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    WESTLAKE西湖市,位于俄亥俄州克利夫兰市的郊区,主要由住宅社区,轻工业和零售商业区为主,城区有大约34,000人口,白天的人口翻倍。这个城市有独立的工程部门,负责设计,招投标,施工管理和检查。

    2007,西湖市对市内的主要卫生污水截流管进行了状态评估。这条管线建于20世纪60年代,6400米长,部分为钢筋混凝土,部分由灌注混凝土灌注,沿着北部的企业边界负责连接将整个城市的污水排向本区域的污水处理厂。

    污水工程的资金来源部分来自于当地居民,每户每季度统一收费30.25美元,而对商业和工业用户刚根据其实际排放量来收费。该污水管道的直径从915到1525毫米不等,在旱季的平均流量为22.7ML/d(应该是百万升每天),包括支线的总长度为227千米,由西湖市市政持有并负责维护。

    由于邻近社区的卫生污水拦截管于2006年发生了故障,导致当地许多居民的地下室被未经处理的污水淹没,西湖市决定对其管道也进行状态检查。邻近社区的拦截管与西湖市的很相近,也是一个钢筋混凝土管。由于此次故障导致的巨大灾难,包括一起死亡事故,当地居民总的起诉额超过56万美元,其中大部分诉讼现已解决。

    由于西湖市的拦截管自其建设投入使用后从未有过全面的评估,市政府聘请了俄亥俄州克里夫兰市的URS公司对其进行鉴定。

    状况评估

    URS公司使用密苏里州地球城的ADS环境服务对其所有拦截管进行了闭路监控,这个监控系统由履带式摄像机和污水流量较大的下游的安装在浮桥船上的照相机组成。此外,还对沿拦截线的全部64个卫生检查井进行了检查。

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    由于沙井的缘故,硫化氢腐蚀可见于各主要干线(6)

    沙井直径为50英寸左右,状态良好

    典型沙井(左)与腐蚀的典型效果(右)

    “由于预算的限制,用沙井到沙井的方式来修复整个管道不是一种可行的方案,因为有些管道长度有167米长”

    该闭路监控检查由URS分析,并依以下顺序生成和组织评估:

    操作和维护(O&M)问题

    A.接口处导致的渗漏

    B.堵塞障碍物导致的排污容量下降

    C.管道内的碎片

    结构缺陷

    A.裂纹,碎裂

    B.微生物腐蚀(MIC)

    C.接口处开裂。

    沙井检查

    A.渗透/流入(I/I)

    B.结构缺陷

    每两个沙井之间的管道的缺陷都被检测并依问题大小来排序。这一过程对每段管道的运行和维护问题和建筑缺陷进行了分类。每个有问题有地方都在GIS地理信息系统环境下进行了展示。同时也对沙井之间每段管道的长度进行了排序。这一系统性的分类可使整个系统的缺陷按每段管道的情况进行优先排序。

    2008年的状态评估中,最大面积的关注是由硫化氢导致的微生物腐蚀,这普遍存在于整个系统中,并集中在一些关键位置。这些关键位置是在各个干线(458 - 610毫米直径)排入污水拦截管的连接点。

    在这些连接点,跌水窨井与两个管道的仰拱之间至少有3米高差。此外,由于废水处理厂的附近在,污水拦截系统的下游部分腐蚀较为集中。

    MICROBIOLOGICALLY INDUCED微生物诱导

    在主干管道上垂直的跌水沙井会导致截流管剧烈动荡,释放出大量的厌氧细菌在污水中产生的硫化氢气体。随着时间的推移,二氧化碳和硫化氢降低混凝土管的表面pH值至7以下,使其成为氧化亚铁硫杆菌在污水流的表面上的管道中理想的生存环境。

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    新混凝土管的pH为11;不同沙井中的pH值拭样在沙井检查过程中执行。这些pH值大多数在pH7之下,所以是细菌理想的环境。由于拦截管的设计容量在平均旱季流量之上时,污水流表面上管内表面大部分是露出的。

    在有氧环境下,硫化氢气体与硫杆菌细菌在管这段区域中产生化学反应,通过有氧生物处理将其转化为硫酸。硫酸腐蚀混凝土管,从而导致其结构失效。

    在大多数地区,硫酸腐蚀仅存在于沙井的两侧7.5-15米内,而拦截管的剩余部分处于良好的状态。

    拦截管道进入处理厂的下游部分也有由于坡度的变化、下水道的水平排列、和废水处理厂本身引起的硫酸腐蚀

    设计

    西湖市的设计理念是永久修复管道的恶化部分,以防止在这些地方进一步的腐蚀。因此,通过临时措施控制硫化氢气体并不是可选方案。此外,由于大部分的拦截器是位于欠发达地区,气味控制并不是一个需要考虑的问题。

    由于预算的限制,用沙井到沙井的方式来修复整个管道不是一种可行的方案,因为有些管道长度有167米长,因此必须使用更有针对性的修复方案。

    作为一种可能的解决方案,原位固化法( CIPP )首先被考虑。然而因为整个下水道并没有被修复,对该尺寸下的管道的腐蚀退化部分进行局部衬垫是不可行的。西湖市于是决定采用离心浇注混凝土管(CCCP)进行修复。使用喷涂的水泥质,表面涂层为抗微生物剂,由郑赛公司生产。

