анализа используются специальные приборы — ольфактометры (рисунок 1) [6].

03

г

м О

-I

м

Э СО

ш 5

_ га

л м

а ^

<и >;

* £

го 5 т 56

ГО (Ц

ЕЁ

Т 5

и и

= о

^ 8

I *

3 га X м

> 5 У 5 . и

< £ со 2

, т О 5

5 а

Я? < ш

" а ш с

Рис. 1 Полевой (а) и лабораторный ольфактометр (б)

Метод ольфактометрии применяется преимущественно как самостоятельный. Он подразумевает определение концентрации запаха не только непосредственно на источнике (полевая ольфактометрия), но и посредством отбора проб воздуха в специальные пакеты (мешки) и их последующего анализа в лаборатории [7].

На сегодняшний день отечественной и зарубежной практикой накоплен значительный опыт предотвращения эмиссии дурнопахнущих запахов от объектов канализации в окружающую среду. Методы борьбы с запахами в наиболее обобщенном виде можно классифицировать следующим образом:

1) блокирование (торможение) процессов образования дурнопахнущих веществ в жидкой фазе;

2) снижение распространения выбросов дурнопахнущих веществ в газовой фазе.

Торможение процессов образования дурнопахнущих веществ в жидкой фазе может быть обеспечено

эксплуатационными и (или) строительными мероприятиями.

К эксплуатационным мерам относят:

1) Промывку трубопроводов. Она способствует устранению налета и наносов (осадка) со стенок труб и, как результат, предотвращению образования дурнопахнущих запахов. Эффективная промывка трубопроводов может быть осуществлена водовоздушными, гидродинамическими, гидравлическими, импульсными, гидрохимическими или гидробародинами-ческими методами [2].

2) Дозирование реагентов. Процесс заключается в добавлении нитратов или оксида железа в поток сточных вод. Нитраты предотвращают образование анаэробных условий и, следовательно, пахучих соединений. Оксид железа, вступая в реакцию с сероводородом, образует малорастворимый сульфид железа, предотвращая выход сероводорода в окружающую среду [8].

3) Вентиляцию. Может использоваться принудительный или естественный обмен воздуха с соблюдением требований п. 6.9.1-6.9.5 [9].

4) Регулирование работы насосных станций. Процесс заключается в увеличении частоты включения насосов, в результате чего может быть сокращено время пребывания сточных вод в приемной камере.

К числу основных строительных мероприятий можно отнести:

1) Реконструкцию трубопроводов. На участках сети, характеризующихся скоростями движения сточных вод ниже рекомендуемых в п. 5.4.1 [9], следует рассматривать возможность увеличения уклонов трубопроводов. На участках сети, где наблюдаются повышенные значения наполнения труб (более 0,8), может быть рекомендована замена существующих труб на трубы большего диаметра и другого материала. Приведенные меры соответственно способствуют поддержанию скорости течения сточных вод, предотвращающей заиление, а также исключают бескислородный режим в трубопроводе. Особую актуальность в последние годы отводится технологиям бестраншейной реконструкции трубопроводных трасс, обеспечивающих оптимальные гидравлические режимы течения сточных вод [10 — 11].

2) Изменение конструкции перепадных колодцев. Согласно п. 6.4.1 [9] допускается выполнение в колодце перепадов до 0,5 м без организации трубного стояка. При этом, в целях предотвращения выхода дурнопахнущих запахов в атмосферу через перепадные колодцы следует учитывать режим движения сточных вод [12]. Так, для случая аэробного режима, поддерживаемого эффективной вентиляцией газовой среды в подсводном пространстве трубопровода (при наполнениях менее 0,7), устройство открытых перепадов предотвращает образование запахов за счет дополнительного насыщения сточных вод кислородом, и, как результат, исключает процессы загнивания органических соединений. В случае же анаэробного режима течения сточных вод в трубопроводе (при наполнении близком к 1,0), наличие перепадных колодцев с открытыми водосливами является причиной эмиссии неприятных запахов в атмосферу. Приведенные данные следует учитывать на стадии проектирования вновь строящихся или реконструируемых сетей канализации.

