Как в Барнауле добывают и сбрасывают воду, и что было бы с несчастным Немо, окажись он в нашем унитазе

Первое важное главное слово в нашей жизни (конечно, после «мамы») — вода. Она таит в себе множество загадок, сводящих с ума ученых всего мира. Но для многих обычных людей тайна даже то, как это чудо природы появляется в их кране, и что с ним происходит потом.

Раскроем эти секреты в спецпроекте altapress.ru, а также расскажем, пить или не пить хлорированную воду, зачем фильтрам шишки, и какие приключения ждут рыбку Немо на барнаульских очистных сооружениях.

У Барнаула есть два типа источников воды — подземный (локальные артезианские скважины — их в обслуживании Водоканала порядка 40) и поверхностный — река Обь. На последний приходится 97% подаваемой воды.

Самые крупные ветвистоусые рачки могут достигать размера нескольких миллиметров. Но это в стоячей воде, в речной они меньше — доли миллиметра.

Дмитрий Безматерных, замдиректора по научной работе института водных и экологических проблем СО РАН:
— Фито- и зоопланктон сам по себе не страшен. Последним, например, киты питаются. Бактериопланктон также в небольших количествах не опасен для человека. А вот если вода загрязнена коммунальными стоками, в ней может присутствовать патогенная микрофлора. В такой воде нельзя даже купаться.

Мало кто задумывается, что нефтепродукты в озерах и реках оказываются не только по вине человека. «К примеру, в воду попала древесина — при ее разложении образуется органика, очень близкая по составу к нефтепродуктам и фенолам, которые используются в промышленности, — отмечает Дмитрий Безматерных. — Фоновые загрязняющие вещества обеспечивают то качество воды, которое мы имеем. И это благодаря природе. У нас такая геохимическая провинция: горные породы и почвы очень богаты железом и марганцем. Поэтому здесь не может не быть повышенного содержания этих металлов».

И грязь, конечно, тоже попадает в воду. В это время Водоканал увеличивает количество добавляемых обеззараживающих реагентов — хлора.

Чтобы избавиться от хлора в воде, можно поставить дома дополнительные фильтры с активированным углем, например. Однако нужно регулярно менять картриджи, прежде чем в них разовьется микрофлора.

Дмитрий Безматерных, замдиректора по научной работе института водных и экологических проблем СО РАН:
— Наши проблемы — не самые большие, которые могут быть. Многие города, не имеющие, как у Барнаула, источников, берут подземные воды. К примеру, Мехико практически проваливается под землю, потому что вычерпал из-под себя большое количество вод.

Проблема воды зачастую не в том, что в ней есть избыток каких-либо элементов, а в их нехватке.

«Как говорил Парацельс, основоположник современной фармацевтики, — все есть лекарство, все есть яд — зависит от дозы. То же относится к микроэлементам. Посмотрите на наше население — кариес пышным цветом. Дети маленькие — и те уже с ним. Это от нехватки фтора. При этом, в Алтайском крае есть места, далеко от Оби, в области замкнутого стока Обь-Иртышского междуречья, — там иногда бывает другая крайность: избыток фтора. Оттуда флюороз — хрупкие зубы», — объясняет Дмитрий Безматерных.

Потому что проблема с их нехваткой решится еще не скоро. В нашем крае только бутилированная вода высшей категории имеет полностью сбалансированный состав.

«На уровне Водоканала очень сложно и дорого добавлять микроэлементы в воду, — объясняет он. — Про фторирование говорилось неоднократно — все упирается, собственно говоря, в деньги. Да и, на самом деле, смысла в этом нет, ведь большая часть воды, которая течет из крана, не идет на питье».

Для оценки экологического состояния поверхностных вод в институте помимо гидрохимического анализа используют также биологический анализ: биоиндикацию и биотестирование.

Биоиндикация — работа в «поле». Ученые в природных условиях оценивают влияние природных или сточных вод на сообщества гидробионтов — организмов, обитающие в этой водной среде.