    抗微生物剂阻止了管内表面上氧化亚铁硫细菌的生长。这可以防止硫化氢气体通过好氧生物处理转化为硫酸。该水泥涂层的高抗压强度也提高了管道的环压缩。

    抗微生物剂阻止了管内表面上氧化亚铁硫细菌的生长

    西湖市于是制定一个针对卫生污水截流管、相关的沙井和干线下游段的修复项目。该项目包括以下:

    污水截流管清洗

    沉积物去除

    使用CCCP对污水截流管进行修复

    干线清洗

    使用CCCP对污水干线进行修复

    使用CIPP对污水干线进行修复

    使用水泥涂层对沙井进行修复

    沙井级环区修改

    沙井级环区修复

    在整个设计阶段,预算紧张是一个关键问题;仅对管道的腐蚀部分进行了修复。

    拦截管道修复部分由分包商Brenford环境服务公司使用下水道拱曲喷洗器进行清洗,这种喷洗器可产生140kg/cm2的冲击力,并配备1325L的喷嘴,可以清洗沙井之间的所有管线。

    由于自来水在一些偏远的地方是无法使用的,喷洗器也使用了从污水拦截管道抽出的污水来进行清洗。这一过程按照分步清洗流程,也将淤泥及杂物进行了清除。

    淤泥和杂物被泵入高速过滤、分离和脱水的接收泥浆的容器。泥浆中的固体将被捕获,同时将99%的无碎屑灰水排入污水拦截管道。

    污水拦截管道在修复前需要建立一个完整的迂回管道,以保证管道在修复前是干燥的。由于修复是在多个地方同时进行的,需要修复前建立多条迂回管道。迂回管道的抽水设备可根据雨季的水量来设计,在管道较远的下游使用4540万升每天的抽水泵,并随着工程向上游推进而逐步减少。

    由于大部分工作发生在冬季和早春,且市污水拦截管道经历过超负荷的渗透/流入,所以降水水平被密切地监测。污水拦截管道的流量在一次大型降雨中将增加5倍,所以在所有污水拦截管道低于迂回管道的地方必须有现场观察员来监视沙井的水位。

    一旦迂回管道建好,便可以开始准备修复下水管道工作人员进入管道,并使用压缩空气和高压水来清洗任何有机物质和/或已退化的管道碎片。压缩空气也被用来在水泥涂覆操作前干燥管道的表面。之后再用抗微生物剂杀死任何活性硫杆菌细菌清洗管道的表面

    PIPE REHABILITATION 管道修复

    Table 3: CCCP compressive Strength results CCCP混凝土管道的综合强度值。

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    在管道修复的准备工作完成之后,还需要对其进行闭路监控以确认其基底是否可以接受水泥涂覆操作。水泥涂覆操作使用的砂浆是AP/M Permaform公司生产的一种预制的、高强度、高成型度的耐磨砂浆,以打造出密度高、防渗、坚硬的内衬。

    该混合物被包装在 在便携式设备中。 抗微生物剂和水一同添加进入,与水泥砂浆的颗粒结合成密不可分的混合物,抗菌剂无法洗掉,不会分层,不会由于磨损失去其有效性。

    CCCP涂层由离心旋转方式的喷头使用压缩空气围绕被处理的管道内壁的四周以均匀的速度拉过,喷射至管道内壁,形成12mm的涂层。

    该过程类似于喷浆的应用和水线的重建。一些管道出现深度达38mm的腐蚀。该水泥涂层固化后,将对固化涂层进行检查,之后才可以使管道恢复使用。

    在进行CCCP喷涂的同时,可按照ASTM C109的条款取立方体样本进行质量控制的措施。样品必须承受162kg/cm2的抗压强度以随被修复下水道污水的流动。通常情况下达到该强度需要24小时,这也使迂回管道中泵的使用成本降到最小。

    节约成本

    由于西湖市指定CCCP法,而不是原位固化法管( CIPP ) ,工作目标只关注待修复区域,而并没用对状态良好部分进行修复,这使施工成本降至最低。传统的方法是采用CIPP整个下水道运行修复。毫无疑问地,从西湖市针对性的修复方案的成功实施项目中可以看出CCCP在成本节约上的优势。

    西湖市使用CCCP法对1207米的管道进行了修复,但如果使用CIPP法,将不可避免地对2194米污水拦截管道进行修复。单此一项所节约的成本就在160万美元左右,不仅因为CCCP法需要修复更少的管道,而且因为CCCP单位造价也较CIPP要低。

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    该地区的修复成本保持在最低也是因为真正采用了“非开挖”的方式,避免了挖掘工程。CIPP方式将会要示将沙井所有的锥形部分去除,以插入毛毡内衬。同时,在一些部位,CIPP方式将会使污水管道内部尺寸变小,这也是使用CIPP方式的一个挑战和成本所在。

    这是一个巨大的成本节约:该项目总费用为160万美元,而总节约额也为160万美元。如果使用CIPP方式,该项目将不得不被分成多个批次,多年施工才能完成。

    结论

    该项目的建成延长了西湖市基础设施重要组成部分的使用寿命,并将长年为其居民提供不间断的服务。

    在沙井两侧使用垂直地使用抗菌涂层以阻碍硫酸腐蚀的应用已取得了巨大成功,但是,在这个项目中,西湖市所使用的技术将其在水平方向上应用。随着基础设施的老化和社区预算的减少,硫化氢腐蚀混凝土管道已成为司空见惯一个问题。该项技术为美国各地的社区进一步的提供阻止硫化氢腐蚀混凝土管道的工具。由于CCCP技术它使用再生材料为骨料,不含有害化学物质,可以说它会比其他方法更具有可持续性。

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