Александр Кузнецов, главный специалист ООО «Теконэнергопроект»
Гидрогеология города
В силу своего географического расположения город Санкт-Петербург расположен на месте сочленения Балтийского щита и Русской плиты: из-за этого на всей территории города просматриваются разломы различного уровня, определяющие наличие и степень трещиноватости пород коренной толщи, рассматриваемых в качестве несущего горизонта для расположения жилых и нежилых построек, а также вмещающей среды для прокладывания коммунальных систем и тоннелей метрополитена.
На рис. 1. видно, что город располагается в зоне действия Четвертичного и Вендского водоносного комплекса.
Четвертичный комплекс состоит из грунтовых вод (глубина заложения 0,5–5,0 м) и межморенного водоносного комплекса (глубина заложения ≥ 10,0 м). Его воды являются напорными с высоким содержанием углекислого газа (углекислая агрессивность) и соединений серы (биокоррозионное воздействие).
Вендский водоносный комплекс – глубина заложения 100–125 м. Воды в нем напорные с повышенным содержанием хлористых соединений. Под действием высоких напоров происходит восходящее перетекание хлоридных натриевых вод через трещиноватую толщу верхнекотлинских глин в четвертичные водонасыщенные грунты.
Тепловые сети
В городе действует централизованная схема теплоснабжения: тепло от внешнего источника по тепловым сетям поступает к потребителям. Зона ответственности поделена на три теплоснабжающие компании, у которых на балансе находится 4833,3 км в двухтрубном исчислении.
Из табл. 1 и рис. 2 видно, что 55% всех тепловых сетей приходится на подземную прокладку (бесканальная, канальная, футляр и т. д.). На эти 55% приходится 67,3% тепловых сетей в пенополиуретановой изоляции (ППУ) и 32,7 в армопенобетоне (АПБ).
Еще в начале 1960-х годов армопенобетон стал популярным в Ленинграде (завод по его производству располагался в городе). АПБ обладал хорошей теплопроводностью (λ=0.055+0.0002·tтранс_среды), но был подвержен механическому разрушению при контакте с водой. Из-за этого трубопроводы, покрытые им, имеют низкоэффективную тепловую изоляцию и коррозионную защиту. Все это приводит к большому количеству свищей и прорывов на тепловых сетях.
При прорыве тепловых сетей можно выделить антропогенный фактор (деформирование грунта, смешивание теплоносителя с грунтовыми водами), эксплуатационный фактор (попадание грунтовых вод в централизованную систему теплоснабжения).
Деформирование грунта
Прорыв трубопровода сопровождается выбросом горячей воды (под давлением) наружу. В связи с этим происходит отключение отопления и ГВС в жилых домах, обвалы грунта, затопление близлежащих улиц, нанесение ущерба гражданам и имуществу. Происходит вымывание азота, фосфора и калия из почв, что приводит к эрозии почв. Видоизменяется ландшафт, снижается популяция различных растений.
Смешение теплоносителя
Помимо снижения качества теплоснабжения и опасности для людей, прорывы наносят огромный ущерб экологии. Прорвавшаяся горячая вода вместе с ливневыми водами может попасть в Неву или Балтийское море, что приводит к загрязнению экосистемы. Увеличение температуры воды способствует сокращению численности холодноводных рыб, т. к. их начинают замещать тепловодные. Еще одним последствием является интенсивное развитие водорослей, которые быстро размножаются и быстро гниют, потребляя кислород, а в результате образуются заморы рыб.
В начале статьи уже упоминалось, что по всей территории города просматриваются разломы различного уровня. Заметим, что теплоноситель cо стоячей водой, обладающей большой жесткостью и частичками шлама, под действием напора может перетекать в верхний межморенный слой, который рассматривается как резервный источник водоснабжения в случае экологического загрязнения или механического разрушения городского водопровода из Невы.
Снижение качества теплоснабжения
Процесс подмеса воды может происходить и в обратном порядке, когда вода из Четвертичного и Вендского комплекса под напором может смешиваться с теплоносителем, тем самым увеличивая жесткость и количество растворенных в нем газов. Это, в свою очередь, приводит к увеличению органических отложений и коррозии в тепловых сетях, теплообменниках, котлах и т. д.
Выводы
Антропогенное влияние утечки теплоносителя на флору и фауну Петербурга заметно, но просматривается и замкнутый круг в отношении теплоносителя – грунтовых вод. Не только теплоноситель подвержен загрязнению (повышению жесткости / растворенные газы) через присосы и неплотности, но и грунтовые воды могут быть загрязнены с помощью теплоносителя. Также не стоит забывать о влиянии температуры на скорость химической реакции. При смещении температур изменится температура грунтовых вод, что приведет к увеличенному выбросу осадка хлористых солей.
Список литературы
1) Схема теплоснабжения Петербурга на период до 2033 года (актуализация на 2022 г.)
2) Карпова Я.А. – Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук «Инженерно-геологическое обеспечение наземного и подземного строительства в условиях активного техногенеза компонентов подземного пространства Приморского района Санкт-Петербурга»
3) Кузнецов А.А. – Выпускная квалификационная работа на тему «Повышение энергетической и экологической эффективности системы теплоснабжения г. Санкт-Петербург»
