ПРОБЛЕМА ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ НА КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЯХ

Каждый день большое количество загрязненной воды от жилых районов, промышленных предприятий и домохозяйств поступает в городские системы хозяйственно-бытовой и общесплавной канализации для последующей очистки и утилизации.

В европейских и других развитых странах мира большое внимание уделяется негативному воздействию запахов на человека. Наличие в воздухе дурно пахнущих веществ влечет за собой появление заболеваний, потерю трудоспособности, недомогание, дискомфорт и финансовые издержки. Наличие неприятных запахов влияет на стоимость земли и недвижимости, а присутствие агрессивных газов приводит к раннему выходу из строя водоотводящих сетей и оборудования.

Проблема газовыделения в канализационных сетях является одной из актуальных и сложных задач в области коммунального хозяйства и экологии. Образование и накопление различных газов в трубопроводах и других элементах канализационных систем представляют собой серьезную угрозу не только для нормального функционирования этих систем, но и для здоровья людей, окружающей среды и долговечности инфраструктуры.

Процесс образования газов в канализации

Во время движения сточной жидкости происходят процессы разложения органических соединений. Углеводы гидролизуются, превращаясь в растворимые сахара, белки распадаются на аминокислоты, а жиры — на жирные кислоты с короткой углеродной цепью. Эти процессы могут протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. При аэробном разложении образуются углекислый газ, вода и аммиак. Процессы распада органических соединений в присутствии свободного кислорода протекают по следующим реакциям (рис. 1.1).

(1.1)

Как показывают уравнения, продукты химических реакций, возникающие при разложении органических соединений с участием свободного кислорода, не являются агрессивными и не представляют опасности для сооружений канализационной системы.

Из-за ограниченного пространства и активных химических процессов окисления органических веществ в сточной жидкости, количество растворенного кислорода значительно уменьшается и со временем резко сокращается. Когда концентрация свободного кислорода падает до 0,1 мг/л и ниже, разложение органических соединений начинает происходить иначе, используя кислород из других соединений, таких как нитраты, сульфаты и углекислоты. Это приводит к образованию органических кислот, спиртов и других соединений в растворенном виде, а также газов, включая сероводород, метан и углекислый газ. (рис. 1.2)

(1.2)

Все процессы разложения органических веществ происходят с участием различных сульфатредуцирующих бактерий, которые способны участвовать как в окислительных, так и в восстановительных процессах, как в аэробных, так и в анаэробных условиях. В результате химических реакций в сточной жидкости образуются новые химические соединения, что нарушает фазовое равновесие химического состава веществ в сточной жидкости и в газовоздушном пространстве над трубами. В процессе восстановления этого равновесия происходит выделение веществ из сточной жидкости в газовоздушное пространство сети и в последствии под воздействием различных сил газ, подобно сточной жидкости, перемещается по сети. В местах выхода сооружений канализационной системы на поверхность газ, насыщенный агрессивными веществами, выбрасывается наружу.

Попадая в окружающую среду, эти газы негативно воздействуют на здоровье городских жителей. Особенно подвержены риску воздействия этих газов работники, обслуживающие эти канализационные системы, что может привести к профессиональным заболеваниям.

Кроме этого, избыточная загазованность подсводного пространства сооружений приводит к интенсификации процесса газовой (микробиологической) коррозии железобетонных конструкций. Коррозия в конечном счете приводит к существенному сокращению периода эксплуатации отдельных участков и сооружений и возникновению аварийных ситуаций. Канализационная сеть крупного города включает в себя комплекс различных сооружений, таких как колодцы, шахты, насосные станции, камеры гашения напора, быстротоки. Колодцы и шахты при этом могут быть оборудованы водосливами практического профиля, ступенчатыми или, наиболее часто, трубчатыми перепадами. Поэтому гидравлические условия движения потока сточной жидкости подвержены постоянному изменению, что непосредственно влияет на газовыделение.

Одним из наиболее опасных является газ сероводород. Выделение данного соединения в подсводное пространство коллекторов, а также окружающий атмосферный воздух влечет за собой множество негативных последствий:

— является одним из факторов, приводящих к газовой коррозии конструктивных элементов сетей и сооружений;

— становится причиной обрушений конструкций и как следствие физическому и материальному ущербу;

— проявляется в виде неприятного канализационного запаха на урбанизированных территориях;

— приводит к усугублению экологической ситуации;

— представляет санитарно-гигиеническую угрозу для населения.

В свою очередь, большой интерес представляет сам процесс газообразования в канализационной сети, с какой интенсивностью он протекает и на каких участках, поскольку некоторые из них являются особо токсичными и оказывают серьезное влияние на здоровье человека и экологическое состояние городской территории.