Технологии за справяне с мазните плаки в градската канализация

Атеросклерозата, знаем, е заболяване, при което по вътрешността на артериите се отлагат мастни вещества – плаки, и заради тях артериите постепенно се стесняват на определени места, а кръвта преминава все по-трудно. В ново време абсолютно същото се случва и с подземната канализация в големите градове. По стените на тръбите полепват големи натрупвания на мазнини. Заради тях тръбопроводите постепенно се стесняват на определени места, а отпадъчната вода преминава все по-трудно. Стига се и до запушвания. Справянето с този проблем, подобно на медицината, изисква спешна намеса чрез специализирана апаратура и, разбира се, професионални познания.

Текст: списание Инфрабилд

Условно можем да наречем мазнинните запушвания на градската канализацията „атеросклероза на канализацията“. В англоезичният свят има и определена дума за това явление - фатберг. Това е съставна дума, която се формира от fat - мазнина и iceberg – айсберг. Така и на вид изглеждат запушванията - гигантски твърди тела с белезникав цвят. Ключов елемент за образуването на фатберги са мазнините, попадащи в канализацията. Наричат ги накратко МОГ – „мазнини, олио и грес“. Когато мазнините се озоват в отпадъчната вода, те се втвърдяват при охлаждането й и полепват на различни места. Най-голям дял сред тези МОГ се пада на готварските мазнини. Доскоро се смяташе, че проблемът с фатбергите е типичен за районите с множество ресторанти. Ала скорошни данни показаха, че ¾ от мазнините, попаднали в канализацията, всъщност идват от домакинствата. Когато домакинята отмие маслото от тигана с топла вода от чешмата, мазнината отива в канала. Там обаче водата се охлажда.

Мазнината постепенно се втърдява, докато пътува. Залепва по всичко, до което се допре. Освен готварските мазнини, МОГ идват и от козметични продукти като например балсами за коси. Има известна ирония - продукти, предназначени за хигиена, в крайна сметка задръстват канализацията. Тук се намесва и химически процес. Когато мазнините влязат в контакт с калций (особено при по-твърда вода), фосфор и натрий, протича процес на втвърдяване, известен като осапуняване. Формират се твърди мазни буци. Те са плътен материал, който може да стане здрав като камък с течение на времето. Втвърдяващите се мазнини се натрупват по стените на тръбите най-вече на места, където водата е турбулентна. По принцип водата в тръбите се движи равномерно, но когато срещне завой, ръб или грапавина, водният поток се смущава. Именно на тези места на смущение мазнините са най-склонни да се лепнат към стените.

Има и още нещо, което подхранва тези големи, твърди сапуноподобни буци: твърди частици, попаднали в канала. А това може да включва всичко, което съвременният човек е склонен да изхвърли в тоалетната: мокри кърпички, конци за зъби, клечки за уши, космени топки, хранителни отпадъци, късове от памперси и други. Конкретно мокрите кърпички са крещящ проблем. Те набират популярност от 2000г. насам, но не се разграждат във водата, за разлика от тоалетната хартия. Нарастването на популярността им кореспондира със зачестяването на запушванията от гигантски фатберги в някои от големите градове по света.

Натрупвания на мазнини 

Повечето случаи на огромни натрупвания на мазнини са регистрирани след 2010г. През 2013 година например в Лондон, Великобритания, е намерен фатберг с тегло 15 тона, състоящ се от хранителни мазнини и мокри кърпички. През 2014г. в Мелбърн, Австралия, канализацията се оказва запушена от тапа, състояща се от мазнина, мокри кърпички, хранителни отпадъци, тенис топки, дървени късове – всичко това с обем, еквивалентен на Boeing 747. В следващите години проблемите зачестяват. През 2017г. отново в Лондон е намерен фатберг с тегло 130 тона, един от най-големите в историята на канализацията по света. Рекордьор обаче е 400-тонен фатберг, установен през 2019г. в Ливърпул. Проблемът се наблюдава още в Ню Йорк, Мелбърн, Валенсия, Токио и все повече мегаполиси. Плаките по тръбите могат да са с дължина над 1 км. 2015 е годината, в която англоезичният свят измисля думата фатберг.

„Изливането на мазнина в кухненската мивка винаги е имало потенциал да причини запушвания, но едва когато мокрите кърпички започнаха да се продават като луксозна алтернатива на тоалетната хартия в началото на 2000-те, проблемът стана очевиден“, казват специалисти от британски ВиК дружества. Те правят сравнение: ако мазнината е хоросанът, то мокрите кърпички са тухлите. Проблемът рязко се изостри в годините 2020-2021 заради глобалната пандемия на коронавируса. Хората започнаха усърдно да търкат с мокри кърпички всичко, от бравите на вратите до ключовете на лампите. Освен това на много места по света избухването на пандемията доведе до необяснимо изчерпване на наличната тоалетна хартия в магазините. Това принуди мнозина да ползват мокри кърпички вместо хартия. Според анализаторите от Nielsen, купуването на мокри кърпи е скочило със 75% през 2020 г. Резултатът е появата на многобройни фатберги.