Удаление дурнопахнущих веществ из газовой фазы, так же как и из жидкой, может быть достигнуто эксплуатационными мероприятиями. Одним из перспективных способов является использование дезодорирующих составов (аэрозолей), распыляемых в зоне постоянного образования запахов (иловые площадки, сооружения механической обработки осадка, насосные станции).

Строительные мероприятия по удалению дурнопахнущих веществ из газовой фазы состоят в усовершенствовании конструкции сооружений по отведению и очистке сточных вод:

- перекрытие открытых поверхностей сточных вод на территории очистных сооружений (подводящие каналы, приемные камеры, отстойники);

- оснащение смотровых колодцев, из которых фиксируется выход неприятных запахов, фильтрами. Функция фильтра (встроенного под люк колодца или устанавливаемого над его горловиной вне усовершенствованных покрытий) состоит в биологической или сорбцион-ной очистке газовой фазы от дурнопахнущих веществ. В источниках [3, 13] описывается положительный опыт эксплуатации подобных сооружений.

Обработка дурнопахнущих веществ газовой фазы может быть осуществлена:

1) Термическими методами. Они заключаются в высокотемпературном сжигании сероводорода в топочной части реактора-генератора при подаче стехиометрического количества воздуха (метод Клауса) [14]. Метод реализуется при температуре 1100-1300°С по следующей химической реакции:

2Н2S+O2=S2+2H2O

2) Биологическими методами. Они основываются на сорбции дурнопахнущих веществ в органической или неорганической средах с заселенными в ней микроорганизмами (грибы, бактерии) [1]. Осуществляется данный метод очистки газов в биофильтрах или биоскрубберах. Недостатками таких сооружений являются необходимость их размещения в условиях положительных температур окружающего воздуха, невысокий допустимый лимит исходной концентрации сероводорода, подлежащего выведению из смеси очищаемого газового потока.

3) Физико-химическими методами. Методы реализуются посредством абсорбционных или адсорбционных процессов [14]. Находят применение следующие методы абсорбции:

- химическая абсорбция (заключается в химическом взаимодействии сероводорода с активной частью абсорбента, в качестве которого используются алканоламины, растворы щелочи, растворы солей щелочных металлов и растворы гидроксида железа). Химическая абсорбция позволяет достичь высокой степени очистки газа от сероводорода H2S;

- физическая абсорбция (основана на растворимости различных компонентов газа в абсорбенте; помимо сероводорода способ позволяет извлекать меркаптаны). Регенерация физических абсорбентов экономически менее затратна в сравнении с регенерацией химических абсорбентов;

03

г

м О

-I

м

Э СО

ш 5

_ га

л м

а ^

<и

го и

<и _

ГО ш ± н

го

I

го ¡е

т

(и

* 5 ^ 8

3 ГО X М

> 5 У 5 . и

< £ а 2

, т Ш

О

с;

а

О «

ей

к

I

Ш *

(и а с

- физико-химическая абсорбция (сочетание химических и физических абсорбентов).

Адсорбционные методы очистки газа основаны на выделении компонентов газа твердыми поглотителями (адсорбентами). На практике используют следующие методы адсорбции:

- химическая адсорбция (выделяемые компоненты газа вступают в химическое взаимодействие с адсорбентом). Известен положительный опыт применения холодного метанола, поли- и этиленкарбона-та для извлечения С02 и И28 [15]. Однако, способ не находит широкого применения в результате сложности регенерации адсорбента;

- физическая адсорбция (выделяемые компоненты газа удерживаются адсорбентом физическими силами взаимодействия, в основном, силами Ван-дер-Ваальса); технология отличается легкостью регенерации адсорбента, а также высокими показателями очистки газа от сероводорода и углекислого газа. В качестве адсорбентов наиболее часто используются активированные угли и синтетические цеолиты. Десорбция (регенерация адсорбента) осуществляется нагреванием, вакуумированием или продувкой инертным газом. При этом любой из приведенных методов регенерации требует значительных энергозатрат [16].

Главным преимуществом адсорбционных методов очистки перед абсорбционными является более высокая поглотительная способность адсорбентов.

