История развития водоснабжения и водоотведения в XVIII-ХХ веках

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Вологодский государственный университет»

Инженерно-строительный факультет

Кафедра Водоснабжения и водоотведения

Реферат

Дисциплина: «Введение в профессиональную деятельность»

Наименование темы: «История развития водоснабжения и водоотведения в 18-20 веках»

Руководитель Латышева Екатерина Александровна

Выполнил студент Шашерин Сергей

Вологда 2016 г.

Водоснабжение

Вторая половина 17 века характеризуется развитием в научном обществе интереса к естественным наукам. С 1660 г. научному кружку, основанному в Оксфорде, было присвоено название Королевского общества, оно до сих пор является высшим научным учреждением Англии. Девизом Лондонского Королевского общества было: «Развивать посредством опытов естествознание и полезные искусства, мануфактуры, практическую механику, машины, изобретения».

Значительный интерес в этот период проявлялся к водной технике.

В 1663 г. в Англии был выдан патент на паровой насос, изобретенный Эдуардом Сомерсетом (принцип действия и применения паровых машин было описано так же в 1655 году англичанином Эдуардом Сомерсетом. В 1663 году он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъема воды на стену большой башни в замке Реглан, Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась не разработанной). В 1712 г. английский механик Томас Ньюкомен построил первую реально работающую пароатмосферную машину. В 1749 г. Иозеф Карол Гелл сконструировал первую действовавшую «водостолбовую» машину для откачки воды из шахты с глубины 150 м с подачей 23 м3/ч. Христиан Гюйгенс пришел к важному в гидротехнике выводу о том, что при движении твердого тела в воде сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости. Эти результаты были опубликованы в 1937 г. через 270 лет.

Анри де Пито в 1732 г. в трудах Парижской королевской Академии наук опубликовал статью, в которой был предложен новый прибор для измерения скоростей. Этот прибор - трубка Пито - обессмертил имя его автора. Его и сейчас применяют во многих отраслях науки и техники. Антуаном Шези была выведена формула для расхода воды по каналу. Эта формула в дальнейшем получила название «формула Шези», «формула скорости в открытых каналах и руслах». Джеймс Уатт, английский изобретатель, впервые определил состав воды в 1780 г. Он писал: «Вода состоит из кислорода и водорода...».

К концу XVIII в. стали известны многие физические свойства воды: максимальная плотность при температуре, равной 4 °С (1772 г., Ж. Делюк); незначительная сжимаемость (1771 г., Дж. Кантон); температурное расширение воды на 4 % от начального объема при нагревании от 0 °С до кипения (1736 г., П. Мушенбрук); капиллярное поднятие воды (1670 г., Дж. Борелли); самая высокая удельная теплоемкость, по сравнению с другими жидкостями и твердыми телами (Р. Рихман, Ж. Делюк, А. Лавуазье); наибольшее значение скрытой теплоты испарения, найденное Дж. Уаттом; образование 1700 объемов пара из одного объема воды (Дж. Уатт); плотность водяного пара меньше плотности воздуха (И. Ньютон).

Промышленный прогресс поставил новые задачи в разных отраслях техники. В XV в. глубина одной из шахт для добычи серебра в Чехии достигала 600 м. Для откачки воды из шахты использовали поршневые и ковшовые насосы, лебедки, механизмы с конным приводом и водяные колеса. В XVI в. основным источником механической энергии, также как и в древнее время, были водяные колеса, применяемые в процессе откачки воды в рудниках и шахтах, которые имели диаметр до 12 м. В середине XVI в. научились применять сложные рычажные механизмы общей длиной до нескольких сотен метров.

Научная революция в период с середины XVI в. до конца XVII в. характеризуется большим количеством открытий и теорий, оказавших большое влияние на развитие человеческого общества. Значительную роль в этом процессе имели достижения водных знаний. Конец XVII и начало XVIII вв. характеризуются ускоренным развитием науки и техники, особенно в странах Западной Европы, где быстрыми темпами развивалась новая прогрессивная система производства и условий жизни - капитализм. Водоснабжение больших городов требовало применения высокопроизводительных водоповысительных установок. Первые жители городов при незначительной их численности пользовались водой из шахтных колодцев, естественных родников или из ближайших проточных водоемов. С ростом численности городского населения и развития водоемких производств осваивались более удаленные источники водоснабжения и для надежности создавались водохранилища и необходимые водоподающие системы каналов и трубопроводов.

Первым городом Европы, в котором был проведен централизованный водопровод, стал Париж. Затем водопровод пришел в Лондон и Берлин. Началось повсеместное строительство водопроводных систем.

Существенный прогресс в транспортировании воды начался с промышленной революцией и изобретением паровой машины в середине XVIII в.

Именно это позволило применить для перекачивания воды плунжерные, а затем и центробежные насосы и перейти к устройству напорных водопроводов.

В свою очередь, такой переход хоть и существенно упростил строительство водопроводов, однако потребовал применения новых труб, более прочных, чем свинцовые и деревянные.

Быстрыми темпами совершенствовались внутренние системы водопровода - в домах горожан появляются водоразборные краны, умывальники, души и ванные.

