Как это работает. Очистка сточных вод в Москве.

Сегодня речь пойдет на тему близкую каждому из нас

Большинство людей, нажимая на кнопку унитаза не задумываются, что происходит с тем, что они смывают. Утекло и утекло, делов то. В таком большом городе как Москва в день в канализационную систему утекает не много ни мало четыре миллиона кубометров сточных вод. Это примерно столько же, сколько протекает воды в Москва-реке за день напротив кремля. Весь этот огромный объем сточной воды нужно очищать и задача это весьма непростая.

В Москве действуют две крупнейшие станции очистки. Это Курьяновские очистные сооружения и Люберецкие очистные сооружения, находящиеся в ведомстве Мосводоканала(также в ведомстве этой организации весь водопровод и вся канализация). Они являются одними из крупнейших в Европе и принимают примерно по 2 миллиона кубометров сточных вод в сутки. Курьяновская станция обслуживает юго-западную половину города, Люберецкая - северо-восточную. Есть еще ряд очистных сооружений, но они сравнительно небольшие.

Речь пойдет про Курьяновские очистные сооружения(КОС), которые расположены в черте Москвы, причем не на самых окраинах, а между жилыми районами Марьино, Нагатино, Сабурово и другими.

Курьяновские очистные сооружения - самые старые. Их начинали строить еще в 1939 году, но из-за войны работы были приостановлены, в результате сооружения были запущены только в 1950 году. В те времена сооружения располагались далеко за пределами города среди полей и промышленных предприятий.

Так очистные сооружения выглядели после запуска:

Красная пунктирная линия показывает откуда притекали сточные воды. Также нетрудно заметить узкий извилистый канал, по которому в Москва-реку сбрасывалась очищенная вода. Отдельно радует прекрасная архитектура тех времен

Со временем город увеличивался и произошло две вещи. Во-первых КОС оказалась уже не за пределами города, а внутри него, причем окруженная жилыми районами. Во-вторых объем сточных вод увеличился и станцию пришлось расширять. В 70-х годах по соседству со старыми очистными были построены Ново-Курьяновские очистные сооружения состоящие из двух блоков.

При строительстве новых блоков был также построен новый отводящий канал. Очертания старого можно до сих пор разглядеть на спутниковых снимках. В настоящее время блок НКОС-1(восточный) остановлен и проходит реконструкцию, блок НКОС-2(западный) работает, но будет реконструирован вслед за первым. Дальше речь пойдет главным образом о блоке НКОС-2. Он полностью зеркально повторяет блок НКОС-1.

Очистка воды ведется в несколько этапов. Для того чтобы лучше представлять как и что происходит на местности я нарисовал такую схему, условно показывающую путь воды во время очистки.

Если кому-то будет интересно посмотреть подробнее - рекомендую викимапию - там все сооружения отмечены и подписаны.

Начинается все с приемной камеры. Всего на станции три приемные камеры. В них сточные воды из городских коллекторов канализации попадают на очистные сооружения. Задачей камеры служит погасить избыточную скорость течения и распределить поток на множество небольших каналов с ламинарным течением. Так выглядит из космоса приемная камера первого и втрого блоков НКОС:

Сточная вода притекает слева и справа внизу, поворачивает на 90 градусов и распределяется в небольшие каналы.

Давайте спустимся на землю

На данном фото сточная вода притекает слева, также часть стоков поступает по загнутым трубам и падает вертикально вниз (видимо для того чтобы погасить горизонтальную скорость потока). Это одно из самых дурно пахнущих мест на КОС, по очевидным причинам. Правда на самом деле ничего прям совсем страшного на мой взгляд нет, если целенаправленно не нюхать пар

Затем поток разделяется на две части, каждая из которых затем разделяется еще на 8 частей. На фото самая настоящая фекальная река. Это 1/6 часть того, что "производит" Москва и 1/3 того, что поступает на КОС.

