CC BY
5УДК 628.395+004.42
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ВОДООТВОДЯЩЕЙ СЕТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРИТОЧНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЕЕ ПОДСВОДНОГО ПРОСТРАНСТВА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ
ВРЕДНЫХ ГАЗОВ
Орлов В.А.1, Мельник О.В.1, Подолян Д.В.1
«Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), 129337,
Россия, г. Москва, пр. Мира, 26, e-mail: OrlovVA@mgsu.ru, lissa6868@mail.ru, dim.p-2010@yandex.ru
Аннотация. Представлены результаты физического и компьютерного моделирования гидравлических и аэродинамических параметров работы участков безнапорной водоотводящей сети из разных материалов на предмет обеспечения предельно-допустимых концентраций (ПДК) выбросов в атмосферу дурнопахнущих и вредных для здоровья газов при использовании механической нагнетательной системы воздухообмена в подсводной части трубопроводов. Требования к аспектам моделирования сводились к тому, чтобы они ясно воспринимались заинтересованными специалистами и однозначно ими трактовались при решении конкретной задачи оценки санитарной безопасности проектируемой и эксплуатируемой канализационной сети. Реализация поставленных задач осуществлялась путем использования специально разработанной автоматизированной программы, а также результатов исследований водно-воздушного режима работы самотечного трубопровода на специально разработанном стенде. В качестве исходных показателей служил стандартный перечень параметров, отвечающих за эффективную работу безнапорной водоотводящей сети, включая наполнение трубопровода, его уклон, плотность воздуха при температуре окружающей среды, концентрации вредных газообразных веществ в подсводном пространстве, предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосфере города, величины воздухообмена для нейтрализации негативных компонентов в виде агрессивных газов, выделяемых из сточных вод в концентрациях, превышающих ПДК. По результатам автоматизированных расчетов определена динамика изменения ряда показателей работы самотечной трубопроводной сети, включая продолжительность удаления вредных газов в широком интервале их концентраций, а также в устанавливаемых диапазонах наполнений, имитирующих неравномерные режимы водопотребления в населенных пунктах. По результатам натурных исследований установлены показатели, позволяющие оценить процент выхода воздуха через имитаты колодца и стояка как в случае естественного поступления воздуха в трубопровод, так и при использовании системы его нагнетания в подсводное пространство.
Предмет исследования: автоматизированная программа расчета гидравлических и аэродинамических параметров безнапорной тирубопроводной сети, гидравлические и аэродинамические исследования водно-воздушного режима работы безнапорных водоотводящих трубопроводов из разных материалов в различные часы суток эксплуатации трубопроводов.
Материалы и методы: материалами исследований являются безнапорные водоотводящие сти, алгоритм моделирования их работы; методы заключаются в создании автоматизированного комплекса, анализе полученных в результате его эксплуатации выводов на предмет противодействия техногенной опасности, а также обосновании необходимости устройства приточной ветиляции по итогам натурных экспериментов на макете водоотводящей сети. Результаты: разработана компьютерная модель водно-воздушного режима работы безнапорной водоотводящей сети и представлены материалы по результатам эксплуатации новой конструкции гидравлического стенда, базирующиеся на необходимости использования нагнетательной системы вентиляции подсводного пространства трубопровода. Выводы: на базе использования разработанной автоматизированной системы проанализированы возможности управления процессом удаления в атмосферу дурнопахнущих и вредных для здоровья людей газовых компонентов до концентраций ниже их ПДК в атмосфере городов путем применения нагнетательной вентиляции в подсводном пространстве трубопровода; по результатам натурных исследований определены показатели водно-воздушного режима работы водоотводящей сети для случаев естественного и искусственного поступления воздуха в подсводное пространство самотечного трубопровода.
