ВОДОПРОВОДНАЯ СТАНЦИЯ
Во рту пересохло. Пить или не пить? Да, но при условии, что вода из водопровода. Питьевую водопроводную воду готовят согласно рецепту на громадном предприятии. Это предприятие правильно было бы именовать химическим комбинатом, однако называют водопроводной станцией (рис. 1-6-2).
В наше время опасно пить воду даже из мелких озер и речушек в глубине лесов, из незастойных колодцев и родников, не говоря о водоемах и реках вблизи населенных пунктов и заводов. Уже в прошлом веке воды рек Москвы и Петербурга, особенно в местах стоков, представляли собой «экстракт из дохлых собак и кошек». По указу 1882 г. было запрещено движение пароходов по екатерининскому каналу. Пароходы имели лопастные колеса по бортам. Брызги от колес могли попасть на пассажиров и заразить их тифом.
В 1888 г. в Петербурге была впервые в России сооружена станция очистки воды. Следующая подобная станция была построена в Новгороде в 1910 г. Ну, а если заглянуть вглубь истории, то еще в Древнем Риме при устройстве грандиозных акведуков уже сооружали песколовки и отстойники. Кстати, слово «акведук» в переводе с латинского означает «воду веду».
На Руси самотечные водопроводы появились в XI—XII веках, например, в Новгороде, в Ярославовом дворище. В 1382 г. Московский кремль был осажден татарами Тохтамыша, хана Золотой орды. Летописец отметил: «граждане же воду в котлах варяще и кипят- нею лияхуть их». Следовательно, москвичи имели тайные каналы для получения воды. В более поздних летописях записано, что при князе Иване Васильевиче III через секретные каналы вода была введена под главную башню у Шешковских ворот.
Без воды человек может прожить лишь несколько дней, поэтому источники воды в крепостях были государственной тайной. Иван Грозный смог взять Казань после многолетней осады, только взорвав подземный ход, по которому татары ходили за водой.
В 1805 г. пущен мытищинский водопровод в Москве, несколько позже — в Пулкове, Калуге. В 1861 г. построен водопровод в Санкт- Петербурге. Санитарные вопросы разрабатывали А. П. Доброславин, Ф. Ф. Эрисман и другие врачи-гигиенисты, технические — профессор Н. Е. Жуковский (гидравлический удар в трубах), инженер В. Г. Шухов (водонапорные башни, водостоки, насосы).
Качество любого изделия в нашей стране определяют Государственные стандарты или Технические условия. До 1996 г. в Советском Союзе действовал «ГОСТ 2874-82. Питьевая вода». В нем были указаны допустимые концентрации примесей и другие качественные характеристики воды. С 1996 г. действуют санитарные правила и нормы «СанПиН 2.1.4.559-96. Питьевая вода». Ниже для сведения приведена таблица предельно допустимой концентрации (ПДК) некоторых вредных веществ в питьевой воде. Отдельно дана таблица так называемых органолептических показателей (мутность, запах, привкус, цветность). Их нормы определяют по специально разработанным шкалам.
Кроме того, в определенных пределах должна быть щелочность и кислотность воды, выражаемая концентрацией водородных ионов. Водородный показатель воды pH численно равен отрицательному логарифму этой концентрации.
Для питьевой воды величина pH должна быть в пределах 6—9.
И еще один показатель воды оговорен нормами. Это — общая жесткость. Что такое жесткая вода, знает каждый. Для жесткой воды характерно образование накипи, чрезмерный расход мыла и стирального порошка, плохое разваривание мяса и овощей. Виновники жесткости — ионы кальция и магния. Концентрацию ионов жесткости определяют в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л) или в миллимолях на литр (ммоль/л). Общая жесткость должна быть не более 7 ммоль/л. Этими данными вы, конечно, не сможете воспользоваться самостоятельно, не прибегая к услугам специальной лаборатории. Они даны, чтобы вы представляли себе порядок величин. В зависимости от состава исходной воды применяют разные способы очистки. Ниже приведено описание типичной для крупного города водопроводной станции, чтобы стало понятно, сколько усилий и материальных затрат требует водоочистка.
В водоприемнике станции решетки отделяют камни, щепки и т. п. Насосная станция подымает воду на нужную высоту. Конечно, эти насосы не имеют ничего общего с теми, которые в 1682 г. «Данило Селиверстов сын, по прозвищу Глухой, подрядился сделать в московском Симоновом монастыре из двух колодезей насосные трубы и теми трубами воду взвести в монастырские службы». Через некоторое время один из насосов сломался, и приказ Большого Дворца дал указание найти «насосщика для того монастырского дела». Современные насосы центробежного типа, и вращают их электромоторы, а не руки или лошади, как было в прошлом.
