Материал: Безопасность жизнедеятельности в экологически неблагоприятных условиях. Суровцев И.С., Борисов Ю.М
Следует отметить, что при окислении органических примесей воды растворами KMnO4 определяется только 20 % веществ, которые относят к разряду легко окисляющихся, при этом трудно окисляющиеся соединения данным тестом не идентифицируются. Цветность опосредованно характеризует наличие окрашенных соединений гумусовой природы – гуминовых (ГК) и фульвокислот (ФК). Их присутствие в природных водах, не подвергшихся антропогенному влиянию, для человека безвредно. Однако в настоящее время трудно найти водный источник, в который бы не поступали сточные воды, содержащие токсичные ионы металлов, органические вещества, использованные в производстве.
Наличие в воде питьевого назначения ГК и ФК крайне опасно, так как водный гумус способен образовывать с тяжелыми металлами комплексные соединения, которые растворимы в воде и устойчиво в ней присутствуют. Установлено, что в речной воде 90, 50, 75 и 90 % содержащихся в ней соответственно Pb, Cu, Zn и Cd входят в состав комплексов с ГК и ФК. Выявлены такие соединения с ионами меди (1,0 мг/л*), кадмия (0,001 мг/л*), хрома VI (0,05 мг/л*), никеля (0,1 мг/л*), свинца (0,03 мг/л*), марганца (0,1 мг/л), цинка (5,0 мг/л*), алюминия (0,5 мг/л), железа (0,3 мг/л*) и др. [7] (в скобках указаны значения ПДК* в питьевой воде в соответствии с СанПин 2.1.4.10749-01).
Кроме того, ГК и ФК обладают способностью к реакциям присоединения, обмена, нейтрализации и адсорбции органических веществ разных классов, в том числе и поверхно- стно-активных. В результате этих процессов появляются соединения ГК и ФК с целыми группами веществ, среди которых доминируют галогенсодержащие продукты, протеины, пластификаторы, гербициды, инсектициды и другие компоненты, обладающие большой биологической активностью [8].
Из приведенных данных можно заключить, что ГК и ФК являются ”носителями” органических и минеральных веществ, которых не должно быть в питьевой и технологической воде. Поэтому при удалении ГК и ФК вода попутно освобождается и от перечисленных компонентов.
Еще один аспект рассматриваемой проблемы - бактериальное загрязнение воды, содержащей гумусовые кислоты. Азотсодержащие вещества, каковыми являются ГК и ФК, являются хорошей питательной средой для размножения бактерий, что способствует росту их числа в воде.
Вода, подаваемая в городской водопровод, обязательно подвергается обеззараживанию. На большинстве водопроводов страны обеззараживание воды осуществляют хлорсодержащими агентами – газообразным хлором, хлорамином, гипохлоритами кальция и натрия и др.
Хлорирование воды приводит не только к уничтожению болезнетворных микроорганизмов, но и к частичному ее обесцвечиванию. Однако снижение цветности последней связано не с уменьшением содержания окрашенных примесей органической природы, а с нарушением системы сопряженных связей в ГК и ФК, что обеспечивает уменьшение окраски воды. При этом фрагменты больших органических молекул сохраняются и степень их токсичности неизвестна.
Кроме того, в процессе хлорирования в воде образуются хлорпроизводные неизвестного состава, обладающие канцерогенной и мутагенной активностью [9]. Исследователи и технологи пришли к выводу, что причиной возникновения таких веществ являются гумусовые кислоты. Это явилось причиной всестороннего изучения образующихся хлорпроизводных продуктов и исследования их влияния на живой организм.
Во многих работах упоминается о возможной связи между заболеванием раком почек и печени с содержанием хлорпроизводных в воде; показана способность хлороформа к аккумуляции живыми организмами, установлено уменьшение способности печени к синтезу протеина. Влияние хлороформа на нервную систему общеизвестно.
200
Впоследние десятилетия распространились технологии обеззараживания питьевой воды действием озона. Безопасно ли применение этого сильного окислителя для обработки питьевой воды? Ввиду высокой реакционной способности озон не только обеззараживает воду, но и взаимодействует с примесями воды, в результате чего образуются вещества, ухудшающие ее качество. Установлено, что на стадии озонирования образуются вторичные мутагенные вещества. Как показали проведенные нами эксперименты по окислению фульвокислот, фрагменты ГК и ФК, которые содержат тяжелые металлы в виде солей карбоновых кислот, остаются в обесцвеченной воде [9]. В связи с этими данными многих авторов озон не может считаться безопасным заменителем хлора.