Ключевые слова: техногенная безопасность, водоотводящие сети, компьютерное моделирование, автоматизированная программа, экспериментальные исследования
ВВЕДЕНИЕ
Оптимальный режим движения сточной воды в безнапорных водоотводящих сетях с точки зрения их эффективной эксплуатации, включающей предотвращение выделения дурнопахнущих и вредных для здоровья людей газов, обеспечивается поддержанием гидравлических характеристик потока, в частности, самоочищающих скоростей и соответствующих расчетных наполнений для определенных диаметров трубопроводов [1, 2]. При определенных условиях, связанных с прохождением в сточной воде эффективных
анаэробных процессов, которые являются причиной появления неприятных запахов в водоотводящей сети (например, сероводорода, меркаптанов и т.д.), выходящих через люки канализационных колодцев в атмосферу, возникает необходимость принятия мероприятий по борьбе с дурнопахнущими газами [3, 4]. Практика показывает, что в данном случае могут применяться различные способы их эффективного устранения в транспортируемых сточных водах физико-химическими,
биологическими, каталитическими, термическими, электроразрядными, строительными и другими методами [5, 6]. При этом нельзя не отметить, что
проблеме борьбы с газообразованием на водоотводящих трубопроводах уделяется значительное внимание на протяжении ряда лет, однако при существовании множества методов очистки газов каждый из них не рассматривается в качестве достаточного [7, 8, 9].
Одним из эффективных путей решения задач по нейтрализации газовых выбросов может являться осуществляемый на практике строительный метод, требующий предварительного детального анализа водно-воздушного режима работы водоотводящей сети, а также использование результатов моделирования с помощью автоматизированных программ [10, 11, 12]. Многовариантное компьютерное моделирование позволяет при работе с массивами исходных величин, таких как материал изготовления, диаметры и протяженности трубопроводных сетей, а также их уклонов и наполнений, интенсивности воздухообмена исследовать и фиксировать весь спектр гидро- и аэродинамических характеристик безнапорной водоотводящей сети при наличии в ее подсводном пространстве вредных газовых примесей [13, 14]. В последствии получаемые результаты позволяют обосновывать соответствующие технические мероприятия по нейтрализации дурнопахнущих газов различного химического состава, обеспечивая доведение их концентраций до значений ниже ПДК при выбросе в атмосферу, что обеспечивает техногенную безопасность. При этом детальный учет проходящих гидро-и аэродинамических процессов наделяет специалиста широким спектром возможностей для внесения коррективов в проектные разработки по санитарной (экологической) безопасности проектируемой
безнапорной водоотводящей сети, в частности, в местах массовых скоплений людей [15].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Материалом проводимых исследований служили:
-специально разработанная автоматизированная программа анализа техногенной безопасности при наличии в подсводном пространстве трубопроводов из различных материалов вредных для здоровья газов; выборочные данные по одному из вариантов расчета керамического трубопровода представлены ниже (таблица 1);
-макет (лабораторный стенд) безнапорной водоотводящей сети, установленный в лаборатории кафедры «Водоснабжения и водоотведения» НИУ МГСУ для исследования гидравлических и аэродинамических показателей работы водоотводящего трубопровода (рисунок 1).
Создание обоих объектов моделирования водно-воздушного режима работы безнапорного трубопровода позволяет пользователю (проектировщику) анализировать и в конечном итоге рекомендовать наиболее оптимальные решения по уменьшению, предотвращению или нейтрализации газов, выделяющихся в процессе транспортировки сточной воды по трубопроводам и создающих техногенную опасность. Важной составляющей проводимых исследований являлось обобщение полученных в натуре (на стенде) данных и обоснование необходимости принимаемых решений по итогам эксплуатации
автоматизированной программы.
Таблица 1. Образец входной информации с численными значениями для одного из варианта расчета
при использовании керамического трубопровода Table 1. Sample of input information with numerical values for one of the calculation options when using a
ceramic pipeline
Наименование показателя и его размерность Численные значения
Протяженность трубопроводной сети, м 350
Диаметр участка сети, м 0,3
Уклон трубопровода 0,0033
Наполнение трубопровода 0,5
Коэффициент Шези, м0,5/с 40
Назначаемый воздухообмен, м3/с 0,03
Усредненный коэффициент аэродинамического сопротивления, Нс2/м4 0,44
Наименование вредного газа в подсводном пространстве трубопровода сероводород
Концентрация вредного газа в подсводном пространстве трубопровода, мг/м3 4,2
ПДК газообразного вещества в атмосфере города, мг/м3 0,008
Диаметр стояка над колодцем, м 0,1
Высота стояка, м 5,0
Средняя температура атмосферного воздуха, 0С 20
Коэффициент кинематической вязкости воздуха, 106м2/с 15
Плотность воздуха при температуре окружающей среды, 106мг/м3 1,205
Рис. 1 Схема лабораторного стенда по исследованию водно-воздушного режима работы самотечного трубопровода
