ГЛАВА 2
АНАЛИЗ ПРИЧИН, ПРИВОДЯЩИХ К ПРЕЖДЕВРЕМЕННОМУ РАЗРУШЕНИЮ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, И МЕТОДОВ ИХ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
2.1. Факторы разрушения трубопроводов
Конструкции трубопроводов канализационных сетей небольших диаметров (до 400 мм) состоят из отдельных керамических, асбоцементных, бетонных или железобетонных труб. Трубопроводы больших сечений (более 600 мм) прокладывают преимущественно из сборного железобетона. Процесс укладки в траншею таких трубопроводов виден из рис.2.1. [22].
Рис. 2.1 Производственный процесс укладки в траншею безнапорных железобетонных раструбных труб диаметром 700 мм:
Металлические трубы (чугунные, стальные) применяют для строительства напорных линий; для самотечной сети их можно использовать лишь в отдельных случаях (для устройства дюкеров, переходов и др.).
Канализационную сеть на магистральных улицах прокладывают ниже зоны промерзания (рис. 2.2.). Глубина заложения канализационных трубопроводов, как правило, составляет 2-6 м. Расположение канализационных трубопроводов общегородского назначения.
Рис.2.2. Расположение инженерных сетей на магистральных улицах общегородского значения с местными проездами.
1 - сборные трубопроводы ливневой канализации; 2 - распределительная сеть водопровода; 3 - теплопроводы;
4 - производственный водопровод; 5 - магистральная линия ливневой канализации;
6 - газопровод среднего давления; 7 - то же, высокого давления; 8 - магистральный водопровод;
9 - хозяйственно-бытовая канализация.
В подземной части уличных проездов современного города находится много различных трубопроводов (газопроводы, теплосети, трубопроводы под электрические и телефонные кабели, водопроводы, водостоки и т.д.). Канализационные трубопроводы располагаются ниже всех перечисленных инженерных сетей, поэтому раскопки их связаны со значительными трудностями. Аварийным бригадам приходится работать в очень стесненных условиях, в большинстве случаев при наличии грунтовых вод [23-25].
Главной причиной разрушения канализационных сетей является биологический фактором , когда повреждаются километры труб (очень быстро и в больших масштабах), загрязняются водоемы, почва, атмосфера городов, заполняются газом канализационные сети, что приводит к отравлению обслуживающего персонала. Действие биологического фактора в канализационных системах порождает цепь взаимосвязанных технических, экологических и социальных проблем [26-37].
Согласно [38], биологический фактор - это организмы (микроорганизмы) или их сообщества, вызывающие нарушения исправного и работоспособного состояния объекта. Канализационные системы - это объекты, где для сообществ находящихся в них микроорганизмов имеются оптимальные условия жизнедеятельности: наличие питательных веществ, постоянная положительная температура и массообмен с отведением продуктов метаболизма. Из последних ответственными за коррозионные процессы трубопроводов являются сероводород (Н2S), углекислый газ (СО2), и аммиак (NН3), концентрации которых в атмосфере подсводного пространства трубопроводов могут достигать соответственно 600; 3,5 и 20 мг/м?.
Исходные сточные воды, поступающие в канализационную сеть, в соответствии с требованием СНиП 2.03.11-85 неагрессивны к материалу трубопроводов, но за время перемещения по трубопроводам в результате жизнедеятельности микроорганизмов теряют растворенный кислород и насыщаются СО2, Н2S и NН3. При этом воздушная (подсводная) эксплуатационная среда насыщается газами биогенного происхождения вследствие дегазации сточной воды. Конструкция канализационной сети или отдельных ее участков способствует образованию агрессивной эксплуатационной среды, степень агрессивности которой определяет долговечность сооружения при воздействии биологического фактора.
Потенциальная аварийность канализационных трубопроводов вследствие действия биологического фактора зависит от состава транспортируемых сточных вод и наличия следующих условий: напорных участков с анаэробными условиями или анаэробных зон в водном потоке; зон повышенной турбулентности водного потока (перепадные колодцы и камеры, быстротоки, повороты); подключения стоков с температурой воды выше или с рН ниже, чем в основном водном потоке; высокого содержания в воде органических веществ. Сочетание вышеперечисленных условий приводит к наступлению предельного состояния трубопроводов в сроки от 4 до 10лет.
Распад органических соединений, находящихся в сточных водах, происходит при аэробных процессах, сопровождающихся в основном выделением углекислого газа (СО2), а при анаэробных процессах основным продуктом распада является сероводород (Н2S) и метан (СН4). Поскольку в сточных водах содержание растворенного кислорода невелико, в атмосфере подсводного пространства преобладают углекислый газ, аммиак и продукты анаэробного разложения, наибольший процент из них приходится на сероводород - продукт восстановления серы и сернистых соединений при активном участии сульфатредуцирующих бактерий. Появление сероводорода в атмосфере подсводного пространства коллектора сопровождается образованием на его стенках колоний тионовых бактерий (аэробных микроорганизмов цикла серы), продуцирующих серную кислоту концентрацией до 5%, разрушающую стенки железобетонных коллекторов (рис. 2.3).
б
в
Рис.2.3. Микроорганизмы в поре бетона (а), тионовые бактерии на
поверхности бетона (б, в).
Таким образом, действие биологического фактора на процесс коррозии канализационных трубопроводов включает три связанных между собой этапа, ведущая роль в первых двух принадлежит микроорганизмам (табл. 2.1. [39]):
образование и накопление в водной среде биогенных газов, состав