Исторические аспекты становления, системы водоснабжения города Москвы

Московский водопровод – старейшее инженерное сооружение российской столицы. В 2014 году ему исполняется 210 лет.

Первый централизованный водопровод в Москве начал строиться в 1779 году по личному указу Екатерины II. Источником водоснабжения служили подрусловые воды реки Яузы вблизи села Большие Мытищи. Строительные работы длились 25 лет и 28 октября 1804 года состоялось открытие водопровода - в Москву начали ежедневно поступать около 300 тыс. ведер (1 ведро=12,3 л) чистой и вкусной воды из мытищинских ключей. Для перехода через реку Яузу у села Ростокино был построен каменный мост-акведук длиной 356 метров, который сохранился до наших дней.

Ростокинский акведук Замечательные русские инженеры Н.И.Яниш, А.И.Дельвиг, Н.П.Зимин Е.К.Кнорре, Н.Е.Жуковский в разные годы XIX века занимались усовершенствованием и развитием московского водопровода, которого постоянно требовала растущая столица. К 70-м годам 19 века в Москве проживало около 700 тысяч жителей. Город рос, быстрыми темпами развивалась промышленность. 500 тысяч ведер воды в сутки, подаваемые Мытищинским водопроводом, уже не удовлетворяли городские потребности. Недостаточный напор в водопроводной сети не позволял подавать воду на верхние этажи домов, создавал значительные неудобства при тушении пожаров. Планируемая в городе современная система канализации также требовала большого дополнительного расхода воды.

Крестовские башниВ 1890 – 1893 г.г. по проекту заведующего Московским водопроводом Николая Петровича Зимина был построен Новый Мытищинский водопровод, сохранивший общую схему предыдущего. Мощность водопровода была увеличена до 1500 тыс. ведер в сутки, усовершенствованы основные сооружения, поставлены современные паровые машины, построены две водонапорные башни у Крестовской заставы. Было проложено 116 км водопроводной сети, диаметром от 100 до 700 мм. Сеть была кольцевой из чугунных труб с асфальтировкой изнутри и снаружи. Поставщиками труб были Брянский, Нарвский заводы, завод братьев Бромлей и др. Все материалы были очень высокого качества – поставщики знали о строгости приемки.

Указ Екатерины II

Растущий город требовал увеличения подачи воды: количество городского населения достигло 1,1 млн.человек, бурно развивалась промышленность. Московский водопровод в существующем виде достиг предела своего развития. Проведенные изыскания показали, что единственным надежным источником для водоснабжения может служить только река Москва выше города.

В марте 1900 г. городская Дума утвердила выбор окрестностей деревни Рублево в качестве места водозабора и как площадку для строительства водоподъемных и очистных сооружений. Закладка Рублевской станции состоялась 15 июля 1901 года. Строительство велось хозяйственно-подрядным способом: городская Дума сама приобретала основные строительные материалы, а подрядчики обеспечивали поставку рабочей силы и выполнение работ. Получение подряда осуществлялось на конкурсной основе. На строительной площадке работало до 3 тысяч рабочих. К декабрю 1901 года, т.е. за десять месяцев со дня начала работ, был построен временный водоприемник, котельная, машинное здание, отстойник, три английских фильтра, сборный резервуар, лаборатория с централизованным пробоотбором. Для персонала были построены 12 жилых домов с хозяйственными службами, амбулатория и родильный приют, школа, баня. Во всех служебных и жилых помещениях было проведено электрическое освещение, проложены мостовые, подземные водостоки. Для отвода хозяйственно-бытовых вод была устроена система канализации с перекачкой сточных вод через реку на левый берег на поля орошения.

В 1903 г. Рублевская водопроводная станция была построена. Её мощность составляла 6 тыс.куб.м воды в сутки. Подготовка питьевой воды осуществлялась по так называемому «английскому» варианту, включающему отстаивание и последующее фильтрование на медленных песчаных фильтрах со скоростью 1 м/час. В 1904 г. во время половодья на станции был осуществлен первый опыт применения коагулянта – специального реагента для очистки воды.

Более века после своего открытия станция продолжает устойчиво работать, обеспечивая около 25% потребности города в питьевой воде.