(слева) и его эскиз в аксонометрии (справа): 1 - столешница, 2 - прозрачный самотечный трубопровод, 3 - накопительная емкость, 4 - приемная емкость, 5 - компрессор, 6 - воздуховод, 7 - имитатор люка смотрового колодца, 8-10 - имитаторы технологических лазов, 11 - имитатор стояка, 12-15 - стационарные анемометры Fig. 1 Diagram of a laboratory stand for the study of the water-air mode of operation of a gravity pipeline (left) and its
sketch in axonometry (right): 1 - table top, 2 - transparent gravity pipeline, 3 - storage tank, 4 - receiving tank, 5 - compressor, 6 - air duct, 7 - inspection well hatch simulator, 8-10 - technological manhole simulators, 11 - riser simulator, 12-15 - stationary
anemometers
Исследуемыми на предмет удаления из подсводного пространства трубопроводов дурнопахнущими газами являлись сероводород, аммиак и формальдегид, обнаруженные в разные периоды времени на практике службами эксплуатации водоотводящих сетей соответственно в концентрациях 4,2, 20 и 0,5 мг/м3, которые превышают их ПДК в атмосфере города в несколько раз. При этом задача сводилась к расчету и анализу параметров, позволяющих снизить концентрации указанных газообразных веществ до значений ПДК в атмосфере в конкретном месте выброса их в воздушное пространство. Также необходимо отметить, что расчеты производились для каждого присутствующего в подсводном пространстве газа в отдельности.
В качестве результатов работы автоматизированной программы анализу подлежали выборочные наиболее характерные расчетные параметры из общего их числа, представленных 34-мя позициями, т.е. площадь живого сечения трубы, гидравлический радиус, скорость течения воды в трубе, площадь живого сечения потока, расход воды, площадь зеркала воды в трубопроводе, объем воздуха в подсводном пространстве трубы, общая масса поступивших в подсводное пространство газообразных веществ, продолжительность удаления газообразных веществ из подсводного пространства трубопровода при принятом воздухообмене в условиях стоячей воды и с учетом увлечения его течением воды и т.д. При этом конструктивными особенностями рассматриваемой в программе физической модели безнапорной водоотводящей сети являлось то, что искусственная подача воздуха в подсводное пространство осуществлялась в начале расчетного
участка сети, а выпуск в атмосферу через колодец и/или стояк осуществлялся путем использования струенаправляющих перегородок в колодце в конце расчетного участка.
Численные значения указанных выше и других расчетных параметров и их взаимозависимость представлена в разделе статьи «результаты и их анализ».
В свою очередь, принцип работы лабораторно-исследовательского стенда ( см. рис. 2) состоит в том, что при устанавливаемых наполнениях, фиксируемых по специально нанесенным отметкам на теле прозрачного трубопровода 2, в него из накопительной емкости 3 поступает жидкость, расход которой определяют объемным методом в приемной емкости 4. При движении потока жидкости в подсводное пространство самотечного трубопровода 2 производится нагнетание воздуха из компрессора 5 по воздуховоду 6 с различной интенсивностью. При этом посредством анемометров 12-15 фиксируются скорости (расходы) воздуха в трех точках 8, 9 и 10 на трубопроводе 2 и в верхней части стояка 11. На базе полученных результатов по определению гидравлических и аэродинамических показателей производится анализ эффективности воздухообмена в подсводном пространстве трубопровода 2 при различных наполнениях жидкости в виде процента поступающего в трубопроводную систему воздуха через имитатор люка смотрового колодца 7 и удаляемого из нее воздуха через имитатор стояка 11 и технологический имитатор лаза 9. Имитаторы технологических лазов 8 и 10 служат контрольными точками фиксации скоростей воздуха в подсводном пространстве трубопровода 2. В качестве используемого оборудования и приборной базы
применялись: термоанемометр марки TESTO 405-V1 (прибор для измерения температуры и скорости течения воздуха в подсводном пространстве трубопровода); поплавки и секундомер (для определения скорости течения воды); лабораторные компрессоры марки PR-H-7000.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
В результате эксплуатации автоматизированной программы сравнительному анализу подлежали расчетные данные для двух типов трубопроводов, изготовленных соответственно из керамики и полиэтилена, отличающиеся шероховатостью внутренних стенок труб, т.е. величиной коэффициента Шези, составляющего для крамических труб величину 40 м0,5/с, а для полимерного трубопровода 60 м0,5/с. В задачи исследований входило построение графических зависимостей изменения реального времени удаления газообразных веществ при различных наполнениях трубопроводов, отражающих неравномерность водопотребления воды в населенном пункте по часам суток при неизменном
значении воздухообмена. Такая информация обладает определенной ценностью для проектировщиков и эксплуатирующего персонала водоотводящих трубопроводных сетей и является весьма значимой, позволяя предусмотреть соответсвующие контрмероприятия по
обеспечению техногенной безопасности вблизи мест выхода газов на дневную поверхность.
