Изучение процесса появления дурно пахнущих запахов в канализационных сетях и анализ средств их удаления

Орлов В.А., Саймуллов А.В., Мельник О.В. Изучение процесса появления дурно пахнущих запахов в канализационных сетях и анализ средств их удаления // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. Вып. 3. С. 409–431. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.3.409-431

ВВЕДЕНИЕ

Загрязнение атмосферного воздуха в городах в основном обусловлено выбросами промышленных предприятий и транспортных средств [1]. Помимо этого, атмосферный воздух может загрязняться дурно пахнущими веществами, образующимися в самотечных канализационных трубопроводах и выделяющимися через люки смотровых колодцев [2]. Неприятные запахи ухудшают качество жизни человека, поэтому проблема их удаления или предотвращения имеет весомое социальное значение. В настоящее время в РФ нормируются выбросы загрязняющих веществ, но не запахи. Существуют случаи, когда гигиенические нормы для отдельных пахучих веществ не превышаются, однако имеются многочисленные жалобы городского населения на резкий неприятный запах, исходящий от канализационных сетей. В городских условиях и в сельской местности, в быту и на производстве современный человек резко реагирует на ухудшение комфорта среды обитания при наличии запахов.

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 трубопроводных сетей и оборудования [3–4].

В настоящее время во всем мире запахи рассматриваются как фактор загрязнения окружающей среды, который следует нормировать, стремясь снизить выбросы дурно пахнущих веществ. Государственными органами финансируются программы по контролю и предотвращению негативного влияния запахов на окружающую среду. Отмечается такой факт, что рыночная стоимость недвижимости в развитых странах падает с повышением уровня запахов.

В подобных местах не пользуются популярностью парки, аттракционы или торговые комплексы.

В России получен определенный положительный опыт в решении проблемы запаха в атмосферном воздухе, проделана большая работа по измерению интенсивности запаха, нормированию и контролю запаха, но до сих пор эта проблема не решена на законодательном уровне.

Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахнущих веществ, которые попадают в воду естественным путем либо со сточными водами. Практически все органические вещества (в особенности жидкие) имеют запах и передают его воде. Обычно запах определяют при 20 °С и при повышенной (60 °С) температуре воды [5].

Запах по характеру подразделяют на две группы и описывают субъективно по ощущениям:

• естественного происхождения (от живущих и отмерших в воде организмов, от влияния берегов, дна, окружающих почв и т.д.); некоторые запахи этой группы дают повод считать ее подозрительной в эпидемиологическом отношении;
• искусственного происхождения (от промышленных сточных вод, обработки воды реагентами, из канализационной сети и т.д.).

Запахи искусственного происхождения называют по соответствующим веществам: хлорфенольный, камфорный, бензиновый, хлорный и т.п.

Система водоотведения городов служит благоприятной средой из-за образования в ней таких соединений, как метан, сероводород, диоксид углерода, аммиак, и многих других. Их наличие влечет за собой угрозу для жизни населения, обрушения сооружений в результате взрыва газа в коллекторах, а также вносит значительный вклад в образование парникового эффекта [6]. Основные причины появления неприятных запахов: централизация утилизации сточных вод посредством длинных безнапорных и напорных трубопроводов; завышенные размеры (диаметры) канализационных каналов и трубопроводов; зачастую завышенная оценка объема сточных вод промышленных предприятий и предприятий сферы услуг; общее снижение потребления воды; снижение объема сточных вод вследствие инфильтрации осадка [7].

Основными факторами, влияющими на возникновение запахов в канализационных сетях, является образование сероводорода H2S и снижение окислительно-восстановительного потенциала сточных вод [8, 9]. Соединения серы (сероводород, меркаптан, метилсульфид) относятся к веществам с интенсивным запахом, встречающимся в системах отвода и обработки сточных вод. Сероводород присутствует как в атмосфере трубопроводов канализационной сети, так и непосредственно в сточных водах в растворенном виде. Он обладает запахом «тухлых яиц», возникая только в анаэробных условиях вследствие биологических процессов, протекающих, как правило, в налете на стенках канализационных коллекторов [10].

Механизмы патогенного действия сероводорода имеют ряд особенностей. При остром отравлении сероводород попадает в организм при вдыхании. Благодаря хорошей растворимости в крови высокие концентрации токсиканта достигаются быстро. В то же время железосодержащие ферменты дыхательной цепи, цитохромы и цитохромоксидазы блокируются в первую очередь. Существует блокада клеточного дыхания, прежде всего в центральной нервной системе, что приводит к потере сознания. Нарушение сознания является типичным синдромом тяжелого отравления сероводородом.

Серьезная проблема — образование в канализационной системе метана, который может провоцировать в ней взрывы, приводя к выходу из строя трубопроводной сети и значительному экономическому ущербу [11]. Основная доля взрывов связана с возникновением искр во время ремонтных работ в коллекторе.

Определенный негативный эффект представляют и соединения азота, которые встречаются в сточных водах, имея преимущественно форму протеинов (белков) [12]. Первым этапом разложения протеинов может быть дезаминизация (например, гидролитическая). При этом от аминокислот отделяется аммоний. Из соединения аммония при значении рН > 7 возникает аммиак (NH4+), который имеет резкий запах урины. Протеины могут также разлагаться в процессе декарбоксилирования. В качестве его продуктов возникают двуокись углерода (СО2) и первичные амины (биогенные амины). Большее число этих биогенных аминов обладают интенсивным запахом.

В результате прохождения в сточной воде анаэробных процессов разложения углеводородных соединений появляются неорганические пахучие вещества (низшие жирные кислоты, альдегиды, спирты и эфиры). Негативную составляющую в образование пахучих веществ вносит температура, повышающая биологическую активность анаэробных микроорганизмов.

Не менее значимая проблема — разрушение и обрушение элементов канализационной сети, которые являются важной составляющей жизнеобеспечения любого города. Исследования и практика эксплуатации канализационных сетей показывают, что они подвержены быстрому и нередко непредсказуемому износу. В крупных городах ежегодно происходят аварии, вызванные обрушением железобетонных канализационных труб [13]. Сероводород, поднимаясь к своду труб, вступает в реакцию с парами воды и образует серную кислоту Н2SO4.

Кислота с течением времени разъедает бетонные конструкции, превращая их в пастообразную массу. Многочисленные обследования коллекторов сточных вод показывают, что наибольшее выделение сероводорода наблюдается в местах, где сточные воды из напорных трубопроводов изливаются в самотечные участки, а также в перепадных колодцах. При этом разрушение бетонных коллекторов происходит под действием активных микробиологических процессов [14].

Для удаления неприятных запахов необходимо нормировать запахи на основе законодательных актов. При этом для определения нормативов качества атмосферного воздуха, при котором отсутствовали бы причины существенного раздражения у населения, необходим четкий, доступный количественный метод, который позволил бы установить баланс интересов производственников и населения. Разработка методологии и критериев оценки запахов является одной из актуальных задач в области охраны атмосферного воздуха от загрязнений в РФ. Необходимо отметить, что в настоящее время в мире не существует единых стандартов в вопросе нормирования и контроля запахов. Разные страны используют свои подходы к установлению нормативов в области запаха. Однако общим для многих европейских стран является метод измерения запахов, утвержденный в 2003 г. Европейским стандартом EN 13725. Качество воздуха. Определение концентраций запахов с помощью динамической ольфактометрии.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

I. Методы и аппаратура для оценки присутствия запахов и контроля их интенсивности

Согласно данным литературных источников, фиксация запахов (пахучих веществ) в воздушной смеси может оцениваться ручным контролем на основе кодовой шкалы интенсивности [15]. Предметом гедонистической окраски, т.е. классификации, запах может быть «крайне неприятный» — «нейтральный» — «крайне приятный». Под определением вида запаха понимается его характеристика, данная испытуемыми, такая, например, как «противный». Вид запаха невозможно измерить с помощью аппаратуры, он может быть идентифицирован только тестирующими лицами. При установлении вида запаха возможно использование средств, закрепленных в нормативных документах о защите от вредного воздействия.

Существуют два принципиально разных подхода к определению запахов: исследование на источнике и прямые полевые исследования в течение длительного периода времени с установлением максимально допустимой частоты появления запахов [16].

Исследования по определению запаха регламентируются Европейским стандартом EN 13725:2003 и включают выборку проб запаха, их ольфактометрический анализ, расчет выбросов запаха, их рассеивание, определение реального фактического уровня воздействия запаха и оценку его раздражающего потенциала в процентах от людей, испытывающих раздражение в зависимости от рассчитанной по модели концентрации запаха. Для этого требуется специальное устройство, фиксирующее количественные характеристики запаха. Таким прибором является ольфактометр. Данный метод определения запаха применяют в Великобритании, Дании, Бельгии (рис. 1).

