Берлинское водное хозяйство
Долины этих рек относятся к ледниковому периоду. Дно рек (глубина 30-50 м) состоит из рыхлых пород: песка и гравия. Слой гравия является носителем грунтовой воды и обеспечивает питьевой водой Берлин.
Запасы грунтовых вод довольно большие. Но так как отбор грунтовых вод больше, чем естественный приток, получаемый от дождя и фильтрации воды из рек и других водоемов, то берлинские предприятия водного хозяйства обеспечивают равновесие с помощью искусственного пополнения запасов грунтовых вод.
Загрязнение грунтовых вод представляет опасность для снабжения питьевой водой, поэтому в районе добычи воды создают охранные зоны с ограниченным использованием этих земель.
Начало централизованного водоснабжения Берлина относится к 1856 году. Оно охватывало территорию старого Берлина, что соответствует современному району города Mitte. В 1861 году были административно объединены пригороды города с Берлином. С самого начала они были прикреплены к водоснабжению берлинского водного хозяйства. Города и села, которые только с 1920 года стали относиться к Берлину, вначале имели собственное сельское водоснабжение или снабжались питьевой водой частными предприятиями водного хозяйства (AO "Scharlotten-burg AG"). Позже эти предприятия объединились с промышленным акционерным обществом.
Это акционерное общество, начиная с 1920 года, стало снабжать водой главным образом села на юге Берлина и вновь созданные районы города. В 1945 году произошло объединение городского и частного водоснабжения питьевой водой. С разделением города Берлина в 1949 году произошло также разделение сети водоснабжения на восточную и западную. В 1992 году произошло воссоединение водохозяйства.
Начало создания городской канализации относится к пятидесятым годам прошлого столетия. Тогда была сдана в эксплуатацию водопроводная станция, резко увеличилось количество сточных вод и появилась необходимость их отвода. Городские ведомства после длительных переговоров назначали рабочую группу под руководством Рудольфа Вирхова, которая предложила перекачивать сточную воду паровыми насосами на поля в окрестности города, где она впитывалась в землю.
В 1873 году Джемс Гобрехт разработал единый проект для всей системы канализации Берлина. Проект представлял собой 12 независимых друг от друга зон канализации, которые проходят по естественным границам протекающих рек и возвышенностей. Первая очередь системы была введена в эксплуатацию в 1878 году.
Станции водоснабжения. Берлин обеспечивают питьевой водой 15 водопроводных станций. Они находятся вблизи водоемов, озер и рек или в больших лесных массивах. Грунтовая вода здесь накапливается от дождей, а также от проникновения в грунт вод из водоемов (береговая фильтрация). Так как вода медленно проникает в землю, то она хорошо очищается и качество этой воды оказывается таким же, как и у естественных грунтовых вод.
Предприятия водного хозяйства города доставляют в среднем на одного жителя 150 л питьевой воды в день. Для бытовых нужд, для промышленности, для средних и мелких ремесел и других потребителей перерабатывается 800 000 м3 питьевой воды. Из 1 200 трубчатых колодцев добывается грунтовая вода с помощью 15 водопроводных станций, где она перерабатывается и оттуда перекачивается к потребителю по водопроводной сети.
В зависимости от потребностей вода перекачивается из резервуара в водопроводную сеть. Из-за различного уровня поверхности водопроводная сеть разделяется на различные напорные зоны. 5 промежуточных напорных станций, имеющих резервуары с чистой водой и две станции перекачки, обеспечивают необходимый напор для районов, удаленных от водопроводных станций. Емкость резервуаров этих 5 промежуточных станция составляет 315 000 м3. Кроме того, действуют 3 водонапорные башни: в районах Buch, Neukolln, Westend.
Параллельно берлинскими улицами под землей проходит трубопроводная сеть питьевой воды протяженностью 7 600 км. В состав этой сети входят бытовые подключения (234 000 потребителей), а также 55 000 гидрантов и 233 000 задвижек. Вода доставляется потребителям главным образом по распределительному трубопроводу (Versorgungsleitung) диаметром 30 см. Имеется также главный трубопровод протяженностью 1 300 км и диаметром 1,40 м. Напор и течение воды в многочисленных местах водопроводной сети регулярно измеряются и проверяются.