Сопоставляя результаты расчетных значений, полученных при эксплуатации автоматизированной программы для двух типах трубопроводов, можно сделать соответствующие обоснованные выводы.
Анализ расчетов показал, что общая масса М (мг) вредных газов, выделяемых из воды в подсводное пространство трубопровода, уменьшается в зависимости от наполнения к/ё и не зависит от материала исследуемого трубопровода (рисунок 2). При этом реальное время удаления Т (мин) для трех поступающих в подсводное пространство газообразных веществ составляет одну и ту же величину для рассматриваемых материалов трубопроводов и также изменяется лишь в зависимости от наполнения к/ё (рисунок 3).
Рис. 2 Графики зависимости изменения массы М (мг) поступающих в подсводное пространство газов от наполнения h/d для керамического и полимерного трубопроводов (верхняя кривая - аммиак; средняя - сероводород; нижняя - формальдегид) Fig. 2 Graphs of the dependence of the change in the mass M (mg) of gases entering the underwater space on the filling h/d
for ceramic and polymer pipelines (upper curve - ammonia; middle - hydrogen sulfide; bottom - formaldehyde)
Рис. 3. Реальное время Т (минут) удаления газообразных веществ и влаги с учетом увлечения их потоком нагнетаемого воздуха при течении воды в трубопроводе с наполнением h/d (верхняя кривая - керамический трубопровод; нижняя - полимерный) Fig. 3. Real time T (minutes) of removal of gaseous substances and moisture, taking into account their entrainment by the flow of injected air during the flow of water in the pipeline with filling h/d (upper curve - ceramic pipeline; lower curve - polymer)
В ходе обработки полученных расчетных величин определенное внимание было уделено такому вопросу как влияние назначаемого исследователем воздухообмена на проходящие процессы в подсводном пространстве трубопровода. В качестве образца выбран керамический трубопровод диаметром 0,3 м с близким к расчетному наполнением к/ё = 0,6. Здесь, в частности, анализу подверглись выборочные данные по реальным значениям времени удаления Т при двух случаях воздухообмена, т.е. 0,03 и 0,015 м3/с. Так было отмечено, что при снижении величины воздухообмена в 2 раза реальное время выноса газов увеличилось в 1,37 раза. Это, с одной стороны, свидетельствует о том, что назначаемая величина воздухообмена (т.е. мощность и конструкция вентиляционного агрегата) может быть снижена или изменена без особых последствий, позволяя съекономить денежные средства на установку более дешевого вентиляционного оборудования. С другой стороны, при исследовании динамики удаления суммарного количества испаряющейся влаги (воздушно-капельной смеси) из подсводного пространства трубопровода, а также стояка было установлено, что для удаления влаги требуется всего лишь 0,59 % от величины назначаемого воздухообмена в 0,03 м3/с и 0,906 % при снижении воздухообмена до 0,015 м3/с. Таким образом можно констатировать, что величиной воздухообмена необходимо управлять в широком диапазоне величин для достижения поставленных целей нейтрализации дурнопахнущих газов и удаления влаги при эксплуатации трубопроводов
определенной протяженности и материала изготовления при минимуме денежных затрат.
В качестве промежуточных выводов по анализу расчетных данных можно отметить, что организация нагнетальной системы вентилирования участков самотечных водоотводящих
трубопроводов, например, проложенных в местах массового скопления людей (торговые центы, выставки и т.д.), позволяет путем подбора соответствующих по производительности вентиляционных агрегатов в короткие промежутки времени снизить концентрацию выбросов вредных для здоровья людей газов и образовавшихся паров, обеспечив тем самым техногенную безопасность.
Необходимо отметить, что подобные результаты автоматизированного расчета не подлежали анализу в каком-либо виде в предыдущих работах в этой области как авторами, так и другими исследователями, что свидетельствует о новизне подобных подходов к решению задач, связанных с обеспечением техногенной безопасности при эксплуатации водоотводящих сетей.