Существует единичная градация, которая определяет концентрацию (интенсивность) запаха и измеряется в европейских единицах «запах на кубический метр» от 60 и более (сверхсильный) до 2 и менее (очень слабый). Еще одной значимой характеристикой ольфактометра является его чувствительность, т. е. способность фиксировать минимально возможные концентрации неприятных запахов (порог запаха). Это свойство метода наряду с оперативностью фиксации — новое в сфере мониторинга. Полевыми ольфактометрами можно производить измерения как на открытом пространстве, так и в замкнутом помещении. Полевые исследования позволяют реально оценить степень влияния запаха конкретного объекта, но исключают возможность прогнозирования ситуации в будущем.

Другим методом определения летучих органических соединений (ЛОС), сероводорода, аммиака и т.д. является газовая хроматография [17]. Газовая хроматография идеально подходит для быстрого разделения смешанных летучих компонентов. Эффективность хроматографии улучшается точностью температурного контроля колонны и постоянного потока газа-носителя [18]. В качестве оперативного средства контроля токсичных газов (СО, H2S, NO2) могут использоваться переносные фотоионизационные газоанализаторы КОЛИОН-1В со встроенной памятью. В них применяются электрохимические сенсоры, действие которых основано на возникновении тока в электролите в результате окислительно-восстановительных реакций с измеряемым компонентом.

Зарубежные специалисты разработали мобильный сенсор-датчик SewerSnort, устанавливаемый на плавающей платформе в виде спасательного круга. Сенсор, перемещаясь по течению в канализационной трубе, производит замеры концентрации газов в контрольных точках. По мере продвижения датчика он измеряет концентрацию сероводорода в атмосфере трубопровода. Чувствительный элемент находится в центре внутренней трубки для предотвращения погружения его в сточную воду. Корпус устройства достаточно высок, чтобы в случае высокой турбулентности прибор не перевернулся, поскольку габариты датчика невелики и составляют менее 30 см в диаметре и менее 0,5 кг в массе. Измерение концентрации сероводорода основано на электрохимическом методе. На датчике расположены карта памяти, а также контроллер, который позволяет отключать датчик во время его перемещения до точки измерения концентрации газа. Для локализации датчика используются принципы GPS-навигации, т.е. под каждым люком смотрового колодца, представляющим интерес, устанавливаются радиомаяки, которые передают сигналы с информацией о местоположении на датчик-поплавок.

II. Методы предотвращения условий возникновения или снижения концентраций запахов в канализационных сетях

Меры по предотвращению анаэробных условий

Проблемы с запахом, обусловленные наличием сточных вод в трубопроводах, возникают по причине неблагоприятной технологической обработки этих вод, следствием которой является прохождение активных анаэробных процессов [19]. Главным параметром интенсивности запаха служит содержание сульфидов в сточных водах и (или) содержание сероводорода в атмосфере канала или в отработанном воздухе. Результаты их измерения могут, как правило, использоваться для оценки воздействия неприятного запаха, независимо от того, присутствуют ли при этом другие пахучие вещества или нет. Особую опасность в плане возникновения запаха в канализационной сети представляют:

• участки, на которые напрямую отводятся сточные воды, содержащие вещества, обладающие интенсивным запахом, и вещества, поглощающие в больших количествах кислород, а также сульфидсодержащие сточные воды;
• каналы с малым уклоном, с малым частичным наполнением и длительным временем пребывания сточных вод (застойные зоны);
• участки с анаэробными сточными водами, где одновременно возникает сильная турбулентность потока сточных вод;
• участки, где сульфидсодержащие сточные воду текут вместе с кислотными или теплыми сточными водами;
• сборные резервуары (камеры всасывания) на насосных станциях;
• верхние и нижние головные части дюкеров;
• места выходов напорных трубопроводов.

Содействуют появлению неприятных запахов активные коррозионные процессы на внутренней поверхности трубопроводов из бетона, железобетона и стали.

Решение проблемы предотвращения анаэробных условий не может быть найдено в рамках одностороннего подхода. С инженерной точки зрения необходимо комплексное решение проблемы, которое приобретает заметную финансовую составляющую. Ниже представлены мероприятия по предотвращению анаэробных условий в водоотводящих сетях.

Строительные и эксплуатационные меры

Важнейшим элементом в период проектирования и строительства сетей и сооружений систем водоотведения, а также их последующей эксплуатации является создание условий, предотвращающих потенциальные причины активных анаэробных процессов [20, 21]. Целевой установкой инженерного планирования следует признать предотвращение попадания пахучих веществ в сточные воды и образование там субстанций, ведущих к появлению запаха или к его выходу в атмосферу, либо ограничение подобных явлений до определенной степени [22]. К стандартным, накопленным практикой техническим мерам предотвращения появления неприятного запаха в канализационных сетях относятся:

• подача кислорода, устранение турбулентности, прочистка трубопроводов и подача чистой воды, принудительная вентиляция самотечных сетей и их оперативный преимущественно бестраншейный ремонт [23–25].

Цель строительных мероприятий состоит в том, чтобы поддерживать аэробные процессы в воде, например, путем создания турбулентности. Для этого, например, может служить устройство водопадов сточных вод в специальных колодцах [26]. С другой стороны, в случае анаэробных сточных вод следует избегать турбулентности. Донные желоба в колодцах должны прокладываться с учетом расчетных расходов. Следует избегать выступов на пути потока сточных вод, резких изменений направления и большого изменения сечения в донной части. Отложения осадков необходимо минимизировать, например, с помощью соответствующего наклона канала. Воздушный поток не должен сдерживаться никакими препятствиями [27]. При необходимости следует предусмотреть принудительную вентиляцию колодцев с обработкой отработанного воздуха [28].

Проблемы с неприятным запахом зачастую исходят от насосных станций и напорных трубопроводов и концентрируются в точках перехода от напорного к безнапорному режиму течения в каналах [29, 30].

Основные правила планировки и эксплуатации насосных станций и мероприятия по предотвращению распространения неприятных запахов [31]:

• содержание кислорода в поступающей аэробной воде необходимо поддерживать внутри камеры всасывания на максимально высоком уровне;
• сточная вода не должна застаиваться после захода в канал, поскольку это снижает скорость движения воды по направлению течения, ведет к образованию отложений и препятствует вентиляции сточной воды;
• объем камеры всасывания, мощность и порядок работы насосов должны быть согласованы с поступающим количеством сточных вод, местными условиями и размерами напорного трубопровода, для того чтобы обеспечить по возможности короткое время пребывания;
• очень глубокие сооружения затрудняют вентиляцию сточных вод; камера всасывания насоса должна иметь такую форму, чтобы, с одной стороны, имелась поверхность воды большой площади для поступления кислорода, а с другой — были минимальны зоны дна и стенок с постоянным подводным налетом;
• образование отложений из твердых веществ и налета следует снижать путем создания самоочищающихся уклонов и постоянного движения сточных вод; на аэробном участке сточная вода должна падать в резервуар водопадом, обеспечивая дополнительное поступление кислорода; если втекающая вода содержит сульфиды, то она должна подаваться ниже уровня всасывающих патрубков насосов, чтобы минимизировать турбулентность и тем самым эмиссию сульфидов;
• до полного развития зоны утилизации время включения и выключения насосов следует менять; для определения оптимального цикла работы насосов необходимо исследовать образование в сточной воде сульфида или потребление кислорода;
• газовое пространство сборников должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией, с тем чтобы обеспечить хороший воздухообмен и надежно производить отвод воздушного потока, поступающего вместе со втекающей сточной водой.

К основным правилам планирования и эксплуатации напорных трубопроводов необходимо отнести [32, 33]:

• при планировании в зонах приема сточных вод необходимо исследовать условия поступления стока в первые годы эксплуатации и в перспективе;
• время пребывания сточных вод в сети следует максимально сокращать посредством плановых и эксплуатационных мер;
• напорные трубопроводы прокладывать преимущественно с подъемом и на максимально коротких участках;
• два напорных трубопровода с малым диаметром могут быть лучше, чем один с большим сечением;
• отложения и налет на стенках образуются при минимальных скоростях течения воды; при необходимости их следует удалять путем регулярных промывок с повышенной скоростью; в этих целях необходимы дополнительные насосные агрегаты; высокая скорость течения воды ведет к взмучиванию и выносу образовавшегося ранее налета; твердые отложения и налет на стенках требуют соответствующей очистки; частоту проведения чисток устанавливают на основе систематических измерений отходящего воздуха; очистку необходимо проводить до того, как будет достигнута критическая концентрация сульфидов;
• при длительных периодах застоя сточной воды напорные трубопроводы следует эксплуатировать вхолостую или их можно подвергать промывке чистой водой.

