{"id":6251,"date":"2019-11-03T12:33:08","date_gmt":"2019-11-03T11:33:08","guid":{"rendered":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/artykul\/zapobieganie-korozji-siarczanowej-w-kanalizacji\/"},"modified":"2022-11-16T12:32:17","modified_gmt":"2022-11-16T11:32:17","slug":"preventing-hydrogen-sulfide-corrosion-of-sewers","status":"publish","type":"artykul","link":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/article\/preventing-hydrogen-sulfide-corrosion-of-sewers\/","title":{"rendered":"Preventing hydrogen sulfide corrosion of sewers"},"content":{"rendered":"\n
\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

Wst\u0119p<\/strong><\/p>

Korozja siarczanowa kana\u0142\u00f3w betonowych powoduje ich niszczenie od strony sklepienia, a wi\u0119c tam gdzie nacisk gruntu jest najwi\u0119kszy. Wyst\u0119puje ona przede wszystkim w betonowych kana\u0142ach grawitacyjnych po\u0142o\u017conych poni\u017cej przewod\u00f3w ci\u015bnieniowych ale z mniejsz\u0105 intensywno\u015bci\u0105 przebiega r\u00f3wnie\u017c w kanalizacji wy\u0142\u0105cznie grawitacyjnej, zbudowanej z przewod\u00f3w betonowych, u\u0142o\u017conych z ma\u0142ym spadkiem i \u017ale przewietrzanych. Przeciwdzia\u0142a\u0107 temu zjawisku mo\u017cna na r\u00f3\u017cne sposoby, ale przede wszystkim nale\u017cy rozpocz\u0105\u0107 od prewencji, a wi\u0119c takiego sposobu budowy przewod\u00f3w t\u0142ocznych oraz grawitacyjnych, przy kt\u00f3rym korozja siarczanowa nie stanowi istotnego zagro\u017cenia stanu technicznego kana\u0142\u00f3w.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Zapobieganie korozji<\/strong><\/p>\n

Jedn\u0105 z zasad projektowania kanalizacji, z uwagi na minimalizowanie skutk\u00f3w korozji siarczanowej jest stosowanie do budowy materia\u0142\u00f3w, kt\u00f3re jej nie ulegaj\u0105, jak np. tworzywa sztuczne lub szczelne wyk\u0142adziny przykrywaj\u0105ce powierzchni\u0119 betonu. W tym przypadku mo\u017cna ca\u0142kowicie unikn\u0105\u0107 korozji siarczanowej kana\u0142\u00f3w betonowych, ale nie problemu wyst\u0119powania intensywnych odor\u00f3w. Ponadto oddalamy w ten spos\u00f3b zagro\u017cenie korozj\u0105 w kierunku oczyszczalni \u015bciek\u00f3w. Beton oczyszczalni mo\u017ce by\u0107 r\u00f3wnie\u017c chroniony wyk\u0142adzinami lecz aby unikn\u0105\u0107 uci\u0105\u017cliwego problemu odor\u00f3w, konieczne jest tam usuni\u0119cie siarkowodoru, cz\u0119sto pod kopu\u0142\u0105 u\u0142atwiaj\u0105c\u0105 proces kontroli ilo\u015bci dozowanych chemikali\u00f3w. Ponadto siarkowod\u00f3r jest toksyczny i stwarza niebezpiecze\u0144stwo dla obs\u0142ugi sieci kanalizacyjnej. Najlepiej jest wi\u0119c stosowa\u0107 odpowiednie metody projektowania kanalizacji i zapobiega\u0107 powstawaniu wysokich st\u0119\u017ce\u0144 siarkowodoru w \u015bciekach i w rezultacie w powietrznej cz\u0119\u015bci kanalizacji grawitacyjnej intensywnej korozji siarczanowej. Jest ona szczeg\u00f3lnie agresywna w kana\u0142ach betonowych i \u017celbetowych po\u0142o\u017conych poni\u017cej d\u0142ugich przewod\u00f3w t\u0142ocznych i nasila si\u0119 gdy s\u0105 nimi transportowane st\u0119\u017cone \u015bcieki. Tak wi\u0119c w pierwszej kolejno\u015bci nale\u017cy zwr\u00f3ci\u0107 uwag\u0119 na korozj\u0119 betonu poni\u017cej przewod\u00f3w t\u0142ocznych.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

