Как речная вода становится питьевой?



    Открыть кран и налить воду в чайник — что может быть проще? Взять речную воду, очистить её до состояния питьевой, а потом грязный канализационный сток превратить обратно в чистую воду — что может быть сложнее? И затратнее. Разбираемся, как вода из рек попадает к нам в кран и сколько приходится платить за её очистку.

    Основные источники пресной воды


    71% нашей планеты покрыт водой. В основном, солёной водой, абсолютно непригодной для питья. В общем количестве мировой воды всего 3% пресной. Если из этого скромного объёма убрать 68% льдов на полюсах и 30% подземных пресных источников, останется 0,8% в вечной мерзлоте, 0,2% в озёрах, 0,006% в реках и ещё чуть-чуть в атмосфере. То есть, количество легкодоступной пресной воды на планете мало, а та, что есть, чаще всего не подходит для питья без обработки. Так что примем за отправную точку тот факт, что питьевая вода — дорогой и дефицитный ресурс.

    Россия лидирует по количеству поверхностной пресной воды, поэтому чаще всего воду для городского водоснабжения берут из крупных озёр и рек. Для небольших поселений используются артезианские скважины. Но даже в тех местностях, где протекают относительно чистые реки или прорыты скважины, вода требует подготовки перед тем, как её можно будет использовать для центрального водоснабжения, ведь в воде могут быть вирусы, опасные бактерии, тяжёлые металлы и прочие химические загрязнения. Так железистая вода бьёт по печени и сердечно-сосудистой системе, избыток фтора портит зубы и кости, диоксины, оставшиеся от сжигания мусора, вредят нервной системе и вызывают рак, слишком жёсткая вода провоцирует образование камней в почках, а свинец отрицательно влияет на развитие детей и вызывает анемию. А уж про бактерии и вирусы и так всё понятно — заболевания, аллергии и расстройства ЖКТ обеспечены. Да и использованную воду тоже хорошо бы очищать, а не просто сливать обратно в реку.

    Городской цикл очистки воды состоит из двух этапов: забор воды из водоёмов и очистка для использования в водопроводах, а затем очистка получившихся канализационных стоков и сброс воды обратно в водоёмы. То есть водоснабжение и канализация.

    Очистка воды для водопровода


    Сперва на примере Москвы разберёмся, как вода попадает в водопровод. Как сообщает сайт Мосводоканала, «централизованное водоснабжение московского региона осуществляется, в основном, из поверхностных водоисточников. Ими являются Москворецко-Вазузская и Волжская водные системы, в которые входят 15 водохранилищ и тракты подачи воды — река Москва с притоками и канал им. Москвы.» Общая суточная водоотдача водозаборных станций столицы составляет 11 млн кубометров, что почти вчетверо превышает потребление.

    Москвичи пьют воду из протекающей через весь город реки Москвы, хотя эта мысль сперва пугает. На самом деле, прежде чем содержимое судоходных рек попадёт в квартиры, вода проходит комплексную очистку на одной из четырёх станций водоподготовки. Места забора воды из рек закрыты и тщательно охраняются — это буквально стратегические объекты.

    После грубой фильтрации воду озонируют, избавляясь от органики всех размеров, и смешивают с коагулянтами и флокулянтами. Эти реагенты «сбивают» оставшиеся загрязнения в хлопья, которые затем оседают. Смешивание воды с реагентами происходит в течение десяти минут — при меньшем времени хлопья не образуются, при более длительном смешивании уже начинают разрушаться. После отстоя осадка, воду вновь озонируют и отправляют фильтроваться.


    Тонкие струйки воды после отстоя хлопьев. Источник: Мосводоканал

    В качестве фильтра выступает двухметровый слой песка, сквозь который вода проходит естественным образом. Очищают такой фильтр примерно раз в сутки напором чистой воды с обратной стороны. Далее воду переливают в другой резервуар, где она так же, под собственным весом проходит через полутораметровый слой древесного угля.

