CC BY
72
Бардаханов, Р.А. Салимов, А.И. Корчагин, С.Н. Фадеев, А.В. Лаврухин. Опубл. 27.09.1996.
4. Пухаренко Ю.В. Реставрация и строительство: потенциал фиброармированных материалов и изделий // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4.
5. Синтез гидрофобизированных нанопорошков диоксида кремния / С.П. Бардаханов, А.П. Завьялов, В.Ц. Лыгденов [и
др.] // Вестник НГУ. Серия «Физика». 2013. Т. 8. Вып. 1. С. 92-98.
6. Степанова В.Ф., Бучкин А.В. Коррозионное поведение базальтового волокна в цементной матрице бетона // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2011. № 9. С. 22-26.
УДК 696/697(082)
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ КАМЕР И КОЛЛЕКТОРОВ
А Л <5
© К.И. Чижик1, К.В. Семенов2, Н.В. Белоокая3
1 2
' Московский государственный строительный университет, 129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, 26. 2Управление канализации АО «Мосводоканал», 105005, Россия, г. Москва, Плетешковский пер., 2. 3Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены способы для использования экологически оправданных вариантов защиты конструкций коллекторов с изменением состава газовой среды, что достигается аэрацией стоков и вентиляцией подсводового пространства. Предложено, чтобы конструкция коллектора и режим его эксплуатации исключали сочетание напорных и безнапорных участков, накопление осадка, способствующего выделению сероводорода. Ил. 1. Табл. 1. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: коллектор; напорный и безнапорный участок; сероводород; защита трубопровода; вентиляция.
MICROBIOLOGICAL CORROSION OF SEWAGE INFLUENT CHAMBERS AND COLLECTORS K.I. Chizhik, K.V. Semenov, N.V. Belookaya
Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russia Sewerage Department of "Mosvodokanal" JSC, Pleteshkovskiy per., Moscow, 105005, Russia. Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article introduces the methods for using environmentally feasible options to protect collector structures under the change in the gas media composition that is achieved by drain aeration and ventilation of the undervault space. It is proposed to accumulate the deposit that facilitates hydrogen sulfide release in order to exclude the combination of pressure and free flow sections from the collector structure and its operation mode. 1 figure. 1 table. 6 sources.
Key words: sewage collector; pressure and free flow section; hydrogen sulfide; pipeline protection; ventilation.
Водоочистные сооружения с канализационной сетью являются важным элементом системы жизнеобеспечения городов. Исследования и практика эксплуатации канализационных сетей показывают, что они подвержены быстрому и нередко непредсказуемому разрушению.
Потери конструкциями несущей способности при-
водят к аварийным ситуациям с тяжелыми последствиями, вплоть до человеческих жертв [1]. При этом образовавшиеся в грунте воронки часто перекрывают канализационный сток, сточные воды разливаются по поверхности, загрязняют окружающую среду, затрудняют движение транспорта (авария на Люблинской КНС, сентябрь 1998 г.).
1Чижик Константин Иванович, кандидат технических наук, профессор кафедры водоотведения и водной экологии, тел.: 89037273482, e-mail: [email protected]
Chizhik Konstantin, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Water Disposal and Ecology, tel.: 89037273482, e-mail: [email protected]
2Семенов Кирилл Валерьевич, инженер 2-й категории Управления канализации АО «Мосводоканал», тел.: 89037273482, e-mail: [email protected]
Semenov Kirill, 2nd category Engineer of the Sewerage Department of "Mosvodokanal" JSC, tel.: 89037273482, e-mail: [email protected]
3Белоокая Нина Витальевна, кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры городского хозяйства, тел.: 89148723364, e-mail: [email protected]
Belookaya Nina, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Municipal Economy, tel.: 89148723364, e-mail: [email protected]
Повреждения бетона отмечаются при действии на него водных растворов кислот или кислых газов, растворов солей и даже щелочей, некоторых органических соединений. Степень агрессивного воздействия зависит не только от состава агрессивной среды, но и от условий контакта, скорости движения и напора жидких сред, плотности прилегающего грунта при действии грунтовых вод, температуры среды, силовых нагрузок, напряженного состояния материала конструкций и других факторов.