\u015arednice przewod\u00f3w t\u0142ocznych<\/strong><\/p>\n

Redukcja siarki w przewodach t\u0142ocznych mieszanego systemu kanalizacji odbywa si\u0119 g\u0142\u00f3wnie w biofilmie porastaj\u0105cym \u015bciany tego przewodu, a nie w \u015bciekach [13], [2], [3], [4], w kt\u00f3rych liczebno\u015b\u0107 bakterii redukuj\u0105cych siark\u0119 jest niewielka. Dlatego r\u00f3wnania opisuj\u0105ce szybko\u015b\u0107 redukcji siarki w przewodach t\u0142ocznych s\u0105 tak konstruowane, \u017ce jest ona proporcjonalna do powierzchni biofilmu, a wi\u0119c do \u015brednicy przewodu. Nie oznacza to, \u017ce po okre\u015blonym czasie st\u0119\u017cenie rozpuszczalnych siarczk\u00f3w w przewodzie o wi\u0119kszej \u015brednicy b\u0119dzie wi\u0119ksze. Mo\u017cna si\u0119 spodziewa\u0107, \u017ce b\u0119dzie ono mniejsze, gdy\u017c powierzchnia biofilmu jest proporcjonalna do \u015brednicy wewn\u0119trznej przewodu, a ilo\u015b\u0107 \u015bciek\u00f3w wype\u0142niaj\u0105cych przew\u00f3d do kwadratu tej \u015brednicy. Tak wi\u0119c, czym wi\u0119ksza jest \u015brednica, tym wi\u0119cej \u015bciek\u00f3w przypada na jednostk\u0119 powierzchni biofilmu i mniejsze b\u0119dzie st\u0119\u017cenie siarczk\u00f3w rozpuszczalnych po up\u0142ywie jednostki czasu, na przyk\u0142ad jednej godziny. Jednak\u017ce czym wi\u0119ksza \u015brednica, tym wi\u0119ksza jest powierzchnia biofilmu, a wi\u0119c wi\u0119ksza masa rozpuszczalnych siarczk\u00f3w jest produkowana w jednostce czasu i na odp\u0142ywie z przewodu t\u0142ocznego o wi\u0119kszej \u015brednicy wyst\u0105pi wi\u0119ksze st\u0119\u017cenie siarczk\u00f3w dwuwarto\u015bciowych, co t\u0142umaczy si\u0119 przez d\u0142u\u017cszy czas przetrzymania w przewodzie t\u0142ocznym, kt\u00f3ry jest wprost proporcjonalny do kwadratu \u015brednicy.<\/p>\n

Oznacza to, \u017ce dobieraj\u0105c mniejsz\u0105 \u015brednic\u0119 przewodu t\u0142ocznego, zmniejszamy mas\u0119 siarczk\u00f3w wyp\u0142ywaj\u0105cych z przewodu t\u0142ocznego. R\u00f3\u017cnice te mog\u0105 by\u0107 znaczne, co pokazano na przyk\u0142adzie zmniejszania \u015brednicy wewn\u0119trznej przewodu tranzytowego z Kalisza, w kierunku oczyszczalni Kuchary [4]. W przypadku projektowania przewodu tranzytowego wody do picia \u015brednica powinna wynika\u0107 z rozwi\u0105zania zadania optymalizacyjnego o najmniejszym koszcie sumarycznym budowy i eksploatacji przewodu w odniesieniu do czasu u\u017cytkowania go albo do jednego roku eksploatacji. W przypadku transportu \u015bciek\u00f3w d\u0142ugimi przewodami ci\u015bnieniowymi funkcja celu zostaje powi\u0119kszona o koszt usuwania powsta\u0142ego w przewodzie siarkowodoru, co oznacza, \u017ce pr\u0119dko\u015bci ekonomiczne w przypadku przewod\u00f3w \u015bciekowych s\u0105 wi\u0119ksze od pr\u0119dko\u015bci ekonomicznych przy transporcie wody.<\/p>\n