Одним из наиболее эффективных строительных методов предотвращения проблем с неприятным запахом является эффективная вентиляция [34–37].

Если проблемы с неприятным запахом не удается надежно предотвратить или в достаточной мере снизить путем строительных и эксплуатационных мер, то можно воспользоваться методами борьбы посредством обработки отходящего воздуха. При выборе метода необходимо учитывать следующие моменты [38]:

• предпосылкой является фиксация реального состояния, определение концентрации пахучих веществ и фактических объемов потоков;
• необходимо, чтобы метод мог быть реализован в конкретных условиях эксплуатации; его использование должно быть совместимым с действующим законодательством (например, постановление о сбросе сточных вод);
• следует исключить вредное влияние строительных и конструктивных материалов на очистку сточных вод;
• возможен годовой испытательный срок с одновременной оптимизацией для получения статистически надежных данных;
• подтверждением действенности метода является измерение H2S в режиме онлайн; возможно сопровождаемое измерение ольфактометром.

Как отмечалось выше, к строительным и эксплуатационным мерам следует отнести оперативный ремонт тех участков трубопроводной сети, которые наряду с проблемами распространением дурно пахнущих запахов имеют различного рода дефекты и более не подлежат эффективной эксплуатации [39, 40]. При этом предварительным этапом должна служить их детальная диагностика [41, 42].

Дезинфекция сточных вод

В качестве методов эффективного обеззараживания биологически очищенных сточных вод могут использоваться: хлорирование, озонирование, ультрафиолетовое и ультразвуковое облучение т.д. [43]. Хлор давно используется в качестве основного дезинфицирующего средства практически на всех очистных сооружениях российских городов благодаря дешевизне и простоте исполнения хлораторов [44]. Поскольку хлор довольно токсичен и опасен, очистные сооружения во многих городах России активно рассматривают другие реагенты для обеззараживания сточных вод, например, гипохлорит натрия [45]. Использование озонирования наиболее эффективно, но весьма затратно в денежном отношении [46].

Отдельного рассмотрения заслуживает метод обеззараживания сточных вод ультрафиолетовым облучением [47]. Этот метод очистки является физическим процессом, поэтому он исключает образование химических соединений, которые могут нанести вред человеку. К положительным аспектам метода очистки можно отнести следующие: уникальные дезинфицирующие свойства, минимальное время, необходимое для завершения процесса очистки, низкая стоимость процесса и небольшие размеры установок. Поскольку дезинфекция происходит на клеточном уровне, это не оказывает вредного воздействия на воду. Среди вышеперечисленных методов дезинфекции сточных вод и коммуникаций использование ультрафиолетового облучения является наиболее передовым, а в случае совместного использования с ультразвуком позволяет значительно ускорить процессы обеззараживания [48, 49].

Термическое окисление

Путем термического окисления или прямого сжигания можно достичь эффекта удаления горючих компонентов из газовых потоков преимущественно органического происхождения, например, когда присутствует большое количество метана [50]. Однако этот метод в рамках решаемых проблем в канализационной сети оценивается как достаточно дорогостоящий, поэтому его используют только при незначительных выделениях газов и агрессивных веществ в окружающем воздухе. Следует отметить, что удаление сероводорода путем термического окисления кислородом воздуха требует высоких температур (порядка 1200 °С), что для решения настоящих задач также потребует значительных затрат [51].

Биологические методы

Биологические методы основаны на сорбции токсичных и неприятно пахнущих веществ из газового потока через водную фазу, т.е. среду обитания микроорганизмов, с последующим уничтожением сорбированных веществ этими микроорганизмами [52, 53]. Биологические методы используются как в жидкой фазе, так и в газовой. Они являются наиболее экономичными с точки зрения эксплуатационных расходов, но требуют значительных капиталовложений. Установки биологической очистки воды и газа обычно подразделяются на биофильтры, биоскрубберы и биофильтры с оросительными слоями. Системы биологической дезодорации без ограничения производительности разработаны и доступны как за рубежом, так и в России [54]. Они обычно заполнены органическими наполнителями, такими как опилки и различного типа крошки, на поверхности которых развиваются микроорганизмы. Биофильтры требуют достаточно больших площадей и длительного времени для адаптации к новым веществам или для изменения концентрации загрязняющих веществ, подлежащих удалению. Краткосрочные выбросы (пиковые выбросы) с концентрацией, значительно превышающей рабочие выбросы, могут легко проходить через все слои фильтра. Установки биологической очистки имеют ограничение на допустимую нагрузку подлежащих удалению веществ и могут быть дезактивированы, если они превышены. Если, например, сероводород удаляется со значительным пиком превышения его концентрации в биофильтре, образуется серная кислота, что может привести к разрушению биофильтра и гибели микроорганизмов. В результате его необходимо заменить в аварийном режиме и утилизировать омертвевшую загрузку.

В биоскрубберах обычно используются неорганические поверхности с микроорганизмами на них и принудительная циркуляция воздуха. Как правило, биоскрубберы имеют закрытую корпусную вертикальную конструкцию, поэтому их площадь значительно меньше, чем у биофильтров, и меньше подвержена влиянию соответствующих погодных условий. По сравнению с биофильтрами они более дорогостоящие как по эксплуатационным, так и по капитальным вложениям, поэтому используются избирательно. Биоскруббер, который позволяет при расходе воздуха 35–55 л/с удалять около 95 % H2S при исходной его концентрации 5–7 мг/м3, представлен на рис. 2.

В целях создания аэробных условий, препятствующих процессам гниения органических загрязнений в сети и обеспечения предварительной очистки сточных вод на этапе транспортировки, в Республике Армения (г. Цахкадзор) предложено проводить аэрацию сточных вод на высокоскоростных участках сети с помощью самовращающегося аэратора, установленного в колодцах. Вращение элементов аэраторов обеспечивается кинетической энергией сточной жидкости. Устройство представляет собой горизонтальный металлический вал, на котором неподвижно в вертикальном положении закреплены круглые диски через 15–20 мм. Диски изготовлены из легких полимерных материалов толщиной 10–15 мм и при эксплуатации не корродируют и не отклоняются от вертикальной плоскости. На концах вала устанавливаются подшипники, которые крепятся к опорам. Вращающееся устройство монтируется в лотке колодца, а опоры вала крепятся к берме (рис. 3).

Нижняя точка центрального с наибольшим диаметром диска должна находиться на 50–70 мм выше отметки дна лотка, а боковые диски — на 30–50 мм. Оставшийся зазор между дисками аэратора и дном лотка обеспечивает беспрепятственное прохождение загрязнений, перемещающихся по дну лотка (тряпки, бумага, полиэтиленовые мешки и др.). Для определения диаметров дисков требуется уточнять максимальное и минимальное наполнение коллектора, чтобы установленный аэратор круглосуточно находился в сточной воде и непрерывно вращался. Вращение аэратора происходит вследствие взаимодействия моментов сил скоростного напора потока и возникающих сил трения на соприкасающихся с жидкостью поверхностях дисков при движении сточных вод (рис. 4).

Разработанная конструкция аэратора с биопленкой работает как дисковый вращающийся биореактор. В зоне поворота дисков Б–А (в верхней части реактора) биопленка выходит непосредственно на поверхность и обогащается кислородом воздуха, а при погружении в сточную воду (в зоне А–Б) происходит сорбция и окисление загрязняющих веществ биомассой. В этом случае концентрация растворенного кислорода постепенно уменьшается до повторного выхода рассматриваемой части диска на поверхность, далее начинается новый цикл. Учитывая, что температура в канализационном колодце даже в холодный период года не падает ниже 10 °С, работа самовращающегося аэратора в качестве биофильтра является стабильной.

На рис. 5 показана конструкция канализационного колодца с самовращающимся аэратором.

Сорбционные методы

Методы сорбции основаны на поглощении примесей из воздуха твердыми или жидкими сорбентами [55]. Жидкие сорбенты на городских очистных сооружениях широко не используются. Отчасти это связано с тем, что при регенерации рабочей жидкости поглощенные примеси должны удаляться, что является отдельной технологической задачей.