Второй канал перекрыт с середины 2012 года, т.к. блок НКОС-1 находится на реконструкции, про которую я чуть подробнее расскажу ниже. За это время на плодородной почве успело вырасти целое поле. Обратите внимание на белое здание на фоне - про него дальше пойдет речь.

Каждый из небольших каналов может перекрываться собственной шиберной задвижкой в случае необходимости. Все задвижки на станции(а дальше их на фото будет не мало) автоматизированы и имеют электропривод.

А вот то белое здание, называется оно здание решеток. К нему, под землей, по небольшим каналам текут фекальные воды.

Внутри здания установлены так называемые решетки. Это специальные механизмы, предназначенные для удаления твердых загрязнений присутствующих в сточных водах. Тут пожалуй начинается самое интересное.

Сама решетка представляет собой своего рода конвейер закрепленный в потоке воды. Лента конвейера состоящая из металлических пластин с отверстиями медленно вращается, так что попавшийся мусор не скапливается, а постоянно поднимается вверх (иначе решетка очень быстро бы забилась). Вверху мусор автоматическим скребком счищается и падает на резиновую двигающуюся ленту, которая проходит мимо всех решеток. Завораживающее зрелище

Долго думал писать об этом моменте или нет, но ради объективности решил все-таки написать. Единственный момент оставивший плохое впечатление на всей станции. В конце конвейера стоит тетенька, смысл работы которой я не до конца понял. Она сгребает мусор с края конвейера на его середину. Вероятно эта операция необходима из-за какого-то конструктивного недоработка. Почему это нельзя автоматизировать не понятно, но я думаю причины на то есть. А может и задачи у тетеньки другие.

Не самая удачная фотография, но хорошо передает суть:

А суть такова - не бросайте неорганический мусор в унитаз. Если вы думаете, что вы спустили в унитаз пластиковую обертку/прокладку/пакет/твердый кусок еды/... и дело с концом - то вы ошибаетесь. Все что попадает в канализацию не исчезает в никуда. Все это попадает на этот конвейер и более того, все это видит живой человек.

Отдельным пунктом стоят ватные палочки. Оказывается они доставляют огромное количество проблем. Дело в том, что находясь в потоке палочки становятся вдоль течения и с легкостью преодолевают решетки, т.к. их поперечное сечение очень небольшое, а сделать решетки с совсем маленькими ячейками нельзя. В результате палочки проходят этап механической очистки и засоряют сооружения на последующих этапах.

Также сотрудники станции жаловались на несознательность людей сбрасывающих всякий мусор в колодцы. Особенно остро стоит проблема субботников, когда в колодцы сбрасывается большое количество листвы и веток, причем одновременно по всему городу. Люди думают, что делают благое дело, но не задумываются о том, что весь этот мусор потом приплывает на станцию и его придется доставать и вывозить.

Здание решеток разделено на две половины, каждая обслуживает свой блок НКОС. В центре обустроен спуск вниз, видимо для обслуживания решеток или какого-то другого оборудования. На фото также видна одна решетка лежащая на полу.

После здания решеток вода попадает в песколовки, которые, как не трудно догадаться, удаляют песок из нее. Кстати говоря, "добытый" песок отмывается, очищается и потом используется для разных целей, в том числе для строительства и для изготовления плитки. 

Следом за песколовками вода поступает на первичные отстойники, в которых под действием силы тяжести оседают взвешенные в воде частицы. Всего на каждом блоке НКОС по восемь первичных отсойников.

После того как вода отстоялась она течет в аэротенки. Тут-то начинается вся суть биологической очистки. В аэротенках содержится специальный активный ил. Грубо говоря, активный ил - это смесь различных бактерий и простейших организмов, которые перерабатывают биологические отходы. По сути, те же самые процессы происходят и в природе, в озерах, где подобный ил находится на дне. Однако разница в масштабах и скорости. В природе процессы происходят достаточно медленно, в то время как на станции очистки их нужно производить как можно быстрее. Для этого процесс разгоняют с помощью подачи огромного количества воздуха. Отсюда и пошло название сооружения. По сути это большой бассейн, в котором содержится активный ил, куда поступает первично очищенная сточная вода и, через специальные трубы, огромное количество воздуха. Кроме того благоприятное влияние на процесс оказывает то, что сточная вода теплая в течение всего года.

