Водоснабжение. 
История развития водоснабжения и водоотведения в XVIII-ХХ веках

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 °C (1772 г., Ж. Делюк); незначительная сжимаемость (1771 г., Дж. Кантон); температурное расширение воды на 4% от начального объема при нагревании от 0 °C 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.