В конце XIX века на мощеных московских улицах то и дело появлялись ассенизационные обозы, в задачу которых входило очищать выгребные ямы. Разумеется, все это не украшало городской пейзаж, и в 1888 году тогдашний городской голова Н. А. Алексеев выступил перед Московской думой с инициативой начать работу над проектом системы канализации. В число разработчиков вошли инженеры городской управы В. Д. Кастальский, Н. М. Левачев, П. Л. Николаенко, А. А, Семенов и В. К. Шпеер. Из опыта других крупных городов были известны две схемы организации сплавных канализационных систем: раздельная, по которой сточные воды с улиц и из домов отводили по разным трубопроводам, и общая, предусматривающая единую сеть труб и очистных сооружений. Проектировщики поначалу склонялись ко второму варианту, но его реализация оказалась бы очень дорогой, и от него пришлось отказаться. Общая система канализации с точки зрения санитарии более совершенна. К слову, мэры некоторых городов с такой канализацией готовы демонстративно выпить стакан воды, наполненный прямо из протекающей по городу реки. В Москве этого, увы, сделать нельзя.
При сооружении первой очереди планировалось проложить 252,5 км гончарных (керамических) и чугунных труб, 21,5 км кирпичных каналов и создать к юго-востоку от Москвы, в Люблино, поля орошения площадью 76 га для очистки сточных вод. Поля, располагавшиеся на двух ярусах, представляли собой огороженные валами участки луга. Их заливали сточными водами слоем 12 см и оставляли так на несколько суток, в течение которых вода фильтровалась через почву. О тех событиях напоминают нынешние названия двух московских улиц: Верхние поля и Нижние поля.
В июле 1898 года система была пущена. Она охватывала всего 219 домовладений, поэтому ассенизаторам, которых на Руси называли "золотарями", безработица грозила лишь в далекой перспективе. Из зданий, стоявших на холмах, сточные воды шли самотеком, для перекачки стоков из зданий в низинах построили две небольшие насосные станции.
Включение в зону обслуживания канализации новых районов потребовало увеличения площади полей орошения и заменивших их полей фильтрации, где очистка шла быстрее: на участках полей фильтрации удаляли растительность и их периодически перепахивали, восстанавливая фильтрационные свойства почвы. Однако землевладельцы быстро поняли свою выгоду, и цены на отчуждаемую землю пошли вверх. Выход следовало искать в интенсификации процесса очистки, и в 1904 году начались работы в этом направлении. Результатом стало создание в 1912 году Лаборатории биологической очистки под руководством С. Н. Строганова. К сожалению, экономический эффект от внедрения нового метода подсчитать было очень трудно, и дело на время застопорилось.
Лишь в 1929 году на основе разработок лаборатории в Кожухове построили станцию биологической очистки производительностью 12,3 тыс. кубометров воды в сутки. Само название говорит о том, что воду там очищали не только от механических загрязнений, но и с помощью бактерий удаляли из нее растворенные органические вещества. Сооружение стало прообразом существующих ныне крупных станций аэрации. В Москве работают две такие станции: Люберецкая (1963) с суточной производительностью 3 млн кубометров воды и крупнейшая в Европе Курьяновская (1950), очищающая 3,12 млн кубометров воды в сутки.
На этих объектах сначала из стоков удаляют крупные примеси, а в песко- и жироловках избавляются от песка и жира. Отсюда вода подается в отстойники, а затем в нее добавляют ил, содержащий бактерии, грибки и личинки насекомых. Этот ил и используется для очистки воды от органических соединений, поэтому его называют активным.
Процесс биологической очистки проходит в две стадии. Первая осуществляется в больших открытых резервуарах, через отверстия в дне которых закачивается сжатый воздух. Он насыщает воду кислородом, благодаря чему в ней развиваются аэробные бактерии и разлагают органические вещества. Отсюда вода уходит в реку, а жидкий ил подается в герметичные бетонные метантенки - резервуары высотой 25 м и диаметром 18 м. В них его подогревают до 52-53oС, и в дело вступают анаэробные бактерии - начинается термофильный процесс, то есть сбраживание осадка с выделением биогаза, на 70% состоящего из метана. Метан сжигают, подогревая ил и экономя таким образом потребляемую энергию.
После метантенка ил теряет свою активность. Теперь от него нет никакой пользы, и его следует превратить в сухой остаток, чтобы он как можно меньше весил и затраты на его вывоз были минимальными. До недавнего времени ил обезвоживали в вакуумных фильтрах, а теперь разработали более дешевый метод прессования на специальных мембранных фильтрах.
Кстати, еще недавно осадок утилизировали, используя в качестве удобрений. Однако экологи обнаружили в нем высокое содержание тяжелых металлов, и в 1990 году в Москве приняли решение захоранивать его на манер отработанного ядерного топлива, но, разумеется, без соблюдения столь жестких, а значит, и дорогих мер безопасности.