4) Каталитическими методами. Они заключаются в тонкой очистке газов от соединений серы с применением различных катализаторов (кобальтмолибденовых, никельмолибденовых, дисульфид-молибденовых и т. д.). Широкое распространение метода сдерживается сложностями процесса регенерации катализаторов, а также необходимостью предварительной очистки газа от механических примесей, в значительной степени снижающих активность катализаторов [17].

5) Мембранными методами. Они основываются на удалении кислых компонентов газа (метана, углекислого газа, сероводорода) с помощью мембранных материалов, таких как силиконовый каучук, ацетат (триацетат) целлюлозы. Мембраны, используемые для очистки газа, производятся в виде плоских листов или полых волокон, соответственно, модификации модулей могут быть представлены рулонными или половолоконными модулями. На сегодняшний день применение мембран в вопросах очистки газов составляет около 5 % от общемировой производительности установок газоочистки [18]. С экономической точки зрения применение мембран наиболее обосновано при умеренных объемах очищаемого газа.

6) Электро-физическими методами. Методы состоят в процессе ионизации молекул газа электрическими разрядами, в результате воздействия которых они расщепляются на положительно заряженные ионы и электроны, способные перемещаться по направлению силовых линий [19].

Среди всех жалоб населения, связанных с недовольством экологией, жалобы на неприятные запахи составляют около 50 %. Проблема борьбы с неприятными запахами является актуальной как в вопросах транспортирования, так и очистки городских сточных вод. Полное устранение проблемы с запахами возможно при принятии комплексных мер, позволяющих ликвидировать (минимизировать) эмиссию пахнущих веществ в окружающую среду. При этом необходимо руководствоваться тем, что запах должен быть блокированным в жидкой фазе или снижен до предельно допустимых концентраций в газовой фазе. Целесообразность применения каждого отдельно взятого метода из предложенных выше определяется особенностями системы водоотведения и очистки сточных вод в целом. Как правило, одним методом невозможно достичь желаемого результата.

Выводы.

1. Основой запаха в сточной воде является наличие органических веществ, количественно определяемых значениями биохимической (БПК) и химической (ХПК) потребностями в кислороде. При разложении эти вещества частично превращаются в летучие соединения, обладающие сильным и неприятным запахом.

2. Появление неприятных запахов в атмосферном воздухе городов часто связано с наличием неконтролируемых отложений в канализационных трубах, колодцах, коллекторах и в приемных резервуарах насосных станций, т.е. в сооружениях транспортирующих сточные воды на очистные станции.

3. Теоретическая значимость представленных материалов состоит в систематизации общемирового опыта борьбы с неприятными запахами, что позволяет выделить наиболее оптимальные методы ликвидации вредных газообразных веществ.

4. Практическая значимость работы состоит в возможности использования представленных материалов по методам удаления дурнопахнущих веществ специалистами коммунального хозяйства путем организации своевременных операций по диагностике и прочистке трубопроводов. Полученные материалы полезны проектировщиками водоотводящих канализационных систем, которые могут руководствоваться путями обеспечения оптимальных гидравлических показателей труб, исключающих или эффективно снижающих негативные последствия от наличия вредных газообразных веществ.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Kim H., Murthy S., McConnell L., Peot C., Ramirez R., Strawn M. Characterization of wastewater and solids odors using solid phase microextraction at a large wastewater treatment plant // Water Sci. Technol. 2002. 46 pp. 9-16

2. Odours in Wastewater Treatment. Measurement. Modelling and Control Edited by Richard Stuetz, School of Water Sciences, Cranfield University (UK) and Franz-Bernd Frechen, Department of Sanitary and Environmental Engineering, University of Kassel (Germany). 2000. p. 452

3. Gostelow P., Parsons S.A. Sewage treatment works odour measurements //Water Sci. Technol. 2000. 41 pp. 33-40

4. Johnsen J.O., Wathes C.M. Concentrations and Emissions of Ammonia in Livestock Buildings in Northern Europe // J. Agric. Eng. Res. 2012. 70. pp. 79-95

5. Michael D. 5. Michael D. Municipal gravity sewers: An unrecognised source of nitrous oxide, // Science of the Total Environment. 2014. № 468-469. pp. 211-218