Базовыми результатами гидравлических и аэродинамических исследований на лабораторном испытательном стенде являлось попределение процента выхода воздуха через имитаты стояка и колодца как при отсутствии нагнетательной системы вентиляции, так и при ее наличии. Все этапы сопровождались измерением гидравлических и аэродинамических показателей, в частности, скоростей движения воздуха в стоячей и движущейся воде при различных наполнениях воды в трубопроводе (рисунок 4).
Рис. 4. Сводный график изменения процента P выхода воздуха (с линией тренда) от наполнения h/d для имитатов колодца (P=13,894(h/d)-0,1913) и стояка (P=7,1114(h/d)-0,775) при движущейся жидкости с организацией и без
организации нагнетальной системы вентиляции подсводного пространства Fig. 4. Summary graph of the change in the percentage P of the air outlet (with a trend line) from the filling h/d for the well simulators (P=13,894 (h/d)-0,1913) and the riser (P=7,1114(h/d)-0,775) with a moving fluid with and without the organization of
the injection ventilation system of the subsurface space
Базовым выводом из экспериментальных стендовых исследований водно-воздушного режима работы самотечного трубопровода (в диапазоне наполнений воды 0,1-0,5) является то, что процент Р удаляемого из подсводного пространства дурнопахнущего запаха через стояки и колодцы, не оборудованные специальными конструктивными элементами в виде струенаправляющих перегородок, может составить соответственно 0,12,5 % и 1,5-5,7 %, что, несмотря на их незначительные абсолютные величины, может негативно отразиться на здоровье людей, непосредственно находящихся в зоне выхода агрессивных газов. В этой связи при проектировании рекомендуется установка струенаправляющих перегородок в конце расчетного участка в соответствующих колодцах, что позволит удалять дурнопахнущие выбросы в атмосферу с концентрацией ниже ПДК для каждого из рассматриваемых газов.
ВЫВОДЫ
1. По результатам натурных исследований установлено, что стояк и колодец в естественных условиях эксплуатации водоотводящей сети (без вентилирования и с вентилированием подсводного пространства) не позволяют в должной степени обеспечить техногенную безопасность по выносу вредных газов из трубопроводой системы.
2. Разработана автоматизированная система, которая позволяет осуществлять моделирование работы водоотводящей сети, т.е. осуществлять
возможность управления процессом удаления в атмосферу дурнопахнущих и вредных для здоровья людей газовых компонентов при их различных начальных концентрациях в подсводном пространстве трубопроводов.
3. Анализами установлена и проанализирована динамика изменения таких показателей как масса поступающих в подсводное пространство газов в условиях движущейся воды, а также продолжительность их удаления по мере увлечения воздуха течением воды при принятом воздухообмене для трубопроводов из различных материалов.
4. Установлено, что назначаемый воздухообмен позволяет за соответствующий временной интервал удалять вредные для здоровья дурнопахнущие газы при выбросе их через колодец или стояк с одновременным удалением испаряющейся влаги, наличие которой способствует прохождению деструктивных процессов на внутренних стенках трубопроводов.
5. По результатам эксплуатации автоматизированной программы обоснована возможность применения нагнетательной системы вентиляции для нейтрализации агрессивных и вредных для здоровья людей газов (сероводорода, аммиака, формальдегида) с доведением их концентрации при выбросе в атмосферу до значений ниже ПДК в воздухе городской среды при условии установки в канализационных колодцах в конце расчетных участков струенаправляющих перегородок.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федоров С.В., Васильев В.М., Телятникова А.М. Разработка принципиальной модели канализационной сети // Журнал Вестник гражданских инженеров. - 2018. - № 2(67). - С. 168174.
2. Романов Н.Р. Низкая надёжность, отказы и реконструкция инженерных сетей // Integral. - 2020. - №3. - С. 54-58.
3. Васильев В.М., Малков А.В. Места образования агрессивных газов в канализационной сети // Журнал Водоснабжение и санитарная техника. - 2017. - №1. - С. 66-74.
4. Кофман В.Я. Сероводород и метан в канализационных сетях // Журнал Водоснабжение и санитарная техника. - 2012. - № 11. - С. 72-78.
5. Рублевская О.Н. Мероприятия по предотвращению распространения неприятных запахов на объектах ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» // Водоснабжение и санитарная техника. - 2013. - №10. - С. 46-55.