Работоспособность водопроводной сети обеспечивают шесть ремонтных мастерских. Они ежегодно проводят в среднем 20 000 ремонтных работ в сети и на арматурах. Для этого необходимо примерно 28 000 раз раскопать траншеи, где лежат трубы. Ежегодно механическим способом очищается 100 км трубопровода. Берлинские предприятия водного хозяйства наблюдают также за бытовыми подключениями водного хозяйства.
Приблизительно каждые 5 лет меняют счетчики, измеряющие расход воды. В заводских условиях счетчики проверяются, ремонтируются и заново устанавливаются.
Вся арматура, включая счетчики, находится у потребителей. Ремонтные работы выполняют только фирмы, которые имеют на это право. Для этой цели берлинские предприятия водного хозяйства имеют список тех фирм, которые выполняют ремонтные работы. Заказы ремонтным фирмам делают сами владельцы частных домов. Служба ремонта берлинских предприятий водного хозяйства не отвечает за этот ремонт.
Берлинские водопроводные станции добывают питьевую воду из 1 200 колодцев. Их глубина от 26 до 170 м. Эксплуатируются главным образом вертикальные колодцы. Отдельные колодцы обеспечивают добычу ежечасно сырой воды от 40 до 400 м3. Каждый из горизонтальных фильтровых колодцев позволяет добывать до 1 600 м3 сырой воды в час.
Сырая вода не содержит свободного кислорода. Поэтому в нее добавляется воздух через специальное сопло или с помощью воздушного каскада. Таким образом сырая вода обогащается кислородом из воздуха.
В сырой воде растворены железные и марганцевые соединения. Химическая реакция соединяет их с кислородом, и они оседают в виде хлопьев. Для того чтобы эта реакция происходила спокойно, вода протекает в этом отстойнике с интервалом от 15 до 60 минут. Оставшиеся железные и марганцевые хлопья удаляются из воды следующим образом. В устройстве для быстрого фильтрования находится фильтрирующий бассейн, оснащенный по кругу оболочкой двухметровой толщины, которая задерживает хлопья. В случае засорения фильтра, его очищают: промывают водой или продувают воздухом.
Питьевая вода, которая добывается из грунтовых вод, почти стерильна и поэтому не хлорируется. Только на водопроводных станциях Friedrichshagen, Friedrichfelde и Johannisthal вода хлорируется для того, чтобы избежать заражения. Хлорируется вода после разрыва труб и ремонтных работ в сети, а также при плановой проверке труб. Применение хлора в этих случаях ограничено. Специальные добавки (например, средства для защиты зубов от кариеса) не поступают в берлинскую питьевую воду.
Преобразованная из грунтовой в питьевую вода сохраняется в водохранилище. Из колодцев добывается относительно постоянный объем грунтовых вод. Однако объем потребления воды в течение дня меняется. Поэтому водохранилище является не только резервуаром, но служит также для поддержки равновесия при этих изменениях. В машинном корпусе станции установлены насосы для перекачки чистой воды в сеть. Насосы подключены к электромоторам или дизельным двигателям. Таким образом, водоснабжение обеспечивается даже в случае сбоя в электроснабжении.
В водоснабжении Берлина имеются 245 000 счетчиков. Они являются собственностью берлинских предприятий водного хозяйства и служат для измерения количества воды, потребляемой клиентами. Параметры счетчиков регулярно проверяются берлинским правлением по техническому надзору и государственным ведомством по проверке счетчиков. Эти же службы измеряют расход холодной воды. Юридической основой для их деятельности служит закон Германии об установлении технических измерительных приборов от 11.07.1969 года. Этим законом определено, что не позже, чем через 6 лет, счетчики должны обновляться. Таким образом, в Берлине ежегодно обновляется приблизительно 52 000 счетчиков.
При помощи счетчиков также определяются места утечки воды в водопроводе. В том случае, когда в доме все краны и возможные места утечки воды закрыты, передатчик на счетчике не должен вращаться. Вращение передатчика служит сигналом для поиска неисправности в водопроводной сети.
Обеспечение счетчиком каждой квартиры требует больших затрат. С одной стороны, счетчик обеспечивает точное определение потребляемой воды, но с другой - установка счетчика стоит очень дорого. Поэтому установка счетчиков сейчас происходит в Берлине на новостройках.