Цената на мазните плаки

„Цената“ на фатбергите е трудна за изчисляване, но някои откъслечни данни дават представа какво струва на обществото ни тази „атеросклероза на канализацията“. Щатът Ню Йорк съобщава, че харчи приблизително по 18,8 милиона долара всяка година само за обезмасляване, отпушване и ремонт на канализацията и оборудването, засегнати от фатберги. До 2021г. Лондон харчи по 18 милиона лири годишно, за да почиства каналите си от мазнините (след това са направени нововъведения, които намаляват стойността). През април 2015г. фатберг с дължина 40 метра е премахнат от канализацията под британския град Челси, което коства на градската хазна приблизително 400 хиляди лири. През 2018г. ВиК служителите в Макомб Каунти в Мичиган, САЩ, отстраняват 300-метров фатберг от градската канализация, която е с диаметър 3,3 метра, и това струва 100000 долара.

Отстраняването на прословутия 130-тонен фатберг, намерен през 2017г. в Лондон, коства 1 милион британски лири.Освен пари, справянето с големите натрупвания на мазнини коства време. Работата по премахването на мазния налеп от каналите може да трае няколко дена до няколко седмици. През декември 2018г. канализационните работници в Сидмут, Девън, откриват фатберг, дълъг 64 метра, и прекарват осем седмици в работа по премахването му. Осем седмици отнема и справянето с големия мазен налеп в Лондон през 2017 година. Освен работата на работниците през тези дни и седмици, борбата с мазния гигант има и социална цена. Понякога канализациите на цели квартали са негодни за ползване периодите на почистването. Може да се получи връщане на отходна течност през канали, мивки и тоалетни.

Почти винаги работата по отстраняването на фатбергите е свързана със затруднения на трафика в града, защото достъпът до канализационните шахти (за работниците и за техниката) изисква някои от пътните платна да бъдат затворени. Има и обществени опасности.  Освен че са трудни за отстраняване, фатбергите могат да произвеждат токсични съединения като сероводород, представляващ риск за здравето и безопасността на местените жители. Мазнинните депа са и благоприятна среда за развъждането на голямо разнообразие от бактерии. Това може да се окаже опасно при евентуално връщане на отпадна течност в тоалетните и мивките. Излишно е да се казва, че миризмата на гранясяло, тоалетна и гнило е остра и се носи далеч не само из канализационите шахти.

Технологии за борба с мазните плаки

 При първите случаи на фатберги екипите по почистването използват кирки и лопати, за да разбият твърдите мазни маси. Но напоследък се прилагат по-нови методи и технологии за ускоряване на процеса. Почти класическо средство са водоструйките, произвеждащи водни „остриета“ чрез много високо налягане. Струята реже като нож сапуноподобните буци. Насочена към тръбите, тя „взривява“ мазните натрупвания. След това суспензията се изсмуква от водата с помощта на вакуумна система, монтирана на камион, и се съхранява в бордовия му резервоар за по-късно третиране. Има и химически метод. При него се разчита на загряване на мазнинните натрупвания до температури между 90 и 110 градуса Целзий и смесването им с водороден прекис, който стартира процеса на разграждане. Този подход улеснява почистването от мазнини, но мокрите кърпички и твърдите частици остават в канализацията, а контактът на водата с водородния образува слабо киселинен разтвор, който създава други проблеми за ВиК инфраструктурата.

Все по-често екипите по почистването спестяват на своите работници „удоволствието“ от слизането в канализацията за оглед на проблемния участък. Извършват го посредством дистанционно управлявани камери. В Лондон е тествана и автоматизирана камера-робот, която няма нужда от дистанционно управление. Тя просто се спуска в канала и бива програмирана да инспектира и запише видео от определена отсечка от тръбопровода. Камерата събира записите от канализацията, докато се провира през тръбите, а накрая бива прибрана от шахта в края на отсечката. От местното ВиК дружество са доволни от робота, защото не се налага използването на кабел за постоянна връзка с камерата и не е нужен оператор на повърхността. Не се налага и да се затварят пътни платна заради отворените шахти.

Все по-популярни стават инструментите за бърза оценка на канализационните линии от вида SL-RAT (Инструмент за бърза оценка на канални трасета – Sewer Line Rapid Assessment Tool). Уредът използва сонарна технология за търсене на мазнинните натрупвания. Системата се спуска в канализацията и се движи, като предавателният блок излъчва серия от звукови вълни в тръбата. Приемащото устройство измерва тоналните разлики и на тази база определя степента на запушване. Теоретично чрез ултразвуково сканиране е възможно и да се установи съставът на налепите. Вече има няколко внедрявания на SL-RAT по света. За приложението му в града Ървинс в щата Юта например има данни, че машината минимизира процес, който преди това е отнемал 1100 работни часа борба с мазнотиите. Сега с уреда почистването се свежда до 320 работни часа. Освен това работи тихо. Не се хаби вода при работата му.