В качестве твердых сорбентов для очистки газов чаще всего используются активированные угли [56]. Для повышения эффективности очистки воздуха от сероводорода также применяется углерод, пропитанный различными катализаторами. Системы очистки воздуха на основе активированного угля надежно и тщательно освобождают воздух от различных (практически всех) загрязнений, что является их основным преимуществом. На рис. 6 представлена колонна с засыпкой из угля для расхода воздуха 1300 м3/ч и массовой концентрации H2S до 2,4 мг/кг.

Основным и, пожалуй, единственным недостатком активированного угля в отношении средних и высоких расходов воздуха, а также больших концентраций дурно пахнущих веществ является его ограниченный срок службы либо большой объем, что приводит к значительным эксплуатационным затратам. Кроме того, отдельная проблема — утилизация и регенерация активированного угля.

Химические методы

Химические методы, как правило, воздействуют избирательно на примеси, являются достаточно дорогими для локализации и в основном применяются для очистки промышленных газов [57]. В зависимости от агрегатного состояния поглотителя химические методы подразделяются на сухие и мокрые.

Наиболее простой мокрый химический способ удаления сероводорода реакция со щелочью в растворе:

H2S + NaOH => NaHS + H2O Н2S + 2NаОН => Nа2S + 2Н2О.

Недостатком использования гидроксида натрия служит реакция с углекислым газом СО2, который всегда содержится в воздухе, что приводит к существенному увеличению расхода щелочи.

В качестве сухих поглотителей в промышленности широкое распространение получили гидрат окиси железа и оксиды железа, а в отдельных случаях марганцевые руды. Некоторые из них могут применяться для удаления запахов из воздуха в промышленных системах. Для тонкой очистки от сероводорода используют оксиды железа:

Fе2O3 + 3Н2S = Fе2S3 + 3Н2O.

Так, 1 кг Fe2O3 способен удалить до 0,64 кг H2S. Этот поглотитель производится промышленно и предлагается в виде готовых гранул, которые можно загружать в реактор для очистки прямо в мешках. Оксид цинка ZnO снижает концентрацию сероводорода и меркаптанов до очень малых значений. Метод эффективный, но дорогостоящий — примерно в 50 раз дороже, чем применение оксида железа [58]. Недостатки химических способов заключа-

ются в избирательности действия; необходимости утилизации полученных продуктов; потребности в реагентах; необходимости удаления их остаточных количеств из обработанного воздуха и наличия складских помещений для хранения реагентов и продуктов.

Озонирование — также разновидность химического метода [59]. Поскольку озон — более сильный окислитель, чем кислород, он гораздо быстрее окисляет пахучие примеси путем «холодного сжигания». Преимущество метода состоит в воздействии озона практически на все виды пахучих веществ (органику, аммиак, сероводород и т.д.). Окисление сероводорода может происходить как с образованием серы, так и ее оксидов. Процесс сильно зависит от исходной концентрации H2S, температуры, влажности и расхода воздуха. Для получения удовлетворительных результатов оптимальное соотношение числа молекул озона O3 к H2S должно составлять 1,5–2, а время контакта молекул газа с озоном — не менее 10–15 с. Отметим, что для сравнительно малых концентраций сероводорода время реакции может быть более продолжительным, так как оно определяется кинетикой бимолекулярной реакции.

Генерация озона может производиться как непосредственно в потоке очищаемого воздуха в специальной реакционной камере, так и в озонаторах в чистом сухом воздухе (возможно, обогащенном кислородом или в чистом кислороде) с последующим введением озона в поток очищаемого воздуха. Считается, что наиболее эффективны электроразрядные методы генерации озона, в частности, в промышленных генераторах озона используется барьерный разряд. В первом случае эффективность генерации сильно зависит от степени загрязнения очищаемого воздуха, в частности, от его влажности (эффективность генерации озона при 100 % влажности любым электроразрядным методом крайне мала). Нельзя не отметить, что при введении озона или озоно-воздушной смеси в поток очищаемого воздуха возникают проблемы с тщательным перемешиванием двух потоков.

Инновационной технологией устранения запахов в помещениях любого типа является использование «сухого тумана». Суть технологии заключается в использовании помещенной в закрытой емкости (бак с соплом) специальной жидкости, где она после нагрева, превращаясь в туман, выбрасывается в замкнутый объем. Состав в газообразном состоянии разделяется на максимально мелкие частички, которые способны проникнуть даже в самые труднодоступные места. Они плотным слоем покрывают все поверхности, нейтрализуя неприятные запахи (физико-органического происхождения, запахи мочи, кала, затхлость и т.д.). К сожалению, частицы «сухого тумана» со временем будут разрушаться, и застарелые неприятные запахи могут снова вернуться. В таком случае через определенное время может потребоваться повторная обработка.

Каталитические методы

Каталитические методы в борьбе с дурно пахнущими газовыми выбросами базируются на окислении вредных примесей на поверхности катализатора [60, 61].

Суть процесса очистки газовых выбросов заключается в том, что на катализаторе происходит окислительное или восстановительное разложение токсичных примесей до безвредных состояний: воды, азота и диоксида углерода. Органические примеси газовых выбросов и оксид углерода, как правило, в результате каталитического окисления разлагаются до воды и диоксида углерода. Оксиды азота, наоборот, восстанавливаются до азота.

Каталитическое окисление H2S можно осуществлять во взвешенном слое из высокопрочного активного угля по реакции:

H2S + 1/2 О2 = Н2О + S.

Активаторами этой каталитической реакции служат водяной пар и аммиак, добавляемый к очищаемому газу в количестве порядка 0,2 г/м3. Активность катализатора снижается по мере заполнения его пор серой и когда масса серы достигает 70–80 % от массы угля, катализатор регенерируют промывкой раствором (NH4)2S. Промывной раствор полисульфида аммония разлагают острым паром с получением жидкой серы.

Катализаторы окисления кислородом воздуха практически не используются для удаления запахов в выбрасываемом воздухе в системах транспортировки и очистки сточных вод, так как работают при повышенных температурах (порядка 300 °С) и достаточно дорого стоят. Известны катализаторы, применяемые для окисления при работе с другими окислителями, в частности, с озоно-воздушной смесью, но даже для них максимальная эффективность достигается при температуре, близкой к 90 °С. Существенный недостаток данного метода — необходимость предварительной тщательной очистки выбрасываемого воздуха от механических загрязнений и аэрозольных частиц. Наличие в них неорганических компонент приводит к быстрому загрязнению поверхности катализатора или даже его «отравлению», что на порядки снижает активность катализаторов. Достаточно высокая стоимость катализаторов обусловливает необходимость их регенерации, что в любом случае является непростой технологической задачей.

Фотокаталитический метод

В последнее время разрабатывают фотокаталитические методы очистки воздуха от примесей. В отличие от каталитических методов активные центры на поверхности фотокатализатора создаются под действием поглощенного света. В качестве фотокатализаторов используют полупроводниковые оксиды или сульфиды (TiO2, ZnO, CdS и др.), в которых при поглощении света возникают пары «электрон — дырка», способные генерировать свободные радикалы благодаря высокому окислительному потенциалу. Пары «электрон — дырка» могут либо напрямую окислять адсорбированные молекулы, либо взаимодействовать с адсорбированными гидроксильными группами с образованием сильного окислителя — гидроксильных радикалов (ОН), которые, в свою очередь, окисляют адсорбированные молекулы органических веществ. Таким образом, образующиеся ОН радикалы являются главными окисляющими агентами.

При контакте дурно пахнущих газов с активными центрами происходят реакции их окисления, вплоть до СО2 и воды. Подробно механизм фотокаталитической очистки воздуха описан в работе [62]. Эффективность фотокаталитических процессов зависит от степени адсорбции удаляемого вещества, наличия влаги в воздушной среде, состава исходных веществ и образующихся продуктов, наличия загрязнений. Для разрушения примесей необходимо, чтобы каждая молекула примеси из объема столкнулась с поверхностью фотокатализатора. При очистке воздуха фотокатализаторы наносят на твердые поверхности, нити и ткани, которые располагаются около источников УФ-излучения.

В настоящее время ряд известных производителей (например, Daikin, Япония) разрабатывают и выпускают оборудование небольшой производительности для очистки воздуха с использованием фотокаталитических узлов. Оборудование предназначено для удаления запаха в небольших помещениях, автомобилях, туалетах. При этом достаточно эффективно удаляются основные загрязняющие компоненты, обладающие неприятным запахом, такие как аммиак, триметиламин, сероводород, ацетальдегид, метилмеркаптан и др. Как и для каталитических методов, обязательным является качественное предварительное фильтрование воздуха.