То есть обеззараживание воды химическими окислителями способствует образованию
вней токсичных веществ.
Внастоящее время широко рекламируется аппарат для получения ионного серебра с целью стерилизации питьевой воды в домашних условиях. Вполне вероятно достижение большого бактерицидного эффекта, однако вызывает некоторое сомнение в безопасности этого прибора в связи с отсутствием контроля концентрации образующегося ионного серебра в воде. Согласно новому стандарту на питьевую воду, концентрация серебра в ней должна быть не более 0,05 мг/л (такую же величину ПДК имеют мышьяк и хром (VI).
Таким образом, чтобы питьевая вода г. Воронежа, была безопасна в химическом отношении, ее нужно очищать от некаля и гумусовых кислот.
Из физико-химических доступных методов положительный эффект достигается применением сорбентов, в качестве которых могут быть полезными активные угли, синтетические пористые ионообменные материалы и др. Сорбционным способом удаляются вещества как естественного происхождения (ГК И ФК), а также и искусственного.
С целью выявления типа анионита, пригодного для удаления из воды ПАВ, использованы аниониты разной основности с разным типом матрицы в гидроксидной ионной форме. Среди них аниониты: высокоосновные гелевый на стиролдивинильной основе АВ-17-8 и пористые - АРА-5П и слабосшитый (2 % дивинилбензола) АВ-17-2П; анионит среднеосновный Wofatit AD-41; анионит бифункциональный, содержащий ионогенные группы сильно- и слабодиссоциирующие ЭДЭ-10П и др.
Вывод. Аниониты, независимо от типа матрицы, значений влагосодержания, величины полной обменной емкости (ПОЕ) и соотношения количества высокоосновных и низкоосновных функциональных групп способны поглощать АПАВ. Можно, однако, сказать, что сорбция коррелирует с содержанием воды в набухшем ионите (исключение - анионит АРА5П), и абсолютно не зависит от количества функциональных групп в анионите. Такой результат может быть объяснен, во-первых, тем, что в порах большего размера диффузия большой органической молекулы протекает с меньшими стерическими затруднениями массопереносу, чем в образцах с меньшим объемом пор в твердой фазе, а также большей суммарной поверхностью доступных сорбтиву пор. Во-вторых, возможно имеет место физическая адсорбция, поэтому не прослежено влияния величины ПОЕ анионитов. На ОН-форме ионообменный процесс на низкоосновных анионитах невозможен, следовательно, в данном случае проходит только физическая адсорбция АПАВ. Высокоосновные же аниониты могут поглощать сорбтив по обоим механизмам, что, возможно, и объясняет высокую органоемкость анионита АВ-17-2П.
201
Библиографический список
1. Доклад о состоянии окружающей среды и природоохранной деятельности городского округа город Воронеж в 2006 году // Управление по охране окружающей среды городского округа. – Ответственный редактор А.Т. Козлов. – Воронеж, 2007. – 64 с.
2.http://www.facto.ru/article/05_2007/pitjevaja_voda/
3.Иванов В.А. Влияние на подземные воды жидких выбросов завода СК.- Сб. трудов Воронежского отделения ВХО им. Д.И. Менделеева.1959. С. 175-179.
4.Зиновьев Л.С. Инф. бюлл. Института им. Ф.Ф. Эрисмана. 1956. Вып 3. С. 3-6.
5.Николайкин Н.А. Экология: Учеб. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2003. - 624 с.
6.Рябчиков Б.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. – М.: ДеЛи принт, 2004. - 328 с.
7.Klenke T. Sedimente, Huminund Fulvosäuren - Indikatoren zur Schwermetallbelastung
von Flu system / T. Klenke, W. Oskierski // GWF. Wasser-Abwasser. - 1986. - Bd. 127, № 12. -
S.650-657.
8.Choi W.W. Associations of chlorinated hydrocarbon with fine particle and humic substances in neashore surficial sediments / W.W. Choi, K.Y. Chen // Environ. Sci. Technol. - 1976. - № 10. - P. 782.
