Фото 1. Георадарная диагностика трубопроводов на станции «Москва-Смоленская»
Рис. 1. Анализ химического состава питьевой воды в водопроводах города Болотное до и после обработки «ТермоДАВ»
Табл. 1. Результаты испытаний адсорбента
Загрязнения продуктами коррозии способствуют развитию в трубопроводах биопроцессов, росту колоний железистых, сульфои сульфат-, нитрозои нитратбактерий, водорослей и грибов. Проявлением этого являются: биокоррозия, деполяризация электрохимической коррозии, образование запахов, подкисление воды, загрязнение ее коллоидами, железом и марганцем.
Прохождение указанных процессов обостряется высокой степенью износа трубопроводов (65–70 % при критическом износе 30 %). Ввиду частых аварийных ситуаций и экстренных мер по их устранению отсутствует достоверная информация о расположении и состоянии трубопроводов. Кроме того, при поэтапной замене (такова реальность) ветхих линейных элементов сетей, когда в системе имеется несколько разношерстных агрегатов, участков и даже стыков, составляющие коррозии и загрязнений при закольцованности сетей будут постоянно переноситься водой на чистые элементы трубопроводов. Выходом из замкнутого круга может быть реализация комплексного подхода по улучшению качества питьевой и технической воды, включающего в себя:
- проведение диагностики сетей с целью определения их точного расположения и состояния, а также определение при этом участков, исчерпавших свой ресурс и требующих замены;
- замену ремонтонепригодных участков и выбор материалов оптимальных по своим физико-механическим характеристикам для ремонта;
- при необходимости, глубокую очистку питательной воды от железа, марганца, тяжелых металлов, нефтепродуктов, бензола и других примесей;
- антикоррозионную и антиадгезионную обработку поверхностей трубопроводов и оборудования, с созданием длительной антикоррозионной и антиадгезионной защиты.
Именно такой подход реализуется в последнее время на объектах железнодорожного водоснабжения от источника (артезианской скважины, водозабора) до систем водоснабжения станций, вокзалов, ремонтных предприятий и пассажирских поездов. При этом возможно, при минимальных затратах, продлить ресурс, в т.ч. и сетей, длительное время находящихся в эксплуатации.
Для целей диагностики состояния и расположения сетей используют георадиолокацию, позволяющую быстро и эффективно в условиях характерной для железнодорожных объектов плотной промышленной и жилой застройки определять местонахождение и состояние сетей (фото 1). По полученным данным определяются ремонтонепригодные участки, требующие замены, При этом, для стабильной работы трубопроводов важен выбор материалов, их пригодность к местным условиям. Недостатки полимерных труб, при их существенном плюсе — несклонности к коррозии — известны.
Это сравнительно небольшой срок службы, ввиду низких физико-механических свойств пластмасс. По мнению японских специалистов, устойчивому положению стали на рынке конструкционных материалов, в т.ч. для прокладки трубопроводов, способствует тот факт, что стоимость 1 кг материала, отнесенное к единице относительной прочности, составляет 0,9 и 3,3 иены, для стали и пластика соответственно. Следует учитывать и то, что широко рекламируемые пластмассовые трубопроводы не спасают системы от отложений.
По имеющимся оценкам, доля стальных и чугунных трубопроводов в наружных системах водои теплоснабжения (составляющая на 2000 г. по России около 95 %) не упадет в ближайшие 50 лет ниже 75 %. При этом, сохранение высокого процента металлических трубопроводов связано, в первую очередь, с существенным ростом их антикоррозионных параметров и защиты.
По нашему мнению, лучшим материалом для водонесущих трубопроводов, на настоящий момент, является высокопрочный чугун, обладающий высокими механическими свойствами, близкими к свойствам высокоуглеродистой стали и великолепными антикоррозионными характеристиками. Срок службы таких трубопроводов, без специальных мер защиты составляет 80–100 лет.
Именно по этой причине 75 % железнодорожных трубопроводов выполнено из чугуна, что и определяет их стойкость и надежность. Для улучшения качества воды в источниках применяют положительно зарекомендовавшую себя разработку Петербургского государственного университета путей сообщения — технологию получения фильтрующего материала из смеси природных материалов и активирующих добавок — «Активированный алюмосиликатный адсорбент» (ААА).
Механизм удаления из воды загрязнений адсорбентом двухступенчатый. Процессу сорбции вредных примесей в большинстве случаев предшествует химическая реакция в слабощелочной среде (8 < рН < 9), создаваемой адсорбентом при фильтровании через него очищаемой воды. В результате коллоидные и растворенные в воде загрязнения преобразуются в нерастворимые соединения, которые в дальнейшем сорбируются на зернах адсорбента.
Данный процесс интенсифицирован: поверхность зерен имеет положительный заряд, в то время как частицы загрязнения несут на себе отрицательный потенциал. Таким образом, процесс сорбции осуществляется за счет притягивания разноименно заряженных частиц. ААА высокоэффективно очищает природные поверхностные воды от цветности, мутности, железа, марганца, сероводорода и других пахнущих органических и минеральных веществ, а также промышленные сточные воды — от ионов тяжелых металлов (шестии трехвалентный хром, медь, никель, цинк, кадмий, железо и др.) при суммарной их концентрации до 200 мг/л, радиоактивных изотопов, цианидов, нефтепродуктов, сульфатов, хлоридов, фосфатов, красителей, бензола и многих других.
