Организация контроля газового состояния водоотводящих сетей

При эксплуатации в надводной части водоотводящих коллекторов скапливаются выделяющиеся из сточных вод пары воды и вредные газы, которые затрудняют эксплуатацию сетей и могут создать аварийные ситуации.

Состав газовой среды водоотводящих коллекторов некоторых крупных городов РФ и ближнего зарубежья приведен в таблице 2.1.

Если в сточной воде имеется избыточный агрессивный диоксид углерода СО2, то при его химическом взаимодействии с гидроксидом кальция Са(ОН)2 сначала образуется малорастворимый в воде углекислый кальций СаСОз, окисляющийся затем до легкорастворимого двууглекислого кальция Са(НСОз)2. Растворение двууглекислого кальция приводит к разрушению (коррозии) бетона.

Присутствие в водоотводящих коллекторах углеводородных и метановых газов при окислении кислородом воздуха может вызвать самовозгорание и взрыв.

Таблица 2.1

Состав газовой среды водоотводящих коллекторов крупных городов

Степень коррозионной активности сточных вод зависит от концентрации компонентов сточных вод, значения которых представлены в табл. 2.2.

Анализ показывает, что 70% аварий на городских водоотводящих коллекторах происходит из-за газовой сульфатной коррозии и 30% - из-за нарушения механической прочности. Основным агентом коррозии является сероводород H2S. Он растворяется в воде, конденсирующейся на сводах трубопроводов, не омываемых сточными водами, и проникает в поры бетона.

Таблица 2.2

Степень коррозионной активности

В конденсате, образовавшемся на стенках коллектора, происходит биохимическое окисление сероводорода кислородом воздуха. При этом происходит реакция

2H2S + О2 = 2S + 2Н2О.

Сера, образовавшаяся в процессе биохимического окисления, окисляется в серную кислоту по реакции

2S + ЗО2 + 2Н2О = 2H2SO4.

Воздействие на бетон серной кислоты вызывает образование сульфата кальция (гипса) и сульфаталюминия кальция, увеличивающихся в объеме по сравнению с гидроксидом кальция (являющимся составной частью цемента) соответственно в 2 и 22,5 раза. Значительное расширение, вызываемое этими соединениями, приводит к растрескиванию и разрушению бетонных конструкций водоотводящих сетей.

Для борьбы с газовой коррозией необходимо организовать контроль за газовым состоянием коллекторов водоотводящей сети. Для получения достоверных результатов количество замеров в каждой точке должно быть не менее 30. Если полученная среднеарифметическая величина концентрации газа в исследуемой точке (колодце) всей серии замеров будет равна или больше его ПДК, то данная точка считается коррозионно-опасной.

По результатам обработки данных составляют карту загазованности обследованной водоотводящей сети.

Прогнозировать возникновение коррозии можно по индексу Помероу, определяемому уравнением:

где: Z - индекс, характеризующий вероятностную скорость возникновения коррозии (табл. 2.3); БПК5 - биохимическая потребность сточных вод в кислороде, получены в лабораторных условиях при 20°С, мг/л; Т- температура сточных вод, °С; J - уклон трубопровода; Q - расход сточных вод, л/с; U/b1 - отношение смоченного периметра трубопровода к ширине водного зеркала; для наполнения 0,5D отношение U/b1 = π/2.

Таблица 2.3

Вероятность возникновения и скорость коррозии в зависимости

от величины индекса в уравнении Помероу

Следует подчеркнуть, что индекс Z только указывает на возможность сульфидной коррозии. Так как концентрация сульфидов зависит от продолжительности пребывания сточных вод в трубопроводе, то количество сульфидов, которое продуцируется в течении 1 ч в сточной воде, можно определить по формуле:

где:      скорость образования сульфидов за 1 ч, мг/л; R - гид-равлический радиус (/χ), м; υ - средняя скорость течения сточных вод, м/с; h/d - наполнение трубопровода в точке m; ЭБПК5=БПК5∙1,07(Т-20) - эффективная БПК5. В табл. 2.4 приведены значения ЭБПК, вычисленные для сточных вод с различной температурой.

Среднюю скорость коррозии (мм/год) ориентировочно можно также рассчитать по уравнению, предложенному Помероу:

Через некоторое время за счет потери сульфидов из системы концентрация сульфидов в сточной воде стабилизируется по уравнению:

                                                             Таблица 2.4

Значения ЭБПК сточных вод

где: k - корректирующий коэффициент, зависящий от климатических условий: для умеренного (европейского) климата может быть принят равным 0,8; А - щелочность бетона, выраженная как эквивалент СаСО3: для бетонных труб с кварцевым заполнителем в среднем составляет 16 %, для асбестоце-ментных труб, у которых щелочность 50%, и труб с большей щелочностью формула неприменима; Xs =0,7(Jυ)3/8 iS b/U -степень превращения сульфидов в газовой фазе в серную кислоту на поверхности стенок трубопровода; i - коэффициент, зависящий от рН и показывающий, какая часть сероводорода переходит в растворимые сульфиды (табл. 2.5); S - общая концентрация растворимых сульфидов, мг/л.

Концентрацию сульфидов (мг/л) в конце напорного трубопровода определяют по формуле:

С=О,О1312(ЭБПК5)(12/D) + О,12) + Со,

где: t - время движения сточной воды по трубопроводу, мин; D - диаметр трубопровода, см; Со - концентрация сульфидов в сточной воде в начале напорного трубопровода, мг/л.

Повышение долговечности водоотводящих коллекторов может быть обеспечена:

•   контролем за качеством сточных вод;

•   использованием коррозионно-стойких конструкционных материалов;

•   вентиляцией сети.

Одним из приемов, препятствующих окислению сероводорода в серную кислоту, является орошение свода трубопровода сточной водой при работе коллектора полным сечением в течение непродолжительного времени. Примеры таких устройств показаны на рис. 5.

Рис. 5. Устройства для периодического автоматического смывания кислот с поверхности свода трубопровода.

Для искусственной вентиляции следует предусматривать устройство дегазационных камер с вытяжными шахтами в местах подключения напорных трубопроводов к самотечным, в местах перехода самотечного режима в

напорно-самотечных и в нижних камерах дюкеров. Устройство вытяжных устройств обязательно в верхних камерах дюкеров, перед насосными станциями, в местах резкого изменения скоростей и в перепадных колодцах.