Увеличение объемов подаваемой воды привело к образованию большого количества стоков и резкому загрязнению водоемов. На рубеже XIX и XX вв. происходит переход водопроводных систем на снабжение городов очищенной и обеззараженной водой из рек и озер.

На очистных станциях сначала применялось отстаивание с фильтрованием, затем и метод коагулирования. Обеззараживание воды в Европе развивалось с преобладанием метода озонирования, в США и России получило наибольшее распространение хлорирование.

После второй мировой войны и по настоящее время наметились основные тенденции развития водопровода:

1.Сокращение расходов воды для хозяйственно-питьевых нужд. Если на ранних стадиях истории человечества развитие водопровода ставило целью увеличение нормы потребления воды на человека, то, начиная с последней трети XX в., происходит обратный процесс - в связи с нехваткой и удорожанием водных ресурсов в промышленно развитых странах, происходит уменьшение хозяйственно-питьевого потребления воды, прежде всего, за счет сокращения ее непроизводительных потерь (утечки, прорывы, аварии и т.д.). Безусловно, речь идет только о сокращении водопотребления до уровня, не ухудшающего бытовые условия населения. Основной упор при этом делается на совершенствование качества очистки воды.

2.Создание схем полного оборотного водоснабжения для промышленных предприятий. Загрязнение водоисточников и увеличение темпов промышленного роста способствовало разработке новых, высокоэффективных технологий, не требующих, во-первых, больших объемов воды и, во-вторых, использующих принципы полного оборота воды без сброса стоков. В конечном счете это позволяет сократить плату за пользование ресурсами и загрязнение окружающей среды.

3.Всестороннее совершенствование технологий очистки воды. Традиционные, классические схемы, с успехом применявшиеся с начала XX в. в большинстве случаев на водопроводных очистных станциях (коагулирование, фильтрование, обеззараживание), к сожалению, в настоящее время не способны очищать питьевую воду до жестких санитарных требований. Причина этого - загрязнение природных вод антропогенными веществами, нехарактерными для естественной природной среды. Например, к таким загрязнениям относятся СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества), нефтепродукты, соединения тяжелых металлов, пестициды и другие опасные для здоровья ингредиенты. Улучшения качества очистки можно достичь, во-первых, с помощью разработки новых, более эффективных способов и установок, во-вторых, комбинированием разных методов, в-третьих, совершенствованием уже давно известных технологий.

4.Поиск новых, нетрадиционных источников воды. Для целей, прежде всего промышленного водоснабжения, активно ведутся работы по использованию таких, ранее не применявшихся источников воды, как атмосферная влага, условно-чистые и поверхностные сточные воды, морская вода. Такого рода исследования особенно перспективны для снабжения тех районов планеты, которые не имеют достаточного количества чистой воды от рек, озер, водохранилищ. Например, некоторые города в странах Ближнего Востока уже сейчас перешли на морские источники воды, которая очищается от солей с помощью ионного обмена.

5.Переход на трубопроводы из полимерных и композитных материалов. Недостатки материалов, традиционно использовавшихся для изготовления водопроводных сетей, привели к созданию новых видов труб. Трубы из полимерных материалов имеют ряд преимуществ - они легкие, морозостойкие, более долговечны в эксплуатации, не подвержены коррозии и проще соединяются между собой. Другой путь совершенствования трубопроводов заключается в комбинировании различных материалов, дающем в итоге такие сочетания свойств, которых нет ни у одного отдельно взятого материала. Например, стальные трубопроводы с полимерным защитным покрытием обладают прочностью стали и коррозионной стойкостью полимеров.

водоснабжение канализация история очистка

Водоотведение

Даже в XVII в. на улицах многих городов можно было видеть свиней, валявшихся в грязи на проезжей части. Они не только загрязняли улицы, но часто оказывались причиной падения всадников. Магистрат Берлина вынужден был в 1641 г. издать указ, по которому запрещалось выпускать свиней на улицы города. Но и после выхода этого указа состояние улиц ненамного улучшилось, и вслед за ним вышел новый, согласно которому каждый приезжавший в город за покупками крестьянин должен был на обратном пути нагрузить свою телегу нечистотами и вывезти их за пределы города. Предполагалось, что такое мероприятие позволит в какой-то мере очистить улицы от грязи. Однако даже в Париже, о котором уже шла речь, к этому времени состояние улиц по сути дела не улучшилось. В одном из отчетов за 1697 г. мэр города жалуется на то, что жильцы домов продолжают выплескивать помои прямо из окон. Канализация появилась в Париже лишь во второй половине XIX в.

Примечательно также то, что пишет о Берлине Август Бебель в 1867 г.: «Санитарные условия были очень плохи. Канализации не существовало. В водосточных канавках, тянувшихся вдоль тротуаров, скапливались помои, и в теплые дни они распространяли зловоние. Общественных уборных на улицах не было. Для приезжих, и в особенности для женщин, это создавало невыносимые условия. Но и в домах уборные были невероятно примитивны. Однажды я пошел с женой в Королевский театр. Меня охватил ужас, когда я в антракте вошел в мужскую уборную. Посреди комнаты стоял огромный чан, а вдоль стены было расставлено несколько дюжин potsdechambre, содержимое которых приходилось собственноручно выливать после себя в большой общий чан. Это было весьма по-домашнему и вполне демократично». Только после 1870 года Берлин перешел из состояния варварства в цивилизованное состояние и мог заслужить название столицы.

