Запахи и газовая безопасность на КОС и КНС

Источники газовыделений и запахов на объектах водоотведения

Проблема выделения дурнопахнущих и токсичных газов сопровождает работу канализационных очистных сооружений и насосных станций на протяжении всего технологического цикла. Основной причиной газообразования становятся биохимические процессы анаэробного разложения органических веществ, содержащихся в сточных водах. При отсутствии или недостатке кислорода бактерии начинают расщеплять органику с образованием сероводорода, меркаптанов, аммиака и других соединений, обладающих резким неприятным запахом и высокой токсичностью.

Наибольшее выделение газов происходит в приемных камерах и на решетках, где концентрируются свежепоступившие стоки с высоким содержанием органики. Здесь создаются условия для интенсивного испарения летучих соединений с открытой поверхности жидкости. Песколовки, предназначенные для выделения минеральных примесей, также являются значительным источником запахов, особенно при замедленном движении потока и образовании застойных зон. Первичные отстойники с их большой площадью зеркала воды и длительным временем пребывания стоков представляют собой один из самых проблемных участков. В московских очистных сооружениях до проведения реконструкции радиальные отстойники диаметром до пятидесяти четырех метров с открытой поверхностью были основным источником жалоб жителей близлежащих районов.

Канализационные насосные станции характеризуются особыми условиями накопления опасных газов. В замкнутых пространствах приемных резервуаров и машинных залов концентрация сероводорода и метана может достигать критических значений за считанные часы. Длительность транспортировки стоков по напорным коллекторам усугубляет ситуацию – чем дольше вода находится в трубопроводе без доступа кислорода, тем активнее протекают анаэробные процессы. На крупных станциях перекачки, где стоки могут задерживаться в резервуарах, проблема газовыделения стоит особенно остро.

Сооружения по обработке осадка – метантенки, илоуплотнители, площадки складирования – генерируют биогаз с содержанием метана до шестидесяти-семидесяти процентов. Процесс анаэробного сбраживания целенаправленно используется для стабилизации осадка, но требует герметичности оборудования и продуманной системы газоудаления. При нарушении герметичности или технологического режима выбросы метана создают не только экологические проблемы, но и серьезную взрывопожарную опасность.

Температурный фактор играет существенную роль в интенсивности газовыделения. Летом при температуре воздуха выше тридцати градусов скорость биохимических реакций возрастает в несколько раз, что приводит к резкому усилению запахов. Состав поступающих стоков также имеет критическое значение. Промышленные предприятия могут сбрасывать в канализацию вещества, интенсифицирующие процессы гниения или содержащие собственные токсичные компоненты. Нарушение абонентами нормативов качества сточных вод остается актуальной проблемой для многих муниципальных очистных станций.

Опасные газы на КОС и КНС: характеристики и воздействие

Сероводород занимает первое место среди токсичных газов, присутствующих на объектах водоотведения. Этот бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц обладает плотностью выше плотности воздуха, что приводит к его скоплению в нижних частях помещений, приямках, колодцах и других заглублениях. Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе рабочей зоны составляет десять миллиграммов на кубический метр. Опасность сероводорода заключается в его способности парализовать обонятельные рецепторы – при концентрациях выше ста миллиграммов на кубометр человек перестает ощущать запах и теряет естественный сигнал тревоги.

Токсическое действие сероводорода связано с блокировкой цитохромоксидазы – фермента, участвующего в клеточном дыхании. Это приводит к кислородному голоданию тканей, в первую очередь нервной системы. При концентрации триста-пятьсот миллиграммов на кубометр у работников появляются головокружение, тошнота, нарушение координации. Концентрация свыше семисот миллиграммов вызывает потерю сознания, а при тысяче миллиграммов возможна мгновенная смерть от остановки дыхания. Взрывоопасность сероводорода проявляется при концентрациях от четырех целых трех десятых до сорока шести процентов по объему в смеси с воздухом.