Для подачи воздуха построен машинный зал, в котором стоят турбовоздуходувки, огромной мощности, закачивающие воздух в трубы, ведущие к аэротенкам.

Турбовоздуходувки потребляют огромное количество электроэнергии и их непрерывная работа крайне важна. Дело в том, что без поступления воздуха, активный ил начинает погибать в течение считанных часов. В течение суток он полностью погибает. Если такое произойдет, то на восстановление активного ила потребуется много месяцев, в течение которых все сточные воды придется сливать напрямую в Москва-реку, что приведет к экологической катастрофе огромных масштабов.

На КОС очень хорошо помнят аварию в 2005 году, когда половина Москвы была обесточена. В том числе несколько часов электричество не поступало и на станцию. С тех пор была проделана большая работа для предотвращения подобных аварийных ситуаций в дальнейшем, о чем будет рассказано ниже.

Забор воздуха для аэротенков производится через четыре воздухозаборника внушительных размеров, стоящих около главного машинного зала.

Аэротенки немного покрупнее, обратите внимание на толстую синюю трубу справа - по ней подается воздух:

Не могу это прокомментировать этот процесс иначе, как "бурление говен"

Теперь немного про реконструкцию. Первый блок НКОС был введен в эксплуатацию в начале 70х годов. В те времена любили строить из сборного железобетона. Не сложно догадаться, что за сорок лет сооружения начали разрушаться и подтекать, тем более в такой агрессивной среде. Кроме того сооружения просто технологически устарели. Поэтому был разработан проект новых сооружений и в прошлом году началась реконструкция.

Новые сооружения строятся из монолитного железобетона и рассчитаны на 50 лет. Кроме того будет несколько изменена технология очистки, что позволит очищать воду еще лучше.

Вернемся к процессу очистки. После аэротенков, биологически очищенная вода с примесью активного ила поступает на вторичные отстойники. Задача этих отстойников - отделить активный ил.

Отдельно следует отметить то, что вся вода на станции течет самотеком. Чтобы это было возможно - каждое следующее сооружение построено чуть ниже предыдущего, так что вода течет под собственным весом.

Чтобы понять как работает отстойник - давайте посмотрим на частично демонтированный отстойник реконструируемого блока. Вода поступает из отверстия в центре отстойника и попадает в общий объем. В самом отстойнике ил постепенно оседает на дно, по которому постоянно перемещается илосгребатель, закрепленный на ферме, вращающейся по кругу. Скребок сгребает ил в специальный кольцевой лоток, который хорошо виден на фото, а из него, в свою очередь он попадает в круглый приямок, откуда откачивается по трубе специальными насосами. Излишки воды утекают в канал проложенный по кругу отстойника и оттуда в трубу.

Вернемся опять к реконструкции
Одной из проблем станции является запах. Как я уже писал выше - КОС фактически окружена жилыми районами, причем до многих жилых домов совсем недалеко. При определенных погодных условиях запах со станции доносится до этих домов и поступают многочисленные жалобы жителей. Чтобы избавится от запаха было решено накрыть часть сооружений перекрытиями в процессе реконструкции. Самой сложной задачей оказалось накрыть отстойники. Дело в том, что их диаметр составляет 54 метра(!), при этом никаких дополнительных подпорок ставить нельзя из-за постоянно вращающейся фермы. В результате была придумана специальная конструкция плавающего перекрытия, состоящего из двух частей. Внутренняя часть вращается вместе с фермой, внешняя неподвижна. В качестве эксперимента, подобным перекрытием был накрыт один отстойник на Люберецких очистных сооружениях и успешно проработал уже большее трех месяцев. Замеры показали, что выбросы пахнущих газов в атмосферу сократились до 33 раз.

