CC BY
4
УДК 628.2
doi: 10.48612/dnitii/2024_50_22-27
АНАЛИЗ ПРИЧИН ПОЯВЛЕНИЯ ДУРНОПАХНУЩИХ ГАЗОВ В ВОДОТВОДЯЩИХ СЕТЯХ
В. А. Орлов О. Г. Примин
Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН), г. Москва
Аннотация
Городские сточные воды являются источником газообразования в канализационных коллекторах и появления дурнопахнущих газов (ДПВ), к числу которых относятся сероводород, метан, аммиак, меркаптаны и другие химические вещества. Локализуясь в зоне населенных мест, газовые выбросы снижают качество воздушной среды и, в зависимости от интенсивности и масштабов распространения, могут вызывать жалобы людей, создавая реальную угрозу здоровью населения. Предотвращение подобных ситуаций является актуальной задачей городских эксплуатационных служб, проектировщиков и строителей, от деятельности которых зависит эффективная и надежная работа систем водоотведения. Проблема удаления запаха и агрессивных газов
в подсводном пространстве самотечных трубопроводов особенно остро проявляется в канализационных коллекторах глубокого заложения. Приведен анализ причин появления дурнопахнущих газов в водоотводящих сетях и их состав. Показано, что основной причиной аварий и разрушения коллекторов, что подтверждается практикой их эксплуатации, является агрессивная газовая среда. Это и приводит к серьезным дефектам в под-сводном пространстве и нарушению нормального отведения сточных вод.
Ключевые слова
Водоотведение, трубопровод, коллектор, газообразование, запахи, причины, состав, коррозия.
Дата поступления в редакцию
27.05.2024
Дата принятия к печати
05.06.2024
При проектировании безнапорных водоотводящих сетей основное внимание уделяется гидравлическим показателям, обеспечивающим беспрепятственное движение сточной воды с соответствующими скоростями ее течения. Однако городские сточные воды являются источником образования дурнопахнущих газов, к числу которых относятся метан сероводород (H2S), углекислый газ
(Ш2), аммиак ^Щ) и многих других, учет которых и предупреждение появления/нейтрализации являются задачей проектировщиков и обслуживающего сети предприятия. Наличие в подсводном пространстве коллекторов водоотводящей сети токсичных газов приводит к газовой и биокоррозии, наличие которой влечет за собой угрозу обрушения стенок коллекторов и взрыва газа, а также опасность для здоровья людей [1, 2].
Сточные воды представляют собой неустойчивую многокомпонентную систему, способную к загниванию. Органические вещества сточных вод при разложении превращаются в летучие соединения, обладающие неприятным и сильным запахом, и являются причиной газообразования. В табл. 1 приведены наименования химических соединений, которые обладают специфическим запахом и входят в состав сточных вод в незначительных количествах [3, 4].
Таблица 1
Примеры летучих соединений, присутствующих в сточных водах и обладающих неприятным запахом
Вещество Соединение Формула
Соединения серы Сероводород Метилмеркаптан Этилмеркаптан Аллил меркаптан Бензилмеркаптан Диметилсульфид Диметилдисульфид Ы28 СЫ38Ы С2Ы58Ы СзН68 С6Н5СН28Н СН38СН3
Азотистые соединения Аммиак Метиламин Этиламин Диметиламин Пиридин МНз СН3МН2 С2Н5ЫН2 (СН3)2МН СбНбМ
Хлорированные соединения Хлор Хлорфенол Четыреххлористый углерод С12 С6Н4С1М03 СС14
Другие органические соединения Уксусная кислота Масляная кислота Формальдегид Фенол Ацетон СН3С00Н СН3(СН2)2СООН НСНО С6Н50Н С3Н60
о
Сй
1-
и
.0
с;
ш
1-
о
а
1-
и 5
о
г
м
о
-1
м
э
со
Метан (СН4). Образование метана в системе канализации приводит к экологической опасности ¡рывам газа в канализационных коллекторах.
Соединения азота и углеводородные соединения. К основным органическим веществам, встре-
га
Ниже рассмотрены условия образования некоторых газов в хозяйственно-бытовых сточных во- ш
О
дах и их воздействие на человека и на элементы системы канализации [5 - 8]. Д
Сероводород В результате деятельности сульфатредуцирующих бактерий на внутрен-
ней поверхности трубопроводов водоотводящей сети в биопленке образуется сероводород. Сброс неочищенных сточных вод промышленных предприятий, содержащих сульфиды, также приводит к образования сероводорода в коллекторах. Сероводород является большой опасностью не только
X >
I
х га
для самой системы канализации, но и для обслуживающего персонала. Он является основным пато- о
генным агентом среди других газов и приводит к газовой и биокоррозии железобетонных коллекто- й
ров канализации. х ^
Соединения серы Встречающиеся в системах отведения и обработки сточных вод меркап- ^ 5
тан, метилсульфид относятся к соединениям серы и веществам с интенсивным запахом [9].
