Факторы, влияющие на эксплуатационную долговечность сетей водоотведения

Содержание кислорода в сточной воде зависит от наклона (перепада) лотка коллектора и от количества воды. Перепады и шнековые подъемники способствуют повышенному внесению кислорода. Напротив, если подводимое количество воды незначительно или наклон лотка коллектора слишком мал, может иметь место усиленное возникновение отложений на коллекторе или образование твердых веществ. Еще одной причиной появления отложений может стать наличие гидравлически неблагоприятных мертвых зон. По сравнению с круглым сечением овоидальное поперечное сечение канала увеличивает силу потока на 21%. Если сила потока недостаточна для его дальнейшей транспортировки, то в канале нужно провести чистку.

Наряду с управлением процессом стока в промежуточных насосных станциях или в канале может устраиваться искусственная промежуточная вентиляция с пневматическими аэраторами, обеспечивающая подачу кислорода. Целесообразно проводить повторную аэрацию сточных вод на входе напорного канализационного водовода в безнапорный.

Для удаления газов можно использовать также разные специальные средства. Однако при этом приходится увеличивать затраты на приобретение средств для работы дозировочного устройства, а в случае сильного отложения шлака растут затраты и на утилизацию (рис. 4.10).

Чистый кислород улучшает аэрацию, но он обходится очень дорого. Чистый кислород больше подходит для использования в закрытых системах. Нитрат способствует замедлению гниения и может добавляться как соединение в жидкой форме. При правильной дозировке оксидированный кислород, попадая в систему каналов, денитрифицируется, при этом удаляется газ. Известь благодаря повышению водородного показателя (рН), замедляет работу гнилостных бактерий, создавая реакцию появления осадков. Кроме этого, нужно также учитывать образование шлама. Из-за присутствия в стоке солей железа происходит процесс адсорбции и осаждения. Запахи ослабляются и одновременно выделяются сульфиды. В случае если осаждающее средство загрязнено тяжелыми металлами, повышается нагрузка на сточные воды.

На интенсивный обмен воздуха между воздушным пространством канала и сточной водой оказывает влияние турбулентность потока. Подобный обмен способствует внесению кислорода, но если в сточной воде уже имеются запахи, они хорошо выводятся в воздух канала и через канальную шахту попадают наружу. Крышки шахт или колодцев помогают избежать этого, но газы могут скопиться в месте выхода и вызвать

производственные проблемы. Управление циркуляцией воздуха осуществляется, например, с помощью вытяжных вентиляционных сооружений, где воздух канала поднимается благодаря нагреванию. Этот процесс может поддерживаться также путем использования в канализационной системе гибких установок.

Проблемы с газами возникают либо при спуске, выпуске или сбросе сточных вод, либо из-за протекающих в системе каналов реакций. Лучше всего предотвращать появление газов естественной аэрацией в системе каналов. При искусственной вентиляции повышаются расходы на электроэнергию, а в случае добавления веществ увеличиваются материальные затраты, образуется шлам.

Эксплуатационники часто пытаются снять остроту ситуации, связанной с наличием газов и с коррозией в системе водоотведения, с помощью кратковременных мер, без учета всех факторов влияния. Однако только серьезное, объективное исследование естественного стока может стать предпосылкой для экономически обоснованного решения этой проблемы.

Появление запаха и образование коррозии в канализационных отводных сооружениях требуют комплексного изучения всего водосборного бассейна. Меры по «оказанию первой помощи» необходимы и имеют правовое обоснование, но за ними должны следовать глубокие исследования. Цель должна состоять в том, чтобы иметь решение проблемы для каждого конкретного случая. При этом, как правило, возникает ряд вопросов.

В чем состоит проблема образования газов и коррозии?

Почему она возникла?

Где это проявляется?

Каковы интенсивность и частота? (Замеры газа, фактометрические измерения масла, съемки мест, пораженных коррозией.)