    Последним этапом очистки выступают мембраны, способные задержать частицы с размером всего 0,01 микрон (это не опечатка). Каждый час мембраны чистятся обратным потоком воды. С этого момента вода считается питьевой, то есть полностью безопасной для здоровья. Анализ воды на всех этапах производится каждые четыре часа, а в условиях повышенного риска (например, весеннее половодье) раз в час.



    Мембранные модули и их содержимое. Источник: Мосводоканал

    Кстати, хлором воду не чистят — его, вернее безопасный гипохлорит натрия, добавляют в самом конце, чтобы предупредить заражение воды во время прохождения по городским трубопроводам. По крайней мере в Москве холодная вода из-под крана официально считается полностью безопасной для питья без дополнительной очистки и кипячения.

    Очистка канализационных стоков


    Превратить речную воду в питьевую непросто, но ещё сложнее канализационный сток очистить до состояния чистой и безопасной для экологии воды. Столицу обслуживают четыре водоочистных станции, куда стекается сточная вода из канализаций. Самая крупная и современная из них, Курьяновская, после модернизации способна обрабатывать до 3,1 млн кубометров в сутки. Люберецкие сооружения при необходимости примут ещё 3 млн кубометров, Зеленоградские и Бутовские вместе — 220 тыс. кубометров. То есть запас мощности очистных сооружений, которые превращают московские стоки в чистую безопасную воду, вдвое превышает текущее потребление города.

    Работают они так. Сперва по трубам сток поступает в приёмную камеру очистной станции — это большие резервуары, до недавних пор открытые, от которых невыносимый запах разносился на километры вокруг. К счастью, московские очистные сооружения накрыли специальными крышками, поэтому жители окрестных домов наконец смогли забыть о запахе канализации.

    Невыносимо грязная вода с огромным количеством мусора, спущенного в канализацию, проходит грубую механическую очистку, в ходе которой удаляются все посторонние предметы, видимые глазом. Сухой остаток прессуется и вывозится на полигоны хранения.

    Далее в отстойниках часть грязи оседает естественным образом, после чего воду, всё ещё грязную и дурно пахнущую, можно отправлять на аэрирование. В ходе этого процесса в аэротенках (это не опечатка!) воду смешивают со специальным илом и бактериями, которые «съедают» большую часть загрязнений и органики.


    В тёплой, насыщенной кислородом воде бактерии быстрее очищают воду. Источник: Мосводоканал

    Оседающий ил медленно убирается илососами. Вы, наверное, встречали фотографии очистных сооружений, где в круглых бассейнах от центра к краю построен мостик. Это и есть илосос, который медленно вращается, словно стрелка часов, и собирает со дна ил. К концу работы илососа вода становится визуальной чистой, но ещё не безопасной.


    Отстойники с илососами — самая узнаваемая часть очистных сооружений. Источник: Мосводоканал

    На последнем этапе воду на московских очистных сооружениях обеззараживают мощными кварцевыми лампами и затем сбрасывают в реку. Формально бывший канализационный сток чище, чем вода, забранная из реки для первичной очистки для водопровода. Кстати, ни хлорировать, ни озонировать канализационную воду нельзя, иначе остаточные следы газа и химикатов попадут в реку и заодно с бактериями уничтожат всё живое.


    Наглядная схема современной очистки от Мосводоканала. Источник: Мосводоканал

    Очиститель воды в кармане


    Идея портативного средства для очистки любой воды до уровня питьевой была актуальна всегда. Во время Первой мировой солдаты изготавливали фильтры из песка, гравия и кирпича, для индивидуального использования предназначались таблетки с хлором и дехлорирующий агент. Сейчас в российские военные ИРП вкладывают таблетки для обеззараживания воды с натриевой солью дихлоризоциануровой кислоты.


    Это не рекламный трюк — портативный фильтр LifeStraw действительно позволяет пить воду из любых источников. Ну, или почти из любых… Источник: Vestergaard

    В 2008 году настоящим прорывом стал трубчатый фильтр LifeStraw от швейцарской компании Vestergaard, через который можно пить воду буквально из любого водоёма, хоть из лужи. Отличием LifeStraw от типичных угольных фильтров стало применение трубчатой мембраны с порами в 0,2 микрона, которая справлялась с бактериями и паразитами лучше угля. Ранние версии LifeStraw не защищали от тяжёлых металлов и вирусов, но обновлённый LifeStraw Flex смог отфильтровать и их. Разные версии LifeStraw имеют ресурс от 1800 до 4000 литров и стоимость от $19,95.