Помимо угрозы здоровью персонала, сероводород агрессивен по отношению к строительным конструкциям и оборудованию. Он вызывает интенсивную коррозию железобетона, разрушая цементный камень и арматуру. Известны случаи, когда коллекторы и резервуары приходилось ремонтировать уже через десять-пятнадцать лет эксплуатации из-за сульфатной коррозии. Металлическое оборудование также подвергается разрушению, особенно в условиях повышенной влажности.

Метан представляет другой тип опасности – взрывопожарную. Этот легкий газ без цвета и запаха накапливается в верхних зонах помещений, под перекрытиями, в плохо вентилируемых углах. Нижний концентрационный предел распространения пламени для метана составляет пять процентов по объему, верхний – пятнадцать процентов. В диапазоне между этими значениями смесь метана с воздухом способна воспламениться от малейшей искры или открытого пламени с последующим взрывом. На очистных сооружениях метан выделяется преимущественно в процессе анаэробного сбраживания осадка, но может присутствовать и в других технологических зонах при создании бескислородных условий.

Токсичность метана проявляется лишь при очень высоких концентрациях, когда он начинает вытеснять кислород из воздуха. При содержании метана двадцать-тридцать процентов концентрация кислорода падает до критически низких значений, вызывая удушье. В помещениях КНС с плохой вентиляцией создание взрывоопасных концентраций метана может произойти в течение нескольких часов работы насосного оборудования без надлежащего воздухообмена.

Аммиак, выделяющийся при разложении азотсодержащих органических веществ, обладает резким удушливым запахом и сильным раздражающим действием на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. ПДК аммиака в воздухе рабочей зоны установлена на уровне двадцати миллиграммов на кубометр. Меркаптаны – органические соединения серы – имеют чрезвычайно низкий порог обнаружения запаха, исчисляемый долями миллиграмма, что делает их основным фактором дискомфорта для населения, проживающего вблизи очистных сооружений.

Дефицит кислорода в замкнутых пространствах КНС усугубляет опасность. Нормальное содержание кислорода в атмосферном воздухе составляет двадцать один процент. При снижении до семнадцати процентов появляются первые признаки гипоксии – учащение дыхания и пульса. При двенадцати процентах развивается сильная одышка, нарушается координация движений. Концентрация ниже шести процентов приводит к потере сознания и гибели в течение нескольких минут. Одновременное присутствие нескольких газов создает синергетический эффект, когда общая опасность превышает сумму отдельных воздействий.

Нормативные требования к газовой безопасности и контролю запахов

Система нормирования содержания вредных веществ в воздухе производственных помещений основывается на гигиенических нормативах ГН 2.2.5.686-98 и ГОСТ 12.1.005-88. Для сероводорода установлена максимальная разовая ПДК три миллиграмма на кубометр и среднесменная десять миллиграммов на кубометр, класс опасности третий. Метан относится к четвертому классу опасности с ПДК триста миллиграммов на кубометр. Для аммиака предельное значение составляет двадцать миллиграммов на кубометр, класс опасности четвертый. При одновременном присутствии нескольких веществ однонаправленного действия сумма отношений фактических концентраций к их ПДК не должна превышать единицы.

Требования к вентиляции помещений КНС регламентируются строительными нормами и правилами эксплуатации. В помещениях решеток и приемных резервуаров необходимо обеспечивать пятикратный обмен воздуха в час при обычных условиях. При возможном поступлении взрывоопасных или токсичных производственных стоков кратность воздухообмена увеличивается до двенадцати. Машинные залы насосных станций должны иметь вентиляцию с трехкратным обменом. Приемные камеры на подводящих коллекторах оборудуются системами с пятикратным воздухообменом.

Перед входом персонала в помещения КНС, камеры решеток и приемные резервуары необходимо включать вентиляцию на десять-двенадцать минут для проветривания. Вентиляция должна работать непрерывно все время нахождения людей в помещении. Устройства для включения вентиляции, освещения и другого электрооборудования располагаются перед входом в газоопасные помещения. Кнопки управления в помещениях решеток применяются во взрывобезопасном исполнении. Запрещается размещать в этих помещениях коммутационную аппаратуру.

