Вода и жизнь на Земле - Новиков Юрий Федорович

Чтобы напоить город водой, ее днем и ночью перерабатывают водопроводные станции. Сотни людей, тысячи механизмов трудятся над тем, чтобы город ни минуты не испытывал недостатка воды, которая горожанину дается удивительно легко — достаточно лишь повернуть ручку водопроводного крана. Не все представляют себе, какой долгий и сложный путь от плесов реки до городских квартир проходит вода, прежде чем станет чистой, питьевой.

Очистка воды начинается еще в водоеме. Иногда русло реки используют как естественный фильтр для очистки воды, поступающей в систему городского водопровода. Как известно, пласты песка и гравия обладают прекрасной фильтрующей способностью. На берегу закладывают глубокую шахту. В ней устанавливают мощные гидравлические домкраты, с помощью которых пронизывают специальными стальными трубами речное дно. Образуется так называемый лучевой водозабор.

Вода из поверхностного источника (реки и озера) через водозабор поступает в водоприемное сооружение — камеру с решетками и сетками, которые задерживают крупные загрязнения. Насосы, установленные в насосной станции первого подъема, забирают ее из водоприемника и подают на станцию очистки.

Поднятая насосами из речного водоприемника вода направляется в отстойники — огромные подземные сооружения. Она движется в них с очень малой скоростью, при этом песчинки и частицы глины оседают на дно. Но далеко не все загрязнения остаются в отстойниках. Самые мелкие частицы уходят вместе с водой.

Для их удаления построены медленные, или, как их раньше называли, английские фильтры. В этих сооружениях вода фильтруется через слой песка вниз очень медленно, со скоростью 5—10 см/ч. На поверхности фильтрующего слоя в процессе фильтрации образуется так называемая биологическая пленка (тонкая пленка из мелких водных организмов, растений и бактерий). Она задерживает самую мелкую взвесь и даже бактерии, находящиеся в воде. Значит, медленные фильтры не только делают воду прозрачной, но и частично дезинфицируют ее. Часть взвешенных частиц задерживается и в толще песка. Медленные фильтры дают воду высокой прозрачности и задерживают до 99 % микроорганизмов. Применяются они главным образом на малых водопроводах, не требуют никаких реагентов и просты в эксплуатации. Недостаток медленной фильтрации — большие размеры фильтров, что увеличивает их строительную стоимость, и несовершенный способ очистки от задержанной взвеси (снятие 1–2 см фильтрующего слоя через один-два месяца). Поэтому медленные фильтры в настоящее время, как правило, на городских водопроводах не строятся.

При фильтрации воды на скорых фильтрах проводят предварительную (до поступления в отстойники) химическую обработку воды — коагуляцию. Наиболее употребительным химическим реагентом для коагуляции служит сернокислый алюминий — продукт обработки белой глины (каолина) серной кислотой. Он представляет собой комья грязновато-белого цвета. Раствор коагулянта вводится в очищаемую воду автоматом в строго определенной дозе в смесителе — большом железобетонном подземном сооружении. В воде происходит химическая реакция, в результате которой взвешенные частицы укрупняются, слипаются, образуя крупные хлопья.

Из смесителя вода поступает в отстойники, где начинают образовываться, или, как принято говорить, созревать, хлопья. Хлопья все время перемещаются: то медленно уходят в сторону, то опускаются вниз, то опять поднимаются вверх. Оседая, хлопья захватывают и увлекают за собой мельчайшую взвесь. Во время отстаивания вода освобождается от взвеси, повышается ее прозрачность, снижается цветность; на дне отстойника образуется толстый слой ила.

Отстойники бывают горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные представляют собой длинные прямоугольные железобетонные бассейны, в которых вода движется в горизонтальном направлении. Вертикальные отстойники — это большие цилиндрические резервуары из железобетона с коническим дном и центральной трубой. Вода в них опускается по центральной трубе, а затем медленно поднимается снизу вверх по всему кольцевому течению отстойника и переливается по периметру через желоба уже осветленной. Выпавшая взвесь собирается на дне отстойника, и ее регулярно удаляют.