Nale\u017cy jednak\u017ce pami\u0119ta\u0107 o tym, \u017ce po rozwi\u0105zaniu zadania optymalizacyjnego powinno si\u0119 przeprowadzi\u0107 analizy postoptymalizacyjne, czyli badanie czu\u0142o\u015bci rozwi\u0105zania. S\u0142u\u017cy to sprawdzeniu, na ile warto\u015b\u0107 funkcji celu ulega zmianie w wyniku ma\u0142ych zmian zmiennych decyzyjnych w pobli\u017cu rozwi\u0105zania optymalnego. W rozwa\u017canym przypadku mamy do czynienia z zadaniem optymalizacyjnym jednokryterialnym i w dodatku zaledwie o jednej zmiennej decyzyjnej, kt\u00f3r\u0105 jest \u015brednica wewn\u0119trzna przewodu. Warto\u015b\u0107 funkcji celu, a wi\u0119c koszt ca\u0142kowity szybciej ro\u015bnie, gdy zmniejsza si\u0119, ni\u017c gdy si\u0119 zwi\u0119ksza warto\u015b\u0107 \u015brednicy wewn\u0119trznej przewodu ci\u015bnieniowego [11]. Bowiem w r\u00f3wnaniu Darcy-Weisbacha na opory przep\u0142ywu przez przewody ko\u0142owe \u015brednica jest w mianowniku, a pr\u0119dko\u015b\u0107 przep\u0142ywu w liczniku i to do kwadratu. Przy ustalonej warto\u015bci przep\u0142ywu Q ta pr\u0119dko\u015b\u0107 jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu \u015brednicy. Podsumowuj\u0105c, dla przep\u0142ywu w pe\u0142ni burzliwego opory hydrauliczne transportu cieczy przez ruroci\u0105g przy ustalonej warto\u015bci Q by\u0142yby odwrotnie proporcjonalne do pi\u0105tej pot\u0119gi \u015brednicy wewn\u0119trznej przewodu, a wi\u0119c w przybli\u017ceniu dotyczy\u0142oby to r\u00f3wnie\u017c energii zu\u017cytej na pompowanie. Dlatego przy tak du\u017cym stopniu, jakim jest dynamiczna zmiana cen energii, uzna\u0107 mo\u017cna za uzasadnione projektowanie nieco wi\u0119kszych \u015brednic przewod\u00f3w t\u0142ocznych \u015bciek\u00f3w ni\u017c uzyskane z rozwi\u0105zania zadania o \u015brednicy optymalnej. Niemniej przy ka\u017cdym przewymiarowaniu nale\u017cy zachowa\u0107 umiar, a mi\u0119dzy innymi konieczne jest stwierdzenie, czy przyjmuj\u0105c zbyt du\u017c\u0105 \u015brednic\u0119 przewodu t\u0142ocznego nie stworzymy warunk\u00f3w hydraulicznych do odk\u0142adania osadu, co przyspieszy\u0142oby redukcj\u0119 siarki w osadach w por\u00f3wnaniu z redukcj\u0105 w biofilmie. Okaza\u0142o si\u0119, \u017ce chocia\u017c w osadzie dochodzi do redukcji siarki szybciej ni\u017c w biofilmie, to jednak i tak biologicznie czynna jest wy\u0142\u0105cznie wierzchnia warstwa osadu [13]. Powodem jest to, \u017ce aby dosz\u0142o do redukcji siarki w osadzie konieczne jest aby dyfundowa\u0142y do niego zar\u00f3wno siarczany, jak i w\u0119glowodory, a transport masy trwa tym d\u0142u\u017cej im g\u0142\u0119biej te zwi\u0105zki chemiczne s\u0105 transportowane. Tak wi\u0119c w praktyce sze\u015bciowarto\u015bciowa siarka z siarczan\u00f3w zostanie zredukowana do minus dwuwarto\u015bciowej przez bakterie bytuj\u0105ce w wierzchniej warstwie osadu, gdzie transport w\u0119gla organicznego i siarczan\u00f3w jest najefektywniejszy. Uk\u0142adanie kana\u0142\u00f3w grawitacyjnych w spadkach zapobiegaj\u0105cych nadmiernemu odk\u0142adaniu osad\u00f3w jest jedn\u0105 z metod ograniczania korozji siarczanowej.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Zapobieganie odk\u0142adaniu osad\u00f3w<\/strong><\/p>\n

Projektowanie spadk\u00f3w minimalnych powinno by\u0107 tak prowadzone, aby w kana\u0142ach nie odk\u0142ada\u0142y si\u0119 nadmiernie osady. Opr\u00f3cz oczywistych przyczyn eksploatacyjnych nale\u017cy pami\u0119ta\u0107 o tym, \u017ce osady takie s\u0105 bardziej zasiedlone ni\u017c biofilm w mikroorganizmy redukuj\u0105ce siark\u0119. Ponadto osady powoduj\u0105 spi\u0119trzenia \u015bciek\u00f3w i w rezultacie ich mniejsz\u0105 aeracj\u0119.<\/p>\n

