Захист атмосферного повітря від забруднення викидами сірководню з каналізаційних мереж

Abstract

Дисертацію присвячено вирішенню актуального науково-практичного завдання – поліпшенню показників екологічної безпеки транспортування стічних вод каналізаційними мережами за рахунок зменшення викидів сірководню в міське атмосферне повітря шляхом придушення процесів утворення сірководню в стічних водах і його викидів у підсклепіневий простір каналізаційних трубопроводів та створенню автоматизованої системи моніторингу газоподібних викидів із каналізаційних мереж. Визначено, що з трьох незалежних факторів накопичення сірководню в підсклепіневому просторі каналізаційних колекторів найбільш значущим є температура, в разі зниження якої на 7 °С викид сірководню знижується приблизно на 51 %. Розроблено метод розрахункового визначення концентрації Н2S в газоподібному викиді на виході з каналізаційної шахти на підставі даних вимірювання концентрації Н2S в підсклепіневому просторі каналізаційного колектора, виконано розрахунок концентрацій Н2S в газоподібних викидах на виході з усіх контрольних каналізаційних шахт м. Харкова, розраховано розсіювання та побудовано ізолінії концентрацій сірководню в атмосфері м. Харкова й установлено три найбільш екологічно небезпечні каналізаційні колектори міста Харкова. Розроблено комп’ютерну програму «Моніторинг газоподібних викидів з каналізаційних мереж», яку передано КП «Харківводоканал».

Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-практической задачи - улучшению показателей экологической безопасности транспортировки сточных вод канализационными сетями путем снижения выбросов сероводорода в городской атмосферный воздух. Выполненный научный анализ экологической проблемы, создаваемой газообразными выбросами из канализационных сетей, показал, что наибольшую экологическую опасность среди них для городской атмосферы создает содержание сероводорода. В Украине известные методы минимизации выбросов H2S из канализационных сетей практически не внедряются и компьютерные программы мониторинга газообразных выбросов из этих технических объектов также отсутствуют. Экспериментальные исследования выполнялись в натурных условиях на объектах канализационных сетей г. Харькова и в лабораторных условиях. По данным лабораторных исследований построено регрессионное уравнение, описывающее влияние на накопление сероводорода в подсводовом пространстве канализационных коллекторов трех независимых факторов: температуры сточной воды, ОВП и продолжительности инкубации, из которых наиболее значимым является температура. Расчеты с использованием математических моделей биохимических процессов в канализационных сетях, их химических и физических характеристик показали, что при снижении температуры сточной воды на 7 °С эффект подавления накопления Н2S в атмосфере подсводового пространства коллекторов достигает 51%. Для охлаждения сточных вод на участках канализационных сетей в качестве наиболее эффективного и технически доступного средства рекомендуется использовать теплонасосное оборудование. Анализ практического опыта его эксплуатации на канализационной сети г. Харькова показал, что в результате снижения температуры сточной воды в среднем на 7 °С концентрации Н2S в подсводовом пространстве коллектора уменьшились более чем на 50%. На основании данных экспериментальных исследований концентрации сероводорода в подсводовом пространстве коллекторов разработан метод расчетного определения концентрации Н2S в газообразном выбросе на выходе из канализационной шахты. Выполнен расчет концентраций Н2S в газообразных выбросах на выходе из всех 62 контрольных канализационных шахт г. Харькова. Рассчитано рассеивание и построены изолинии концентраций сероводорода в атмосфере г. Харькова и установлены три наиболее экологически опасных канализационных коллектора, выбросы из которых на границе с жилой застройкой создают концентрацию Н2S в атмосфере, превышающую ПДКм.р.. Безопасная зона на данных участках канализационной сети находится на расстоянии 150-200 м. Проведен эколого-экономический анализ внедрения теплонасосного оборудования для снижения выброса газообразных веществ из канализационных сетей с учетом платы за сверхнормативные выбросы сероводорода, а также косвенного показателя – снижение выброса парниковых газов в результате перехода технического объекта на альтернативный источник теплоснабжения. Проведен расчет экономической эффективности проекта и определен срок его окупаемости - 3,25 года. Предложена методика определения класса экологической опасности и эксплуатационной надежности отдельной шахты/колодца канализационных сетей, основанная на 4-ступенчатом ранжировании количественных характеристик шести показателей. Разработана компьютерная программа «Мониторинг газообразных выбросов из канализационных сетей», которая позволяет систематизировать накопленные данные, автоматически создавать отчеты, картировать и осуществлять учет объектов канализационного хозяйства, визуализировать участки сети, устанавливать приоритетность объектов по необходимости внедрения природоохранных мероприятий.

This thesis aims to solve a pressing issue – improving environmental safety indicators of waste water transport in the sewerage network by reducing emissions of hydrogen sulphide into the city atmosphere, suppressing both the formation of hydrogen sulphide in the waste waters and its emmisions into the underroof space of sewer pipelines; creating a computerized monitoring system of gaseous emissions from the sewerage networks. It was determined that out of three independent factors of hydrogen sulphide buildup in the underroof space of sewage collectors the most important one is temperature. A 7°C temperature decrease gives about 51% reduction in hydrogen sulphide emmisions. There was developed a method to estimate the concentration of H2S in the gaseous emissions at the shaft’s orifice using the H2S concentration measurements gathered in the underroof space of a sewage collector. The were carried out: calculations of H2S concentration in the gaseous emissions at the shaft’s orifice of all controlled shafts in Kharkiv; atmospheric dispersion. There were developed H2S concentration isolines for Kharkiv. And three most ecologically dangerous sewage collectors in Kharkiv were determined. There were developed a computer program «Monitoring of gaseous emissions from sewerage networks», which was shared with municipal enterprise «Kharkivvodokanal».