После отстойников вода поступает на фильтры, где освобождается от оставшихся мельчайших, не осевших в отстойнике хлопьев и частичек мути. Фильтрация воды осуществляется на фильтрах разных систем, представляющих собой резервуары, заполненные зернистым материалом. Фильтрация еще более улучшает качество воды: в порах песка задерживаются остатки взвешенных частиц, вода интенсивнее освобождается и от микроорганизмов. Пройдя отстойники и фильтры, вода становится прозрачной, но для питья она не годится. Очистные сооружения задерживают 99 % бактерий, содержащихся в воде источника.

Подземную питьевую воду приходится очищать также от примесей железа.

Станция обезжелезивания воды имеет сложное оборудование. Мощные насосы из скважины поднимают воду на поверхность и подают на контактную вентиляторную градирню емкостью до 80 м3. С помощью так называемых колец Рашига здесь происходит процесс аэрации, т. е. удаление из воды углекислоты и насыщение ее кислородом. В контактном резервуаре идет процесс окисления железа. Отсюда вода поступает на безнапорные фильтры, в которых железо, содержащееся в воде, полностью задерживается.

Важным этапом обработки воды является обеззараживание, уничтожение болезнетворных микроорганизмов. Обеззараживание воды на водопроводных станциях производят с помощью хлорирования, озонирования или ультрафиолетовых лучей.

Наиболее, распространенный метод — хлорирование. Разработан электролитический способ получения хлора непосредственно на водопроводных станциях путем электролиза поваренной соли. Это позволяет избежать трудностей, связанных с транспортировкой и хранением больших количеств жидкого хлора.

Сущность обеззараживающего действия хлора заключается в угнетении обмена веществ, окисления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток бактерий, в результате чего последние гибнут.

На водопроводные станции хлор поступает, как правило, в металлических баллонах в сжиженном состояний под давлением. Стандартные баллоны содержат 25–40 и 100 кг жидкого хлора. Хлор можно вводить в виде газа или хлорной воды. На водопроводных станциях хлор обычно добавляют в виде хлорной воды, чтобы уменьшить коррозионное действие хлора на трубы вблизи места его введения. Дозируют хлор специальные газодозаторы, называемые хлораторами.

В соответствии с планом Московский машиностроительный завод «Коммунальник» при Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова освоил выпуск агрегатов для приготовления гипохлорита натрия — вещества, широко применяемого для обеззараживания и очистки воды. В отличие от жидкого хлора гипохлорит натрия несложно хранить, он прост в обращении, и производство его обходится гораздо дешевле. Гипохлорит натрия можно получать из раствора поваренной соли путем электролиза. Отсюда и название агрегата — электролизер.

Электролизер нового типа способен за сутки вырабатывать 25 кг активного хлора. Это значительно больше, чем давали аналогичные установки старого образца. Кроме того, принцип устройства позволяет также использовать его для непроточных водоемов: устанавливать в бассейнах, цехах, имеющих гальванические ванны, на животноводческих фермах, птицефабриках, предприятиях мясомолочной промышленности.

На небольших водопроводах для хлорирования используют хлорную известь. Об эффективном обеззараживании свидетельствует концентрация остаточного свободного хлора в воде не менее 0,3 мг/л и не более 0,5 мг/л при контакте не менее 30 мин.

В поисках более удобного способа обеззараживания питьевой воды ученые уже давно обратили внимание на озон — газ, который, как и хлор, является сильнейшим окислителем, а следовательно, и сильнейшим обеззараживающим средством. Микроорганизмы под его воздействием быстро гибнут. Это свойство не теряется и при растворении газа: достаточно ничтожной доли озона, чтобы все бактерии в воде были уничтожены. А раз так, нельзя ли применить озон для дезинфекции питьевой воды и может ли он конкурировать с хлором, когда речь идет о чистоте питьевой воды?