Физика города: как очищают воду из Москвы-реки и чего в ней быть не должно

Иллюстрация: Ольга Денисова

Водопровод – одна из основных артерий мегаполиса. Как город обеспечивает чистоту воды, которая течет по трубам? Объясняем, что такое флокулянты, фильтр-циклы и аэротенки. Публикуем список из девяти пунктов – как определить, что вода пригодна для использования. Рассказываем, что происходит на Курьяновских очистных сооружениях. Материал подготовлен нашими друзьями из Детского центра научных открытий "ИнноПарк".

Для удовлетворения коммунально-бытовых и хозяйственно-питьевых нужд человека подходит не любая вода. Жидкость должна соответствовать множеству требований:

1 в ней не должно содержаться более 0,25 г/дм³ взвешенных веществ;

2 на поверхности не должно быть никаких пленок: масляных, нефтяных и других;

3 вода должна быть бесцветной, если мы нальем ее в цилиндрический столбик высотой 20 см и посмотрим на нее сверху;

4 от нее не должно исходить сильных и зловонных запахов (сильнее одного балла);

5 температура воды в источнике не должна превышать допустимый уровень;

6 реакция среды должна быть нейтральной;

7 в жидкости не должно содержаться слишком много солей – это не минеральная вода;

8 должны отсутствовать возбудители заболеваний;

9 из микроорганизмов допустимо присутствие в воде кишечной палочки и колифагов, но в очень малой концентрации (до 100 существ на 1 дм³).

Подходящей людям воды в природе очень мало – около 1%. Кроме того, ее источники иссякаемы. До XVIII века москвичи брали воду прямо из Москвы-реки, но к началу царствования Екатерины II она была загрязнена настолько, что сделалась непригодной для бытовых нужд. Тогда решили подпитывать Москву из Мытищинских ключей, которые бежали в город самотеком по Ростокинскому акведуку. Однако, этот источник быстро высох.

В начале прошлого века горожане вновь обратились к главной водной артерии столицы. Для ее очистки использовались английские фильтры. Чтобы контролировать уровень реки, были организованы плотины и водохранилища.

Раньше воду обеззараживали и очищали при помощи соединений хлора. Сейчас для этих целей используется озон. Его применяют на Юго-Западной водопроводной станции Москвы.

This browser does not support the video element.

Рассмотрим механизм водоочистки на примере Западной водопроводной станции, построенной в 1964 году. Сегодня через нее проходит до 1 900 000 м³ в сутки – этого хватает на 30 районов. Насосная станция первого подъема берет воду из Москвы-реки и пропускает ее через решетки и сетки. Далее в смесителях перегородного типа в жидкость добавляют реагент – флокулянт, – на мелких частицах которого оседают загрязнения, выпадающие в результате в виде осадка. Здесь же воду обеззараживают хлором, активированным углем и марганцем.

После этого вода поступает в камеру хлопьеобразования – загрязняющие вещества налипают на хлопья, которые удаляются. Очищенная таким образом вода идет в горизонтальные отстойники, где за 30 – 40 минут проходит через песок и просачивается в водоотводные трубы. Перед паводком и после него происходит промывка отстойников. Период от промывки до промывки называется фильтр-циклом.

Очищенная вода хранится в подземных цистернах. После всех описанных процедур она поступает на насосную станцию второго подъема, где происходит ее перекачка в город. После того как мы употребили эту воду, она поступает через канализацию на станции аэрации, где ее готовят к выбросу в окружающую среду. Таких станций четыре: Люберецкие, Курьяновские, "Южное Бутово" и города Зеленограда.

На Курьяновских очистных сооружениях вода проходит четыре стадии очистки.

1 Решетки. Сначала вода поступает в приемные камеры. Кислород и нитраты расходуются на окисление органики. Взвешенного вещества здесь должно быть не более 500 мг/л. Раньше отходы преимущественно были пищевыми, поэтому после решеток стояли дробники. Теперь в этом нет необходимости, поскольку в отходах преобладает полиэтилен. Решетки отсеивают крупный мусор, который попадает в воду.

2 Песколовки. Вода содержит много мелких взвесей – например, песок. В песколовках он отсеивается, и дальше идет вода с еще более мелкими загрязнениями.

3 Первичные радиальные отстойники. Жидкость поступает из центра на периферию. Тяжелый осадок падает вниз, органика гниет с выделением метана, нефтепродукты и эфиры поднимаются наверх и снимаются специальными щетками.

4 Аэротенки. Аэротенки – это четырехкоридорные прямоугольные забетонированные сооружения, на дне которых расположены трубопроводы. В них подается активный ил. В процессе очистки он увеличивает свою массу. Одна часть ила соединяется с сырым осадком и подается на метантенк, другая возвращается. Осадок сбраживается в термофильном режиме при температуре 50 °С в течение восьми суток. В результате образуется биогаз: CO2, пары воды и CH4. Сброженный осадок обезвоживается. Он используется для рекультивации твердых бытовых отходов. Весь процесс устроен так, что вода очищается почти естественным путем, как в природе, только интенсивнее. Кислород окисляет загрязнения и уничтожает их. После этого вода подается во вторичные отстойники, где она очищается от активного ила и, осветленная, сбрасывается в среду. Перед тем как вода попадает в Москву-реку, берется суточная проба на соответствие рыбохозяйственным нормам. Эти стандарты еще строже, чем коммунально-бытовые.

Сегодняшние технологии очистки стали эффективнее, но человек в этом смысле не всемогущ. Вода, прошедшая через наши руки, квартиры и дома, возвращается в природу грязной. Для минимизации нашего пагубного влияния применяется многоступенчатая система фильтрации. И все же нам следует помнить, что не стоит выливать в водопровод растворители, очистители, яды и другие вещества, имеющие специфическую маркировку на упаковке – страшные значки с черепами, символы биологической опасности и тому подобное.

Полина Васильева, Детский центр научных открытий "ИнноПарк"