Биотестирование — работа в лаборатории. «Мы используем лабораторную популяцию — рачка дафнию, например — и испытываем на ней природную воду или раствор какого-либо химического вещества, чтобы узнать, токсичен он или нет. К примеру, берем 10 баночек с разной концентрацией определенного химиката и помещаем в них по 10 особей. По поведению рачка можем судить: есть различные индексы летальности, плодовитости, продолжительности жизни», — объясняет Дмитрий Безматерных.

Перед тем как попасть в городские водопроводные сети и в краны барнаульцев, вода проходит тщательную многоступенчатую очистку. На станции водоподготовки из нее удаляются все вредные примеси, а также бактерии и вирусы.

Мощные насосы поднимают воду из Оби и подают ее на водопроводные очистные сооружения. После добавления флокулянта вода попадает в смесители, где в «в работу вступают» реагенты: хлорная вода и сернокислый алюминий (последний только в период паводка).

Ранее город использовал для обеззараживания жидкий хлор, который в больших количествах закупался и хранился на специальных складах. Это не самый безопасный метод в случае утечки вещества, поэтому в 2019 году барнаульский Водоканал провел модернизацию, и сейчас для очистки используется хлорная вода, которую получают путем электролиза из обычной поваренной соли.

После обработки жидкость уходит в камеру хлопьеобразования, где и происходит агломерация — собираются комки, проще говоря. Затем все поступает в отстойники для седиментации, то есть осаждения. Хлопья остаются, а осветленная вода «спешит» на вторую ступень очистки — скорые безнапорные фильтры. Она очищается через фильтр с кварцевым песком — желтый с пляжа не подойдет, в нем есть оксиды железа. По мере загрязнения сам песок выводится на регенерацию — водовоздушную промывку.

После всех этапов очистки вода проходит «выпускной экзамен». Только после проверки в лаборатории она транспортируется в резервуары и по самотечным водоводам подается на насосную станцию второго подъема, откуда часть идет на третий подъем, а часть — в водопроводную городскую сеть.

Что объединяет все это? Это основа для сорбционно-ионообменных материалов. Такие создают в Алтайском государственном техническом университете, на кафедре химической техники и инженерной экологии.

«Сначала к нам обратились производители базальтового волокна, которое используют как изоляционный материал. Узнали, что можно применять и для других целей. Действительно, выяснилось, что с его помощью даже очищали вино в древнем Риме. Попробовали, и стали работать над древесными опилками, лузгой подсолнечника и гречихи. С одной стороны, после специальной подготовки получаем эффективный материал для очистки воды от различных загрязняющих веществ, с другой — утилизируем твердые отходы», — рассказывает Лариса Комарова, доктор технических наук, профессор кафедры «Химическая техника и инженерная экология». Именно под ее руководством в начале 2000-х годов и открылось направление, связанное с водоочисткой и водоподготовкой.

«Когда появились методы физико-химической очистки воды, одновременно возникли идеи, что можно использовать для адсорбентов. Традиционно это — активированный уголь, полученный из древесного или каменного. На самом деле, это — не самый дешевый материал, у которого к тому же есть недостатки: его сначала нужно добыть, отделить от лишних компонентов, раздробить, получить нужную фракцию, насытить определенными группами и убрать лишние, сделать поры.

Поэтому идея альтернативы давно витала в воздухе. Использовали самые разные отходы, в частности достаточно твердые: скорлупу грецких орехов, например. Она оказалась самой лучшей. Сюда же относятся косточковые культуры, к примеру, абрикосовая семечка — один из лучших адсорбентов для водоочистки. По сути, в той или иной степени можно использовать любой органический материал. Вопрос в том, насколько это будет экономично», — объясняет Владимир Сомин, доктор технических наук, заведующий кафедрой химической техники и инженерной экологии.

Технологии АлтГТУ позволяют очищать воду, которая была использована в производстве, и непосредственно из реки.

«Мы берем природные материалы и модифицируем их: очищаем, убираем все лишнее, чтобы дальше его можно было использовать либо в водоподготовке, либо в водоочистке. Результаты получаются достаточно неплохими, — рассказывает Владимир Сомин. — Можно создавать относительно дешевые и эффективные материалы из, казалось бы, вполне неликвидных компонентов».

К примеру, создать сорбционно-ионообменный материал можно на основе бентонитовых глин и различных видов парафина.