Качество берлинской питьевой воды проверяется постоянно. Постановление Международной организации здравоохранения предусматривает на каждые 10 000 жителей отборный пункт для контроля воды в водопроводной сети. В Берлине имеются 393 таких отборных пункта, то есть один пункт рассчитан на 8 650 жителей. Проба берется ежемесячно (4 700 раз в год). Кроме того, регулярно контролируются бактериологические свойства и химический состав питьевой воды. Пробы берутся также после ремонта водопроводных труб и после их новой прокладки. Химики и биологи в лабораториях водонапорных станций проводят ежемесячно 1 500 отдельных исследований с помощью новейших приборов, таких как Gaschromatograph, Atomabsorptions и ICP-Spektro-meter.
Управление сената Берлина, ответственное за здравоохранение, также контролирует берлинскую питьевую воду, делая собственные пробы воды. Все контрольные исследования установили, что берлинская питьевая вода соответствует всем критериям качества, предусмотренным законом о продуктах питания, положением по обработке питьевой воды и положением о питьевой воде.
Защита колодцев и воды. Берлин лежит между Барнимской и Тельтовской возвышенностями в низменности, образованной в ледниковый период. Она изрезана оврагами и озерами, что создает благоприятные условия для обеспечения питьевой водой города.
Дно водоемов состоит из песка и гальки с отложениями мергелевого щебня и глины. В этих хорошо пропускающих воду слоях собирается пресная вода. Ниже пролегает примерно 100-метровая глинистая прослойка. Она разделяет пресную воду и залегающую глубже соленую. Таким образом, грунтовые воды для обеспечения Берлина имеются в большом количестве и хорошего качества.
Берлинское водное хозяйство, как уже отмечалось, имеет свыше 1 200 колодцев, глубина которых от 26 до 170 м. Три из них являются горизонтальными. Большинство колодцев имеет собственный подводный насос, который перекачивает воду к водонапорным станциям. Такие колодцы экономичней, чем установленные на некоторых водных предприятиях восточной части Берлина с сифонной линией водопровода. Современные колодцы не зависимы от колеблющегося уровня грунтовых вод. Сифонные водопроводы заменяются современными типами колодцев.
Особой проблемой в Берлине становится защита грунтовых вод. Большинство защитных зон около водоемов Havel, Spree и Dahme являются зоной отдыха берлинцев. Кроме того, многочисленные промышленные районы также находятся около водоемов и в непосредственной близости от водонасосных станций. Чтобы защитить водообеспечение от отрицательных явлений, установлены защитные зоны воды. В зоне охраны вододобывающих установок полностью запрещено или ограничено пользование водой. Защитные районы воды разделены в Берлине на три зоны с определенными правилами пользования.
Широкая защитная зона. Большинство водопроводных станций лежат в третьей защитной зоне на расстоянии до 2,5 км от колодцев. Для водопроводных станций Tegel, Jungfernheide, Spandau и Riemeisterfenn действует военное постановление от 1946 года, в котором предусматривается расстояние от колодцев, равное 500 м.
В третьей защитной зоне запрещены все те действия, которые могли бы привести к загрязнению или изменению вкуса грунтовых вод. Запрещается, например, отводить в грунт сточные воды, воду, применяемую для охладительных установок, конденсированную или дождевую воду. Запрещены мойка, ремонт автомобилей, смена масла и другие работы. Запрещено строительство пунктов и ремесленных предприятий без подключения к общественной сети канализации. Запрещены также строительство и эксплуатация заправочных станций.
Узкая защитная зона. Вторая зона распространяется на расстояние до 350 м (по старому положению около 100) от колодцев. Она служит для гигиенической защиты грунтовых вод и прежде всего от бактериального загрязнения. Всякое использование воды в этой зоне рассматривается как опасное, поэтому запрещается долгое пребывание там людей или животных и запрещено всякое нарушение верхнего почвенного слоя. Здесь не ведутся строительство и ремонт зданий, а также транспортировка и складирование вредных для воды жидкостей, строительного и бытового мусора. Запрещено в этой зоне хозяйственное содержание скота, применение естественных и искусственных удобрений, химическое уничтожение сорняков и вредителей. Здесь запрещается ставить палатки, устраивать пристани для лодок, делать стоянки и тому подобное.
Ближайшая зона. Первая защитная зона составляет полосу, находящуюся на расстоянии от 10 до 20 м от колодцев. В этой непосредственной близости от вододобывающей установки всякие действия на почве и всякое загрязнение запрещены.
