Защита бетона канализационных коллекторов является обязательным условием долговечности и эксплуатационной надежности этих сооружений, их экологической безопасности. масштаб процессов коррозионного разрушения канализационных коллекторов, его экономический (около 2 % валового национального продукта) и экологический ущерб требуют масштабных решений проблемы их долговечности и надежности на этапах проектирования, строительства и эксплуатации. К сожалению, предпринимаемые до настоящего времени меры, как на этапах проектирования, строительств, так и на стадии эксплуатации сооружений не дают ощутимых результатов. Кроме того, в прак-тике строительства канализационных трубопроводов при оценке агрессивности воздействующих на эти конструкции эксплуатационных сред не учитывается активность биогенной сернокислотной агрессии. В некоторых стандартах стран СНГ по проектированию наружных канализационных сетей внесен ряд новых положений, связанных с микробиологической коррозией в этих объектах.
Особенности канализационных трубопроводов и специфика эксплуата-ционной среды не позволяют механически перенести на них известные противокоррозионные защитные мероприятия, хорошо зарекомендовавшие себя на других объектах техносферы.
Способы предотвращения коррозии канализационных коллекторов можно разделить в соответствии с тремя стадиями в генезисе биогенной сульфатной агрессии (образование сероводорода, элюирование его в подсводовое пространство и окисление до серной кислоты) на три группы:
· предотвращение или сведение к минимуму образования сероводорода в транспортируемых сточных водах;
· предотвращение элюирования сероводорода в атмосферу канализационных сетей;
· предотвращение микробиологической коррозии на своде минимизацией микробиологического окисления восстановленных соединений серы в H2SО4;
· использование кислотостойких марок бетона, защита бетона различными пропитками, органическими и неорганическими покрытиями, в том числе содержащими биоциды.
Анализ данных комплексного (химического, микробиологического, материаловедческого и физико-химического) обследования участков канализа-ционных коллекторов г. Харькова и научно-технической литературы с исполь-зованием методов биогеохимии (исследования превращений и миграций, которые происходят в экосистеме не с соединениями, а с элементами) позволяет представить генезис коррозионно-агрессивных соединений в трубопроводах водоотведения.
Самотечный канализационный коллектор можно рассматривать как техногенную экосистему, которая включает три фазы: жидкую (транспортируемые сточные воды), газообразную (атмосферу коллектора) и твердую (бетон свода) и их микробиоценозы (рис. 1). Каждая фаза имеет свои доминирующие химические элементы и характерные соединения. В стабильную, гармоничную экологическую систему эти фазы связывают последовательные реакции биогеохимических круговоротов трех биогенных элементов – серы, углерода и азота. Главным двигателем трансформаций соединений, окисления-восстановления элементов, их миграции из жидкой фазы в газообразную, затем в твердую и из нее (частично) – в исходную жидкую являются микроорганизмы. Их видовой состав, направленность и активность биохимических реакций зависят от состава сред обитания – жидкой и твердой, а также от состава газообразной фазы. Но и микроорганизмы, в свою очередь, воздействуют продуктами своей жизнедеятельности на эти среды и кардинально их преобразовывают.
Рисунок 1 – Миграция углерода, серы и азота в техногенной экосистеме канализационных трубопроводов (курсивом обозначены соединения, находящиеся в сточных водах, обычным шрифтом – соединения, образованные микроорганизмами в сточных водах и на сводовой части трубопровода)
В целом коррозионное разрушение бетона сводовой части канализационных сетей и сооружений на них обусловлено воздействием двух агрессивных эксплуатационных сред: газообразной, но главным образом жидкой – пленочной конденсатной влаги, сформированных в основном продуктами микробного метаболизма.
На первых этапах процесса это приводит к частичному разрушению трубопровода, при котором токсичные газообразные соединения начинают поступать в окружающее трубопровод подземное пространство, создавая угрозу функционированию других коммуникаций этой среды. Продукты разрушения свода попадают в сточные воды, дополнительно загрязняя их, а при дальнейшем развитии коррозионного процесса свод обрушивается со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями для городского хозяйства.
Эффективную защиту бетона от биогенной сернокислотной агрессии может обеспечить только то покрытие, которое не допустит диффузию серной кислоты, в том числе в смеси с жироподобными соединениями.