Восточная станция Рублево водозабор

В 30-х годах XX века начался второй этап развития московского водопровода. К этому времени ресурс реки Москвы, как источника водоснабжения, был практически исчерпан. Генеральным планом развития столицы было намечено строительство системы водохранилищ на реке Волге, канала им. Москвы и Сталинской (в настоящее время Восточной) водопроводной станции.

Строительство началось в 1935 году, а 16 июля 1937 года в Москву уже были поданы первые кубометры волжской воды. В 1975 году на Восточной водопроводной станции начала работать первая промышленная установка по озонированию воды.

В октябре 1947 г. Постановлением Правительства было принято решение о строительстве Северной водопроводной станции. Первые сооружения Северной в составе насосной станции 1 подъема на Клязьминском водохранилище и 1-го блока очистных сооружений мощностью 500 тыс. куб.м/суткивошли в эксплуатацию в марте 1952 г. К 1974 году, после ряда реконструкций, проводимых без остановки производства, мощность Северной станции достигла 1920 тыс. куб.м в сутки.

Истра плотина

Бурный рост промышленности и жилищного строительства в 50-е годы требовали увеличения подачи воды в город. Было принято решение о строительстве Можайского гидроузла в составе 3-х водохранилищ – Можайского(1960г.), Рузского(1964г.) и Озернинского (1967г.). Ввод Можайской гидросистемы позволил ввести в эксплуатацию в 1964 г. Западную водопроводную станцию, строительство которой было обусловлено необходимостью организации водоснабжения новых районов столицы.

Для обеспечения потребностей Западной и Рублевской водопроводных станций в 1977 году на территории Смоленской, Тверской и Московской областей была возведена Вазузская гидротехническая система, включающая в себя каскад водохранилищ на реках Вазуза, Яуза и Руза. Проектная мощность Вазузской гидротехнической системы составляет около 500 млн. куб.м воды в год. Таким образом была создана надежная система водоснабжения города от двух поверхностных источников - Москворецко-Вазузского и Волжского, суммарная гарантированная водоотдача от которых составляет 11 млн. куб. м в сутки.

Динамично развивалась московская городская водопроводная сеть. В 1917 году ее протяженность составляла 750 км, в 60-е годы она увеличилась до 4,7 тыс.км, а в 2000 г. – до 9,5 тыс.км.

В конце ХХ века приступили к реконструкции станций водоподготовки, основной задачей которой было совершенствование процессов очистки питьевой воды путем внедрения новых современных технологий и повышение уровня надежности всей системы водоснабжения.

Исторически сложившаяся система водоснабжения Москвы на 99,6% использует поверхностные водные объекты – системы водохранилищ многолетнего регулирования стока. Гарантированная водоотдача Волжской, Москворецкой и Вазузской водных систем составляет соответственно 81, 32 и 19 куб.м/с; полезный объем водохранилищ – 2262 млн. куб. м, площадь водосбора – более 55 тыс. кв. км. Волжский источник включает Иваньковское, Клязьминское, Пяловское, Пестовское, Икшинское, Учинское, Химкинское водохранилища и канал им. Москвы. В состав Москворецко-Вазузского источника входят Можайское, Рузское, Озернинское, Истринское, Вазузское, Яузское, Верхне-Рузское водохранилища, реки Москва, Руза и Истра как тракты водоподачи. Водохранилища Вазузской гидротехнической системы осуществляют многолетнее регулирование стока р.Вазузы и работают в едином каскаде с Москворецкой водной системой.

Экологическое состояние водоисточников

Большая площадь водосбора, высокий уровень урбанизации Московского региона обусловливают необходимость постоянной защиты источников водоснабжения от загрязнения. Экологическое состояние поверхностных водоемов, в том числе качество воды, в значительной степени определяется состоянием и характером использования водосборных территорий, особенно водоохранных зон.

МГУП «Мосводоканал» постоянно осуществляет мониторинг качества воды водоисточников по многим показателям. Многолетние тенденции свидетельствуют о стабилизации концентраций основных загрязняющих соединений с середины 1890-х годов. Например, мутность, цветность, перманганатная окисляемость определяются климатическими и гидрологическими особенностями и за последние 6 лет практически не изменились.