Пополнение грунтовых вод. Осадки и естественная береговая фильтрация водоемов недостаточны для поддержания равновесия, связанного с отбором воды. Поэтому берлинские предприятия водного хозяйства искусственным путем пополняют грунтовые воды поверхностной водой из водоемов. Для этого поверхностную воду переводят в водохранилища, естественные пруды или каналы, так как почва Берлина главным образом состоит из песка, который является хорошим водопроницаемым материалом. Верхний слой почвы действует как огромный фильтр. Благодаря естественным очистительным свойствам земли вода так улучшает свой физический, химический и биологический состав, что ее качество приближается к естественным грунтовым водам. К тому времени, когда вода профильтруется и достигнет колодца, она охлаждается до температуря грунтовых вод.
Как естественный фильтрационный резервуар служит также цепь озер в Grunewald (озера Schlachtensee, Krumme Lanke и Grunewaldsee), где заложены колодцы. От водонапорной станции Beelitzhof вода из реки havel перекачивается в озера Grunewald, для того чтобы уровень поверхности воды оставался постоянным.
Установки для пополнения грунтовой воды находятся на водопроводных станциях Tegel, Jungfernheide, Spandau и Stol-pe. Перед тем как поверхностная вода поступит в грунт, на всех станциях, кроме Stolpe, происходят тщательная очистка воды микросетчатым фильтром и ее обогащение.
Из-за растущего загрязнения реки Spree ее поверхностная вода, которая используется для пополнения грунтовых вод, очищается на территории водонапорной станции Jungfern-heidе. Оттуда она поступает в водохранилище для пополнения грунтовых вод.
Вода из реки havel перекачивается с помощью трубопровода длиной 5 км к обогатительной установке, находящейся на водонапорной станции Spandau и там очищается. Созданные фильтрационные резервуары, а также пруды и водоем Kuhlake используются для пополнения грунтовых вод.
Установки по очистке воды работают по принципу флокуляции - выпадения осадка и фильтрации. Установка в Spandau может переработать максимально 25 млн м3 воды в год. Установка в Jungfernheide может переработать 29 млн м3 в год.
На водонапорной станции в Beelitzhof на берегу озера Wannsee очищается с помощью установки по удалению фосфата вода из реки Havel, а затем перекачивается в озеро Schlachtensee. Чтобы озера в Grunewald защищались от избыточных удобрений, которые поступают с водой реки Havel, установки создают основы для биологического оздоровления озер, вода которых тоже необходима для пополнения грунтовых вод.
В окрестностях водонапорной станции Stolpe вода реки Havel накапливается и оттуда, проникая в землю , фильтруется. С помощью установок берлинских предприятий водного хозяйства можно пополнить грунтовую воду до 60 млн м3 в год.
Канализация Берлина находится вблизи рек и каналов и проходит, огибая рельеф местности. Канализация проложена в самые низменные районы местности, где установлены насосные станции. Границы канализационной системы не идентичны с границами районов города. Мощность очистительных сооружений Берлина составляет 972 000 м3 в день. Дополнительно сточные воды откачиваются на оросительные поля Grossbeeren, в среднем 20 000 м3 в день и на поля Karolinenhohe - 5 000 м3 в день.
Сеть канализации берлинских предприятий водного хозяйства имеет длину 8 400 км. Она охватывает каналы неочищенной, дождевой и смешанной воды. Около трех четвертей районов канализации имеют раздельную и одна четверть смешанную систему отводов.
Сточные воды по трубопроводам транспортируются насосным станциям. Оттуда они перекачиваются с помощью напорных трубопроводов на расстояние 870 км к очистительным сооружениям.
140 насосных станций находятся в различных районах города. Главные насосные станции перекачивают сточные воды по напорным трубопроводам на очистительные станции и на оросительные поля. Они являются центром контроля и управления подчиненными им автоматически работающими насосными станциями, станциями перекачки сточных вод и перекачки дождевой воды.
Напорные станции, включая главные и вспомогательные, перекачивают сточные воды по общему напорному трубопроводу непосредственно на очистительную станцию и оросительные поля.
Станция перекачки поднимает сточные воды на вышележащие соседние части канализационной сети или прямо в водоприемник насосных станций.
Насосные станции по перекачке дождевой воды производят отвод воды из низменных мест, дорожных туннелей и городских улиц. Это осуществляется с помощью открытых туннельных рамп, где накопленную дождевую воду перекачивают в вышерасположенный дождевой водный канал или в открытый бассейн.