Электроразрядные методы

Электроразрядные методы применяются для очистки воздуха и газов от пыли в целях разрушения токсических веществ и удаления запахов. Кроме использования электрических разрядов, делались попытки применения (в том числе и для очистки воздуха) электронных пучков высоких энергий. Электрический разряд может разрушать химические вещества. Очистка воздуха от нежелательных примесей основана на плазмохимических реакциях с участием электронов, ионов, возбужденных атомов и молекул, радикалов ОН, N, Н, О и химически активных молекул (например, озона), которые образуются в электрическом разряде [63].

Электрические разряды в воздухе при атмосферном давлении могут быть реализованы в виде коронного, стримерного, импульсного стримерного, барьерного разрядов и их сочетаний. Коронный разряд образуется вблизи металлического острия или тонких проволочек, на которые подано высокое напряжение (5–20 кВ). Область, занимаемая коронным разрядом, составляет доли сантиметра, а ток не превышает нескольких миллиампер. При увеличении тока разряд из коронного превращается в стримерный, который представляет собой пучки тонких тускло светящихся каналов. Для ограничения тока разряда и улучшения однородности прорастания стримеров в разрядный промежуток вводят диэлектрический барьер. Такой разряд называют барьерным.

На рис. 7 приведены примеры устройств для удаления запахов с помощью электрических разрядов различных типов.

Фотохимические методы

При воздействии ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 200 нм в воздухе эффективно идут процессы диссоциации кислорода и воды с образованием прежде всего атомарного кислорода и радикалов ОН [64]. Эти частицы чрезвычайно реакционно-способны и вызывают цепочки химических превращений, в том числе с дурно пахнущими выбросами, находящимися в воздухе. Например, атомарный кислород трансформируется в озон, который также является мощным окислителем.

УФ-излучение с длиной волны 200–300 нм поглощается озоном с образованием ОН-радикала (при наличии молекул воды) и атомарного кислорода. Совокупность этих процессов позволяет сохранять в облучаемом реакционном объеме достаточно высокую концентрацию активных частиц в течение длительного времени, что повышает эффективность окисления дурно пахнущих веществ.

Основными преимуществами этого способа по сравнению с электроразрядными методами являются относительно высокая однородность генерации радикалов во всем реакционном объеме и относительная независимость от влажности воздуха (чем выше влажность, тем больше радикалов ОН). Современные мощные УФ-лампы позволяют создавать устройства большой производительности для удаления дурно пахнущих газов различной природы. В этих устройствах применяют лампы различных типов и их комбинации (рис. 8).

Основной недостаток этого способа — необходимость большого запаса по мощности для предотвращения проскоков при пиковых нагрузках, возникающих при эксплуатации.

Комбинированные методы

Практическое использование перечисленных методов показало, что ни один из них в отдельности не обеспечивает выполнение требований, предъявляемых к удалению дурно пахнущих запахов в системах транспортировки и очистки сточных вод:

• при работе с грязным воздухом (взвешенные вещества до 10 мг/м3, наличие аэрозольных частиц, высокая влажность — до 100 %, широкий спектр неорганических и органических загрязнений);
• при удалении запахов до предела чувствительности, а не просто снижение их концентрации на 90 % и более, а для загрязняющих веществ с порогом обнаружения большим, чем ПДК в воздухе населенных мест;
• при пиковых нагрузках по сероводороду H2S и летучим органическим соединениям как минимум на порядок выше средних концентраций с сохранением при этом своих выходных параметров;
• при работе в автономном режиме в любых климатических условиях.

В качестве одного из наиболее перспективных и динамично развивающихся методов очистки от дурно пахнущих выбросов является комбинированный фотосорбционно-каталитический метод. Суть его состоит в том, что очищаемый воздух обрабатывается ультрафиолетовым излучением с длиной волны 185–254 нм, что приводит к образованию активных окислительных центров, прежде всего атомарного кислорода О, радикала ОН, озона О3 и др. Процессы трансформации дурно пахнущих запахов идут вначале в объемной части фотореактора, затем воздух подается на сорбционно-каталитическую ступень, где недоокисленные компоненты адсорбируются и доокисляются в более медленных процессах активными частицами из газовой фазы, в том числе и кислородом воздуха. Такая комбинация методов и процессов позволяет обеспечить высокую степень очистки воздуха при наличии в них широкого спектра таких соединений, как сероводород, меркаптаны, аммиак, летучие органические соединения и др. В зависимости от состава и концентрации газов в очищаемом воздухе используются одно или двухстадийные схемы очистки (рис. 9). НПО «ЛИТ» использует фотосорбционно-каталитический метод в серии промышленных комплексов очистки воздуха (ВЕНТЛИТ) от дурно пахнущих выбросов для средних и больших производительностей. Этот метод также применен к задачам очистки вентиляционных выбросов в системах транспортировки и очистки сточных вод. Первые результаты по промышленной апробации этих комплексов были получены на объектах ГУП «Водоканал Санкт-Петербург» и АО «Мосводоканал».На Василеостровской насосной станции перекачки сточных вод Санкт-Петербурга был применен комплекс ВЕНТЛИТ МСД-5000. Одностадийная схема обеспечила надежное удаление газов из вентиляционных выбросов станции при производительности до 6500 м3/ч, средних концентрациях сероводорода до 7 мг/м3 и пиковых до 20 мг/м3, средних концентрациях летучих органических соединений 12 мг/м3 и пиковых до 40 мг/м3. На выходе из комплекса концентрация H2S составляла менее 0,05 мг/м3, концентрация летучих органических соединений не превышала 3–4 мг/м3 (фоновая концентрация 2 мг/м3). Органолептически на выходе запах отсутствовал.

В Москве на Люберецкой станции аэрации летом 2015 г. в отделении решеток на насосной станции цеха механического обезвоживания осадка запущен в промышленную эксплуатацию комплекс ВЕНТЛИТ МСД-10000 с двухстадийной схемой (рис. 10).

Содержание сероводорода на входе в установку составляло 10–60 мг/м3, общей органики 5– 50 мг/м3. На выходе из установки концентрация сероводорода была менее 0,05 мг/м3, общей органики — менее 1 мг/м3. На входе в комплекс средние концентрации H S составляли до 30 мг/м3 (пиковые до 60 мг/м3), средние концентрации летучих органических соединений — до 35 мг/м3 (пиковые до 55 мг/м3). На выходе из сооружения концентрация H2S не превышала 0,05 мг/м3, летучие органические соединения отсутствовали (при точности измерения 0,5 мг/м3). Запах на выходе отсутствовал. Для очистки вентиляционных выбросов старого здания решеток цеха механической очистки воды в декабре 2015 г. установлен и в январе 2016 г. запущен в эксплуатацию комплекс общей производительностью 40 тыс. м3 /ч (четыре установки ВЕНТЛИТ МСД-10000 (рис. 11).

При тех же характеристиках выбросов (на входе концентрация H S до 60 мг/м3, летучих органических соединений — до 55 мг/м3) комплекс надежно удалял дурно пахнущие газы: на выходе H2S и летучие органические соединения отсутствовали (при точности измерения приборов контроля, соответственно, 0,05 и 0,5 мг/м3). Органолептически запах отсутствовал.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В качестве результатов проведенной работы по исследованиям методов эффективного устранения дурно пахнущих запахов из канализационных систем ниже рассмотрены комплексные мероприятия по совершенствованию эксплуатации действующих сооружений, а также их строительства (реконструкции) вкупе с применением механических и химических методов устранения вредных газов.

I. В отношении эксплуатационных мер наиболее действенным решением предотвращения запахов является дополнительная чистка (промывка) каналов там, где вследствие малого расхода на них образуется налет, который создает опасность возникновения запаха. К таким местам в канализационной сети можно отнести ее участки, так как вблизи канализационных насосных станций дополнительная чистка не является средством борьбы с неприятным запахом. Там сточные воды поступают в большом количестве и протекают с высокой скоростью.

Другим эксплуатационным методом борьбы с запахами является оптимизация работы насосов насосной станции. Как известно, многие насосные станции работают по принципу экономии энергии; т. е. поступающие сточные воды в промежутки повышенной стоимости энергии остаются в канализационной сети и откачиваются в тот период времени, когда стоимость электроэнергии ниже и (или) объем откачиваемой сточной воды оптимизируется под очистные сооружения для обеспечения равномерного притока к ним. Для того чтобы снять остроту проблемы с запахом, эксплуатационным организациям следует изменить режим работы насосной станции по согласованию с очистными сооружениями и, возможно, другими насосными станциями с учетом предотвращения появления неприятного запаха. Однако окончательное решение проблемы не может быть достигнуто откачиванием сточных вод по принципу just in time (точно в нужное время), если причина неприятного запаха лежит в образовании серной кислоты.