Наметилась тенденция к увеличению сезонных максимальных значений показателей антропогенного загрязнения, что связано с деятельностью человека на площади водосбора. К ним относятся хлориды, нитраты, нитриты, аммиак, фосфаты, бактериологические и гидробиологические параметры, запахи воды, которые связаны с состоянием биоценоза в целом.

В большей степени влияние антропогенной нагрузки проявляется на Москворецком водоисточнике. Особую тревогу вызывает массовое освоение прибрежных участков водохранилищ, рек Истры, Москвы. При строительстве коттеджей, дачных поселков вырубаются леса в водоохранных зонах, нарушается экологическое равновесие территории, очистка сточных вод проводится неэффективно.

Например, площадь застройки в водоохранных зонах источников водоснабжения г. Москвы в 2000–2003 гг. составила более 1200 га, а за 9 месяцев 2005 года – около 200 га. Площадь вырубленных лесов на территории водосбора превысила в 2000–2003 гг. 250 га, за 9 месяцев 2005 года – более 100 га.

Сложившаяся ситуация на территории зон санитарной охраны источников водоснабжения Москвы свидетельствует о расточительном отношении к водным объектам и их ресурсам. Исключение Мосводоканала из числа организаций, согласующих отвод земли, на фоне бесконтрольности местных органов власти, уполномоченных контролировать и регулировать земельные отношения, уже привело к массовой застройке территорий водоохранных зон и зон санитарной охраны практически на всех питьевых источниках. При продолжении активного освоения территорий в бассейне источников водоснабжения г. Москвы в ближайшем будущем можно ожидать снижения самоочищающей способности водохранилищ и рек и, соответственно, ухудшения качества воды на водозаборах водопроводных станций.

Подготовка питьевой воды на водопроводных станциях

Подготовка питьевой воды для города осуществляется на 4 водопроводных станциях, среднегодовая суммарная подача которых составляет около 5 млн. куб. м воды в сутки. Воду р. Москвы используют Западная и Рублевская водопроводные станции. Станции Северная и Восточная очищают воду р. Волги.

Технологическая схема очистки на московских водопроводных станциях предполагает обработку природной воды коагулянтами и последующее двухстадийное осветление. Коагулирующие реагенты: сульфат алюминия, оксихлорид алюминия и флокулянт (полимерное соединение, улучшающее коагуляцию).

Для обеззараживания воды в Москве, как и других крупных городах мира с протяженной водопроводной сетью (Париж, Лондон и др.), применяется хлор. На окончательной стадии дезинфекции, перед подачей воды в городскую сеть дополнительно дозируется аммиачная вода для получения хлораминов. Их пролонгированное действие позволяет поддерживать городскую водопроводную сеть в надлежащем санитарном состоянии.

В ближайшее время все московские водопроводные станции начнут использовать в качестве дезинфектанта гипохлорит натрия, который обладает бактерицидными свойствами, но в отличие от хлора, является водным раствором, транспортировка и хранение которого менее опасны.

Управление питьевыми водными ресурсами

Рублёвская водопроводная станция.Важное значение имеет уменьшение негативного воздействия на качество воды водоисточников. Управление качеством источников водоснабжения, направленное на минимизацию последствий аварийных ситуаций и антропогенного влияния, предполагает наличие адекватных систем мониторинга и управления. Система управления водными ресурсами источников водоснабжения Москвы и улучшения их экологического состояния включает организационные и технические мероприятия. Организационные мероприятия:

– установление водоохранных зон водных объектов со специальным режимом, ограничивающим хозяйственную деятельность;

– совершенствование нормативно-правовой базы;

– объединение усилий контролирующих органов, прокуратуры и общественности.

Технические мероприятия:

– совершенствование сети мониторинга качества водных объектов;

– строительство современных систем канализации;

– ремонт или реконструкция очистных сооружений канализации на объектах промышленности и ЖКХ с применением современных методов и технологий;

– эксплуатация водных объектов, поддерживающая их санитарное состояние;

– создание гидрологических режимов, обеспечивающих качество воды.