Проблема коррозии и защиты железобетонных конструкций коллекторов сточных вод является одной из наиболее сложных. Считается общепризнанным, что разрушение происходит от воздействия серной кислоты, продуцируемой тионовыми бактериями, потребляющими сероводород (рис. 1).
Воздействие биологической коррозии на коллектор
Железобетон, являющийся основным материалом обделки подземных сооружений города, - комплексный материал, в конструкциях из которого стальная арматура воспринимает обычно растягивающие
напряжения, а бетон - сжимающие. В агрессивных условиях конструкция может быть долговечной, если бетон достаточно стойкий и длительно сохраняет способность защищать арматуру. Появление и развитие коррозии арматуры свидетельствует о потере бетоном защитной способности под влиянием внешних факторов, к которым относятся физические, физико-химические и химические процессы.
Бетон по своей природе является капиллярно-пористым материалом. Агрессивные жидкости не только воздействуют на поверхность бетона, но и проникают в него. Глубина проникновения агрессивных жидкостей в бетон варьируется от 1-2 до 20 мм. Коррозия бетона имеет место только в безнапорных коллекторах, в выступающей из воды части трубопровода или тоннеля. Максимальная интенсивность коррозии наблюдается в зоне, прилегающей к оси свода.
В сточной жидкости, находящейся в анаэробной среде в течение 2-х и более часов, начинаются процессы разложения. Естественное гниение и распад белков побуждает всю систему к выделению в среду сульфатов, которые снижают рН. Сульфаты восстанавливаются до сероводорода, который находится в растворенном состоянии до тех пор, пока не появляются условия для его высвобождения - перепадные колодцы, камеры дюкеров, повышение температуры и пр.
Скорость разрушения бетона по длине коллекторов неодинакова. С наибольшей скоростью разрушаются камеры и участки самотечных коллекторов, к которым подключены трубопроводы, работающие в напорном режиме, а также участки с турбулентным движением воды - камеры смешения и другие (таблица).
Протяженность участков влияния биокоррозии в зависимости от конструкции сети и соединений
Тип препятствия Протяженность участка потенциальной агрессии, м
вниз по течению | вверх по течению
Сопряжение тоннелей с формированием вихревых стечений
незначительных 0,0-7,5 0,6-1,2
умеренных 9,0-12,0 1,5-1,8
сильных 15,0-60,0 2,4-3,0
Колонные сопряжения в продольном профиле, %
5 6,0 0,6
20 7,5 1,2
40 15,0 1,8
60 60,0 3,0
Колонные сопряжения в плане под углом, град.
12 7,5 1,2
22,5 6,0 1,5
45 15,0 1,8
90 30,0 6,0
Кривые радиусом, м:
8,75 12,0 1,8
13,5 10,5 1,8
27 9,0 1,5
54 7,0 1,2
Вертикальные водосборы высотой, м
1Д 150Д 10Д
2Д 200Д 20Д
3Д 300Д 30Д
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ №11 (94) 2014
181
Сильная коррозия бетона наблюдается в местах подключения трубопроводов, несущих воды с повышенной температурой, а также стоки различных производств, содержащие повышенное количество органических веществ, особенно веществ белкового происхождения. В этих анаэробных условиях возникает рост бактерий на «сухой» части коллектора: так называемые тионовые бактерии, находящиеся на своде трубы, в процессе своей жизнедеятельности окисляют сероводород до серной кислоты, которая скатывается по стенкам трубы канализационного коллектора, взаимодействуя с составляющими бетона.
Несовершенство нормативной базы, недостатки проектирования, дефекты изготовления конструкций способствуют раннему повреждению конструкций.
В настоящее время в нашей стране эксплуатируются подземные коммунальные канализационные тоннели и трубопроводы протяженностью в сотни километров. Значительная часть из них выполнена из железобетона. Отмечается большое количество аварий на железобетонных коллекторах, трубопроводах и сооружениях, транспортирующих сточные воды, в том числе в Москве, Санкт-Петербурге, Краснодаре, Уфе, Набережных Челнах, Курске и многих других городах [2]. Отказы коллекторов нередко приводят к техногенным катастрофам и наносят значительный ущерб окружающей среде и населению [3]. Разрушения коллекторов из железобетона наблюдались в США, Франции, Японии, где разработаны специальные национальные программы по их ремонту [2].