    Пучок тонких трубочек — это и есть мембранная фильтрующая система LifeStraw. Точно такая же, как на мембранных фильтрах московских очистных сооружений. Источник: YouTube

    Сейчас в продаже можно найти множество туристических бутылок и трубок с фильтрами, однако, стоит обращать внимание на фильтрующий элемент. Если в описании упоминается только уголь, не стоит рисковать, набирая воду из луж и стоячих водоёмов — ограничьтесь водопроводной водой. Уголь дезодорирует воду, убирает тяжёлые металлы и хлор, но пропускает вирусы и бактерии.

    Сколько стоит очистка воды


    Научно-техническая магия по превращению миллионов тонн отходов в воду звучит здорово, но сколько стоит такой сложный процесс? В открытом бюджете Москвы на сбор, удаление отходов и очистку сточных вод выделено около 900 млн. рублей в год, и это только обеспечение работы уже действующей инфраструктуры. А затраты на обновление и строительство новых сооружений могут исчисляться миллиардами.

    Это при том, что меры эффективного использования и экономии позволили снизить траты воды даже в Москве, хотя население столицы за 20 лет выросло на треть. По данным всё того же Мосводоканала, в 2018 году москвичи тратили около 3 млн кубометров воды. Если в 1995 году каждый житель города сливал в канализацию порядка 450 литров в день, то теперь около 202 литров.

    Важен и тот факт, что немалые деньги при очистке воды уходят на энергоснабжение. В США, к примеру, это 4% всей потребляемой электроэнергии.

    Можно ли дешевле?


    Если под рукой у предприятий водоснабжения нет дешёвых и экологически безопасных (редкое сочетание) источников энергии, то придётся обходиться тем, что есть, то есть использовать местные энергокомпании и платить им по установленным тарифам. Некоторую экономию в перспективе может дать обновление оборудования станции, но для этого требуются серьёзные инвестиции. Остаётся один путь: повысить эффективность энергопотребления, не снижая качества очистки.

    Для Японии энергозатратность очистки воды тоже стала проблемой — на это уходит 0,7% электроэнергии страны, а электричество на острове значительно дороже российского. Юкио Хираока, главный специалист подразделения Water & Environmental Systems в Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation, предложил идею динамического изменения воздушного потока для аэрации воды в течение суток. На аэрацию, необходимую для жизнедеятельности бактерий, приходится до 60% электроэнергии очистных сооружений, однако поток стоков меняется в зависимости от времени дня — в утренние и вечерние часы больше, ночью новых стоков почти нет, излишняя аэрация уже очищенной воды ничего не даст. А значит, вместо постоянного аэрирования на одной мощности, можно менять подачу воздуха, сохраняя эффективность очистки воды.


    Система аэрации с надстройкой от Toshiba. Источник: Toshiba

    Для определения качества воды используется маркер NH4-N, количество которого говорит о готовности стоков к дальнейшей очистке. Основываясь на этом факте, Toshiba создала сенсор, который проверяет концентрацию NH4-N и количество растворенного в воде кислорода. Специальный софт считывает показания датчика и при необходимости «подкручивает вентиль», прекращая бессмысленную избыточную аэрацию.

    Разработка Toshiba снизила воздушный поток на 10,3%, что позволило окупить её чуть больше, чем за два года и впоследствии снизить затраты на очистку воды за счёт уменьшения потребления электричества воздушными насосами. Решение Toshiba не требует переоснащения очистных сооружений — это лишь сенсор, компьютер и ПО, но в случае применения решения в масштабах целой страны, например, России, экономия на очистке воды будет исчисляться миллиардами рублей.
    Toshiba
    179,00
    Больше, чем обычные технологии. Больше, чем бизнес
    Поделиться публикацией