Взрывобезопасность обеспечивается непрерывным контролем довзрывоопасных концентраций горючих газов и поддержанием их ниже уровня НКПР. Согласно ГОСТ Р 52350.29.2-2010, газоанализаторы должны срабатывать при достижении концентрации метана десять процентов от нижнего концентрационного предела распространения пламени. Для сероводорода, который помимо токсичности обладает взрывоопасностью, контролируются как токсические пороги, так и довзрывоопасные концентрации. Электрооборудование в газоопасных зонах должно иметь соответствующий уровень взрывозащиты.

Правила по охране труда при работе в ограниченных и замкнутых пространствах устанавливают обязательность оформления наряда-допуска на проведение газоопасных работ. Работы в колодцах, резервуарах, камерах допускаются только после проведения анализа воздушной среды и подтверждения безопасных концентраций газов. Состав бригады должен быть не менее двух человек, один из которых выполняет функции наблюдающего и находится снаружи. Связь между работающим внутри и наблюдающим обеспечивается постоянно.

Санитарно-защитные зоны для очистных сооружений канализации устанавливаются в зависимости от производительности. Для станций мощностью более двухсот тысяч кубометров в сутки размер зоны составляет пятьсот метров, для станций от пятидесяти до двухсот тысяч кубометров – триста метров. Нормативы предельно допустимых выбросов дурнопахнущих веществ в атмосферу рассчитываются индивидуально для каждого предприятия с учетом фоновых концентраций и рассеивания в атмосфере.

Системы газоаналитического контроля и мониторинга

Современные системы автоматического контроля загазованности строятся по блочно-модульному принципу и включают стационарные датчики, размещенные в контролируемых зонах, блоки обработки сигналов, устройства оповещения и управления исполнительными механизмами. Выбор типа датчиков определяется измеряемым газом и условиями эксплуатации. Для контроля сероводорода применяются электрохимические сенсоры, обеспечивающие высокую селективность и чувствительность в диапазоне от нуля целых пяти до четырех миллиграммов на кубометр в воздухе рабочей зоны.

Электрохимические датчики работают на принципе окислительно-восстановительных реакций на электродах. При контакте молекул сероводорода с электролитом возникает электрический ток, пропорциональный концентрации газа. Срок службы таких сенсоров составляет от одного до трех лет в зависимости от условий эксплуатации и концентраций измеряемых веществ. Для метана используются термокаталитические датчики, реагирующие на выделение тепла при каталитическом окислении горючего газа. Инфракрасные сенсоры метана обладают большей долговечностью и стабильностью, но имеют более высокую стоимость.

Размещение датчиков должно учитывать плотность контролируемых газов относительно воздуха. Датчики сероводорода устанавливаются на высоте один метр шестьдесят сантиметров от уровня пола – на уровне дыхания человека, но с учетом того, что газ тяжелее воздуха и скапливается в нижних зонах. Дополнительные датчики размещаются непосредственно в приямках, подвалах и других заглублениях. Датчики метана крепятся на расстоянии десять-двадцать сантиметров от потолка помещения, поскольку этот легкий газ поднимается вверх.

Один стационарный датчик контролирует площадь до двухсот квадратных метров для токсичных газов и до ста квадратных метров для горючих, но окончательное размещение определяется проектом с учетом планировки помещения и свойств газа. Минимальное количество датчиков в каждом отдельном помещении – один, независимо от площади. Датчики не должны располагаться ближе двух метров от мест подачи приточного воздуха и открытых форточек, чтобы избежать ложных показаний из-за разбавления контролируемой среды. Защита от попадания влаги обеспечивается установкой защитных козырьков или использованием датчиков с соответствующей степенью защиты корпуса.

Системы оповещения при превышении пороговых значений включают световую и звуковую сигнализацию. Обычно устанавливается два порога срабатывания – предупредительный и аварийный. Для сероводорода предупредительный порог соответствует одной ПДК (десять миллиграммов на кубометр), аварийный – трем-четырем ПДК. При достижении аварийного порога система может автоматически включать аварийную вентиляцию, отключать технологическое оборудование, блокировать доступ в помещение. Сигналы от датчиков передаются на центральный пульт управления, где дежурный персонал может контролировать ситуацию на всех объектах в режиме реального времени.

