CC BY
34
УДК 628
В.А. Орлов, Ю.Е. Крашенинина
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), Москва, Россия
V. A. Orlov, Y. E. Krasheninina
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow, Russia
ЗАПАХ В САМОТЕЧНЫХ ВОДООТВОДЯЩИХ СЕТЯХ И МЕРОПРИЯТИЯ
ПО БОРЬБЕ С НИМ
THE SMELL IN GRAVITY DRAINAGE NETWORKS AND ACTIVITIES
TO COMBAT IT
z
H Û -I H
D CD
Аннотация
Статья посвящена проблеме появления запаха и борьбы с ним в безнапорных во-доотводящих сетях городов и населенных пунктов. Рассмотрены основные причины и описан механизм образования газов и возникновения пахучих веществ в сточных водах, транспортируемых по трубопроводам, а также последствия их выбросов в атмосферу без очистки. Предложены мероприятия по предотвращению анаэробных условий в безнапорных водоотводящих сетях, которые благоприятствуют появлению и распространению запахов в толще воды и свободном пространстве трубопровода. Представлены строительные, эксплуатационные, биологические и физико-химические методы, позволяющие устранить запах в подсводном пространстве трубопроводов.
Ключевые слова: водоотводящие сети, сточные воды, запах, причины возникновения, удаление
Abstract
The article is devoted to the problem of smell emergence and control of it in non-pressure drainage networks of cities and settlements. The main causes and the mechanism of formation of gases are considered and also smell substances in wastewater transported through pipelines, as well as the consequences of their emissions into the atmosphere without treatment. The measures are proposed to prevent anaerobic conditions in non-pressure drainage networks that favor the appearance and spread of smells in the water column and free space of the pipeline. Some construction, operational, biological and physico-chemical methods are presented to eliminate odor in the subsea of pipelines.
Keyword: drainage networks, waste water, smell, origin, disposal Системные технологии 1 (№30) 2019
* s
f i
ф и О и Z ю
» â « °
СО VO
S к ГО к
го s
IÊ
X о s ^ х g
ш *
3 s
< 5
о. *
* ID
ш °
aJ
m к
£ is
° И
CQ U
Общие сведения о причинах появления запахов и последствиях его присутствия в трубопроводах.
Микроклимат подземных сооружений для транспортировки сточных вод весьма специфичен, отличаясь постоянной температурой в течение всего года, высокой влажностью и наличием запаха [1, 2]. Запах в основном обусловлен прохождением активных химических и бактериологических процессов в транспортируемых сточных водах. Кроме того, пахучие вещества могут появляться по причине низкой степени технологической обработки сточных вод, которая приводит к образованию и активному росту в них анаэробных микроорганизмов. Главным параметром интенсивности запаха является содержание сульфидов в сточных водах и/или содержание сероводорода в атмосфере канала или в отработанном воздухе [3], причем с превышением ПДК в несколько раз [4]. В случае поступления в бытовую водоотводящую сеть промышленных сточных вод могут встречаться пары бензина, эфиров, толуола, индола, скатола, метилмеркаптаны, имеющих отвратительный запах [5].
Особую опасность в плане возникновения запаха и, тем самым, реализации мероприятий для принятия контрмер, являются:
- участки, на которые напрямую (без очистки) сбрасываются сточные воды, которые содержат вещества, обладающие интенсивным запахом и поглощающие в больших количествах кислород, а также сульфидсодержащие сточные воды;
- участки, где сульфидсодержащие сточные воды транспортируются вместе с кислотными или теплыми сточными водами;
- каналы с малым уклоном и частичным заполнением, а также длительным временем пребывания сточных вод (застойные зоны);
- сборные резервуары (камеры всасывания) на насосных станциях; верхние и нижние головные части дюкеров.
Появлению запахов способствует также варьирование рН и температуры сточных вод, изменение их времени пребывания в водоотводящей сети.