Борьба с коррозией требует больших материальных затрат, которые делают микробиологическую коррозию железобетонных коллекторов одной из наиболее дорогостоящих проблем канализационной инфраструктуры во всем мире. Затраты, связанные с коррозионным разрушением канализационных трубопроводов, исчисляются миллиардами евро в год [4]. Например, во Фламандском регионе Бельгии на борьбу с биологической коррозией канализационных коллекторов требуется приблизительно 10% всех затрат на очистку сточных вод [5]. Восстановление повреждений коллекторов в Германии обходится примерно в 100 миллиардов евро в год [6].
Изучению показателей газовыделения в рамках надежности работы сетей водоотведения и оборудования на них за последние 70 лет в отечественной технической литературе по системам канализации было посвящено четыре «волны» исследований:
первая - конец 190-х гг. (Е.С. Обухов); вторая - конец 1960-х гг. (М.В. Молоков, Г.Г. Ши-горин, Н.Ф. Федоров);
третья - 1980-е гг. (Н.А. Абрамович и др.); четвертая - с 1990-х гг. по настоящее время (М.И. Алексеев, В.М. Васильев, Г.Я. Дрозд, Ф.В. Карамзин, Н.С. Серпокрылов и др.).
В зарубежной литературе также достаточно широко обсуждаются проблемы и практика транспортирования сточных вод в условиях биосульфатокоррозии. При этом и отечественные, и зарубежные исследователи считают, что одной из основных причин разрушения материалов сети и сооружений на ней является биологическое воздействие агрессивной среды.
Г.Я. Дроздом на основании анализа и обобщения данных эксплуатации сетей водоотведения 176 населенных пунктов (146 - в России, и 30 - в Украине) показано, что 67% общего числа повреждений бетонных и железобетонных труб, а также колодцев обусловлены коррозией: 23% - разрушение колодцев и вентиляционных шахт, 44% - разрушение сводовой части труб. В результате коррозии самотечные участки после напорных выходят из строя через 4-10 лет эксплуатации, вместо 25-50 лет по расчету.
Понижения концентрации сероводорода в газовой среде коллектора можно достичь путем дополнительной очистки стоков, насыщения их кислородом, озоном, обработкой хлором и другими реагентами, а также устройством вентиляции подсводового пространства и другими конструктивными мероприятиями.
Стоимость защитных работ составляет 1-3% от стоимости сооружения, тогда как расходы на ремонт-но-восстановительные работы превышают стоимость профилактических мероприятий в 4-5 раз. С целью увеличения сроков службы сооружений кроме традиционных мероприятий по повышению коррозионной стойкости бетона и железобетона следует считать целесообразной организацию постоянного мониторинга за состоянием сооружений.
Целесообразно шире использовать экологически оправданные варианты защиты конструкций коллекторов изменением состава газовой среды коллекторов, что достигается аэрацией стоков и вентиляцией под-сводового пространства. Важно, чтобы конструкция коллектора и режим его эксплуатации исключал сочетание напорных и безнапорных участков, накопление осадка, способствующего выделению сероводорода.
Статья поступила 30.10.2014 г.
1. Трагедия в центре Брянска: ребенка унесло в коллектор, мама чудом осталась жива [Электронный ресурс]. URL: www.vesti.ru/dac.html?id=679636 (25.04.2014).
2. Об антикоррозионной защите канализационных коллекторов: письмо Госстроя России от 09.08.1993 г. № ВА-235-13.
3. Розенталь Н.К. Коррозия и защита бетонных и железобетонных конструкций сооружений очистки сточных вод // Бетон и железобетон. Оборудование, материалы, технология. 2011. № 1. С. 96-103.
4. Effect of mixture design parameters and wetting-drying cycles on resistance of concrete to sulfuric acid attack / Hewed E.,
Библиографический список
Nehdi M. et al. // Journal of Materials in Civil Engineering. 2007. № 19 (2). P. 155-163.
5. Chemical and biological technologies for hydrogen sulfide emission control in sewer systems: A review / Zhang L., De Shryver P., De Gusseme B. et al. // Water Research. 2008. № 42. P. 1-12.
6. Kaempfer W., Berndt M. Polymer modified mortar with high resistance to acid to corrosion by biogenic sulfuric acid: Proceedings of the IX ICPIC Congress. Bolognan, Italy, 1998. P. 681-687.