9.Славинская Г.В. Влияние хлорирования на качество питьевой воды / Г.В. Славин-
ская // Химия и технология воды. - 1991. - Т. 13, № 11. - С. 1013-1022.
10.Славинская Г.В. Фульвокислоты природных вод // Г.В. Славинская, В.Ф. Селеменев. – Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 2001. - 165 с.
References
1.A report on the state of environment and nature-protecting activity of the urban district of Voronezh in 2006 // Administration of the environment of the urban district. – Managing Editor A.T. Kozlov. - Voronezh, 2007. – 64 p.
2.http://www.facto.ru/article/05_2007/pitjevaja_voda/
3.Ivanov V.A. The influence of Synthetic Rubber Plant liquid waters on underground waters. – Proceedings of the Voronezh department of BXO named after D.I. Mendeleyev. 1959. P. 175-179.
4.Zinoviev L.S. Information bullentin of the Institute named after F.F. Erisman. 1956. Issue
3, p.3-6
5.Nikolaikin N.A. Ecology: Text-book for Higher Institutions. – M.: Dropha, 2003. - 624
p.
6.Ryabchikov B.E. Up-to-date methods for preparing water for industrial and domestic usage. – М.: Deliprint, 2004. - 328 p.
7.Klenke T. Sedimente, Huminund Fulvosäuren - Indikatoren zur Schwermetallbelastung
von Flu system / T. Klenke, W. Oskierski // GWF. Wasser-Abwasser. - 1986. - Bd. 127, № 12. -
S.650-657.
8.Choi W.W. Associations of chlorinated hydrocarbon with fine particle and humic substances in nearshore surficial sediments / W.W. Choi, K.Y. Chen // Environ. Sci. Technol. - 1976. - № 10. - P. 782.
9.Slavinskaya G.V. The influence of chlorination on the quality of drinking water / G.V. Slavinskaya // Chemistry and technology of water. - 1991. - Vol. 13, № 11. - P. 1013-1022.
10.Slavinskaya G.V. Fulvic acids of natural waters // G.V. Slavinskaya, V.F. Selemenev. – Voronezh: Issue of Voronezh University, 2001. - 165 P.
202
УДК 621.1(075.8)
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет Ассистент кафедры водоснабжения и водоотведения Т.В. Степанова Россия, г. Воронеж, тел. +7(4732)72-50-82
Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering
Assistant department of the water-supply T.V. Stepanova
Russia, Voronezh, ph. +7(4732)72-50-82
Т.В. Степанова
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ. МЕТОДЫ ПРОДЛЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
Приведены основные причины отказов трубопроводов. Описаны основные повреждения. Представлены методы борьбы с различными видами повреждений подземных трубопроводов.
Ключевые слова: трубопровод, долговечность, повреждения, коррозия, изоляция.
T.V. Stepanova
THE DURABILITY OF UNDERGROUND PIPES.
THE METHODS OF THE EXTENSION OF DURABILITY
In the following work the main reasons of underground water pipes failures are given, the main types of pipes damage. Different ways to overcome the failure of water pipes are enlisted.
Keywords: conduit, longevity, damage, corrosion, isolation.
В настоящее время в России в эксплуатации находится около 1 млн. км подземных трубопроводов жилищно-коммунального комплекса, в том числе 523 тыс. км водопроводов. Безотказность и долговечность являются основными параметрами надежности, в определенной мере управляемыми при эксплуатации инженерных систем. Применительно к трубопроводам подземной прокладки рассматриваемые параметры определяются следующим образом:
-безотказность - свойство трубопроводов непрерывно обеспечивать пропуск воды с расчетными параметрами (давление, расход, качество и т.д.) и сохранять герметичность в течение заданного промежутка времени;
-долговечность - свойство трубопроводов выполнять свои функции с возможными отключениями для осуществления ремонтов до наступления предельного состояния.
По данным Научно-технического совета Госстроя России, средний уровень износа сетей в коммунальном хозяйстве составляет около 60%, а в отдельных регионах превышает 70% (Воронежская и Новгородская обл., Красноярский и Приморский края, Корякский автономный округ и др.). По данным В.С.Ромейко, требуют полной замены 67 тыс.км стальных и 60 тыс.км чугунных труб.