Преди това градът е обезмаслявал своята канализационна система (с дължина около 80 км) чрез водоструйки, използвайки по 23 хиляди литра вода на ден. Днес, вместо да се почистват всички тръби наред, сонарната система открива къде има плаки, които се нуждаят от почистване. Пести се не само време, но и вода – и пари на общината. Нуждата от автоматизиране и роботизиране на процедурите по почистване на каналите е потвърдена и от проекта SIAR, финансиран от ЕС и разработен в периода 2016-2018 година. В рамките на инициативата е разработен прототипен автономен робот за инспектиране на канализацията. Пилотното изпитание е проведено в Барселона. Устройството прави 3D сканиране на околната среда, което може да се анализира автоматично. В практиката навлизат и почистващи канализационни роботи. Те обхождат тръбопроводите и са въоръжени с водоструйки, каквито иначе биха използвали работниците на ръка.

Роботите с водоструйки не са напълно автономни, те се контролират ръчно от контролен пункт, който обаче си остава над земята, а човешки оператори преценяват накъде да насочат дюзите на водоструйните машини. Всеки робот има камера и чрез нея операторът вижда как големите мазни блокове се разбиват и падат от стените. Някои от операторите споделят, че работата по този начин наподобява видео-игра. Някои от фирмите-производители на апаратура за автоматизирано инспектиране и почистване на канализацията комбинират роботи, носещи камери и пълзящи из каналите, със специализиран софтуер. Програмата разчита на алгоритми, за да анализира изображенията, събрани от роботите в каналите. Така системата идентифицира не само запушвания и натрупвания на мазнини, но и дефекти по инфраструктурата, проблеми с нахлуващи корени на растения, пукнатини и разкъсани тръби. Подобна машина може да измине около 7-8 километра на ден в тръбите. Това е доста повече от „традиционните“ методи на обследване с камера.

Подобен софтуер може да бъде доразвит до ниво изкуствен интелект, който да е в състояние да взема решения за почистване на мазните плаки непосредствено след заснемането и разпознаването. Резонно е да се очаква това да доведе до появата на полуавтономни роботи за почистване на канализацията от фатберги, които правят всичко едновременно: пълзят в канала, заснемат, преценяват и непосредствено след това прочистват мазнинните отлагания.
Успоредно с това все повече ВиК оператори оборудват канализационните шахти със сензори за мониторинг на нивото на отпадните води. Тези датчици помагат за ранното откриване на запушвания, типични за фатбергите. Подобни датчици най-напред бяха инсталирани в лондонските квартали Уест Хам и Харлсден. Експерти от всички ВиК дружества обаче са категорични, че каквито и технологии да са налице, най-доброто решение за справянето с проблема си остава информираността на обществото. Мокрите кърпички не бива да се пускат в тоалетната, нито готварските мазнини – в канала на мивката. Необходими са мащабни информационни кампании по въпроса.

Превръщане на мазнините в гориво 

Несъмнено би било за предпочитане, ако „атерозсклерозата на канализацията“ изобщо не съществуваше, но всяка насъбрана Изчислено е, че чрез премахване на МОГ от лондонските фатберги могат да се произвеждат повече от 130 гигаватчаса енергия годишно – достатъчно за електрозахранване на около 40 хиляди домакинства. Този бонус не е лесен за реализация. Според специалисти, за да се случва това ефективно и в по-голям мащаб, е необходимо пречистването на отпадъчните води да бъде децентрализирано. Превръщането на мастните плаки в биогориво е изпитано, ала има нужда от по-локализирани начини за събиране на канализационните отпадъци, така че да не се налага да бъдат извозвани надалеч до централно съоръжение за преработката.

Алернативни решения

Едновременно с механичната борба с фатбергите вече се мисли и за други начини за справяне с модерния проблем. През октомври 2020г. инженери от университета RMIT в Мелбърн, Австралия, обявиха, че са разработили екологичен бетон с „нулев цимент“, който може да издържи на корозивна киселинна среда, често наблюдавана в канализационните тръби и други видове инфраструктура за отпадъчни води. В опит да се преборят с натрупването на МОГ в канализацията и тръбопроводите, изследователите са разработили формулата за бетон така, че да елиминира химическото съединение, което насърчава прилепването на мазнините: свободния варовик във водата. За тази нова формула учените казват, че отговаря на трите основни изисквания за материал за подземна канализация: защитен, здрав и екологичен.

Според RMIT, материалът се състои от странични продукти от други производства, включително циментов композит от наносилициев диоксид, летлива пепел, шлака и хидратна вар. Тестовете са показали, че крайният резултат надминава стандартите за здравина на канализацията, определени от ASTM International, и е по-издръжлив от обикновения цимент. Другаде изследователите работят върху култивирането на бактерии, способни да разграждат фатбергите. Търси се начин за генно модифициране на популярните E. coli, така че могат да разграждат мазнините до триглицериди, които могат да се изсмукват или разтварят посредством спирт.