W celu unikni\u0119cia nadmiernych osad\u00f3w kana\u0142y nale\u017cy prowadzi\u0107 w spadkach co najmniej r\u00f3wnych minimalnym. To czy wyst\u0105pi tendencja do odk\u0142adania si\u0119, czy te\u017c do rozmywania osad\u00f3w zale\u017cy, nie tylko od wymiaru i kszta\u0142tu kana\u0142u, ale r\u00f3wnie\u017c od wysoko\u015bci jego nape\u0142nienia. Prostym i jednocze\u015bnie uzasadnionym teoretycznie sposobem doboru spadk\u00f3w minimalnych jest ustalanie ich warto\u015bci w oparciu o \u015bredni\u0105 warto\u015b\u0107 napr\u0119\u017ce\u0144 \u015bcinaj\u0105cych wzd\u0142u\u017c obwodu zwil\u017conego. Jego warto\u015b\u0107 opisuje proste r\u00f3wnanie (1).<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

W r\u00f3wnaniu tym \u03c4 jest napr\u0119\u017ceniem \u015bcinaj\u0105cym w N\/m2, g przyspieszeniem ziemskim w m\/s2, Rh promieniem hydraulicznym w metrach, S bezwymiarowym spadkiem w kt\u00f3rym uk\u0142adany jest kana\u0142 [5]. R\u00f3wnanie (1) pozwala udowodni\u0107, \u017ce w kana\u0142ach o tym samym kszta\u0142cie, przy tej samej warto\u015bci nape\u0142nienia wzgl\u0119dnego, takie same warto\u015bci \u015brednich napr\u0119\u017ce\u0144 \u015bcinaj\u0105cych wzd\u0142u\u017c obwodu zwil\u017conego wyst\u0105pi\u0105, gdy spadki kana\u0142\u00f3w b\u0119d\u0105 odwrotnie proporcjonalnie dobrane do wysoko\u015bci ich przekroj\u00f3w [6], [7]. Tym samym teoretycznie zosta\u0142a udowodniona zasada Imhoffa [7], \u017ce spadki minimalne s\u0105 odwrotnie proporcjonalne do \u015brednicy kana\u0142u. Najmniejsza dopuszczalna warto\u015b\u0107 napr\u0119\u017ce\u0144 \u015bcinaj\u0105cych, kt\u00f3ra powinna by\u0107 co najmniej raz na dob\u0119 osi\u0105gni\u0119ta wynosi wed\u0142ug r\u00f3\u017cnych \u017ar\u00f3de\u0142 literaturowych dla \u015bciek\u00f3w bytowo-gospodarczych 2,2 N\/m2, a nigdzie nie jest przyjmowana poni\u017cej 1,8 N\/m2, co nale\u017cy rozumie\u0107 za zupe\u0142nie najmniejsz\u0105 dopuszczaln\u0105 warto\u015b\u0107. Kanalizacja bytowo-gospodarcza musi by\u0107 w stanie odprowadzi\u0107 najwi\u0119ksz\u0105 warto\u015b\u0107 przep\u0142ywu w ci\u0105gu roku z zachowaniem warunk\u00f3w przewietrzania i raz w przeci\u0119tnej dobie przekroczy\u0107 wymagan\u0105 warto\u015b\u0107 napr\u0119\u017ce\u0144 \u015bcinaj\u0105cych na granicy \u015bciana kana\u0142u i przep\u0142ywaj\u0105ce \u015bcieki. Wsp\u00f3\u0142czynniki nier\u00f3wnomierno\u015bci przep\u0142ywu wed\u0142ug US EPA podano w tabeli 1, ale nale\u017cy pami\u0119ta\u0107, \u017ce w czasie pogody deszczowej o realnych warto\u015bciach Nog, Nhmax decyduje szczelno\u015b\u0107 kanalizacji oraz wody przypadkowe i infiltracyjne. Przez Qd\u015br oznaczono \u015brednie dobowe nat\u0119\u017cenie przep\u0142ywu \u015bciek\u00f3w, a przez Nog, Nhmax, Nhmin kolejno og\u00f3lny wsp\u00f3\u0142czynnik nier\u00f3wnomierno\u015bci przep\u0142ywu, maksymalny godzinowy wsp\u00f3\u0142czynnik nier\u00f3wnomierno\u015bci przep\u0142ywu oraz minimalny godzinowy wsp\u00f3\u0142czynnik nier\u00f3wnomierno\u015bci przep\u0142ywu.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Tabela <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Tabela 1.
Warto\u015bci wsp\u00f3\u0142czynnik\u00f3w nier\u00f3wnomierno\u015bci przep\u0142ywu \u015bciek\u00f3w bytowo-gospodarczych\nwed\u0142ug U.S. EPA [8],[11] <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n\n
\n
\n \n \"Rys.1\nIloraz <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Rys.1
\nIloraz napr\u0119\u017ce\u0144 \u015bcinaj\u0105cych\n\u03c4o \/\u03c4 na granicy\nkana\u0142-\u015bcieki, gdzie\n\u03c4o jest napr\u0119\u017ceniem\n\u015bcinaj\u0105cym przy pe\u0142nym\nnape\u0142nieniu\nkana\u0142u \u03b7=1 na granicy\n\u015bciana kana\u0142uprzep\u0142ywaj\u0105ce\n\u015bcieki,\na \u03c4 napr\u0119\u017ceniem \u015bcinaj\u0105cym\nprzy dowolnym\nnape\u0142nieniu\nwzgl\u0119dnym 0<\u03b7<1\n[12] <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