Проблема, куда девать осадок, стоит не только перед Мосводоканалом, в чью сферу деятельности входит обеспечение нормального функционирования канализации. Она занимает специалистов всего мира. Где-то осадок топят в море, где-то сжигают, но приемлемого способа избавиться от него пока не найдено, хотя периодически на эту тему проводятся международные конференции, где экологи обмениваются опытом.
Инженерам удалось разработать процесс очистки воды не только от органики, но и от биогенных веществ, в первую очередь от соединений азота и фосфора. В Южном Бутове с помощью немецкой фирмы "Саарберг Хельтер" построена очистная станция производительностью 80 тыс. кубометров воды в сутки, где этот процесс реализован.
Сточные воды после удаления песка и жира подаются в биореактор, и из них извлекается фосфор. Затем в закрытом аэротенке происходит реакция нитрификации-денитрификации, то есть окисление азота до аммонийного состояния и последующее восстановление его до газообразного азота. Теперь вода становится настолько чистой, что в ней уже не может начаться эвтрофикация, то есть цветение воды.
На выходе из установки воду обеззараживают ультрафиолетовыми лучами.
Подобная схема внедрена и на крупных станциях, где ежесуточно получают до 200 тыс. кубометров воды, которую можно тут же использовать в промышленных целях.
Москва - огромный город, и ее система канализации представляет поистине грандиозное сооружение. Кроме упомянутых очистных станций в ее состав входят расположенные в низинах 126 насосных станций (с возвышенных мест сточные воды движутся самотеком). Длина трубопроводов превышает 7000 км, причем по 35% приходится на бетонные и керамические трубы, 9% - на стальные, 17% - на чугунные и 4% - на трубы из пластика.
За всем этим колоссальным и беспокойным хозяйством нужно тщательно следить. Не так страшны поломки на станциях - ведь там все оборудование на виду, - как на трубопровод ах. Они проложены под землей, и передвигаться по ним не просто. В связи с этим специалисты Мосводоканала спроектировали несколько типов роботов-мониторов. Эти похожие на миниатюрные подводные лодки "трубоходы" оснащены фарами, фотоаппаратом и телекамерой. Перемещаясь по трубе, они сообщают информацию о состоянии внутренней поверхности трубопровода. При ее разрушении ремонтники протягивают внутри трубы рукав из стекловолокна, покрытый специальным полимерным составом. Затем в рукав под давлением подают нагретый пар. Рукав расправляется и намертво приваривается к стенке трубы. Аварии здесь уже не произойдет.
Наконец, о последних мерах по обеспечению безопасного функционирования системы канализации. В последние годы в Москве начали сооружать аварийно-регулирующие резервуары под землей. Как следует из названия, им предназначена двоякая роль. Во-первых, в них направляют стоки с аварийного участка сети, не допуская их выброса, а во-вторых, там аккумулируются большие объемы стоков в утренние и вечерние часы, когда нагрузка на канализацию максимальна. По ночам излишки подаются на очистные сооружения. Благодаря этому последние работают равномерно.
В заключение редакция выражает глубокую признательность главному специалисту Музея воды Мосводоканала Благову Евгению Ивановичу за помощь в сборе материала.
А. Дубровский.ЦИФРЫ И ФАКТЫ
- Как только появились первые поселения, перед нашими предками встала проблема бытовых отходов. Сухой мусор можно было сжечь в очаге, а как быть с помоями? Для них отрывали выгребные ямы. Самые древние подобные сооружения обнаружены на территории Индии.
- Прообразом канализации поначалу стали канавы, которые в VIII веке до н. э. рыли посредине улиц городов Второй Ассирийской империи. По ним уходила как дождевая, так и сточная вода. Греки тоже рыли в своих городах сточные канавы, и можно только догадываться, какой аромат стоял там в сухое и жаркое время года. Римляне, известные своей приверженностью к гигиене и стремлением ко всему относиться очень солидно, сделали большой шаг в деле удаления жидких бытовых отходов. При Тарквинии Старом в IV веке до н. э. в Риме начали строить настоящую подземную канализацию, главный коллектор которой получил название "Клоака Максима". В нее также выходила дренажная система площади Форума.
- Во Франции сточные канавы и дренажи до 1270 года рыли вдоль улиц, пока король Филипп Август своим указом не повелел вымостить камнем улицы городов. Первая крытая каменная канализация была построена на территории Европы в 1370 году.
- Разумеется, системы канализации оправдывают себя лишь в крупных городах. Тем не менее индивидуальными очистными устройствами, в том числе в виде биотуалетов, сейчас оснащают сельские дома и дачи. Правда, они не снабжены метантенками, где можно было бы сбраживать осадок и получать биогаз. Его, видимо, и не хватило бы для обогрева дома, но накопилось бы достаточно, чтобы вскипятить чай или сварить суп.
Умельцы и изобретатели! поделитесь с читателями журнала своими идеями по поводу дачных станций биологической очистки.