    Комментарии 40

      +10
      Качественная статья, очень хорошо описано. Спасибо.
        0
        <зануда> Кстати, хлором воду чистят — причем самым что ни на есть (жутко опасный и т.д.) — методом эжекции (вода и газообразный хлор). И если мне не изменяет память то при использовании коагулянтов плотность увеличивается и поэтому весь мусор оказывается на верху.</зануда>
          +2
          <зануда с гуглом>Коагуляция (лат. coagulatio — свёртывание, сгущение, укрупнение) — объединение мелких диспергированных частиц в бо́льшие по размеру агрегаты.</зануда с гуглом> Какое ещё увеличение плотности?
            0
            Я работал на ВОС поэтому говорю. И без гугла. При добавлении коагулянта — весь мусор плавает на поверхности.
              0
              Если не ошибаюсь использовали тогда NaOH, и таки да он повышает плотность раствора!
            0
            Газообразный хлор заменяют гипохлоритом натрия. Не то, чтобы в воде он сильно приятней растворенного газообразного хлора, но гораздо безопасней при хранении. А хранить запасы реагентов по нормам на водопроводных станциях приходится в довольно приличных количествах.
            0
            Москвичи пьют воду из протекающей через весь город реки Москвы

            Большинство Москвичей, встреченных мной, пьют воду бутилированную, а также из под фильтра, часто осмотического, с последующим кипячением, но никак не из-под крана.
              +8
              Москвичи пьют воду из протекающей через весь город реки Москвы

              Большинство Москвичей, встреченных мной, пьют воду бутилированную

              Похоже, автор статьи что-то знает об источниках, откуда берётся бутилированная вода.
                +3
                Ну на какой-нибудь бонакве так и написано: «вода из централизованного источника водоснабжения».
                  0
                  Конечно знает — водопровод+осмотический фильтр.
                  0
                  Автор статьи по-моему что-то путает.
                  Водоснабжение Москвы обеспечивают четыре станции водоподготовки: Северная, Восточная, Западная и Рублевская.
                  Северная и Восточная станции воду берут не из Москвы-реки вообще, а из Учинского водохранилища — строгой водоохранной зоны.
                  Я видел эту воду, она настолько чистая, что хочется пить её прямо из водохранилища.
                  А в водохранилище оно поступает, тоже, не из Москвы-реки, а вода это из реки Волга, которая поступает через канал имени Москвы.
                  Западная и Рублевская берут воду из Москвы реки, но до того, как вода протекла через Москву. Причем у западной станции даже есть специальная труба длинной 15км, оцените масштаб: водозабор происходит на северо-западе Москвы (в районе Рублевского шоссе, не далеко от д. Барвихи, д. Жуковка), а станция сама находится на юго-западе (Новопеределкино).
                  +2
                  Мне кажется, мыться, стирать и заливать унитаз питьевой водой — это как-то слишком дорого. Город должен подавать два вида холодной воды в квартиры.
                    +9
                    Мне кажется, мыться, стирать и заливать унитаз питьевой водой — это как-то слишком дорого.

                    Во, во, так же считают и в Водоканале, похоже, поэтому из крана обычно течёт вода не слишком питьевая.
                      0
                      Изношенная инфраструктура водопровода практически нивелирует очистку воды, что толку что ее фильтруют? Приходится ставить фильтры или покупать в бутылках.
                        +1
                        Изношенная инфраструктура водопровода практически нивелирует очистку воды, что толку что ее фильтруют?

                        Это ещё смотря какие трубы от завода до крана, а так в городах трубы меняются регулярно от 5 до 30 лет которое зависит от состояния. Например сейчас редко встретишь в городах +50 тысяч человек текущею фанту из крана.
                        Так же не стоит забывать о том что даже если трубы проложены ещё пещерными людьми при помощи грузовых мамонтов вода будет +- питьевая после простого держание пару часов что-бы вся «бяка» осела на дно, и риск поймать спидорак очень мал, поэтому даже с плохим водопроводом очистная станция очень нужна и полезна.
                        фанта
                        image
                          0
                          Менял фильтр на днях — этот простоял 3-6 месяцев. Живу в Королёве, новый ЖК.
                          Фото
                          Это холодный, горячий аналогичный.
                          image
                            0
                            Нормальный чистый фильтр, окрашенный ржавчиной, для появления которой достаточно буквально одного слива воды из трубопровода на пару часов. Ты, видимо, не видел фильтры, покрытые снаружи слоем глины в несколько мм толщиной.
                              0
                              Возможно, хотя у нас периодически просто ржавую гонят. Правда вроде последнее время никто не жаловался на это. Но новую ванную до сих пор где слив до конца отмыть не смог.
                            0
                            К сожалению в моем городе такая «фанта» — скорее норма, чем исключение. А бывает идет вообще настоящая «кока-кола». Не то чтобы так было во всех местах города, но тем не менее такое есть. Город поболее 50 000 человек :) (Курган)
                              0