Как известно, развитие микроорганизмов и образование в подсводном пространстве трубопроводов таких соединений как метан, сероводород, углекислый газ и других влечет за собой угрозу разрушения стенок труб по причине газовой коррозии [6], а также угрозу жизни людей из-за возможного взрыва скапливающихся в сети газов и содействует образованию парникового эффекта [7]. Основными причинами появления неприятных запахов являются:
- централизация утилизации сточных вод посредством использования протяженных безнапорных и напорных трубопроводов;
- завышенные размеры водоотводящих каналов и трубопроводов;
- значительные объемы сточных вод от промышленных предприятий и предприятий сферы услуг, сбрасывающих сточные воды в бытовую водоотводя-щую сеть;
- общее снижение потребления воды в городах и населенных пунктах;
- снижение объема сточных вод вследствие эксфильтрации по причине изношенности водоотводящих сетей.
Образование сероводорода в сточных водах представляет собой большую опасность, как для самой системы водоотведения, так и для обслуживающего персонала. Сероводород образуется на поверхности биопленки в трубах активными сульфатредуцирующими бактериями. Поднимаясь к своду трубы и вступая в реакцию с парами воды, образуется серная кислота, которая приводит к газовой коррозии и последующему полному износу трубопровода вплоть до его обрушения. Также сероводород является чрезвычайно токсичным газом.
В небольших количествах он повсеместно распространен в природе. Поэтому человек сначала игнорирует неприятный запах, а далее уже может не почувствовать его присутствие. Имеются данные о летальных исходах среди обслуживающего персонала даже при малых концентрациях газа в воздухе (0,03 %). Образование метана в системе канализации является также серьезной проблемой. По всему миру зарегистрированы случаи, связанные с взрывами газа в коллекторах транспорта сточных вод. Большая концентрация сероводорода и других газов в подсводном и шахтном пространстве сетей создает значительные трудности для эксплуатирующего персонала, требуя в период локального проветривание участка сети использование средств индивидуальной защиты в виде герметичных костюмов с подачей кислорода. Нарушение правил техники безопасности может привести к отравлению персонала и причинению вреда здоровью вплоть до летального исхода [9].
Мероприятия по предотвращению появления запаха и борьбы с ним.
Мероприятия, позволяющие добиться наибольшего эффекта по предотвращению или удалению запахов, зависят от ряда специфических особенностей и соответствующих условий их применения. При этом в каждом конкретном случае не исключается совокупность различных мероприятий. Как правило, решающую роль играют возможности эксплуатирующих сети организаций. Значительная составляющая затрат на борьбу с запахом приходится на обоснование экологических предписаний и мер предосторожности при работе с опасными веществами [10, 11].
В качестве наиболее значимых методов по предотвращению активных процессов, связанных с проявлением анаэробных условий, могут быть следующие [8, 12].
1. Строительные и эксплуатационные меры.
Планирование, строительство и эксплуатация очистных сооружений должны выполняться в соответствии с земельным строительным кодексом и соблюдением условий отвода сточных вод и техническими правилами [13, 17], так чтобы они не создавали неудобств для окружающих. Все меры следует направить на то, чтобы предотвратить попадание пахучих веществ в сточные воды и образование там веществ, ведущих к появлению запаха или к его выходу в атмосферу, либо ограничить подобные явления до определенной степени.
Наличие газов отражается на повышении скорости разрушения водоотводя-щих сетей. Для предотвращения данных явлений возможно применение следующих мероприятий:
- защита внутренней поверхности трубопроводов нанесением покрытий, устойчивых к биологически активной среде, каким, например, является пултрузионный стеклопластик [14];
03
г
м О
-I
м
Э СО
I I
(и и о и
г ю » а
Ш ф
5 к ГО к
со =Е
X о х {
ш *
3 5
< 5
а к
* &
ш °
Я!
са к
Е 15
° И
са и
- эжекция воздуха, например, трубчатым перепадом или насыщение сточных вод кислородом [15];
- обслуживание (промывка) сети, в частности, для предотвращения таких процессов как загнивание осадка в лотковой части коллектора [16].
2. Биологические и физико-химические методы.