6. Kamil Pochwat, Malgorzata Kida, Sabina Ziembowicz and Piotr Koszelnik Odours in Sewerage — A Description of Emissions and of Technical Abatement Measures // Environments. 2019. 6(8) pp. 89-92

7. Estrada J.M, Kraakman B., Muñoz R., Lebrero R. Comparative Analysis of Odour Treatment Technologies in Wastewater Treatment Plants // Environ. Sci. Technol. 2010. 45 pp. 1100-1106

8. Васильев В.М., Панкова Г.А., Столбихин Ю.В. Разрушение канализационных тоннелей и сооружений на них вследствие микробиологической коррозии // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. №9. c. 55 — 61

9. ГОСТ 32673-2014. Правила установления нормативов и контроля выбросов дурнопахнущих веществ в атмосферу.

10. Орлов В.А., Хренов К.Е., Орлов Е.В. Инженерно-технологическая реконструкция систем водоснабжения и водоотведения. -М.: Издательство АСВ. 2019. 279 с.

11. Орлов В.А., Хантаев И.С., Орлов Е.В. Бестраншейные технологии. — М.: Издательство АСВ, 2016. 224 с.

12. СП 30.13330.2016 Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*.

13. Васильев В.М., Малков А.В. Места образования агрессивных газов в канализационной сети // Водоснабжение и санитарная техника. 2017. №1. c. 66-74

14. Примин О.Г., Пупырев Е.И. Методы повышения экологической безопасности трубопроводов канализационных сетей // Экология и промышленность в России. 2013. № 3. с.13-17

15. Joyce J. Implementing Vapor Phase Odor Control on Large Diameter Interceptor Systems Biosolids and Odor and Corrosion, Conference & Expo (Germany). 2013. pp. 1-31

z

M

О

-I

M

D CD

<u s

_ re

л rn

a s

<U

S

re u

<u _ re (u

t H

s

re i re ¡e

s j

<U

* 5

^ g

i"

S ra

X m

> s

7 S

. и

< £

to z

CO

О

с;

a

О «

d

к s i

<u

£

<U

a с

16. Sorenson H. Odor Control for Large Diameter Deep Sewer Tunnels — The City of Columbus, Ohio. In Odors and VOC Emissions. Proceedings of the Water Environment Federations Specialty Conference. Cincinnati. 2000. pp. 112-147

17. Parker W.J. A Tracer Study of Headspace Ventilation in a Collector Sewer // Journal of the Air & Waste Management Association. 2011. 4. pp. 581-592

18. Standard ATV-DVWK-A 157:2000-11 Bauwerke der Kanalisation

19. Пахомов А.Н., Битиев А.В., Стрельцов С.А., Хамидов М.Г. МиниТЭС на биогазе: опыт МГУП «Мосводоканал» // Энергобезопасность и энергосбережение. 2009. № 3 (27). с. 22-24

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

В.А. Орлов, В.А. Чухин, В.А. Нечитаева. Меры предупреждения эмиссии запахов от систем канализации в атмосферу. — Системные технологии. — 2020. — № 36. — С. 64—70.

ANALYSIS OF EDUCATIONAL CONDITIONS AND EMISSION OF HARMFUL VOLATILE SUBSTANCES INTO THE ATMOSPHERE IN THE CITY SEWER SYSTEM

V.A. Orlov, V.A. Chukhin, V.A. Nechitaeva

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow

Abstract. Key words:

Provision has been made herein of the analysis of foreign and Russian literature odor, hydrogen sulfide, ammonia, sources, which determine the conditions and the causes of the odor and aggres- wastewater, emissions, pipelines, sive gas formation, registration and monitoring in urban sewer pipelines. The per- treatment facilities, odor removal formed work reveals the most effective technical and technological solutions for Date of receipt in edition: 19.09.20 quantifying the odors, prevention of the anaerobic condition formation in sewer Date o f acceptance for printing: gravity pipelines, the pumping station buildings and the treatment facilities with 23.09.20 large areas of open technological processes.

Provision has been made of recommendations and measures to reduce or prevent the emission of unpleasant odors into the atmosphere by using effective ventilation, physical and chemical (oxidation of contaminants, adsorption and absorption), construction (reconstruction) and operational (regular cleaning and disinfection) methods.