Еще более жуткую картину описывает Фридрих Энгельс, касаясь санитарного состояния улиц того времени: «...можно увидеть, как здесь, в одном только Лондоне, изо дня в день с затратой огромных средств выбрасывается в море огромное количество навоза. Какие же колоссальные сооружения необходимы для того, чтобы этот навоз не отравил весь Лондон! Даже сравнительно небольшой Берлин вот уже по крайней мере тридцать лет задыхается в своих собственных нечистотах».

Значительному улучшению санитарного состояния городов способствовали мероприятия по устройству ватерклозетов в Англии. Первые попытки в этом направлении были предприняты в 1775 г., однако лишь в 1810 г. появились более или менее приемлемые конструкции. Устройство ватерклозетов, в которых предусматривался смыв водой, привело к улучшению санитарных условий в домах, но на усадебных участках и городских улицах положение оставалось таким же неблагополучным. Поскольку никакой системы уличной канализации не существовало, нечистоты стекали в имевшиеся на каждом приусадебном участке ямы. Если количество стоков от промывки санитарных приборов было значительным, эти ямы быстро переполнялись, и сточные воды, переливаясь, стекали прямо по улицам. Были предприняты попытки углубить уличные кюветы, чтобы они могли принять большее количество сточных вод. Но это представляло опасность для быстро развивавшегося городского транспорта, и вскоре было принято решение о замене кюветов подземными каналами.

Первоначально эти каналы устраивали без какой-либо системы. Их прокладывали кратчайшим путем к расположенным поблизости водоемам, в которые и сбрасывали неочищенные сточные воды. Благодаря устройству каналов улицы стали чище, но зато сильно загрязнились водоемы, в результате чего исчезла водившаяся в них рыба. Сильное загрязнение рек во второй половине прошлого века явилось толчком для проведения различных исследований с целью определения возможности очистки сточных вод, отводимых через канализацию.

Интенсивное строительство канализации началось в Европе лишь в XIX веке. Это связано прежде всего с развитием водопровода и ростом городского населения, что поставило необходимость: во-первых, централизованного отвода большого количества образующихся сточных вод, во-вторых, очистки этих стоков перед их сбросом в водоемы, т.к. без очистки стоки сильно загрязняли водоисточники, из которых забиралась вода для водоснабжения (круг замкнулся).

Наибольший объем строительство канализации получило в самой передовой стране того времени - Англии. К 1883 г. в Англии малосовершенные канализационные системы имелись в 50 городах. Значительно позже началось строительство канализации в Германии (Гамбург - с 1843 г., Берлин - с 1873 г.), к 1870 г. в ней насчитывалось более 50 крупных городов, имеющих канализацию. Медленно развивалось канализование городов Франции, хотя канализование самого Парижа было начато еще во второй половине XIV столетия. Далее быстрым темпом шло строительство канализации городов США - к 1902 г. было канализовано около 1000 городов. Однако отвод стоков без очистки очень быстро привел к резкому загрязнению водоемов. Последствия этого первой ощутила та же Англия, из-за маловодности ее рек, которые не могли разбавить такого количества стоков. Поэтому еще в 1862 г. в Англии был издан закон об очистке и освобождении сточных вод перед их выпуском от фекальных масс и гниющих веществ. Затем, на основании работ специальных комиссий в 1870 и 1876 гг., были установлены нормы очистки сточных вод при выпуске их в реки в зависимости от степени разбавления.

Именно в этот период по примеру англичан многие города стали устраивать известные в наше время поля орошения. В результате этого реки стали чище, и, кроме того, сточные воды могли быть использованы в сельском хозяйстве. Однако поля орошения обладали рядом недостатков, и поэтому были предприняты поиски новых методов очистки сточных вод. По принципу полей орошения были разработаны биологические фильтры (биофильтры), которые применяются и в настоящее время. Первые биофильтры появились в Англии в 1893 г., в России - в 1908 г.

Был проведен ряд экспериментов с использованием для очистки сточных вод различных химикатов. Однако при больших затратах эффективность этих методов оказалась незначительной. Поскольку установили, что для дальнейшей обработки сточных вод необходимо предварительное удаление из них осадка, были разработаны различные конструкции отстойников. При этом возникла проблема обработки осадка сточных вод, который вследствие способности к гниению нельзя просто оставлять на местности. Решением вопроса явилось сбраживание осадка в специальных резервуарах.

В наше время разработаны методы искусственной биологической очистки. В 1914 г. появился метод очистки сточных вод с помощью активного ила, применяемый и сейчас как стандартный для глубокой очистки.

Нужно сказать, что в ряде промышленно развитых стран удалось во многом решить проблему очистки как стоков, так и загрязненных этими стоками поверхностных водоисточников.

Размещено на Allbest.ru