Основной принцип биологической очистки отходящего воздуха (газа), насыщенного вредными веществами и/или запахами, заключается в подаче его в систему сорбционной обработки, где содержащиеся в воздухе вещества удаляются из потока соответствующей средой, т.е. перерабатываются микроорганизмами (грибами, дрожжами и бактериями) в воду, углекислый газ и минеральные соли. Как правило, используются биофильтры с органическими материалами подложки, такими как мульчированная кора или корневая древесина. Главной целью биофильтрации является осуществление контакта микроорганизмов с загрязнениями, содержащимися в струе воздуха. Фильтрационный материал, составляющий почву для выращивания микроорганизмов, помещен внутри биофильтра. Во время процесса биофильтрации струя загрязнённого воздуха проникает в биофильтр, где происходит процесс абсорбции через фильтрационный материал.
Классическими физико-химическими методами разделения газов являются абсорбционные процессы чистки. Водные и органические очищающие жидкости используются для того, чтобы наряду с загрязнениями отделять прежде всего парообразные и газообразные вещества.
3. Методы обеззараживания сточной воды.
Обеззараживание сточных вод в зависимости от применяемых агентов в разной степени может способствовать предотвращению или удалению запахов. Самым распространенным методом обеззараживания является хлорирование сточных вод. Метод обладает наиболее низкой стоимостью по сравнению с другими, а также отличается простотой применения. Однако, этот способ имеет ряд существенных недостатков, так как хлор вступает в реакцию с другими веществами, способствуя образованию соединений, потенциально опасных как для человека, так и для флоры и фауны. Среди них можно выделить хлорфенол, хлороформ, четыреххлористый углерод, бромдихлорметан и др. Кроме того, данные вещества способны накапливаться в донных отложениях.
Озонирование стоков по эффективности применения превосходит хлорирование, так как оказывает губительное воздействие на все виды вирусов, а также грибковых спор. Однако, применение озона как и хлора чревато образованием токсичных веществ. Кроме этого, озон при определенной смеси с воздухом образует взрывоопасную газовую смесь.
Оптимальным альтернативным решением, а в некоторых случаях и единственным (например, при значительных неорганизованных выбросах сточных вод) является применение немецкой технологии «Мокрый барьер», направленной на нейтрализацию запаха в целом, а не на снижение количества отдельных загрязняющих веществ. Основой технологии «Мокрый барьер» являются растворы, химический состав которых представляет собой совокупность смеси эфирных масел и органических соединений, извлечённых из растений. Особое внимание следует обратить
на то, что эти растворы не маскируют неприятный запах, заменяя его на более приятный, а уничтожают его носителей. Пары масел и органические соединения вызывают и ускоряют естественные природные процессы, происходящие при биораспаде отходов, преобразуя дурно пахнущие газы в безвредный и не имеющий запаха воздух.
4. Термическая утилизация.
Альтернативой описанным выше методам борьбы с запахами является термическая утилизация небольших количеств технологических сточных вод путём их сжигания в печах, горелках и других различного рода установках. За рубежом наибольшее распространение получили печи термического разложения (более совершенные, но дорогостоящие). В России используется огневой метод, который можно характеризовать как универсальный, достаточно надёжный и недорогой. Суть его заключается в том, что технологические сточные воды в распыленном мелкодисперсном состоянии впрыскиваются в факел, образуемый при сжигании газообразного или жидкого топлива. При этом происходит испарение воды, а вредные примеси разлагаются (сгорают) до составляющих СО2 и Н2О.
Выводы.
1. На основе анализа отечественных и зарубежных литературных источников, посвященных проблемам запаха, возникающего при эксплуатации безнапорных водоотводящих сетей, установлено, что наличие дурно пахнущих и вредных для здоровья газов непосредственно в трубопроводных сетях и атмосфере вблизи колодцев требует принятия оперативных решений.
2. Игнорирование существующих ситуаций с появлением запахов может привести к ряду негативных последствий, которые выражаются в обрушении сводов водоотводящих трубопроводов по причине газовой коррозии и утонении стенок, взрывов метана в коллекторах и других негативных последствий.