II. Перечень строительных мер по предупреждению или снижению интенсивности запахов включает следующие аспекты: реконструкция перепадных колодцев, монтаж автоматических промывных устройств, уменьшение условного прохода (диаметра) канализационных сетей, установка биологических фильтров в колодцах и над колодцами.

Под реконструкцией перепадных колодцев прежде всего рассматривается их герметизация, предотвращающая выход усиленного образования запахов вследствие имеющихся водопадов (турбулентности) загнивающей воды. Существующие перепадные колодцы также могут демонтироваться таким образом, чтобы загнивающие сточные воды могли течь ровным потоком без турбулентности. В этой связи колодцы покрываются коррозионно-устойчивым цементным раствором. Такое мероприятие характерно для участков с анаэробным состоянием (практическое отсутствие растворенного кислорода в сточной воде). Естественно, что эффективность реализации этих мер сильно зависит от гидравлических параметров сети (расхода сточных вод) и местных условий (глубина залегания перепадных колодцев).

Сущность монтажа автоматических промывных устройств заключается в частичном накоплении некоторого объема сточных вод, который по достижению заданного объема или уровня сбрасывается в канал. Посредством перепадов и возникающей турбулентности сточная вода вентилируется.

При малых расходах сточных вод этот метод имеет недостаток: время пребывания сточной воды в канале увеличивается. В таких случаях для промывки можно использовать сырую или питьевую воду. В зависимости от зоны действия таких промывных установок их следует устанавливать через определенные интервалы по длине канала. Интервалы и зоны действия установки определяются с помощью натурных измерений.

Что касается уменьшения условного прохода из-за снижения потребления воды или в слишком малом расходе сточных вод, то наиболее действенными решениями являются реконструкции сетей путем нанесения различного типа защитных покрытий. К ним можно отнести, например, полимерные рукава и спиральные оболочки [65–67], напыляемые органические и неорганические облицовки [68–70], протаскивание полимерных труб в виде отдельных модулей или плетью [71–73]. Возможно применение и других бестраншейных методов, широко используемых при реконструкции водопроводных и канализационных сетей, в частности, точечный ремонт [74–77] в местах наибольших отложений загрязнений на канализационных сетях, которые провоцируют анаэробные процессы [78–80].

Установка блокирующих запах биологических фильтров в колодцах производится как под крышкой люка, так и над ним. Опыт эксплуатации сетей с фильтрами под крышкой люка перепадных колодцев показывает, что ими поглощается слишком много жидкости, поступающей с поверхностным стоком, что снижает воздухообмен в колодце. Накапливающаяся влага, в частности, может вести к усиленной коррозии в колодце, а также к тому, что запах может выходить из уличных водостоков и по водосточным трубам, поднимаясь на балконы квартир, вызывать жалобы жильцов. Опыт эксплуатации таких фильтров показывает, что после относительно короткого промежутка времени их эффективность снижается. На практике после некоторого времени работы фильтры заменялись обычной пленкой для герметизации колодца. Необходимо отметить, что очистка отходящего воздуха является ограниченной местной мерой и не устраняет причин. Неприятные запахи могут значительно усилиться в других местах. Очистка отходящего воздуха эффективна лишь тогда, когда воздух из канала отсасывается и затем пропускается через фильтры.

При использовании фильтров над люком колодцев они монтируются в форме пакета, устанавливаемого в некоторый контейнер. В этом же контейнере находится и насос. Воздух посредством откачки выходит из колодца через отверстие в герметичном перекрытии и по патрубку подается в контейнер. Роль фильтрующих элементов сводится к очистке дурно пахнущего воздуха, перед тем как он выводится наружу. Основой для расчетов производительности насоса и фильтров служит воздушный поток, расход которого, как правило, нельзя рассчитать с высокой точностью. Оценить интенсивность потока можно лишь путем измерений в различные моменты сброса сточных вод. В качестве недостатков таких систем можно отметить, что расчетное (запланированное) электропитание насосов не может быть обеспечено на длительный период времени. Ввиду этого практикой отмечались случаи, когда воздух поступал к фильтрам естественным путем. При этом эффективность очистки газов не снижалась. После изъятия таких фильтров наблюдался низкий процент их износа, что свидетельствовало о малых объемах проходящего через них воздуха. Таким образом, высказывается предположение, что эффективность фильтров существенно возрастет при откачке воздуха насосом. Недостатки оборудования колодцев фильтрами: обязательное административное согласование с дорожными службами установки фильтров на тротуарах; прокладка труб к фильтрам для отвода воздуха; защита насоса при установке в шахте.

III. В качестве механических методов можно рассматривать вентиляцию подсводного пространства канализационной сети. При выборе механических методов на передний план ставится принцип предотвращения образования запаха. Сюда относятся методы, посредством которых свободное пространство вентилируется и тем самым предотвращается образование H2S. К таким методам относится экономичная технология DRAUSY, включающая систему шлангов для выравнивания давления. По этой технологии в коллектор подается воздух специальным компрессором. При использовании метода необходимо рассчитать выталкивающую силу в зависимости от воздушного потока в системе шлангов и в соответствии с этим их утяжелять, например, стальными тросами.

IV. К химическим средствам прежде всего следует отнести применение препарата Нутриокс (Nutriox). Данное химическое средство применяют там, где другие меры не дают желаемого успеха для предотвращения образования запаха.

Нутриокс обладает следующими положительными характеристиками:

• защищает производственную среду, поскольку токсичный сероводород и легко испаряющиеся органические вещества не генерируются и, следовательно, не распространяются;
• выводит сульфид в водной фазе, когда тот уже присутствует вследствие биологического окисления;
• предотвращает образование запахов и токсичных соединений, которые создаются в процессе биологической ферментации в анаэробных условиях;
• предотвращает (или значительно сокращает) коррозию (скорость, степень) бетона и металлических составляющих поскольку H2S больше не выделяется;
• изменяет качество воды; повышает pH и щелочность.

Для оптимизации дозировки препарата Нутриокс необходимо выполнить большой объем измерений. Кроме того, для определения места применения средства требуется тщательно проверить возможности установки емкости заданного объема, монтажа дистанционного управления и прочие меры охраны труда. Важную роль для дозировки средства играет удаленность места его применения от насосной станции или очистного сооружения.

Результаты рассмотренных выше методов устранения дурно пахнущих запахов из канализационных систем позволили сделать следующие предварительные выводы:

• плановая промывка как средство борьбы с запахами является наиболее эффективным мероприятием для систем водоотведения таких городов, как Берлин, Санкт-Петербург, Ереван и т.д.;
• применение фильтров в колодцах можно оценить как непрактичное, поскольку фильтры не обеспечивают достаточного воздухообмена в колодцах (кроме того, дополнительную нагрузку на фильтры создает приток поверхностных вод);
• монтаж фильтровальных установок для откачки воздуха над колодцем эффективен и может принести положительные результаты, однако применение таких установок в больших городах с интенсивным уличным движением возможно лишь в определенных местах и связано с большими административными издержками;
• подача воздуха по шлангам при использовании на определенном участке и с правильной дозировкой может являться эффективным методом противодействия образованию запаха, но экономически нецелесообразна;
• использование химических средств, например, Нутриокса, является методом, приносящим мгновенный эффект, однако опыт коммунальных предприятий показывает, что этот метод относится к числу наиболее дорогостоящих (опыт Санкт-Петербурга (Аптекарский проспект, площадь Ленина и т.д.) показывает, что для нейтрализации запахов в тоннельных коллекторах возможно применение дезодорантов, которые представляют собой гели, содержащие летучие нейтрализаторы и комплекс натуральных и синтетических масел, гели размещаются в пластиковых коробках объемом 1000 мл, которые устанавливаются в колодцах на специальных опорах).

Ниже представлены сводная табл. 1 с методами, позволяющими в той или иной степени решать проблемы, связанные с предотвращением появления сероводорода, являющегося одним из основных компонентов дурно пахнущих газов, и табл. 2 с ориентировочными финансовыми затратами при использовании различных реагентов для борьбы с сероводородом в сточных водах.

На основании табл. 2 можно сделать вывод, что одним из экономичных способов борьбы с сероводородом является использование технического кислорода, что уступает только применению свободной азотной кислоты. Стоимость использования атмосферного воздуха главным образом обусловлена затратами на электроэнергию, потребляемую компрессором.

