Особенности реконструкции и ремонта канализационных сетей

Сегодня актуальность проблемы защиты канализационных сетей от разрушения в нашей стране не подвергается сомнению. Канализационные сети изношены до предела и нуждаются в обновлении. По данным Министерства регионального развития РФ в среднем по России физический износ канализационных сетей составляет 63%, канализационных насосных станций - 57%, очистных сооружений канализации - 56%. По отдельным муниципальным образованиям износ коммунальной инфраструктуры составляет 70-80% и увеличивается на 2-3% в год. Износ системы водоотведения продолжает увеличиваться, повышая вероятность техногенных и экологических катастроф, угрожающих миллионам людей и сотням предприятий. 

Проблема защиты канализационных сетей от разрушения носит комплексный характер, поскольку требует решения широкого спектра взаимосвязанных задач:

• разработки критериев оценки состояния канализационных сетей и сооружений;
• оценки текущего состояния действующих сетей и сооружений;
• анализ современных технологий санации;
• разработки комплекса профилактических мероприятий, направленных на увеличение сроков безаварийной эксплуатации канализационных сетей;
• обеспечения таких темпов ремонтных работ, которые позволили бы в обозримом будущем, с высоким качеством, отремонтировать поврежденные участки существующих сетей, но и своевременный ремонт новых сооружений.

Справедливости ради надо отметить, что данная задача в мире еще никем не решена. Так, анализ состояния канализационных сетей ФРГ, проведенный в 2004 г. показал, что только 81% коллекторов системы водоотведения страны не требует ремонта.

В тоже время, такой результат показывает эффективность функционирования предприятий, ответственных за эксплуатацию и ремонт канализационных сетей в ФРГ. При этом, необходимо принять к сведению, что общая протяженность канализационных сетей в ФРГ в четыре раза больше, чем в России. Такие результаты стали возможными благодаря грамотной эксплуатации и своевременному ремонту сетей с применением современных строительных материалов и передовых технологий.

В процессе ремонта канализационной сети устраняются дефекты труб (по длине и в местах стыковки), а также производится ремонт канализационных колодцев (смотровых и перепадных колодцев), которые располагаются:

• в местах изменения диаметров и уклонов трубопроводов;• в местах изменения направления трубопроводов;
• в местах стыковки трубопроводов;
• на прямолинейных участках труб через 35 – 300 м (с увеличением диаметра труб, расстояние между колодцами увеличивается).

Канализационные колодцы играют важную роль в обеспечении функционирования системы водоотведения, поскольку:

• обеспечивают доступ к коллекторам для проведения очистных или ремонтных работ;
• способствуют проветриванию канализационной сети, что снижает скорость коррозионных процессов, концентрацию токсичных и взрывоопасных газов;
• оказывают непосредственное влияние на гидравлические свойства системы водоотведения.

Поскольку канализационные колодцы часто располагаются в местах интенсивного движения автотранспорта, их состояние может сильно влиять на качество дорожного покрытия и, как следствие, на безопасность дорожного движения. При плохой гидроизоляции канализационных шахт существует опасность инфильтрации грунтовых и эксфильтрации сточных вод, что может привести к ускоренному разрушению колодцев, а также к нарушению бактериального равновесия в примыкающем очистном сооружении.

Поэтому одной из главных задач предприятий, ответственных за эксплуатацию канализационных сетей, является поддержание канализационных шахт в состоянии, близком к исходному. Решения этой задачи можно достичь за счет своевременного проведения:

• местного ремонта (устранение местных повреждений с использованием инъекционных методов и устройства местной гидроизоляции);
• реконструкции ремонта (восстановление исходных потребительских свойств колодцев за счет нанесения специальных покрытий или облицовки);
• нового строительства (сооружения нового колодца на месте существующего).

Выбор и обоснование возможности применения той или иной технологии санации канализационных колодцев зависят:

• от текущего состояния объекта и действующих нагрузок;
• от технической возможности применения технологии;
• от экономического эффекта, который может обеспечить выбранная технология ремонта (затраты, долговечность, сроки повторного ремонта).

Долговечность безаварийного функционирования канализационных колодцев во многом определяется выбором конструкционных материалов, использованных при их строительстве (наиболее часто при сооружении колодцев применяют бетон и кирпич), а также действующими в процессе эксплуатации нагрузками, в первую очередь воздействием сточных вод.

Различают прямое и косвенное воздействие сточных вод. Прямое воздействие имеет место исключительно в местах непосредственного контакта сточных вод со стенками канализационных сооружений. Это механические воздействия или воздействия различных растворов и микроорганизмов. Микроорганизмы находятся в непосредственном контакте с наружной или внутренней (для пористых материалов) поверхностью строительной конструкции и в процессе метаболизма взаимодействуют с конструкционными материалами. В результате происходит разрушение материала и сокращение сроков эксплуатации конструкции.