Насосы по одному из вариантов технологической обработки подают воду в смеситель. Он представляет собой сооружение длиной 35 м, шириной 3 м и высотой 10 м, то есть по высоте смеситель можно сравнить с трехэтажным домом. Вначале в смесителе воду обогащают хлором. Он обеззараживает микроорганизмы и органические вещества. Чтобы ускорить умерщвление бактерий хлором, применяют лопастные мешалки. Если вода не очень загрязнена, то ее обеззараживают хлором только на последней стадии очистки. Набрав теперь из смесителя воду в стеклянную банку, видим, что муть в ней не исчезает, сколько бы банка ни стояла. А ведь по гигиеническим требованиям прозрачность воды оценивают не только по концентрации в ней взвесей, но и другим более наглядным способом. Вода прозрачна, если помещенный в нее специальный шрифт можно прочесть на расстоянии 30 см. Для сражения со взвесями, создающими муть, в смеситель впускают коагулянт. В переводе с латинского это слово означает «свертывание», «сгущение». Обычно коагулянтом служит сернокислый алюминий. Применяют также железный купорос и хлорное железо. В осадок выпадают хлопья, увлекая за собой остатки взвеси и очень мелкие коллоидные частицы.
Из смесителя вода попадает в камеру хлопьеобразования размером 24x12x6 м. Здесь довершается образование хлопьев в течение часа, и вода поступает в отстойник. В зависимости от производительности водопроводной станции отстойники бывают диаметром больше 50 м и высотой в двух- или трехэтажный дом. В отстойнике вода движется со скоростью 5 мм/с около трех часов сразу по всем этажам, которых может быть несколько. На этом сходство с жилым домом не кончается. После I960 г. почти все объекты водопроводной станции сооружают из сборного железобетона. Правда, панели имеют более сложную форму и часто специальное покрытие, которое защищает бетон от разрушения составами, добавляемыми в воду.
Стеновые панели для крупных резервуаров выполняют размером 3x5 м. Они имеют плоскую внутреннюю грань и выпуклую по длине окружности наружную поверхность. После того как эти девятитонные панели составили в круг и стыки замазали или, точнее выражаясь, замонолитили, по наружным поверхностям стен специальная машина навивает в два слоя высокопрочную стальную проволоку. После этого громадной массе воды внутри резервуара не опрокинуть и не разорвать круговые стенки.
Может возникнуть вопрос, а для чего все эти детали знать? Мне хочется, чтобы у вас возникло уважение к капле водопроводной воды, к трудоемкости ее производства. Ведь природе необходимо 30—40 тысяч лет, чтобы превратить воду из лужи в ключевую. Следующим отделением обработки воды на водопроводной станции является фильтр. Применяют два вида фильтров: барабанные, в которых фильтрацию осуществляют через металлические сетки, и засыпные (их еще называют скорыми), где воду фильтруют через слой песка.
При наличии растворенных в воде вредных в гигиеническом отношении газов применяют дегазацию. Воду разбрызгивают в бассейнах. Углекислота и сероводород улетучиваются. Если вода содержит железа больше, чем 0,3 мг/л, то через воду пропускают воздух. Его кислород переводит закись железа в нерастворимую окись.
Вода обязательно должна иметь фтор для поддержания здоровья наших зубов. Поэтому на станции существуют специальные фтораторные установки.
Затем воду подвергают окончательному обеззараживанию. Для этого применяют хлорную известь или газообразный и жидкий хлор. Одновременно с хлором в воду поступает аммиак. Этот процесс называют аммонизацией. В результате образуются соединения, бактерицидное действие которых меньше, чем у хлора, но время действия больше. Вода сохраняет бактерицидные свойства при прохождении ее по распределительной водопроводной сети. Озонирование позволяет избавиться от вредного хлора. Озон — это газ синего цвета с резким запахом. В атмосфере он расположен на высоте от 10 до 50 км. Этот слой называют озоносферой. Понятно, что для практических целей его достают не оттуда. Озон добывают из воздуха с помощью электрического разряда. Озон — сильнейший окислитель, гораздо действенней хлора. Даже трудноокисляемые соединения типа цианистых сдаются при соприкосновении с озоном. Именно озоносфе- ра защищает живые организмы на земле от коротковолновой ультрафиолетовой радиации солнца.