ВЫВОДЫ

Основной принцип поиска решений по локализации дурно пахнущих газов в системе канализации должен состоять в предотвращении их появления и лишь потом в их устранении.

Для достижения эффекта устранения дурно пахнущих запахов необходимо проведение мониторинга системы канализации с использованием подвижных установок и иных устройств, которые позволяют моделировать процесс эксплуатации сетей водоотведения, выявлять наиболее уязвимые места, способствовать недопущению аварий, снизить денежные затраты на эксплуатацию и ремонт трубопроводов.

В целях выявления наиболее эффективных, оперативных и экономически выгодных вариантов фиксации и нейтрализации дурно пахнущих газов на конкретных объектах необходимы фундаментальные инженерные проработки, включающие сопоставление альтернативных методов на базе проведения технико-экономических расчетов; при этом необходимо учитывать, что образование запаха в большой зоне водосбора может быть устранено не каким-то одним методом, а комбинацией возможных решений.

Формирование плана мероприятий по предотвращению и устранению запаха должно начинаться при проектировании канализационных сетей с определения необходимых условных проходов трубопроводов, уклонов каналов, а также выбора расположения насосных станций и очистных сооружений с учетом перспектив строительства тру-

бопроводов и подключения к канализационной сети новых участков.

Продолжение исследований по мерам локализации агрессивных и дурно пахнущих газов должно согласовываться с решением вопросов организации эффективной вентиляции канализационных стояков в конкретных зданиях и сооружениях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Стольберг Ф.В. Экология города. К. : Либра, 2000. 464 с.

2. Gostelow P., Parsons S. Sewage treatment works odourmeasurement // Water Sci. Technol. 2000. Vol. 41. Issue 6. Pр. 33–40.

3. Кофман В.Я. Сероводород и метан в канализационных сетях // Водоснабжение и санитарная техника. 2012. № 11. С. 72–78.

4. Stuetz R., Frechen F.B. Odours in Wastewater Treatment. Published by IWA Publishing, London SW1H 0QS, 2001. 436 p.

5. Майоров В.А. Запахи: их восприятие, воздействие, устранение. М. : Мир, 2006. 366 с.

6. Волоник Г.И., Терехов Л.Д., Сошников Е.В., Стеблевский В.И. Техническая эксплуатация коммунальных систем водоснабжения и водоотведения. Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2008. 195 с.

7. Parker W.J., Ryan H. A Tracer Study of Headspace Ventilation in a Collector Sewer // Journal of the Air & Waste Management Association. 2011. № 12. Pp. 581–592.

8. Lehua Z. Chemical and biological technologies for hydrogen sulfide emission control in sewer systems // Water research. 2008. No. 42. Pр. 1–12.

9. Sun X. Impact of fluctuations in gaseous H2S concentrations on sulfide uptake by sewer concrete: the effect of high // Water Research. 2015. № 81. Pp. 84–91.

10. Kyoohong P. Mitigation strategies of hydrogen sulphide emission in sewer networks: a review // International Biodeterioration & Biodegradation. 2014. Vol. 95. Pp. 251–261.

11. Gutierrez O. Assessment of pH shock as a method for controlling sulfide and methane formation in pressure main sewer systems // Water research. 2014. Vol. 48. Pр. 569–578.

12. Michael D. Municipal gravity sewers: An unrecognised source of nitrous oxide // Science of the Total Environment. 2014. Vol. 468–469. Pp. 211–218.

13. Wells T., Melchers R.E. Modelling concrete deterioration in sewers using theory and field observations // Cement and Concrete Research. 2015. Vol. 77. Pp. 82–96.

14. Васильев В.М., Панкова Г.А., Столбихин Ю.В. Разрушение канализационных тоннелей и сооружений на них вследствие микробиологической коррозии // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 9. С. 55–61.

15. VDI-Handbuch Reinhaltung der Luft. Olfaktometrie – Bestimmung der hedonischen Geruchswirkung, 2003.

16. Цибульский В.В., Яценко-Хмелевская М.А., Хитрина Н.Г., Короленко Л.И. Подходы к нормированию запаха в атмосферном воздухе России на основе ольфактометрических измерений запаха в промышленных выбросах // Экологическая химия. 2011. Т. 20. Вып. 1. С. 1–10.

17. Другов Ю.С., Зенкевич И.Г., Родин А.А. Газохроматографическая идентификация загрязнений воздуха, воды, почвы и биосред. М. : Бином. Лаборатория знаний, 2005. 81 с.

18. Kim J., Lim, J., Friedman J., Lee U. SewerSnort: A Drifting Sensor for In-situ Sewer Gas Monitoring // Sixth Annual IEEE Communications Society Conference on Sensor, Mesh and Ad Hoc Communications and Networks. 2009.

19. Барабаш Н.В. Биохимические методы очистки сточных вод. Ставрополь : Изд-во СКФУ, 2015. 98 с.

20. Серпокрылов Н.С. Экология очистки сточных вод физико-химическими методами. М. : АСВ, 2009. 262 с.

21. Харькина О.В. Эффективная эксплуатация и расчет сооружений биологической очистки сточных вод. Волгоград : Панорама, 2015. 433 с.

22. Диденко Е.А., Хромченко Я.Л., Светлополянский В.А. Влияние состава транспортируемых сточных вод на состояние канализационных трубопроводных систем // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 5. С. 33–35.

23. Захаров Ю.С., Орлов В.А. Восстановление водоотводящих сетей полимерными рукавами. М. : РУСАЙНС, 2017. 108 с.

24. Орлов В.А., Хренов К.Е., Орлов Е.В. Инженерно-технологическая реконструкция систем водоснабжения и водоотведения. М. : АСВ, 2019. 279 с.

25. Саломеев В.П., Гогина Е.С., Орлов В.А., Макиша Н.А. Реконструкция систем и сооружений водоотведения. М. : Изд-во Моск. гос. строит. ун-та, 2017. 232 с.

26. Сайриддинов С.Ш. Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения. М. : АСВ, 2012. 352 с.

27. Васильев В.М., Столбихин Ю.В. Выбор оптимального варианта транспортирования жидкости по водоводам большой протяженности по территории с наличием резкого перепада высотных отметок // Актуальные проблемы строительства и архитектуры : мат. Междунар. науч.-практ. конф. студ., асп., мол. уч. и докт. ч. 2. 2012. С. 38–40.

28. Столбихин Ю.В. Исследование процесса эжекции воздуха в камере гашения напора // Вестник гражданских инженеров. 2015. № 3 (50). С. 202–210.

29. Васильев В.М., Столбихин Ю.В. Выбор конструкции приемных камер после напорных водоводов и их расчет // Актуальные проблемы современного строительства : 64-я Междунар. науч.-техн. конф. мол. уч. ч. 1. 2011. С. 249–250.

30. Моргунов К.П. Насосы и насосные станции. СПб. : ЛАНЬ, 2003. 308 с.

31. Рублевская О.Н. Мероприятия по предотвращению распространения неприятных запахов на объектах ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 10. С. 46–55.

32. Чупин Р.В., Нгуен Туан Ань. Оптимальная реконструкция канализационных сетей // Водоснабжение и санитарная техника. 2015. № 2. С. 58–68.

33. Васильев В.М., Столбихин Ю.В. Условия применения приемно-разгрузочных камер (камер гашения) после напорных водоводов и их расчет // Технологии мира. 2012. № 06 (44). С. 27–34.

34. Ивановский И.Г., Макишин В.Н. Вентиляция шахт. Владивосток : ДВГТУ, 2007. 241 с.

35. Васильев В.М., Малков А.В. Места образования агрессивных газов в канализационной сети // Водоснабжение и санитарная техника. 2017. № 1. С. 66–74.

36. Малков А.В. Расчет требуемой кратности газообмена в подсводном пространстве канализационной сети // Вестник гражданских инженеров. 2017. № 2 (61). С. 140–144.

37. Vasilyev V., Stolbikhin Y. Inspecting and monitoring the technical condition of sewage collectors // Trans Tech Publications, Switzerland, Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 725–726. Pр. 1319–1324.

38. Joyce J., Hunniford Ch., Plummer A. Implementing vapor phase odor control on large diameter interceptor systems // Biosolids and Odor and Corrosion, Conference & Expo. 2013. Pp. 1–31.

39. Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Zwierzchowska A. Technologie beswykopowe w inzeynierii srodowiska. Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. Kielce, 2010. 735 p.