                              В екатеринбурге местами вода даже холодная воняет и оставляет черные полосы на посуде, если залить и оставить.

                                0
                                не знаю как в жилых домах, но в ряде гостиниц она идет коричневая и с запахом говна прямо из крана (и в душе соответственно тоже)
                                  0
                                  коричневая и с запахом говна прямо из крана (и в душе соответственно тоже)

                                  Замкнутый цикл.
                                  Экономия и забота об экологии в одном флаконе.
                        +2
                        Помимо водоподготовки, содержание водопроводной сети тоже требует немалых средств. А Вы предлагаете создать полностью дублированную сеть.
                          0
                          Мыться очищенной водой — не дорого, т. к. иначе это будет очень негигиенично. По уровню чистоты та вода, что из под крана, для мытья в самый раз. Далее, стираться — такая же ситуация. Далее, мыть посуду — думаю, без комментариев. И далее — слив в туалет. Вот тут такая очищенная вода не нужна. Но слив может занимать, допустим, 25% потребления. Ради этого строить вторую систему намного дороже.

                          В общем да, на первый взгляд может показаться, что мы сильно оверхэдим, когда используем эту воду не для питья. Но когда мы начинаем разбираться, а для чего мы всё таки её используем, то оказывается, что очистка там совсем не помешает. Ну может для мытья не надо фильтровать частицы, но опять же строить отдельную систему только ради этого слишком дорого.
                            0
                            Лет 15 назад интепесовался почему конденсат от кондеров когда они работают не подают в сливеые бачки… до сих пор тайна покрытая мраком. Час работы может выдавать больше 2х литров.
                              0
                              С кондёра вода течёт медленно и слабо, а бачок надо наполнить быстро и в случайный период времени. Плюс они с кондиционером в противоположных углах квартиры обычно.
                                0
                                Уважаемый Артём мой вопрос в предыдущем посте был скорее риторический потому что
                                В мире полно стран страдающих от засухи, а кондиционеры выдают влагу бесплатно. Ее можно отфильтровать фильтром Livestraw выдающим 1000 л за 20 долларов и пить или аккумулировать и использовать для слива, тут можно обойтись простым кварцеванием отстойная ёмкость. Ни то ни другое не реализовано.
                                  0
                                  Там где есть такая проблема, очевидно эту воду собирают — вопрос тут только в экономической плоскости стоит.
                                    0
                                    В Израиле не собирают.
                          0
                          Когда лет 20 назад работал в Водоканале, мы пили нашу воду из резервуаров, откуда она подается в городскую сеть. Не Evian, конечно, но вполне достойный вкус. И, да, дома из крана вода совсем другая, но вполне безопасная.
                            0
                            это и есть мембранная фильтрующая система LifeStraw
                            А промывать её нужно обратным потоком чистой воды или «ресурс от 1800 до 4000 литров» и всё?

                            И есть ли такие кухонные кувшины (с фильтром LifeStraw)?