Следствием неудовлетворительного состояния подземных трубопроводов водоснабжения и канализации является не только колоссальные потери подготовленной питьевой воды, но и повсеместное ухудшение экологической обстановки и растущие практически во всех регионах России вспышки гепатита, тяжелых кишечных и желудочных заболеваний, а также тот факт, что многие здания в различных населенных пунктах оказались в состоянии
©Степанова Т.В., 2009
203
коммунального кризиса.
Металлические трубы подвержены зарастанию внутренней поверхности продуктами коррозии и карбонатными отложениями, что приводит к резкому возрастанию величины шероховатости материала труб и уменьшению площади их живого сечения. В результате пропускная способность трубопроводов снижается на 50% и более. Естественно, что этот процесс зависит от агрессивности транспортируемой воды.
Природные воды разбиваются на пять групп, каждая из которых определяет характер и интенсивность снижения пропускной способности трубопровода. Последняя рассчитывается по формуле:
Qt=Qp(1-0,01ntm), |
(1) |
где Qp - расчетная пропускная способность нового трубопровода; t - продолжительность эксплуатации, год; n, m - параметры, зависящие от физико-химических свойств транспортируемой воды.
Группа1 - слабоминерализованные некоррозионные воды с показателем стабильности от -0,2 до +0,2; вода с незначительным содержанием органических веществ и растворенного железа; n=4,4, m=0,5; ежегодный прирост абсолютной шероховатости 0,005-0,055мм.
Группа 2 - слабоминерализованные коррозионные воды с показателем стабильности до -1; воды, содержащие органические вещества и растворенное железо в количестве, меньшем 3г/м3; n=6,4-2,3, m=0,5; ежегодный прирост абсолютной шероховатости 0,055-0,18мм.
Группа 3 - весьма коррозионные воды с показателем стабильности от 1,0 до 2,5, но с малым содержанием хлоридов и сульфатов (меньше 100-150 г/м3); воды с содержанием железа больше 3 г/м3; n=11,6-6,4, m=0,4-0,5; ежегодный прирост абсолютной шероховатости
0,18-0,4мм.
Группа 4 - коррозионные воды с отрицательным показателем стабильности, но с большим содержанием сульфатов и хлоридов (больше 500-700 г/м3); n=18-11,6, m=0,35-0,40; ежегодный прирост абсолютной шероховатости 0,4-0,6 мм.
Группа 5 - воды, характеризующиеся значительной карбонатной и малой постоянной плотностью с показателем стабильности более 0,8; сильноминерализованные и коррозионные воды с плотным остатком более 2000 г/м3; n=32-18, m=0.25-0.35; ежегодный прирост абсолютной шероховатости 0,6-3,0 мм.
Здесь первые значения n и m относятся к трубопроводам диаметром 150-300 мм, а вторые - 400-600 мм.
Наши расчеты по формуле (1) показывают, что пропускная способность трубопровода снижается через 5 лет эксплуатации, в зависимости от группы воды, соответственно на 10; 14; 22; 32 и 48%; через 10 лет - на 14; 20; 30; 40 и 57%; через 20 лет - на 20; 30; 40; 50 и 68%!
В целом ряде случаев эксплуатационные организации меняют насосы на более мощные и при этом затраты электроэнергии на перекачку воды увеличиваются в 4-8 раз.
Внутреннее покрытие труб должно обладать высокими защитными свойствами, обеспечивающими сохранность ее на период транспортировки, хранения и монтажа, а также иметь высокую долговечность в процессе эксплуатации.
Внутренние полимерные покрытия трубопроводов по назначению можно разделить на антикоррозионные и гладкостные.
По всем параметрам наиболее подходящими для внутренней изоляции труб являются лакокрасочные материалы на основе эпоксидных, модифицированных эпоксидных и фенолформальдегидных смол. Из порошковых полимеров широко применяются покрытия на основе эпоксидных порошковых материалов, нанесенных по фенольному праймеру. Толщина антикоррозийных покрытий, как правило, составляет 300-500 мкм. Гладкостные покрытия применяют, как правило, на магистральных нефте- и газопроводах при транспортировке неагрессивных продуктов.
204