Как очищают воду в Мосводоканале
Обсудить 0
Чуть больше года назад житель города Портленда, столицы штата Орегон, Джошуа Ситер, будучи навеселе, помочился в водоем, который, по несчастью, оказался резервуаром с подготовленной питьевой водой. Негодник попал в объективы камер слежения, а запись с них — на телевидение. Город ужаснулся — что же мы пьем?! Чтобы погасить панику и утихомирить общественное мнение, властям пришлось слить весь резервуар объемом 30 млн литров. Чиновники решили, что так проще закрыть вопрос, нежели объяснять, что содержимое человеческого мочевого пузыря, растворенное в 8 млн галлонов чистой воды, никак себя не обнаружит — ни по вкусу, ни по цвету. Те же, кто сохранил хладнокровие и здравый смысл, и вовсе недоумевали: человеческая моча — это едва ли не самое безобидное, что может попасть в такой резервуар. В открытых водоемах хозяйничают птицы, земноводные и насекомые, и все они не только справляют в воде естественные надобности, но и погибают, а значит, разлагаются.
Фильтры для процесса, называемого ультрафильтрацией. Благодаря мельчайшим порам диаметром 0,01 мкм такие фильтры из ацетатцеллюлозных мембран способны удалять из воды даже бактерии и вирусы.
Где нам взять чистую воду?
Даже в лаборатории получить абсолютно чистую воду, не содержащую никаких растворов, невозможно, равно как невозможно получить 100%-ный вакуум. Взять ее в природе тем более неоткуда — в ней обязательно растворены какие-то минералы, присутствуют коллоидные и твердые взвеси, а также живые организмы, их останки и продукты жизнедеятельности. Вода, добываемая из артезианских скважин, обычно более минерализована, более жестка, зато относительно свободна от антропогенных загрязнений и органики. Однако если вести речь, например, о Москве, являющейся крупнейшим в стране потребителем воды (около 3,7 млн кубометров питьевой воды в сутки), то для столицы местные запасы артезианской воды невелики и совершенно не соответствуют запросам мегаполиса. Москва забирает воду из двух основных поверхностных источников — Волги (через канал им. Москвы и цепь водохранилищ) и Москвы-реки, а точнее, из водохранилищ, находящихся в верховьях реки и на ее притоках. Вазузская система водохранилищ на границе Тверской и Смоленской областей может дополнительно подпитывать как Волгу, так и москворецкий источник. Гидроузлы регулируют сток рек и не дают уходить талым водам, аккумулируя их в водохранилищах. Но что несут с собой талые воды? Нефтепродукты и продукты их сжигания, химические удобрения с полей и много других не очень полезных для здоровья следов деятельности человека в относительно густо заселенном Подмосковье. Таким образом, чтобы вся эта вода стала питьевой, ее необходимо очень серьезно чистить, причем технологии очистки должны постоянно совершенствоваться, чтобы соответствовать новым условиям.
Ульрафильтрация и озоносорбция — наиболее современные технологии, внедряемые сегодня в сфере водоподготовки. Метод озоносорбции (применяется на новых блоках рублевской и западной станций) заключается в совместном применении процессов озонированиясорбции с помощью порошкообразного или гранулированного активного угля.
На Москву работают четыре станции водоподготовки. Две из них — Северная и Восточная — заняты очисткой волжской воды, поступающей по каналу Москва-Волга, две другие — Рублевская и Западная — забирают воду, приходящую по Москве-реке. Подготовка питьевой воды давно уже не хайтек, и основные этапы этого процесса хорошо известны. Это предварительное хлорирование, реагентная обработка, отстаивание, фильтрование и обеззараживание. Но поскольку к качеству воды сегодня предъявляются новые требования, а «качество» загрязнения поверхностных вод тоже, увы, повышается, в последние годы на объектах «Мосводоканала» внедряются новые технологии удаления из питьевой воды всевозможных неприятных примесей — от тяжелых металлов до вирусов. В 2006 году на базе Западной станции водоподготовки создана Юго-Западная водопроводная станция, где современные технологии нашли свое наиболее радикальное воплощение.
Хлор в отставке
Воспользовавшись схемой водоподготовки именно на этой станции, рассмотрим вкратце, как именно грязная и мутная вода из открытых водоемов становится чистой питьевой. С самого начала забираемая с помощью насосов первого подъема вода Москвы-реки может быть подвергнута предварительному хлорированию (в случае сильного загрязнения). Уже много лет хлорирование является наиболее эффективным методом обеззараживания, избавления воды от болезнетворных бактерий. Проблема лишь в одном: жидкий хлор ядовит и является сильным окислителем. Разумеется, в тех концентрациях, которые присутствуют в подготовленной воде, никаких неприятностей от него ждать не приходится, но для обеспечения бесперебойного процесса хлорирования жидкий хлор необходимо запасать в больших количествах, и тогда он может стать серьезным поражающим фактором в случае техногенной катастрофы или теракта. Поэтому с 2009 года на московских станциях водоподготовки началось внедрение другого вещества, содержащего активный хлор, — гипохлорита натрия. Это вещество по обеззараживающему действию хлору не уступает, однако более безопасно.