Количество озона должно быть строго дозировано, так как его избыток может вызвать коррозию водопроводныхтруб. Возможно также образование в воде продуктов окисления озоном органических и других веществ. Их влияние на здоровье недостаточно изучено, поэтому озонированную воду нужно дополнительно очищать. Использование озона на водопроводной станции требует существенных энергозатрат. Из-за дороговизны озонирование не нашло пока широкого применения. То же можно сказать и об обеззараживании воды методом ультрафиолетового облучения.
Если после описанных выше операций очистки вода содержит примеси, превышающие ПДК, ее очищают специальными способами.
Для удаления из воды излишков соли в последние годы применяют ионный обмен. Сущность метода заключается в том, что вода, проходя через ионнообменный материал, отдает ему такие металлы, как железо при обез- железивании, кальций и магний при умягчении, а получает взамен безвредные металлы, например натрий. Металлы присутствуют в воде и в фильтрующем материале в виде катионов. Поэтому ионнообменный материал — ионит называют катионитом. С его помощью можно избавиться от меди, цинка, молибдена и других тяжелых металлов. А для избавления от нитратов нужно обменять анионы. Такой ионит называют анионитом.
Процесс ионного обмена широко применяют и в бытовых фильтрах.
Для обессоливания и обеззараживания воды в последние годы применяют метод фильтрования через мембраны. Одной из разновидностей этого метода — обратным осмосом опресняют морскую воду. Пористые мембраны делают из синтетических материалов. Чаще всего они бывают ацетат- целлюлозными. Фильтрация через мембраны происходит под давлением. Чем мельче поры в мембране, тем выше должно быть давление и тем меньше примесей, бактерий, вирусов и т. п. остается в воде. Микрофильтрационные мембраны имеют размеры пор от 1 до 0,02 мкм, ультрафильтрационные — от 0,02 до 0,005 мкм, нанофильтрационные от 0,002 до 0,0001 мкм, обратноосмотические от 0,001 до 0,0001 мкм. С помощью мембран можно достигнуть очень высокой степени очистки, но при этом из воды удаляют все соли, а не только вредные для здоровья. В последние годы мембранную технологию стали использовать и в бытовых фильтрах.
Теперь вам понятно, как дорога каждая капля водопроводной воды. Печально, что мы забываем слова Сент-Экзюпери, французского писателя, погибшего в ночном воздушном бою с фашистами. Он говорил: «Вода!., ты не только необходима для жизни, ты и есть сама жизнь».
Но вот воду очистили на водопроводной станции, проверили в лаборатории содержание опасных для здоровья примесей и бактерий (оно не должно превышать предельно допустимых концентраций), значение водородного показателя, показателя жесткости воды, ее радиоактивность и так называемые органолептические показатели (запах, привкус, мутность, цветность). Все соответствует нормам. Воду можно пускать в водопроводную сеть непосредственно к кранам в наших квартирах. Но каково качество этой сети? Большинство водопроводных труб (80%) изготовлено из стали. Ржавчина в трубах загрязняет воду, а взаимодействие ее со сталью обогащает железом. Так возникает вторичное загрязнение воды. Возможны прорывы труб, при которых происходит не только утечка, но и неконтролируемое загрязнение воды. Это уже аварийная ситуация, и ее быстро ликвидируют, но мелкие дырочки в трубе можно и не заметить. Трудно предвидеть, какие подарки принесет нам вода из путешествия по ржавым трубам.
Хлор — основной элемент, используемый для обеззараживания воды, — токсичен и для человека. Его добавляют в воду из того расчета, чтобы в питьевой воде не была превышена ПДК. Но в период паводка, когда возрастает загрязнение источников воды, содержание хлора увеличивают. В любом случае хлор ухудшает запах и вкус воды. Главное же в том, что хлор образует с примесями хлорорганические соединения, вредные для нашего здоровья. ПДК составлены в расчете на среднестатистического гражданина. Но каждый человек индивидуален. Я склонен к аллергии, у меня могут быть больные печень, почки и т. п. и ПДК некоторых металлов для меня слишком высока. А я просто хочу, чтобы содержание вредных примесей было как можно меньше. Где же выход?
Волков В. А., Сантехника: как все устроено и как все починить: справочник. — М.: Астрель : ACT, 2006