                            Как же достало это «Вы не можете комментировать чаще, чем 1 раз в день»
                              0
                              В 2008 году настоящим прорывом стал трубчатый фильтр LifeStraw от швейцарской компании Vestergaard

                              ТУ 3697-034-32989981-2000 Биофильтр индивидуальный портативный «БИП-1»
                              Вроде год разработки технических условий говорит, что прорыв ненастоящий.
                                0
                                БИП-1, вы серьезно? ))) производительность 1л/ч и ресурс 10л. Если говорить про объемы фильтруемой воды и производительности системы — да, вполне себе прорыв.
                                  0
                                  Отметил идею, а допиливать можно годами. Обычно, прорывом называют качественный скачок.
                                0
                                В 2008 году настоящим прорывом стал трубчатый фильтр LifeStraw от швейцарской компании Vestergaard, через который можно пить воду буквально из любого водоёма, хоть из лужи.
                                Ну, кстати, достаточно стрёмно пить воду через подобные девайсы, учитывая, что брак возможен всегда и везде.

                                Как не следует рекламировать фильтры для очистки воды
                                Британский певец Дариус Кэмпбелл впал в кому из-за отёка мозга, начавшегося после того, как в рамках кампании по продвижению миниатюрного фильтра Fresh2o он выпил воду из Темзы, пропущенную через этот фильтр. Как выяснилось, фильтр, который использовал артист, по ошибке не был собран до конца. К счастью, врачам удалось спасти мужчину.

                                К слову, он сам же разработку этого фильтра и проспонсировал, насколько я знаю. А ещё, говорят, что сейчас у него всё хорошо и он также продолжает ездить по странам третьего мира и продавать свои фильтры.
                                  0
                                  Отличный пример поучительной статьи с минималистичным и не напрягающим рекламным блоком по аэрации.
                                  а для походных условий лучше таблеток пока фильтров не придумали, по прежнему. Хотя мы пользовались обычно угольными фильтрами + кипечение ибо таблетки больше 5 дней пить сильно не рекомендуют.
                                    0
                                    У меня появились вопросы:
                                    1) При очистки для подачи в водопровод как очищают от тяжёлых металлов- на этапе флокуляции со специфическими реагентами? На угольном фильтре? Или на этапе финальной фильтрации?
                                    2) Вода проходит песочный и угольный фильтр а дальше сразу на микрофильтрацию?
                                    3) Как чистится угольный фильтр — тоже обратным током воды?
                                    4) Какой объём, сколько места занимает установки финальной микрофильтрации на мембранах? Относительно других этапов очистки например. По другим этапам тоже интересно.
                                    5) Для угольного фильтра используется обычный активированный уголь (типа БАУ-М)? Что вы думаете об альтернативных, более дешёвых источников угля, типа отходов льнопроизводства, лузги подсолнечника и других растений и тд?
                                    6) По очистке канализационных стоков: как долго стоки проходят первичные отстойники? Как долго аэротенки? Есть ли какие-то разработки по ускорению этих процессов, ведь это было бы экономически выгодно?
                                    7) Очищают ли стоки от тяжёлых металлов? Потому что на схеме видна очистка от органики, но не от тяжёлых металлов и прочей «химии».
                                    Спасибо за ответы! :-)
                                      0
                                      «безопасный гипохлорит натрия, добавляют в самом конце, чтобы предупредить заражение воды во время прохождения по городским трубопроводам» — т.е. питьевая вода содержит гипохлорит натрия? его никак не «убирают»?
                                        0
                                        В этом и смысл, гипохлорит натрия дизенфицирует воду на всем участке до потребителя. При этом его концентрация считается безопасной для человека. Как говорит википедия: «При обычном бытовом использовании гипохлорит натрия распадается в окружающей среде на поваренную соль, воду и кислород.». Но для себя я бы такую воду сразу бы пить не стал, ей надо отстояться немного
                                          0
                                          Если именно от гипохлорита, то отстаивать абсолютно бессмысленно. Та же статья Википедии приводит
                                          график периода времени распада NaOCl от концентрации


                                          Из него следует, что при концентрациях, используемых для обеззараживания воды (< 2 мг/л по активному хлору на выходе станции) время отстоя для заметного снижения концентрации неприлично велико. За это время в воде вполне могут завестись гораздо более вредные микроорганизмы. По нормам тех же Водоканалов, если оборудование простояло заполненным непроточной водой более 2 недель, перед вводом его в работу требуется проводить обеззараживание (тем же гипохлоритом, но уже в гораздо более высоких концентрациях).

                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                      Самое читаемое