Озонирование — один из главных методов очистки воды. Это историческое фото контактного бассейна, в котором происходило озонирование на Восточной водопроводной станции (Москва).
Если начальное хлорирование не требуется, вода сразу поступает в камеру предварительного озонирования. Озонирование — давно взятый на вооружение способ очистки воды. Будучи мощным окислителем, неустойчивые молекулы из трех атомов кислорода разрушают химические соединения, образующие вкус, запах и цвет воды, а также окисляют металлические примеси. Озон сам по себе работает как коагулянт, превращая часть растворенных веществ во взвеси, которые гораздо проще осадить или отфильтровать. Озонирование происходит в закрытых камерах, исключающих утечки газа. Используется кислород атмосферного воздуха, который забирают, охлаждают и иссушают, а затем пропускают через электрический разряд. Озоно-воздушная смесь вдувается в воду сквозь керамические диффузоры с мелкими отверстиями, а затем отработанный газ принудительно (с помощью катализаторов и высокой температуры) возвращается к исходному состоянию О2.
Прошедшая предварительное озонирование вода, конечно, еще далека от полной очистки — в ней достаточно примесей в виде коллоидных взвесей и мелкодисперсных суспензий. В специальном смесителе, состоящем из четырех последовательных бассейнов, в воду добавляют коагулянт (полиоксихлорид алюминия) — вещество, заставляющее мелкие взвеси собираться в более крупные комки. Специальные реагенты вносятся для осаждения примесей и для образования хлопьев (хлопьеобразующие химикаты носят название флокулянтов).
Схем очистки воды на Юго-Западной водопроводной станции
После этого вода поступает в отстойник, где примеси оседают, образуя так называемый контактный ил (частично он сливается в канализацию, а частично возвращается в смеситель, где способствует коагуляции). По завершении отстоя воду осветляют и отправляют в камеру повторного озонирования.
Вирус не пролезет
Терзания воды на этом отнюдь не заканчиваются. При необходимости в следующей камере в воду добавляются коагулянт и сорбент в виде порошкообразного активированного угля. Уголь вбирает в себя остатки органических веществ (например, пестицидов), вместе с которыми он будет удален из воды при последующей многослойной фильтрации. Фильтры, загруженные слоем песка (внизу) и гидроантрацита (вверху), примут на себя последние остатки твердых взвесей. На этом традиционный цикл очистки практически завершен, однако для более качественной водоподготовки к нему добавлено еще одно высокотехнологичное звено — ультрафильтрация.
В систему водоснабжения Москвы входят 15 водохранилищ с суммарным полезным объемом 2,3 млрд. м3. Суммарная водоотдача составляет 11 млн. м3/сут, что в 2,5 — 3 раза превышает нынешние потребности столицы в воде, используемой на хозяйственно-питьевые нужды.
Зал ультрафильтрации вмещает целый массив баллонообразных фильтров, расставленных блоками в четыре линии. В каждом таком пластиковом баллоне 35 500 ацетатцеллюлозных половолоконных мембран. Пористость волокон составляет 0,01 мкм, что вполне достаточно для удержания в фильтрах бактерий и вирусов. При этом даже после стольких стадий очистки вода сохраняет необходимый человеку набор растворенных в ней минеральных микроэлементов. Венчает водоподготовку финальное обеззараживание: для хлорирования вновь используется гипохлорит натрия, также добавляется аммиачная вода. Это было бы лишним (бактерии и вирусы отфильтрованы), если бы вода поступала потребителю непосредственно со станции водоподготовки, но… прежде чем вода потечет из крана в квартире, ей предстоит долгий путь по трубопроводной сети, качество которой, мягко говоря, неравномерно, и через водопроводные подстанции с резервуарами, где очень вероятно повторное проникновение вредной органики. Обработанная же реагентами вода еще долго будет сопротивляться заражению.
Сточные воды рассматриваются сегодня не только как объект очистки, но и как ресурс. Из органического осадка, отделенного от стоков, методом анаэробного брожения в метантенках получают биогаз. Эти же осадки используются в качестве компоста для удобрения почв. Из стоков добывается энергия с помощью теплонасосов.
И снова чистить!
Воду, которую забирают из водоемов для потребностей большого города, чистят дважды — когда превращают ее в питьевую и когда она сама превращается в канализационные стоки. Очисткой стоков в Москве занимаются также четыре станции, однако технология возврата влаги природе несколько отличается от водоподготовки.
Сначала стоки процеживаются через металлические решетки, в результате чего от воды отделяются твердые бытовые отходы (их увозят на полигон как обычный мусор). Затем в так называемых песколовках осаждаются твердые минеральные примеси, после чего вода идет в первичный отстойник, где на дно выпадает осадок органического происхождения. Далее в аэротенках происходит биологическая очистка сточных вод с помощью активного ила. Отработав свое, активный ил отделяется от жидкости во вторичном отстойнике. Остается процедура обеззараживания, и здесь она производится с использованием УФ-излучения (а не хлора или его производных), после чего очищенная вода сливается в реки Москворецкого бассейна. Круговорот завершен.