40. Bremond B., Konig A., Le Gat Y., Saegrov S., Torterotot J.-Ph., Werey C. Vers une maintenance et une rehabilitation preventives des reseaux d’assainissement // Techn., sci., meth. 2004. No. 9. Pр. 71–75.

41. Орлов В.А., Хренов К.Е. Диагностика трубопроводных сетей. М. : АСВ, 2018. 100 с.

42. Чистякова А.В., Орлов В.А., Чухин В.А. Диагностика технического состояния металлических трубопроводов // Природообустройство. 2016. № 2. С. 48–54.

43. Бахир В.И. Обеззараживание воды: проблемы и решения // Водаmagazine. 2008. № 5 (117). С. 36–40.

44. Семенова И.В., Мишутова М.В. Бактерицидно-химические свойства хлорсодержащих дезинфектантов, применяемых при очистке сточных вод // Энергосбережение и водоподготовка. 2012. № 3. С. 42–46.

45. Фесенко Л.Н., Игнатенко С.И. Обеззараживание воды низкоконцентрированным гипохлоритом натрия: от дискуссий к внедрению // Водоснабжение и канализация. 2009. № 7. С. 97–103.

46. ООО Озон-Монтаж Эффективное оборудование для очистки воды озонированием // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение 2009. № 8. С. 43–50.

47. Костюченко С.В., Волков С.В., Кузьмин А.В., Лысый Е.О., Ортель В., Давыдов Д.В. и др. Опыт внедрения современных систем обеззараживания ультрафиолетовым излучением // Водаmagazine. 2017. № 5 (117). С. 16–19.

48. Ульянов А.Н., Балакин С.К. Особенности интенсификации процесса обеззараживания воды ультрафиолетом и ультразвуком // Водоснабжение и канализация. 2011. № 1. С. 37–42.

49. Лебедев Н.М., Тихонов М.А., Казуков О.В., Лебедев О.Ю., Киреева З.В., Кузнецова О.Б. Исследование совместного влияния ультрафиолетового облучения (УФО) и ультразвуковой обработки (УЗО) на динамику окислительно-восстановительных процессов в водной среде // Материалы VI Конгресса обогатителей стран СНГ, II том, 28–30 марта 2007. С. 234–237.

50. Чекалов Л.В. Формула газоочистки. Ярославль : Нюанс, 2008. 74 с.

51. Николаев В.В., Бусыгина Н.В., Бусыгин И.Г. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа. М. : Недра, 1998. 184 с.

52. Родионов А.И., Кузнецов Ю.П., Соловьев Г.С. Защита биосферы от промышленных выбросов. Основы проектирования технологических процессов. М. : Химия, КолосС, 2005. 392 с.

53. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. Очистка сточных вод / пер. с англ. М. : Мир, 2006. 480 с.

54. Малышева А.А. Биофильтрация как способ дезодорации газовых выбросов при работе станций аэрации // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер. : Политематическая. 2014. Вып. 4 (35).

55. Штокман Е.А. Очистка воздуха. М. : АСВ, 2007. 312 с.

56. Климов Е.С., Бузаева М.В. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод. Ульяновск, УлГТУ, 2011. 201 с.

57. Ветошкин А.Г., Таранцева К.Р. Технология защиты окружающей среды (теоретические основы). Пенза : Изд-во Пенз. технол. ин-та, 2004. 296 с.

58. Melo D.M.A., de Souza J.R., Melo M.A.F., Martinelli A.E., Cachima G.Y.B., Cunha J.D. Evoluation of the zinox and zeolite materials as adsorbents to remove H2S from natural gas // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2006. Vol. 272. Pp. 32–36.

59. Миков А.Г., Соломонов А.Б., Глушанкова И.С., Морозовский А.И., Вайсман Я.И. Опыт применения озонирования для очистки промышленных и хозбытовых стоков // Научные исследования и инновации. 2010. Т. 4. № 3. С. 56.

60. Юшин В.В., Попов В.М., Кукин П.П. и др. Техника и технология защиты воздушной среды. М. : Высшая школа, 2005. 391 с.

61. Zhang L. Chemical and biological technologies for hydrogen sulphide emission control in sewer systems // Water Research. 2008. № 42. Pp. 1–12.

62. Canela C., Alberici R.M., Jardim W.F. Gas phase destruction of H2S using TiO2/UV-VIS // Journal of Photochemistry and Photobiology, Chemistry. 1998. № 112. Pp. 73–80.

63. Ma H., Chen P., Ruan R. H2S and NH3 removal by silent discharge plasma and ozone combosystem // Plasma Chemystry and Plasma Processing. 2001. Vol. 21. No. 4. Pр. 611–624.

64. Соколова И.В., Чайковская О.Н. Фотохимические методы для решения природоохранных задач. Томск : Издательский дом ТГУ, 2016. 256 с.

65. Ishmuratov R., Orlov V., Andrianov A. The spiral wound pipeline rehabilitation technique for pipe networks: An application and experience in Moscow City // 31 NO-DIG International Conference and Exhibition, NO-DIG Down Under. 2013. Pp. 1–7.

66. Bergue J.-M., Joussin J.-M., Orditz D., Thépot O. New design of liners in gravity flow pipes French recommendations 3R-2014 // 32 International NO-DIG Conference, Madrid, 13–15 October 2014. Ref. 6A-4. Pр. 1–10.

67. Schmager K-D. Overblew of spiral-wound pipe lining technologies // 29 NO-DIG International Conference and Exhibition, NO-DIG Berlin 2011. Paper 2B-4. Pp. 1–10.

68. Rameil M. Handbook of pipe bursting practice. Vulkan verlag, 2007. 351 p.

69. Kuliczkowski A. Rury kanalizacyjne. Wydawnictwo Politechniki Swietokrzyskiej, 2004. 507 p.

70. Орлов В.А., Орлов Е.В., Шлычков Д.И. Защитные полимерные покрытия для трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения // Вестник МГСУ. 2009. № 4. С. 167–171.

71. Bremond B., Konig A., Le Gat Y., Saegrov S., Torterotot J.-Ph., Werey C. Vers une maintenance et une rehabilitation preventives des reseaux d’assainissement // Techn., sci., meth. 2004. № 9. Pp. 71–75.

72. Zwierzchowska A. Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociagowych i kanalizacyjnych. Politechnika swietokrzyska, 2006. 180 p.

73. Харькин В.А. Замена трубопроводов из традиционных материалов на пластмассовые. Технологичес¬кие схемы и структура процессов // Журнал РОБТ. 2002. № 1. С. 20–23.

74. Храменков С.В. Стратегия модернизации водопроводной сети. М. : Стройиздат, 2005. 398 c.

75. Рыбаков А.П. Основы бестраншейных технологий. М. : ПрессБюро № 1, 2005. 304 с.

76. Thewes M., Kamarianakis S., Bielecki R. Decision making for underground infrastructure // 29 NODIG International Conference and Exhibition, NO-DIG Berlin 2011. Paper 2B-4. Pp. 1–10.

77. Pinguet J.-F., Meynardie G. Reseaux d’assainissement: du diagnostic a la rehabilitation // Eau, industry, nuisances. 2006. No. 295. Pp. 39–43.

78. Karsten M. Zustandserfassung von Kanalisationen. WWT: Wasserwirt. Wassertechn. 2007. No 3. Pp. 10–15.

79. Barsoom J., Nyierenda S., Vega-Bazan E. An emergency large diameter CIPP repair // 32 International NO-DIG Madrid. 2014. Pр. 1–8.

80. Matsumoto F., Morita T., Sakai E., Shimoda H., Sasaoka T., Matsui K. New pipe-jacking method in connecting new pipeline to the existing underground structure // NO-DIG 2014, Madrid (Spain). Ref. 5А-3.

81. Gorby J.A. Electrically conductive bacterial nanowires produces by Shewanella oneidensis strain MR-1 and other microorganisms // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2006. Vol. 103. Pр. 11358–11363.

82. Rabaey K., Sompel L., Maignien N., Boon P. et al. Microbial fuel cells for sulfide removal // Environ. Sci. Technol. 2006. Vol. 40. Pр. 5218–5224.

ОБ АВТОРАХ

Владимир Александрович Орлов — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водоснабжения и водоотведения; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 507689; OrlovVA@gic.mgsu.ru;

Алексей Вячеславович Саймуллов — магистрант кафедры водоснабжения и водоотведения; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 991711; voda@mgsu.ru;

Ольга Валериевна Мельник — аспирантка кафедры водоснабжения и водоотведения; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; voda@mgsu.ru.