Переносные газоанализаторы являются обязательным оборудованием для проведения замеров перед входом персонала в газоопасные помещения. Многокомпонентные приборы позволяют одновременно измерять концентрации метана, сероводорода, угарного газа и содержание кислорода. Замеры проводятся на разных уровнях по высоте помещения с фиксацией результатов в журнале. Допуск работников без средств защиты органов дыхания разрешается только при подтверждении безопасных концентраций всех контролируемых веществ.

Периодичность поверки газоанализаторов установлена один раз в год в аккредитованных метрологических центрах. Между поверками проводятся регулярные проверки работоспособности с использованием поверочных газовых смесей аттестованного состава. Техническое обслуживание датчиков включает очистку от пыли, проверку электрических соединений, калибровку. Срок службы электрохимических сенсоров требует их периодической замены согласно рекомендациям производителя.

Технические методы снижения выбросов и дезодорации

Герметизация технологических сооружений является первым и наиболее эффективным барьером на пути распространения запахов в окружающую среду. Московский опыт реконструкции крупных очистных станций показал высокую результативность перекрытия первичных отстойников. На Курьяновских очистных сооружениях все первичные отстойники были оснащены перекрытиями с системой сбора и очистки воздуха, что позволило в двадцать раз снизить концентрацию сероводорода на территории станции и практически полностью устранить жалобы населения близлежащих районов.

Для перекрытия радиальных отстойников большого диаметра применяются несколько типов конструкций. Купольные перекрытия из алюминия, современных полимерных материалов или нержавеющей стали представляют собой стационарные конструкции, опирающиеся на борт резервуара. Они обеспечивают полную герметичность, но требуют наличия мощной системы вентиляции для создания комфортных условий при обслуживании оборудования внутри. Плоские вращающиеся перекрытия состоят из секций, закрепленных на ферме илоскреба, и вращаются вместе с ним. Такая конструкция упрощает доступ к оборудованию при ремонте – достаточно демонтировать несколько секций.

Российскими специалистами была разработана оригинальная конструкция плавающего перекрытия (ПБИ). Перекрытие состоит из трех колец сегментов, плавающих на поверхности воды. Среднее кольцо соединено с илоскребом и вращается вместе с ним, внешнее и внутреннее кольца неподвижны. Нижняя поверхность перекрытия постоянно контактирует с водой, исключая скопление плавающих веществ. При опорожнении отстойника среднее кольцо ложится на дно, обеспечивая полный доступ к установленному оборудованию. Объем вентилируемого пространства составляет всего триста кубометров для отстойника диаметром пятьдесят четыре метра, что обеспечивает значительную экономию энергии на воздухоочистку.

Организация эффективной вентиляции требует комплексного подхода. Естественная вентиляция через открытые люки может использоваться только при благоприятных погодных условиях и низких концентрациях вредных веществ. Принудительная приточно-вытяжная вентиляция обеспечивает гарантированный воздухообмен независимо от внешних факторов. При верхнем расположении входа в помещение шланг подачи свежего воздуха опускается до уровня 20-30 сантиметров от пола. Полный обмен воздуха в объеме помещения должен происходить за десять-пятнадцать минут работы вентилятора.

Биофильтры для очистки загрязненного воздуха от запахов используют способность микроорганизмов разлагать дурнопахнущие органические соединения. В качестве загрузки применяются гранулы перлита, куски торфа, деревянная, керамическая или пластмассовая крошка с пористостью сорок-восемьдесят процентов и высотой слоя до полутора-двух метров. Биогенные вещества создаются добавками органического компоста. Загрязненный воздух проходит через биозагрузку, где колонии бактерий окисляют вредные вещества до безопасных продуктов. Эффективность удаления сероводорода достигает девяноста-девяноста пяти процентов при правильном подборе режима работы.