Какие есть пути решения проблемы? (Литературные источники, обмен опытом, опрос специалистов, инженерные решения.)

Каковы преимущества и недостатки тех или других способов? (Сравнение вариантов применительно к местным условиям, оценка влияния на сеть и очистительные сооружения, применение малогабаритной техники.)

Какова стоимость мероприятий? (Оценка инвестиций и расходов на эксплуатацию.)

Когда, что и где реализуется? (Приоритетный список.)

Таким образом, становится ясно, что существует множество технических решений. Каждое из них в отдельности может быть использовано на практике, однако преимущество отдается комбинации различных мер, способствующих сокращению расходов и достижению оптимального решения.

Как показывают исследования, проблема образования газов в наибольшей степени является проблемой образования сероводорода, и непрямые однопроводные системы вместе со специфическими веществами, содержащимися в сточных водах, играют здесь важную роль.

Распространенное мнение о том, что газы выделяются из отложений в шахтах и каналах, не всегда подтверждается. Авторы работы утверждают, что они образуются преимущественно при отводе воды (при дренаже) через напорную систему. В системах свободного падения (с любым перепадом, разгрузкой и при любом внутреннем диаметре) газы выделяются в незначительном объеме.

В работе немецкие ученые приводят данные исследований, проведанных в Шверине, где в 1989 г. 130 тысяч жителей обсуживались 21 канализационной насосной станцией, то есть одна насосная станция обслуживала 6190 человек. В этот период проблемы образования газов практически не существовало.

В 2000 г. в городе работали уже 95 насосных станций на 102 275 жителей, или одна насосная станция на 1077 жителей.

Иначе говоря, по сравнению с 1989 г. время нахождения каждого кубического метра сточных вод в анаэробной среде, до того как они попадут в очистительную установку, увеличилось с 2,8 до 6 ч, при общем сокращении потребления воды.

Из этого можно сделать вывод, что с изменением рамочных технических условий должны произойти изменения в химическом составе сточных вод. Постоянное изменение количества приведет в итоге к новому качеству. Это и произошло в Шверине в 1994 г. Приблизительно в это же время проблема образования газов наряду с коррозией стали темой дальнейшего исследования.

В результате этих исследований оценены первичные и вторичные источники газов и на основе этой оценки выделены признаки, определяющие приоритетность решения проблем, связанных с наличием газов в смотровых шахтах.

Приоритет 1:

высокая концентрация сероводорода;

большое количество сточных вод с высоким содержанием сероводорода;

продолжительное воздействие газов в течение дня на окружающую среду;

жалобы населения на запахи газа;

появление коррозии.

Приоритет 2:

средняя концентрация сероводорода;

никаких особых жалоб населения;

начинающаяся коррозия;

кратковременное воздействие газов на окружающую среду.

Приоритет 3:

малая концентрация сероводорода;

отсутствие жалоб на запахи газа

отсутствие или незначительное появление коррозии.

Решение проблемы снижения концентрации газов в сетях водоотведения авторы работы [72] видят в следующем. Шахты должны быть изготовлены из коррозионностойких материалов. Сточные воды следует насыщать кислородом, удаляя как можно больше свободных сульфидов таких, как H₂S, уменьшить количество загрязненного воздуха и очистить его. Для этого предлагается целый ряд возможностей. Неважно, очищается ли отработанный воздух через фильтры с активированным углем или через биофильтры, с помощью озона либо электромагнитным способом, успех в основном зависит от того, насколько удастся предотвратить вынос отработанного воздуха в присоединенном самотечном трубопроводе.

Многие дефекты, выявляемые при эксплуатации смотровых колодцев и шахтных стволов, объясняются их недостаточным техническим качеством. Чтобы выявить факторы, от которых зависят эксплуатационные характеристики (долговечность, надежность) смотровых колодцев и шахтных стволов канализации, необходим анализ многих данных. Решение поставленной задачи сопряжено с рядом трудностей, поскольку поиск следует вести на стыке различных областей знаний: физики, химии, математики, геологии, экологии, с привлечением не только результатов лабораторных исследований, но и данных, накопленных в процессе эксплуатации смотровых колодцев и шахтных стволов.