Dla oceny warunk\u00f3w samooczyszczania kana\u0142\u00f3w lub tworzenia osad\u00f3w niezmiernie wa\u017cn\u0105 rzecz\u0105 jest wysoko\u015b\u0107 nape\u0142nienia. Na rysunku 1 przedstawiono w funkcji \u03b7= h\/D iloraz napr\u0119\u017cenia \u015bcinaj\u0105cego przy pe\u0142nym nape\u0142nieniu kana\u0142u \u03c4o do napr\u0119\u017ce\u0144 \u015bcinaj\u0105cych przy cz\u0119\u015bciowym nape\u0142nieniu. Przez h oznaczono wysoko\u015b\u0107 nape\u0142nienia kana\u0142u \u015bciekami, a przez D jego wysoko\u015b\u0107, a wi\u0119c dla kana\u0142u ko\u0142owego wprost \u015brednic\u0119. Przez KK oznaczono kana\u0142 ko\u0142owy, KJ \u2013 kana\u0142 jajowy, KJP \u2013 kana\u0142 jajowy podwy\u017cszony, KGR \u2013 kana\u0142 gruszkowy, KDZ \u2013 kana\u0142 dzwonowy. Z rysunku 1 jednoznacznie wynika, \u017ce w kanale ko\u0142owym zaprojektowanym tak, aby nie tworzy\u0142y si\u0119 osady przy pe\u0142nym nape\u0142nieniu warunki transportu osadu nie ulegn\u0105 pogorszeniu tak d\u0142ugo, jak nape\u0142nienie tego kana\u0142u nie spadnie wyra\u017anie poni\u017cej po\u0142owy wysoko\u015bci przekroju. Nast\u0119pnie, czym mniejsze nape\u0142nienie tym gorsze warunki transportu osadu. Dlatego w du\u017cych kana\u0142ach og\u00f3lnosp\u0142awnych buduje si\u0119 kinety na przep\u0142ywy w czasie pogody og\u00f3lnosp\u0142awnej.<\/p>\n

Je\u017celi nie dysponuje si\u0119 odpowiednim oprogramowaniem, to dob\u00f3r spadk\u00f3w minimalnych kana\u0142\u00f3w \u015bciekowych mo\u017cna upro\u015bci\u0107, stosuj\u0105c nast\u0119puj\u0105ce spostrze\u017cenia praktyczne, kt\u00f3re wynikaj\u0105 z przeprowadzonych symulacji numerycznych [6], [9]. Podane tutaj praktyczne zasady doboru spadk\u00f3w minimalnych odnosz\u0105 si\u0119 wy\u0142\u0105cznie do kana\u0142\u00f3w \u015bciekowych dobranych tak aby dla aktualnych najwi\u0119kszych rocznych przep\u0142yw\u00f3w nape\u0142nienie wynosi\u0142o 0,7-0,8 wysoko\u015bci przekroju. Je\u017celi kana\u0142 jest projektowany z du\u017c\u0105 rezerw\u0105 na zwi\u0119kszone przep\u0142ywy w przysz\u0142o\u015bci, to zasady te r\u00f3wnie\u017c odnosz\u0105 si\u0119 wy\u0142\u0105cznie do tego przewidywanego stanu w przysz\u0142o\u015bci. Dla chwili obecnej w takim przypadku nale\u017cy przeprowadzi\u0107 obliczenia, lub pro\u015bciej, pos\u0142u\u017cy\u0107 si\u0119 rysunkiem 1:<\/p>\n