Давайте вернемся к илу. В процессе переработки отходов, ил активно размножается. Часть ила отправляют "отдыхать", а потом повторно пускают в работу в аэротенки, излишки же направляют на сбраживание в метантенки - специальные полу подземные резервуары. Там ил нагревается до 53-54 градусов и начинает выделять метан. Полученный метан используют для подогрева ила, а также для работы мини-ТЭС, которую построили после вышеупомянутой аварии. Мини-ТЭС вырабатывает 10 МВт электроэнергии и 8 МВт тепла, обеспечивая до 50% технологических процессов очистных сооружений. 

Оставшийся ил, являющийся отходом, определенным образом подготавливают на илоуплотнителях:

Ил частично обезвоживают и отправляют по специальному илопроводу на расстояние около 60 километров, в Московскую область на специальные полигоны, где он дополнительно обезвоживается и либо захоранивается либо используется как сырье. Таким образом, нет нужды вывозить отходы со станции автотранспортом, что создало бы множество проблем.

После вторичных отстойников, практически чистая вода поступает в отводящий канал идущий к Москва-реке. Раньше очистка на этом завершалась, однако, совсем недавно был построен новый блок для дополнительного обеззараживания воды.

Так начинается отводящий канал длиной 700 метров:

Новый блок был построен прямо над отводящим каналом:

Внутри блока вода разделяется на 17 параллельных каналов, каждый из которых может быть открыт или закрыт.

Заходим внутрь и попадаем в HALF-LIFE

Дополнительное обеззараживание происходит с помощью жесткого ультрафиолета.

В воду опускаются специальные блоки содержащие множество ламп-трубок излучающих УФ в диапазоне 200-300 нм. Это жесткий ультрафиолет, наиболее эффективно воздействующий на микроорганизмы (приводит к разрушению ДНК, что не позволяет им размножаться в дальнейшем).

Кстати говоря, лампы и блоки управления отечественного производства. Выглядит все очень современно, технологично и аккуратно.

Зал состоит из двух уровней. На верхнем уровне стоит аппаратура управления и питания ламп, на нижнем уровне идут кабели к лампам и расположены люки для доступа к работающим лампам.

Также на нижнем уровне стоят не используемые в данный момент лампы. Часть каналов в данный момент не используется и лампы из них вынуты. Кстати говоря, все сделано из нержавейки. Дело в том, что хотя вода с очистных поступает чистая, она сильно насыщена воздухом после аэротенков, и очень сильно способствует коррозии.

При работе ламп под водой, появляется зеленое свечение. Насколько я понимаю это флюоресценция воды в жестком ультрафиолете.

Надеюсь производитель (НПО ЛИТ) не обидется, что я взял красивую картинку с их сайта для иллюстрации:

Зрелище надо сказать фееричное. На фото не видно движения воды, но оно там есть. Выглядит как в фантастических фильмах или играх

На выходе из блока также установлены шиберные запоры на каждом канале.

Также в блоке имеется специальная комната, куда по трубе закачивается вода из отводящего канала. Эта труба проходит через множество датчиков, которые измеряют самые разные параметры и отображают их в реальном времени, а также передают в диспетчерскую. таким образом осуществляется постоянный контроль качества очистки воды.

Окончательно очищенная и обеззараженная вода вытекает из под блока УФ обеззараживания.

И по длинному каналу направляется прямиком в Москва-реку. В канале из-за питательной среды и теплой воды водится огромное количество рыбы. На самой станции лов рыбы запрещен, о чем гласит специальная табличка, однако за ее пределами, около канала часто можно найти рыбаков.

Хочется сказать пару слов о том, чего не передать фотографией - это сотрудники КОС. Не поручусь за всех-всех-всех, но те многочисленные работники(от начальников до простых рабочих), кого довелось увидеть - произвели наилучшее впечатление. Добрые и отзывчивые люди, увлеченные своим делом. Впрочем, пожалуй это и не удивительно, мне кажется в таких местах могут работать только увлеченные люди