3. Решение задачи борьбы с запахами должно сводиться к регулярному мониторингу систем водоотведения и моделированию процесса эксплуатации сетей водоотведения на предмет предотвращения активных анаэробных процессов; мониторинг должен содействовать выявлению наиболее уязвимых мест, связанных с возможными взрывами метана и отравлением людей сероводородом, путем использования подвижных очистных установок и иных эффективных устройств, способных к недопущению аварий, а также снижению денежных затрат на эксплуатацию и ремонт трубопроводов.
4. Не предпринятые вовремя меры по комплексной защите трубопроводов, например, путем использования в период ремонта соответствующих типов внутренних защитных покрытий, могут привести к большим последующим экономическим затратам на устранение последствий, в том числе человеческих жертв.
03
г
м О
-I
м
Э СО
I I
(и и о и
г ю » а
Ш ф
5 £ го к
со =Е
X о
5 ^
X «
ш *
3 5
< 5
а к
* &
ш °
Я!
са к
Е 15
° И
са и
Литература
1. Wells T., Melchers R.E. Modelling concrete deterioration in sewers using theory and field observations // Cement and Concrete Research. 2015. № 77. р. 82-96
2. Дрозд Г.Я. Коррозионное разрушение, прогнозирование степени агрессивности эксплуатационной среды и обеспечение надежности канализационных коллекторов на стадии проектирования // Вода и экология. Проблемы и решения. 2013. №1. c. 40-56
3. Васильев В. М., Малков А.В. Газы в канализационной сети их вред и пути ликвидации // Техника и технологии мира. 2016. № 3-4 (81-82). с. 48-53
4. Nixon R. Odor and corrosion problems in wasterwater collection systems and treatment plants: two related issues requiring separate control strategies // J. Prot. Coat. and Linings. 2010. N 2(27), р. 24-31
5. Майоров В.А. Запахи и их устранение в промышленных газовоздушных смесях.- Пенза: Изддательство ПГАСА. 2002. 131 с.
6. Vasiljev V., Lapsev N., Stolbichin J. Microbiological Corrosion of Underground Sewage Facilities of Saint-Petersburg // World Applied Sciences Journal. (Problems of Architecture and Construction). 2013. № 23. р.184-190
7. MichaelD. Municipal gravity sewers: An unrecognised source of nitrous oxide // Science of the Total Environment. 2014. № 468-469. p. 211-218
8. Рублевская О.Н. Мероприятия по предотвращению распространения неприятных запахов на объектах ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. №10. С. 46 - 55
9. Панкова Г.А., Клементьев М.Н. Опыт эксплуатации канализационных тоннелей Санкт-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника. 2015. №3. с. 55 — 61
10. Gutierrez O. Assessment of pH shock as a method for controlling sulfide and methane formation in pressure main sewer systems // Water research . 2014. № 48. р. 569-578
11. Lehua Z. Chemical and biological technologies for hydrogen sulfide emission control in sewer systems // Water research. 2008. № 42. р. 1- 12
12. Дмитриева Е.Ю. Микроорганизмы-биодеструкторы подземных канализационных сооружений // Вода и экология. Проблемы и решения. 2013. № 1. с. 20-44
13. Малков А. В. Расчет количества газообразной среды, движущейся в самотечных канализационных коллекторах глубокого заложения под действием увлекающей способности жидкости // Вестник гражданских инженеров. 2017. № (62). с. 160-165
14. 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
15. Малков А.В. Теоретическое исследование, расчет количества газообразной среды, движущейся в самотечном коллекторе глубокого заложения под действием разности давления на конце расчетного участка // Вестник гражданских инженеров. 2016. № 4. с. 140-144
16. Васильев В.М. Разработка новой схемы водоотведения г. Уфы // Вода и экология проблемы и решения. 2009. № 3. с.31-34
17. Волоник Г.И., Терехов Л.Д., Сошников Е.В., Стеблевский В.И. Техническая эксплуатация коммунальных систем водоснабжения и водоотведения Хабаровск: изд-во ДВГУПС, 2008 г., 195 с.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
В.А. Орлов, Ю.Е. Крашенинина. Запах в самотечных водоотводящих сетях и мероприятия по борьбе с ним. — Системные технологии. — 2019. — № 30. — С. 41—46.
История статьи:
Дата поступления в редакцию 13.01.19 Дата принятия к печати 18.01.19