6. Васильев В.М., Морозов Г.В., Жуков С.В. Проблемы эксплуатации сетей канализации и пути их решения // Журнал Водоснабжение и санитарная техника. - 2018. - № 7. - С. 44-50.
7. Pochwat К., Kida М., Ziembowicz S. Odours in Sewerage - A Description of Emissions and of Technical Abatement Measures // Environments. -
2019. - (6)89. - Рр. 1-13.
8. Васильев В.М., Морозов Г.В., Жуков С.В Выбор методов реконструкции самотечных канализационных сетей // Журнал Водоснабжение и санитарная техника. - 2019. - № 12. - С. 35-41.
9. Wells T., Melchers R.E. Modelling concrete deterioration in sewers using theory and field observations // Cement and Concrete Research. -2015. - № 77. - Рр. 82-96.
10. Орлов В.А., Зоткин С.П., Сторожев А.П., Герасимов В.А., Мельник О.В. Моделирование водно-воздушного режима работы безнапорных водоотводящих сетей. Свидетельство РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020614973. 2020.
11. Орлов В.А., Мельник О.В., Подолян Д.В. Лабораторно-исследовательский стенд водно-воздушного режима работы самотечной системы водоотведения. Патент РФ на полезную модель № 211835 от 27.06.2022.
12. Ручкинова О.И., Дьяков П.П., Россихин В.Ю. Оценка естественной тяги в коллекторе канализационной сети // Construction and geotechnics. Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет. -
2020. - №2. - С. 78-87.
13. Vasilyev V. Stolbikhin Y. Inspecting and monitoring the technical condition of sewage collectors // Trans Tech Publications, Switzerland, Applied Mechanics and Materials. - 2015. - Vol. 725-726. -Рр. 1319-1324.
14. Kyoohong P. Mitigation strategies of hydrogen sulphide emission in sewer networks: a review //
International Biodeterioration & Biodegradation. 2014. Vol. 95. Pp. 251-261.
15. Wysocka, I.; G^bicki, J.; Namiesnik, J. Technologies for deodorization of malodorous gases // Environ. Sci. Pollut. R. - 2019. - 26. - Pp. 9409-9434.
REFERENCES
1. Fedorov S.V., Vasiliev V.M., Telyatnikova A.M. Development of a basic model of a sewer network //Journal Bulletin of Civil Engineers. - 2018. - № 2(67). - C. 168-174. (In Russian)
2. Romanov N.R. Low reliability, failures and reconstruction of engineering networks // // Integral. -2020. - №3. - C. 54-58. (In Russian)
3. Vasiliev V.M., Malkov A.V. Places of formation of aggressive gases in the sewer network // Journal Water supply and sanitary engineering. - 2017. - №1. -C. 66-74. (In Russian)
4. Kofman V.Ya. Hydrogen sulfide and methane in sewer networks //Journal of Water supply and sanitary engineering. - 2012. - № 11. - C. 72-78. (In Russian)
5. Rublevskaya O.N. Measures to prevent the spread of unpleasant odors at the facilities of SUE Vodokanal of St. Petersburg // Water supply and sanitary equipment. - 2013. - №10. - C. 46-55. (In Russian)
6. Vasiliev V.M., Morozov G.V., Zhukov S.V. Problems of operation of sewerage networks and ways to solve them // Journal of Water supply and sanitary engineering. - 2018. - № 7. - C. 44-50. (In Russian)
7. Pochwat K., Kida M., Ziembowicz S. Odours in Sewerage - A Description of Emissions and of Technical Abatement Measures // Environments. -
2019. - (6)89. - Pp. 1-13.
8. Vasiliev V.M., Morozov G.V., Zhukov S.V. The choice of methods of reconstruction of gravity sewer networks // Journal of Water supply and sanitary engineering. - 2019. - № 12. - C. 35-41. (In Russian)
9. Wells T., Melchers R.E. Modelling concrete deterioration in sewers using theory and field observations // Cement and Concrete Research. -2015. - № 77. - Pp. 82-96.
10. Orlov V.A., Zotkin S.P., Storozhev A.P., Gerasimov V.A., Melnik O.V. Modeling of water-air mode of operation of non-pressure drainage networks. Certificate of the Russian Federation on state registration of the computer program № 2020614973.