с " с к
■ о
и взрывам газа в канализационных коллекторах. I— с
чающимся в сточных водах, относятся протеины (белки). При разложении протеинов происходит М
О а
гидролитическое дезаминирование и от аминокислот отделяется аммоний. При значении рН > 7 воз- ^ с
+ СП
никает аммиак ЫЩ [10, 11]. о ¡5
< га
. I
ш <
Летучесть перечисленных выше соединений соотносится следующим образом: метилмеркаптан : сероводород : аммиак : летучие жирные кислоты = 650000 : 54000 : 100 : 1.
Значения ПДК и пороги обнаружения запаха некоторых ДПВ приведены в табл. 2 [12].
Для оценки и анализа газообразования и запахов проводят исследования на источнике их образования, которые включают: отбор и ольфактометрический анализ проб запахов; расчет выбросов запаха, их рассеивание, определение реального уровня воздействия запаха [13, 14]. В канализационных коллекторах глубокого заложения проблема удаления газообразования особенно остро проявляется в подсводном пространстве самотечных трубопроводов рис. 1 [15, 16].
Таблица 2
Значения ПДК и пороги обнаружения запаха некоторых ДПВ
Летучие вещества ПДК, мкг/м3 Порог запаха, мкг/м3
Рабочая зона Селитебная зона
Сероводород 10000 8 14
Аммиак 20000 200 32000
Метилмеркаптан 800 0,05 0,4
Диметилсульфид 50000 80 2,5
Пропионовая кислота 2000 15 61000
Масляная кислота 10000 10 400
Рис. 1. Проявление последствий газовой коррозия железобетонного водоотводящего коллектора
Технология защиты при реконструкции эксплуатируемых водоотводящих коллекторов от газообразования эффективна при монтаже внутри существующего коллектора оболочки (сегментов) из полимербетонных блоков, соединяющихся между собой на специальном клеевом составе. Затем проводится забутовка (заполнение) межтрубного пространства высокотекучим раствором (рис. 2). Это практикуется на коллекторах Московской канализации [17].
Рис. 2. Коллектор к Люберецким очистным сооружениям г. Москвы после реконструкции ^
м
СО
На интенсификацию процесса газообразования в водоотводящих коллекторах в виде выделения сероводорода и других дурнопахнущих газов влияют участки с заиленными лотками канализационных коллекторов, перепады конструкций, что приводит к увеличению турбулентности потока [18, 19] и т. д. Выбросы газа происходят на всем протяжении водоотводящих сетей через люки колодцев, а также могут мигрировать через ливнеспуски, бетонные крышки шахт и т. д.
Выводы
1. На основе обработки литературных источников и практики эксплуатации систем и сооружений водоотведения установлено, что появление запахов в атмосферном воздухе связано с наличием о отложений и прохождением интенсивных анаэробных процессов. О
2. Поступление запаха в окружающую среду происходит, как правило, через люки колодцев во- 2 тводящих сетей, с отк
водящих трубопроводах.
доотводящих сетей, с открытых поверхностей очистных сооружении, а также при авариях на водоот- £
>
3. Мониторинг запаха целесообразно осуществлять в местах, где они образуются в результате х
га
технологических процессов: на насосных станциях, в смотровых колодцах, шахтах и очистных соору- с
жениях.
>
Ü S ®
Библиографический список g- о
1. МДК 3-01.2001 Методические рекомендации по расчету количества и качества принимаемых |J {2
сточных вод и загрязняющих веществ в системы канализации населенных пунктов [Электронный О Ц
ресурс] // ИС «Техэксперт: Интранет». URL: http://docs.cntd.ru/document/1200019782/ (дата обращения 03
01.04.2024). ° с
£ п
О s
< га . i со <
2. Орлов В. А., Саймуйллов А. В., Мельник О. В. Изучение процесса появления дурнопахнущих запахов в канализационных сетях и анализ средств их удаления // Вестник МГСУ 2020, № 3. С. 409 - 431. DOI: 10/22227/1997-0935.2020.3.409-431.
3. Орлов В. А., Королева Е. А., Мельник О. В. Образование и нейтрализация запахов в водоот-водящих сетях как важнейших артериях жизнеобеспечения // Инженерно-строительный вестник Прикаспия: научно-технический журнал. Астраханский государственный архитектурно-строительный университет. Астрахань: ГАОУ АО ВО «АГАСУ». 2020. № 4 (34). С. 84 - 89.
4. Kamil Pochwat. Description of Emissions and of Technical Abatement Measures / Kamil Pochwat, Malgorzata Kida, Sabina Ziembowicz, Piotr Koszelnik // [Электронный ресурс]. URL: https://www.mdpi. com/2076-3298/6/8/89/htm (дата обращения 01.04.2024).