В настоящее время на основе геоинформационных технологий создан программный комплекс «Река Москва». Его использование позволяет при загрязнении природного или техногенного характера рассчитать оптимальную величину разбавляющих выпусков из москворецких водохранилищ, время проведения сброса дополнительных водных масс, а также прогнозировать качество воды на водозаборах москворецких станций.

Основанные на данных мониторинга и прогноза, скоординированные водохозяйственные мероприятия, проводимые в рамках трех взаимосвязанных водных систем, позволяют обеспечить устойчивое водоснабжение Москвы в маловодные годы и не допустить катастрофических наводнений на р. Москве в многоводные годы, улучшить качество воды на водозаборах водопроводных станций, избежать технологических трудностей.

При появлении в воде неприятных запахов для ее дезодорации на водопроводных станциях используется активированный уголь или перманганат калия.

Существующие очистные сооружения московского водопровода обеспечивают получение питьевой воды, отвечающей требованиям действующих нормативов.

Наиболее сложными для водоподготовки являются периоды половодий и паводков, когда в водоисточники поступают неочищенные бытовые и навозосодержащие стоки, смывы с полей. Возможны также аварийные поступления загрязнений техногенного характера, например, нефтепродуктов. Опыт показывает, что меры, принимаемые в этих случаях на водопроводных станциях, обеспечивают полное обеззараживание воды и соответствие её нормативам физико-химического состава. Однако неприятные запахи большой интенсивности не всегда удается устранить полностью.

Поэтому ближайшей перспективой является дополнение традиционной схемы очистки воды новым методом – озонированием с последующей сорбцией на активных гранулированных углях. За счет этого повышается степень удаления из воды органических соединений, барьерная роль очистных сооружений (в том числе при аварийных загрязнениях водоисточников), обеспечивается надежная дезодорация воды.

Реализация на практике этого нового для России направления водоподготовки началась с середины 2002 года, когда был введен в эксплуатацию новый блок Рублевской водопроводной станции, где используется озонирование и последующая сорбционная очистка на фильтрах, загруженных активированным углем. Что дает применение этого метода на новых сооружениях? Прежде всего эффективность очистки воды от органических загрязнений здесь выше на 40–50%. Обеспечивается надежная дезодорация воды при появлении в воде р. Москвы неприятных запахов, а хлорорганические соединения – побочные продукты хлорирования – образуются в минимальных количествах.

Строится Юго-Западная водопроводная станция, технологическая схема которой, помимо традиционной технологии двухстепенного осветления, включает озоносорбционные процессы и мембранную ультрафильтрацию. В перспективе – поэтапный перевод всех действующих водопроводных станций на новые технологии, что обеспечит соответствие питьевой воды перспективным нормативным требованиям отечественной и международной законодательной базы.

Транспортировка воды потребителям

Городская система подачи и распределения воды включает более 10 тыс. км трубопроводов диаметром от 50 до 2000 мм. 72% проложенных трубопроводов изготовлены из стали, 26 – из чугуна и около 2% – из железобетона, полиэтилена и поливинилхлорида. Следует отметить, что в Москве эксплуатируется более 500 км чугунных трубопроводов со сроком службы от 60 до 100 лет. Например, в центре города (улицы Пятницкая, Малая Ордынка, Петровка, Неглинная, Трубная площадь) некоторые водопроводные вводы в дома проложены еще в 1883 году и до сих пор находятся в приемлемом техническом состоянии.

В целом состояние водопроводной сети надежное, однако есть проблемы с эксплуатацией трубопроводов, проложенных в периоды массового жилищного строительства (70–80-е годы), когда применялись стальные трубы без внутренней облицовки и надежной наружной изоляции. Эти трубы подвержены коррозионному разрушению и обрастанию внутренней поверхности продуктами коррозии. Для борьбы с этим явлением широко используются современные технологии, позволяющие восстанавливать работоспособность трубопроводов без разрытия траншей, – облицовка внутренней поверхности цементно-песчаным раствором, приклеивание к внутренней поверхности трубы рукава, изготовленного из полимерных материалов).

В последние годы при строительстве и капитальном ремонте трубопроводов применяются трубы только из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Их внутренняя поверхность имеет цементно-песчаную облицовку. Такие трубы более долговечны и сохраняют качество воды при ее транспортировке от водопроводной станции к потребителям.