В последний раз испытания адсорбента проводились в конце 2004 г. в ФГУ «Центр государственного санитарноэпидемиологического надзора». В результате испытаний 12.01.2005 г. было выдано заключение №78.01.03.216.П.000025.01.05 (ниже представлена табл. 1, извлеченная из протокола испытаний, наглядно демонстрирующая высокое качество очистки воды с использованием ААА). Преимущества и экономическая эффективность данной технологии очистки подтверждена опытом внедрения ее на более чем 30 предприятиях страны.
Стоимость адсорбента в несколько раз ниже стоимости фильтрующих материалов аналогичного назначения (цеолиты, активированные угли, ионообменные смолы и т.п.). Кроме того, ААА — адсорбент длительного использования (срок службы составляет семь-десять лет). Годовые потери на износ не превышают 10–15 %. Весь процесс очистки осуществляется в типовом фильтровальном сооружении напорного или открытого типа, загруженном адсорбентом.
Срок службы трубопроводов продлевают при устранении причин вторичного загрязнения воды с созданием длительной антикоррозионной и антиадгезионной защиты за счет технологии термодинамической активации воды (««ТермоДАВ»»). «ТермоДАВ», в соответствие с санитарно-гигиеническим заключением, выданным Госсанэпиднадзором РФ, предназначена для очистки и защиты от образования накипи, отложений и коррозии систем питьевого, холодного и горячего водоснабжения, объектов стационарной теплоэнергетики и подвижного состава.
Механизм действия заключается в изменении энергетического потенциала материала трубопроводов и оборудования при одноразовом введении в подпиточную воду ремонтно-восстановительного состава, изготовленного из экологически чистых природных компонентов. В отличие от существующих методов (магнитных, ультразвуковых, электрохимического способа, обратного осмоса, реагентных добавок и т.д.) при использовании «ТермоДАВ» осуществляется длительная антиадгезионная и антикоррозионная защита (не менее 7 лет), без постоянной дозировки реагентов и затрат энергии. Данный метод не требует применения дополнительного оборудования, а качество воды приводится в соответствие с санитарно-эпидемиологическими нормами. В качестве примера хотелось привести опыт использования технологии для очистки систем водоснабжения на станциях Эворон и Джамку
Дальневосточной железной дороги. Суммарная протяженность трубопровода ∅ 50 мм на станции Эворон составила 3,5 км, ∅ 100 мм — 2,76 км, ∅ 150 мм — 4,38 км, ∅ 200 мм — 2,78 км. Примерно те же показатели и на станции Джамку. Вода в источнике станции Эворон была кристально прозрачной, практически не содержала железа. При прохождении нескольких сотен метров по стальным трубам вода характеризовалась высоким содержанием железа до 5–7 мг/л, цветностью до 40–60° и мутностью до 30 мг/л.
На станции Джамку картина не столь контрастна, но в наличии были заросшие трубы, слабые напоры, гнилостный запах воды. Обработка была разовой. Все элементы водопровода, скважины, трубы, водонапорные башни, запорная арматура, приборы учета, водоразборные краны очистились от отложений. Качество воды практически не отличалось от качества в источнике. Достигнут также и экономический эффект. Экономия средств составила 1,077 млн руб.
Основные элементы экономии: отсутствие необходимости механической или химической очистки, замены и ремонта элементов водопровода, продление срока службы труб, арматуры и оборудования, сокращение расходов на транспортирование воды. Технология термодинамической активации воды для очистки систем питьевого водоснабжения внедрена в поселке Мошково, в городе Болотное Новосибирской области, ПМС-20 станции Крахаль Западно-Сибирской железной дороги, Дорогинском детском доме НСО, племзаводе Верхний Ирмень и ряде объектов железнодорожного водоснабжения.
Протяженность обработанных водопроводных сетей только в Болотном составила 76 км. Протоколами испытательных лабораторий Госсанэпиднадзора РФ подтверждено приведение качества воды в городе Болотное в соответствие с требованиями СанПиН. Перед обработкой количество Fe превышало предельно допустимую концентрацию (ПДК) в четыре раза, Mn — в 10 раз. Вода не соответствовала нормам и по наличию осадка и мутности.
После одноразовой обработки практически приведены к нулевой отметке показатели по 20 исследуемым параметрам. Количество Fe уменьшилось в 10 раз, Mn — в 100 раз. Обеспечен долгосрочный показатель. Замеры проводились на протяжении пяти лет (рис. 1). Обработка систем водоснабжения пассажирских вагонов с применением «ТермоДАВ» позволила значительно улучшить качество воды. В частности, содержание железа в питьевой воде вагонов состава «Москва–Воркута» до обработки превышало норму и составляло 0,31–0,32 мг/л, а после обработки составило 0,088 мг/л.
Решение дaнной проблемы в комплексе (от артезианских скважин до систем заправки вагонов и систем водоснабжения самих вагонов) позволило обеспечить наличие экологически чистой воды у пассажиров.