Как известно, полиэтилен обладает высокой устойчивостью к воздейст-вию серной кислоты и не растворяется в жироподобных соединениях. Поэтому он является наиболее перспективным материалом для использования в качестве защитного покрытия бетонных и металлических конструкций сетей водоотве-дения. Экономические показатели такого противокоррозионного мероприятия даже в огромных масштабах канализационного хозяйства городов имеют поло-жительную перспективу, тем более что для защиты от биогенной серно-кислотной агрессии может использоваться вторичный полиэтилен из отходов.
Для испытания устойчивости полиэтилена к биогенной сернокислотной агрессии и установления предельных сроков его эксплуатации в данной среде проводили эксперименты в лабораторных и производственных условиях.
Термопластичные полимерные материалы имеют низкие адгезионные свойства, что усложняет технологию их применения. Чтобы повысить прочность крепления полимерных материалов к основе, прибегают к дублированию стеклотканью, байкой и др.
Донецким Промстройниипроектом разработан прогрессивный способ крепления полимерных материалов на поверхности железобетонных конструкций путем механического заанкеривания в бетоне заготовок из материала, гладкого с одной стороны и ребристого с другой.
Полиэтилен с анкерными ребрами предназначен для защиты внутренних поверхностей железобетонных конструкций емкостей, эксплуатирующихся в жидких агрессивных средах, железобетонных емкостей подземных сооружений, стеновых панелей, лотков для отвода промышленных агрессивных стоков, для гидроизоляции железобетонных напорных труб и водоводов.
В Харьковском государственном техническом университете строи-тельства и архитектуры разработан способ ремонта и восстановления шахтных стволов путем устройства защитного покрытия из ребристой полиэтиленовой пленки. С применением этого материала в ГКП "Харьковкоммуночиствод" выполнены работы по защите от микробиологической сернокислотной агрессии канализационных шахт и трубопроводов.
В настоящее время полимерные материалы широко используются не только на сооружениях водоотведения, но и на различных сооружениях очистки сточных вод. Наибольшее распространение на объектах канализации получили такие изделия из полимеров, как пористые трубчатые аэраторы.
Преимуществом использования трубчатых аэраторов является улучшение технологического процесса очистки, экономия электроэнергии на 15-20 %, стойкость в агрессивных условиях, стойкость к гидроударам, надежность и долгий срок эксплуатации без регенерации, простота монтажа и обслуживания, отсутствие необходимости в спецоборудовании для отделения воды из воздуховодов при плановых или аварийных остановках воздуходувок.
Опыт внедрения аэраторов показал, что благодаря их высокой эффективности значительно сокращаются эксплуатационные затраты на сооружениях биоочистки. Срок окупаемости такой реконструкции составляет 1-1,5 года.
Заслуживает внимания и опыт НПО "Экополимер", впервые в Украине применившего при реконструкции биофильтров замену щебневой загрузки полиэтиленовыми и поливинилхлоридными гофрированными листами.
Таким образом, использование полимерных отходов в коммунальном хозяйстве города является весьма перспективно, но в настоящее время оно сдерживается низкой мощностью индустрии переработки полимерных отходов и отсутствием необходимой нормативно-технической документации.
литература
1. Актуальные вопросы биоповреждений / Под ред. Б.В. Бочарова. – М., 1983. – 102 с.
2. Гончаренко Д.Ф., Коринько И.В. Ремонт и восстановление канализационных сетей и сооружений. – Харьков: Рубикон, 1999. – 368 с.
3. Корінько І.В., Піліграм С.С., Зеленський Б.К. Пластмаси і полімери на спорудах водовідведення // Коммунальное хозяйство городов. Научн. – техн. сб. Вып. 22. – К.: Техника, 2000. – С. 3-7.
4. Горох Н.П., Саратов И.Е., Юрченко В.А. Полимерные отходы в коммунальном хозяйстве города. Учебное пособие под редакцией Бабаева В.Н., Коринько И.В., Шутенко Л.Н. Харьков, ХНАГХ, 2004г. – 375 с.
расчетно-экспериментальное исследование прочности люка смотрового колодца систем водоотведения и водопотребления из вторичных полимерных композиционных материалов