Для исключения вторичного загрязнения питьевой воды при ее движении по городской распределительной сети, как уже упоминалось выше, на выходе водопроводных станций автоматически поддерживается нормативная концентрация хлораминов, которые подавляют развитие микрофлоры в трубопроводах.

Мониторинг качества воды

Одной из важных гарантий доброкачественности питьевой воды для москвичей является многоступенчатый контроль на всем пути ее движения – от водоисточника до потребителя.

Система мониторинга источников водоснабжения Москвы базируется на пунктах наблюдений, расположенных в наиболее характерных створах. Это акватории приплотинных зон водохранилищ, притоки водохранилищ, ряд пунктов по основным притокам и трактам водоподачи, водозаборы водопроводных станций. Контроль трактов водоподачи и основных притоков осуществляется ежедневно. Существующая система позволяет получать полную картину состояния водных объектов, фиксировать его изменения на каждом водохозяйственном участке, заблаговременно сигнализировать об аварийных ситуациях на водосборной площади.

Общее количество точек контроля от верховий водоисточников до водозаборов очистных сооружений – около 140, при этом ежедневно анализируется более 50 проб воды по 15–20 показателям. В соответствии с общей схемой контроля качества воды в системе водоснабжения Москвы он выполняется лабораториями гидроузлов.

Анализы воды на водозаборах водопроводных станций по стадиям очистки питьевой воды после очистных сооружений проводятся круглосуточно лабораториями водопроводных станций. Плотность контроля – около 170 точек отбора проб каждый день, определяется до 35 показателей. При необходимости (например, резком изменении качества воды в источнике во время половодья) частота контроля увеличивается в несколько раз.

Качество питьевой воды в городской распределительной сети контролируется отдельной лабораторией ежесуточно. Общее количество контрольных точек отбора проб – более 120. Многолетний опыт работы показывает надежность такой системы контроля при обеспечении соответствующей очистки воды на водопроводных станциях.

Лаборатории Мосводоканала ежесуточно производят до 4 тыс. определений физико-химических показателей, 400 – бактериологических и 300 – гидробиологических анализов. Все лаборатории аттестованы или аккредитованы органами Ростехрегулирования.

Автоматические анализаторы качества воды.Необходимо отметить, что анализ основных параметров воды осуществляется автоматическими анализаторами в постоянном режиме на водозаборах водопроводных станций, по этапам очистки и в узловых точках городской распределительной сети. Результаты измерений передаются в режиме реального времени в единую базу данных Мосводоканала. В системе водоснабжения Москвы работает более 200 автоматических анализаторов качества воды. Контроль качества природной и питьевой воды по более широкому спектру физико-химических и биологических показателей осуществляется в независимом Российско-французском центре контроля качества воды «Роса». Возможности аналитического центра позволяют выполнять анализ воды по 20 биологическим и 180 химическим показателям с использованием современного аналитического оборудования и методов контроля. Это ионная и высокоэффективная жидкостная хроматография, атомно-абсорбционная и атомно-эмиссионная спектроскопия и др. Перечень параметров контроля был разработан с учетом международного опыта и возможного поступления загрязнений от объектов, расположенных в зонах санитарной охраны водоисточников. Он включает металлы, галогенорганические и полиароматические соединения, полихлорбифенилы, пестициды и т. д.

Для выполнения специальных видов анализа, в том числе содержания диоксинов в воде, привлекаются специализированные лаборатории. Результаты регулярных определений (с 1993 года по сегодняшний день) показывают отсутствие соединений диоксинового ряда в питьевой воде Москвы.

Государственный надзор за работой системы водоснабжения осуществляется службами Территориального управления Роспотребнадзора по Москве. Результаты контроля в лабораториях санитарной службы подтверждают соответствие качества питьевой воды требованиям санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН 2.1.4.10–74–01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Многолетний опыт исследования многоступенчатой системы контроля качества воды свидетельствует о ее надежности. Питьевая вода в Москве безопасна в эпидемическом отношении, содержание нормируемых химических веществ значительно ниже соответствующих норм ПДК.