5. 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 2001 IWA Publishing. Printed by TJ International (Ltd), Padstow, Cornwall, UK.
6. Залётова Н. А., Касперович В. Ю. Современные направления очистки высококонцентрированных сточных вод // Системные технологии. 2021. № 1 (38). С. 44 - 49.
7. Залётова Н. А., Морозова Н. В., Булычев И. О. Изменение во времени приоритетов в технологиях очистки городских сточных вод // Системные технологии. 2018. № 2 (27). С. 89 - 94.
8. Ружицкая О. А., Жолобова А. В., Липатов В. С. Анализ современных технологий глубокой очистки сточных вод с целью внедрения на городские очистные сооружения // Системные технологии. 2023. № 1 (46). С. 112 - 119.
9. Пронин А. А. Удаление неприятных запахов канализационных насосных станций / А. А. Пронин, С. А. Мошкина, Ю. П. Киреев // [Электронный ресурс]. URL: https://docplayer.com/130852161-Udalenie-nepriyatnyh-zapahov kanalizacionnyh-nasosnyh-stanciy.html (дата обращения 01.04.2024).
10. ИТС 10-2015 Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов. М.: Бюро НДТ, 2015. 377 с.
11. Сухова А. А. Разработка многослойного полимерно-текстильного материала для средств индивидуальной защиты от поражающих факторов химической и тепловой природы: дис. канд. хим. наук: 05.19.01 / Сухова А. А. Казань, 2017. 146 с.
12. Храменков С. В., Пахомов А. Н., Данилович Д. А. и др. / Методы предотвращения распространения неприятных запахов от сооружений канализации // Водоснабжение и санитарная техника, 2011. № 11. С. 29 - 35.
13. EN 13725 «Качество воздуха—Определение концентраций запахов с помощью динамической ольфактометрии».
14. ГОСТ 32673-2014. Правила установления нормативов и контроля выбросов дурнопахнущих веществ в атмосферу.
15. Васильев В. М, Морозов Г. В., Жуков С. В. Проблемы эксплуатации сетей канализации и пути их решения // Водоснабжение и санитарная техника. 2018. № 7. С. 44 - 50.
16. Wells, T. Modelling concrete deterioration in sewers using theory and field observations / T. Wells, R. E. Melchers // Cement and Concrete Research. — 2015. — № 77. — Pp. 82 - 96.
17. Примин О. Г., Громов Г. Н. Надежность и экологическая безопасность водонесущих трубопроводов // E3S Web of Conferences 263, 04002 FORM-2021. 2021 Volume 419, pp. 123 - 130.
18. Witherspoon, Jay. Collection System Ventilation Research Report / J. Witherspoon, D. Apgar, M. Ward. 2009. 123 p.
19. Foster, A. Air flow in sewers approach to design sewers for both air and water / A. Foster, Jr. McMasters // OWEA 2012—Collection Systems Specialty Conference. — Columbus, Ohio, USA. 2012. May, 10.
ANALYSIS OF THE CAUSES OF THE APPEARANCE
OF FOUL-SMELLING GASES IN DRAINAGE NETWORKS Z
M □
V. A. Orlov
O. G. Primin tj
CO
Research Institute of Construction Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences (NIISF RAASN), Moscow
Abstract
Urban wastewater is a source of gas formation in sewers and the appearance of foul-smelling gases, which include hydrogen sulfide, methane, ammonia, mercaptans and other chemicals. Being localized in the area of populated areas, gas emissions reduce the quality of the air environment and, depending on the intensity and scale of distribution, can cause complaints from people, creating a real threat to public health. Preventing such situations is an urgent task for urban maintenance services, designers and builders, on whose activities the effective and reliable operation of wastewater disposal systems depends. The problem of removing odors and aggressive gases in the subsurface space of gravity pipelines is especially acute in deep-laid sewers.
The analysis of the causes of the appearance of foul-smelling gases in drainage networks and their composition is given. It is shown that the main cause of accidents and destruction of collectors, which is confirmed by the practice of their operation, is an aggressive gas environment. This leads to serious defects in the subsurface space and disruption of the normal discharge of wastewater.
The Keywords
Drainage, pipeline, collector, gas formation, odors, causes, composition, corrosion.
Date of receipt in edition
27.05.2024
Date of acceptance for printing
05.06.2024
Ссылка для цитирования:
В. А. Орлов, О. Г. Примин. Анализ причин появления дурнопахнущих газов в водотводящих сетях. Системные технологии. — 2024. — № 2 (51). — С. 22 - 27.
п
0
m
га |_
X
s
>
1
X га с
0
1
а >
i : s g
о. ^
- s
° i "s i Si s
z *
< ra . i cû <