Химические методы очистки включают абсорбционные и адсорбционные процессы. Скрубберы – мокрые абсорберы – работают по принципу контакта загрязненного воздуха с реагентом в виде жидкости. Для нейтрализации сероводорода используются щелочные растворы, окислители. Адсорберы с активированным углем эффективно улавливают широкий спектр органических соединений, но требуют периодической регенерации или замены сорбента. Комбинированные системы, включающие предварительную фильтрацию, химическую абсорбцию и финишную биофильтрацию, обеспечивают степень очистки до девяноста девяти процентов.

Охрана труда и обеспечение безопасности персонала

Средства индивидуальной защиты органов дыхания подбираются в зависимости от концентрации вредных веществ и продолжительности работы. При кратковременном входе в помещение с концентрацией сероводорода до трех ПДК допускается использование фильтрующих противогазов с коробкой марки КД, предназначенной для защиты от сероводорода, аммиака и других кислых газов. При более высоких концентрациях или дефиците кислорода необходимы изолирующие дыхательные аппараты со сжатым воздухом или кислородом. Автономные дыхательные аппараты обеспечивают защиту в течение двадцати-сорока минут в зависимости от объема баллона и интенсивности дыхания.

Порядок допуска персонала в газоопасные помещения строго регламентирован. Перед началом работ руководитель выдает наряд-допуск, в котором указываются состав бригады, характер работ, меры безопасности, результаты анализа воздушной среды. Ответственный руководитель работ проводит целевой инструктаж, проверяет наличие и исправность средств защиты, средств связи, спасательного оборудования. Включение вентиляции на десять-пятнадцать минут с последующим контролем состава воздуха переносным газоанализатором является обязательной процедурой.

Наблюдающий работник находится снаружи в месте, откуда он может постоянно видеть или слышать работающего внутри. При потере связи наблюдающий обязан немедленно поднять тревогу и организовать эвакуацию. Запрещается входить в газоопасное помещение для оказания помощи без средств защиты органов дыхания и страховочного троса. Известны многочисленные случаи гибели спасателей, пытавшихся помочь пострадавшему без должной защиты и потерявших сознание от вдыхания токсичных газов.

Обучение персонала включает первичный инструктаж при приеме на работу, инструктажи на рабочем месте, периодическую проверку знаний по охране труда. Работники, допускаемые к обслуживанию КНС и работе в газоопасных помещениях, проходят специальное обучение продолжительностью не менее восьми часов с последующей проверкой знаний комиссией. Периодичность повторных инструктажей составляет один раз в квартал. Внеплановые инструктажи проводятся при изменении технологических процессов, после несчастных случаев, при нарушениях работниками требований безопасности.

Медицинские осмотры персонала очистных сооружений проводятся при приеме на работу и периодически в процессе трудовой деятельности. Частота периодических осмотров определяется вредными производственными факторами и составляет один раз в год для работников, контактирующих с сероводородом и другими токсичными газами. Противопоказаниями для работы являются хронические заболевания органов дыхания, сердечно-сосудистой системы, нервной системы.

Средства связи обеспечивают постоянный контакт между работающим в газоопасном помещении и наблюдающим. Используются носимые радиостанции, громкоговорящая связь, сигнальные устройства. Аварийно-спасательное оборудование включает носилки, канаты, лестницы, средства эвакуации пострадавших из колодцев и резервуаров. Аптечки первой помощи комплектуются с учетом специфики возможных поражений – включают средства для промывания глаз, обработки химических ожогов, поддержания дыхания и кровообращения.

Регулярные тренировки по действиям в аварийных ситуациях повышают готовность персонала к реальным инцидентам. Отработка эвакуации пострадавшего, оказания первой помощи, применения средств индивидуальной защиты проводится не реже одного раза в полугодие. Анализ произошедших несчастных случаев показывает, что основными причинами остаются недооценка опасности, пренебрежение средствами защиты, нарушение технологической дисциплины. Создание культуры безопасности, когда каждый работник осознает риски и неукоснительно соблюдает требования, является ключевым фактором предотвращения травматизма на объектах водоотведения.