2020. (In Russian)
11. Orlov V.A., Melnik O.V., Podolyan D.V. Laboratory and research stand of the water-air mode of operation of the gravity drainage system. RF patent for utility model № 211835 dated 06/27/2022. (In Russian)
12. Ruchkinova O.I., Dyakov P.P., Rossikhin V.Yu. Assessment of natural traction in the sewer network collector // Construction and geotechnics. Perm: Perm National Research Polytechnic University. - 2020. -№2. - C. 78-87. (In Russian)
13. Vasilyev V. Stolbikhin Y. Inspecting and monitoring the technical condition of sewage collectors // Trans Tech Publications, Switzerland, Applied Mechanics and Materials. - 2015. - Vol. 725-726. -Pp. 1319-1324.
CrpoHTe^bCTBO HTexH0reHHaa6e30nacH0CTbN°26(78) -2022
14. Kyoohong P. Mitigation strategies of hydrogen sulphide emission in sewer networks: a review // International Biodeterioration & Biodegradation. 2014. Vol. 95. Pp. 251-261.
15. Wysocka, I.; G^bicki, J.; Namiesnik, J. Technologies for deodorization of malodorous gases // Environ. Sci. Pollut. R. - 2019. - 26. - Pp. 9409-9434.
MODELING THE OPERATION OF THE DRAINAGE NETWORK WHEN USING THE SUPPLY VENTILATION OF ITS SUBSURFACE SPACE TO REMOVE HARMFUL GASES
Orlov V.A.1, Melnik O.V.1, Podolyan D.V.1
^Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "National Research Moscow State University of Civil Engineering" (NRU MGSU), 129337, Russia, Moscow, Mira Ave., 26, e-mail: OrlovVA@mgsu.ru, lissa6868@mail.ru, dim.p-2010@yandex.ru
Abstract. The results of physical, mathematical and computer modeling of hydraulic and aerodynamic parameters of the operation of sections of a non-pressurized drainage network made of different materials for ensuring maximum permissible concentrations (MPC) of emissions into the atmosphere of foul-smelling and harmful gases when using a mechanical air exchange injection system in the subsurface part of pipelines are presented. The requirements for various aspects of modeling were reduced to ensuring that they were clearly perceived by interested specialists and unambiguously interpreted by them when solving a specific task of assessing the sanitary safety of the designed and operated sewer network. The implementation of the tasks was carried out by using a specially developed automated program, as well as the results of studies of the water-air mode of operation of the gravity pipeline on a specially designed stand. A standard list of parameters responsible for the efficient operation of a pressure-free drainage network, including the filling of the pipeline, its slope, air density at ambient temperature, concentrations of harmful gaseous substances in the subsurface space, maximum permissible concentrations of harmful substances in the atmosphere of the city, air exchange values for neutralizing negative components in the form of aggressive gases emitted, served as initial indicators from wastewater in concentrations exceeding MPC. Based on the results of automated calculations, the dynamics of changes in a number of indicators of the operation of the gravity pipeline network, including the duration of removal of harmful gases in a wide range of their concentrations, as well as in the established ranges of fillings simulating uneven water consumption regimes in settlements, are determined. Based on the results of field studies, indicators have been established that allow us to estimate the percentage of air output through the simulators of the well and riser both in the case of natural air intake into the pipeline and when using its injection system into the subsurface space.
Subject of research: an automated program for calculating hydraulic and aerodynamic parameters of a non-pressurized pipe network, hydraulic and aerodynamic studies of the water-air mode of operation of non-pressurized drainage pipelines made of different materials at different hours of the day of pipeline operation.
Materials and methods: the research materials are non-pressure drainage systems, algorithms for modeling their operation; the methods consist in creating an automated complex, analyzing the conclusions obtained as a result of its operation for countering man-made hazards, as well as justifying the need for a supply vetilation device based on the results of field experiments on a model of a drainage network.
Results: a computer model of the water-air mode of operation of a non-pressurized drainage network has been developed and materials based on the results of the operation of a new hydraulic stand design based on the need to use an injection ventilation system for the subsurface space of the pipeline are presented.
Conclusions: based on the use of the developed automated system, the possibilities of controlling the process of removing odorous and harmful gas components into the atmosphere to concentrations below their MPC in the atmosphere of cities by using injection ventilation in the subsurface space of the pipeline are analyzed; according to the results of field studies, the indicators of the waterair mode of operation of the drainage network for cases of natural and artificial air intake are determined into the subsurface space of the gravity pipeline.
Key words: technogenic safety, drainage networks, mathematical modeling, automated program