«Глина сама по себе сложна в использовании: при смешивании с водой образуется суспензия, с которой непонятно, как быть. Это жижа, через которую бессмысленно пропускать воду. Мы разработали материал, который совмещает в себе парафин и глину. Получаются гранулы. Парафин сдерживает бентонит, не дает ему перейти в кашу. Проходящая через них вода становится чистой», — объясняет Владимир Сомин.

Очищать воду можно даже бананами. Аспирант из Нигерии изучал очистку от нефтепродуктов и фенолов с помощью сорбционно-ионообменных материалов на основе кожуры тропических фруктов — апельсинов, бананов, а также кокосового ореха. Последний в виде активированного угля уже достаточно давно используется в водоочистке.

«В огромную пору может залететь либо огромное загрязнение, либо скопление маленьких, которые также быстро оттуда и вылетят. Чтобы маленькие частицы нефтепродуктов, ионы металлов и фенолы могли задерживаться, нужно сделать поры сопоставимые с размером молекул этих химических веществ», — объясняет Владимир Сомин.

Это достигается разными способами. Самый дешевый и распространенный — химическая обработка. Материал помещают в реагент, который въедается в структуру древесины, тем самым и образуя поры. При этом нужно не переусердствовать: нельзя, чтобы скорлупа начала разрушаться. Если это происходит, материал, по сути, перестает быть полезным.

«Это то же самое, что чистить воду через пух, который может мгновенно слежаться под напором воды. Нам нужна механическая прочность, чтобы можно было загрузить материал, использовать, и выгрузить — и он бы не сломался. А еще лучше — чтобы была возможность многократного использования: для каждого типа материалов мы рассматривали и регенерацию», — говорит заведующий.

И вот — после долгого пути заветная жидкость попала к нам в стакан. Но что это за легкий запах? И не жестковата ли водичка? Может, вообще лучше пить из ручейка? Обо всем по порядку.

Хлорирование воды однозначно спасает нас от эпидемий. Как отмечает Дмитрий Безматерных, в существующей ситуации это по-прежнему оптимальный способ дезинфекции.

Без этой процедуры кипятить ее не стоит: образуются хлорорганические вещества, которые могут быть более токсичными, чем сам растворенный хлор.

«В кипяченой воде концентрация кислорода снижается, и она становится не такой вкусной. Зато не вредной», — отмечает Безматерных.

«Есть места, где используют другие способы, к примеру, озонирование в Москве. Тем не менее, учитывая, длину пути доставки к потребителю и то, что там успевает развиться вторичная микрофлора, перед подачей воду все равно хлорируют. Потому что озон не имеет такого остаточного действия, как хлор, которое не дает развиваться патогенной микрофлоре, — объясняет он. — При этом действия этих веществ основаны на одном принципе — окислении. Причем озон еще более сильный и эффективный окислитель. И в то же время более опасный. Если попадете в комнату с одинаковой концентрацией хлора или озона, то от последнего будет больше ожогов».

Есть мнение, что в Барнауле — жесткая вода. То есть в ней много солей жесткости — кальция и магния, которые при кипячении откладываются на нагревательных элементах. Например, в чайнике, посудомоечной и стиральной машинах и т.д.

На самом деле, отмечает Безматерных, большая часть года вода в Оби мягкая. «Только в конце зимы и начале весны, когда еще нет поверхностного питания реки, и в нее идет все из подземных вод — тогда появляется жесткость. Поэтому большую часть года даже можно не использовать препараты для умягчения воды», — говорит он.

«Попадая в воду, этот лишний фосфор приводит к эвтрофикации. Для нас это пока, слава богу, не столь актуально. А в Бердском заливе Новосибирского водохранилища уже наблюдаются случаи цветения воды, все становится зеленым, — объясняет он. — Происходит избыточное развитие водорослей. При массовом росте сине-зеленые водоросли могут выделять токсины. А при отмирании этих водорослей образуются фенолы и другие продукты разложения — вонь стоит страшная, даже неприятно купаться».

Как отмечает ученый, все это уже проходили на Западе. В 60-70-е годы массово цвели Великие американские озера. От гибели их спасло применение жестких мер — во всем водосборном бассейне строго регламентировали использование фосфорных удобрений и запретили добавлять полифосфаты в моющие средства.

