Говорят, если не хочешь испортить себе аппетит, не стоит ходить на предприятия пищепрома и смотреть, из чего делают то, что мы едим. Чтобы увидеть, что мы пьем, и ходить никуда не надо вот она, мутная грязноватая вода равнинных водоемов. Но что с ней происходит, прежде чем она попадает к нам в кран?

От реки к реке Миллионы кубометров воды совершают ежесуточный круговорот от водозабора станции водоподготовки до финальной стадии очистки. На фото — водослив на одном из московских очистных сооружений
Схема очистки воды на юго-западной водопроводной станции

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

Статья «Терзания воды» опубликована в журнале «Популярная механика» (№7, Июль 2012).