Уже на начальном этапе эксплуатации обнаруживается довольно много дефектов, вызванных ошибками при проектировании и проведении проходческих работ. Большинство этих дефектов в процессе эксплуатации устраняется. Однако значительные дефекты или даже аварии могут возникать из-за неправильного проведения профилактических и текущих ремонтов, а также при эксплуатации канализационной сети без таких ремонтов. По-разному могут проявляться, в частности, недостатки крепи и армировки стволов.

Долговечность элементов крепи и армировки определяется временем бездефективной работы (с возможными перерывами для производства текущих ремонтов) в определенных условиях эксплуатации, от момента завершения сооружения ствола до полной потери им эксплуатационных свойств (предел долговечности). Требуемый срок эксплуатации ствола задается на стадии проектирования. Стволы шахт и смотровых колодцев имеют разные характеристики долговечности в зависимости от типа материалов, из которых они выполнены, от конструктивного решения, качества ведения работ и монтажа конструкции армировки, от влияния окружающей среды и проведения различных профилактических мероприятий на разных стадиях эксплуатации.

Можно утверждать, что на долговечность элементов смотровых колодцев и шахтных стволов влияют: физико-механические процессы, происходящие в материале и вызывающие изменения прочностных характеристик во время эксплуатации (агрессивность внешней и внутренней среды и степень ее воздействия на материалы элементов крепи и армировки); изменение геометрии конструкции (особенно армировки); условия эксплуатации ствола.

Различают две группы факторов износа. К первой группе относятся физический износ (например, от стекающей по поверхности бетонной крепи воды), усталостный износ бетона, металла и древесины, износ металла и бетона при действии коррозии, разрушение элементов лестничных соединений, а также деформация и образование трещин в крепи и армировке ствола. Физический износ зависит также от вида и качества изготовления этих элементов и производства проходческих работ, а также от того, насколько регулярно и качественно проводятся профилактический и капитальный ремонты.

Ко второй группе относятся влажность воздуха в стволе, колебания температуры, сдвижения горных пород, сейсмические воздействия.

Повреждения бетонной и железобетонной крепи стволов шахт, смотровых колодцев и их армировки могут носить различный характер, поэтому методы их устранения с указанием материалов следует предусматривать в проекте применительно к конкретным условиям. Процессы разрушения, или деструктивные процессы, протекают медленно. Трещины, расслоения, вывалы, раковины, солевые наслоения, ржавые пятна и полосы - явные признаки начала процесса разрушения, говорящие о необходимости своевременного ремонта.

Анализ данных многочисленных обследований деформированных стволов, сооруженных за последние годы, показал, что из множества причин их разрушения главной является коррозия.

Как уже было сказано, сейчас в Украине отсутствуют четкие критерии оценки состояния канализационных сетей и потенциальных опасностей, связанных с повреждениями конструкций. Между тем без всеобъемлющих данных о состоянии канализационной сети невозможно планировать работы по ее эксплуатации, инспекции и устранению повреждений. Для определения и прогнозирования способности коммунальных водоотводящих сооружений документация имеющихся в городских планах канализационных каналов, коллекторов и сооружений должна содержать следующие данные: характер повреждений, их оценка, классификация; критерии для разработки стратегии ремонта (установление приоритетов при планировании мероприятий по эксплуатации сетей, их контролю и устранению повреждений); заключение о состоянии сети.

Составление документации начинается с оценки повреждения: его характера, места, размера, количества на участке, причин и последствий.

Кроме того, необходима информация о функциональных особенностях коллектора: режиме эксплуатации, расположении (на свободной местности, под улицами, строениями и др.), глубине заложения, сроке эксплуатации, конструкции и материале, использованном при строительстве коллектора, уровне гидравлической загрузки.

Размещено на Allbest.ru