Итак, мы воспользовались нашей чистой водой и даже как-то косо стали смотреть на моющие средства. А теперь — идем дальше!

Вода течет по извилистым канализационным стокам… и не сливается бурным потоком в Обь. Нет. Перед этим ее снова ждет серьезная очистка. Для этого в Барнауле действуют два комплекса очистных сооружений. Первые такие запустили в городе только в 1972 году. В некоторых точках на карте России (например, в Алейске) и вовсе нет подобных сооружений: вместо них — поля фильтрации.

Вся очистка воды на ОСК-1 делится на два этапа— механический и биологический.

Сначала воду фильтруют — с помощью решеток извлекают предметы размером более трех сантиметров, которые попадают в канализацию — палки, камни, тряпки, пластиковые бутылки и тому подобное.

Сюда стоки перекачиваются главной насосной станцией с помощью современных агрегатов, которые будут служить даже в случае их затопления. Их рабочие колеса оснащены режущими механизмами с острыми и прочными зубцами, измельчающими крупный мусор, который мог бы повредить оборудование.

После этого на автоматической линии решеток происходит извлечение твердых отходов меньшего размера — до 5 мм. Эти решетки, подобно эскалатору, поднимают на поверхность сор из воды.

Далее стоки проходят через специальные песколовки. 28 нержавеющих скребков буквально выгребают песок из воды, который доставляется на пескокарты.

Последний этап механической очистки — первичные отстойники.

«В сточной воде остается мелкая органика, которая не отфильтровалась на решетках. Это могут быть остатки пищи, к примеру, частички салата, что попали сюда после мытья посуды. Все это выпадает в осадок на дно в отстойниках — бетонных емкостях в 5 тыс. кубометров, — рассказывает технолог очистных сооружений барнаульского Водоканала Григорий Силантьев. — Эти отходы собирают специальные скребки».

Следующий этап — биологическая очистка. Осветленная сточная вода проходит через аэротенки — искусственно созданную экологическую систему для очистки воды.

«По сути, это ускоренный процесс самоочищения природных вод — в реке или в озере это происходит дольше, потому что вода в них не такая теплая и кислорода часто не хватает, а если много органики — начинает развиваться гниение. В этих же бассейнах вода теплая, даже зимой не замерзает, и постоянно аэрируется», — отмечает Дмитрий Безматерных.

Далее, чтобы отделить ил от уже очищенной воды, иловую смесь пропускают через вторичные отстойники. Ил возвращают назад в аэротенки, а вода течет дальше.

На финальном этапе вода обеззараживается хлором в контактных резервуарах. И все: очищенная вода попадает по трубопроводам в реку. Каждый этап проходит под надзором лаборатории — она следит за составом и качеством возвращаемой природе воды.

Григорий Силантьев, технолог канализационных очистных сооружений №1:
— 1,5 куба очищенной воды сбрасывается в реку ежесекундно. При этом, если вы встанете на берегу Оби, напротив вас каждую секунду будут проходить сотни кубометров воды. То, что сбрасывает город — как капля в море. Несмотря на небольшой объем возвращаемой воды, мы используем все современные методы очистки сточных вод, чтобы сохранить экологическое состояние реки на высоком уровне.

Нам осталось решить последнюю загадку. Никогда не казалось странным, почему Немо так легко попал из унитаза в океан? Мы решили пофантазировать, что бы произошло с рыбой-клоуном, если бы он смылся не в мультипликационном Сиднее, а в реальном Барнауле, и спросили об этом Владимира Сомина.

— Немо, наверное, продолжал бы путешествовать довольно долго, если бы не попал в очистные сооружения. Там он бы убедился, что без них действительно никак — если все работает по правильной технологии, то на выходе сооружения выдают воду более высокого качества, чем изначально получают ее из реки. И для Барнаула это не исключение.
Рыбке нужно было бы пройти через решетки-грабли, которые измельчают мусор (бедный Немо — Прим. ред). И на этом ее история бы и закончилась.

Но наша история не заканчивается. К счастью, мы живем на крупной и полноводной реке, которая обеспечивает постоянное, достаточно большое количество водных ресурсов, приемлемого качества.