В разделенной системе канализации неочищенная вода и дождевая вода отводятся по двум разделенным друг от друга канализационным системам. Бытовые и промышленные сточные воды попадают в канализацию неочищенными и в дальнейшем перекачиваются на очистительные станции или оросительные поля. Преимущество этой системы в том, что сточные воды от осадков не надо перекачивать по трубопроводам канализационной системы, напорным трубам на очистительные сооружения. Каналы с дождевой водой принимают выпавшие осадки с улиц, крыш и домов, а также воду с охладительных устройств на промышленных предприятиях и воду из наполненных траншей. Эта вода сбрасывается в ближайший водоем: в реку, озеро, пруд, в речной канал или тому подобное.
Чтобы улучшить очистку дождевой воды, необходимы огромные затраты для осуществления строительства дождевых водоприемников. Первые дождевые водоприемники были введены в эксплуатацию на Dianasee, на Tegeler See, на Saatwinkler Damm и на Badeweg в Wannsee. Остальные дождевые водоприемники находятся в стадии строительства. В настоящее время разрабатывается программа для создания дождевых водохранилищ в восточной части города.
При смешанной системе канализации неочищенная вода и дождевая вода смешиваются и вместе отводятся по одному каналу. В центре города, где подземные трубопроводы расположены близко от проходящих дорог, эта система имеет преимущество. Вместе с тем при выпадении осадков дождевая вода попадает в смешанную канализацию, что многократно увеличивает количество сточных вод. Чтобы экономно содержать смешанные каналы и чтобы не перегрузить трубопроводы и очистительные станции, в определенных местах канализационной сети и на насосных станциях имеются резервуары для избыточных дождевых вод.
Каналы со смешанной системой можно заполнить несколькими тысячами м3 воды, что обеспечивает охрану открытых водоемов от попадания воды из канализации. При сильном дожде насосы насосных станций и очистительные станции не в состоянии перекачать и очистить всю поступающую воду. В Берлине есть 160 запасных мест для оттока избыточных вод. На особо опасных местах предусмотрено строительство дождевых водоприемников, 8 из них уже построены. Некоторые водоприемники будут созданы в непосредственной близости от крупных насосных станций. Их задача состоит в том, чтобы при кратковременном сильном дожде полностью забрать избыточную смешанную воду и не допустить попадания ее в открытые водоемы. После окончания дождя насосы и очистительные сооружения будут разгружены и смогут откачивать воду из водоприемников для ее очистки и перекачки в водоемы.
При длительном сильном дожде в водоприемниках происходит предварительная очистка воды. Вода очищается от ила и плавающих предметов и частично может перетекать в открытые водоемы. Насосные станции подают стоки в водоприемники станций аэрации.
В очистительных улавливающих устройствах все грубые предметы, такие как текстиль, тряпки, деревянные щепки, банки, которые попадают в сточные воды, вылавливаются. За крупными грубыми решетками непосредственно установлены мелкие решетки. За определенные интервалы времени осевшие предметы снимаются специальными граблями.
За улавливающим устройством находится песколовка. Она состоит из длинных коридоров, где при скорости течения стоков 30 см/сек оседают на дно грубые минеральные вещества (песок, гравий, камни). Осевшие минеральные вещества с помощью скребкового механизма сбрасываются в воронку и оттуда перекачиваются в специальный резервуар.
После этого сточные воды попадают в первичный отстойник. За счет уменьшенной скорости движения стоков (1,5 см/сек) мелкие иловые частицы оседают на дно отстойника, а плавающие частицы остаются на поверхности воды. Осевший ил с помощью скребков перемещается к воронке и оттуда перекачивается к устройству по дальнейшей его переработке.
Так же, как и осевший ил, его частицы удаляются с поверхности воды. Они также поступают в перерабатывающее устройство. Механически очищенные сточные воды перетекают в резервуар для биологической очистки. В аэротенке удаляются органические вещества, а также фосфаты и азотные соединения. Удаление происходит с помощью бактерий и микроорганизмов, которые образуют активный ил. Таким образом, осуществляется биологическое удаление фосфора из сточных вод. Затем сточные воды в большом количестве обогащаются кислородом. Очищенные стоки в дальнейшем подаются в водоемы для пополнения грунтовых вод.
Владимир КИНЧИКОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 31 за 1997 год в рубрике вода