Если находящиеся в сточных водах микроорганизмы, в процессе жизнедеятельности, выделяют агрессивные вещества, непосредственно не связанные в пространстве и времени со строительной конструкцией, и место возможного поражения конструкции не возможно точно определить, то имеет место косвенное воздействие сточных вод.

Исследования ученых ФРГ показали, что вертикальные нагрузки на конструкцию колодца, обусловленные движением транспортных средств, а также их длительность, не обладают большим разрушающим потенциалом. После 10 миллионов циклов нагрузки, бетон сохраняет 90% своей несущей способности. Движение транспорта, также не оказывает существенного влияния на свойства гидроизоляции, выполненной с применением эластомеров. В тоже время влияние вертикальных нагрузок на процесс образования повреждений в колодцах, выполненных из кирпича, еще недостаточно изучено.

Для удаления отложений и устранения засоров, а также для подготовки обследования колодцев в ФРГ, часто применяется струйная водная очистка, следствием которой является постепенное разрушение конструкции и основания колодцев, а также и разгерметизация мест стыковки с канализационными трубами. При оценке механических нагрузок, которым подвергаются канализационные шахты, прежде всего, необходимо учитывать механический износ и кавитационную эрозию.

Механический износ обусловлен присутствием в сточных водах твердых частиц, таких как песок, щебень, твердых частиц металла, текстиля и т.д., которые являются абразивными материалами, истирающими стенки трубопроводов в результате транспортирования жидкости. Интенсивность истирания пропорциональна скорости потока, движущегося в трубе.

В местах сброса сточных вод на отражающей поверхности можно ожидать проявления кавитационной эрозии (образование отверстий и углублений на поверхности стенок шахты). Следствием интенсивных механических нагрузок является постепенное разрушение (появление отслоений и трещин), а также увеличение шероховатости стен шахт.

Химическое воздействие агрессивных сточных вод происходит исключительно в местах их непосредственного контакта со стенками канализационных сооружений. Содержащиеся в сточных водах кислоты, способные к обмену соли, сильные основания, органические жиры и масла инициируют разрушающее химическое воздействие на конструкционные материалы канализационных шахт.

При взаимодействии сульфатов, растворенные в сточных водах, совместно с гидратами алюминатов и гидрооксидом кальция цементного камня образуются очень объемные кристаллы. Образование кристаллов является причиной возникновения дополнительных напряжений, приводящих к вспучиванию цементного камня, что приводит, при известных обстоятельствах, к его полному разрушению.

При рассмотрении коррозионных процессов в канализационных сетях, большое внимание следует уделить коррозии конструкционных материалов, обусловленной воздействием биогенной серной кислоты, которая проистекает над поверхностью сточных вод. 

При отсутствии проветривания и достаточного количества кислорода, растворенного в сточных водах (менее 0,1 мг/л), в канализационной сети происходит интенсивный процесс образования сероводорода, который выделяется и скапливается в подсводном пространстве коллекторов. Появление сероводорода в атмосфере подсводного пространства коллектора сопровождается появлением на его стенках тионовых бактерий, в результате жизнедеятельности которых сероводород окисляется до серной кислоты концентрацией 5% и более. 

Наиболее благоприятными условиями жизнедеятельности бактерий является высокая влажность и температура окружающей среды в интервале от 30°С до 37°С. Но уже при температуре окружающей среды равной 18°С может образоваться 5%-серная кислота.

Интенсификации процесса выделения серной кислоты следует ожидать в местах наибольшей концентрации сероводорода, а именно:

• в местах длительного застаивания сточных вод;
• в конце канализационных каналов, которые отводят сточные воды в насосные системы; 
• в местах перехода напорного режима движения жидкости на безнапорный;
• в зонах повышенной турбулентности потоков, т.е. на перепадах, особенно открытого типа, в быстротоках, и местах соединения потоков.

Уменьшение потребления воды и связанное с этим сокращение объема сточных вод и увеличение времени застаивания, может привести к интенсификации выделения сероводорода в системе канализационных трубопроводов. Серная кислота воздействует на конструкцию канализационных шахт. В агрессивной среде цементосодержащие (бетон, сухие смеси) и металлические (сталь, чугун) материалы подвергаются сильной коррозионной опасности. 

Скорость коррозионного процесса бетонных поверхностей зависит от состава бетона и количества остатков продуктов коррозии. Например, в воздушном пространстве круглых труб, скорость разрушения бетонной поверхности составляет примерно 3 мм/год, а в ряде случаев 1 – 2 см/год. Коррозия стальных ступенек ухудшает безопасность проведения работ внутри колодцев, поскольку корродирующие ступеньки могут разрушиться под влиянием человеческого веса.

Таким образом, в результате воздействия сточных вод на элементы системы водоотведения происходит:

• уменьшение их несущей способности;
• нарушение герметичности системы;
• повышение опасности проведения ремонтных работ внутри системы.

Для предотвращения разрушения канализационных колодцев требуется своевременное проведение ремонтных работ. Своевременно выполненный ремонт всегда предпочтительнее нового строительства.