История развития водопровода и канализации

В 1911 г. в Петербурге, на Петербургской стороне была пущена в эксплуатацию водопроводная станция производительностью 45 000 м3/сутки, построенная по последнему слову техники. Схема очистки воды была принята следующая: коагулирование, отстаивание в вертикальных отстойниках, фильтрация на круглых скорых фильтрах системы Говарсона и обеззараживание озоном. Для этого были установлены озонаторные котлы системы Симменса эмульсаторы для перемешивания озонированного воздуха с водой системы Отто.

Следует отметить, что петербургская фильтро-озонная станция в то время была самой крупной станцией в мире, применившей озонирование воды.

Результаты работы озонаторной установки в первые годы были неутешительны. Так, по данным Г. В. Хлопина, за 1912 г. из 1153 проб каждая по 100 см3, кишечная палочка была найдена в 186 пробах, т.е в 16,1%, а в пробах объемом по 400 см3 из 1307 проб - в 397, или в 30,5%. В дальнейшем положение улучшилось и озонирование воды применялось до июня 1923 г., когда оно вследствие трудностей с заменой изношенного оборудования было прекращено. С этого периода на Петроградской станции началось обеззараживание воды хлорированием.

Значительный вклад в дело улучшения качества воды внесли русские ученые и специалисты. Так, в 1887 г. Зембицкий предложил обработку воды хлорным железом, Новицкий - соляной кислотой, Пель - окисление воды воздухом.

Для очистки сточных вод перед выпуском их в водоем в Англии стали применять поля орошения. Впоследствии этот способ очистки сточных вод начал применяться и в других городах Европы. Так, в Париже первые поля орошения появились в 1867 г., Берлине - в 1870 г. В России первые поля орошения для очистки городских сточных вод появились в Одессе (1887 г.), затем в Киеве (1894 г.) и в Москве (Люблинские ноля орошения - в 1897 г., Люберецкие поля фильтрации - в 1913 г.).

Однако необходимость значительного увеличения территории полей орошения в связи с ростом городов, дороговизна земель, в особенности вблизи густонаселенных мест, заставили в конце XIX в. перейти к биологической очистке сточных вод в искусственно созданных условиях. Так, контактные биологические фильтры были в виде опытных применены вначале в Лондоне (1890 г.), а затем в Суттоне (1894 г.). В 1893 г. Корбе построил в Сальфорде перколяторный биологический фильтр.

В 1887 г. английский химик Дибдин предложил идею очистки сточных вод в аэротенках, которую практически осуществили инженер Фоулер и его сотрудники Ардерн и Локет в Манчестере только в 1912 г. Почти одновременно с ними над этой проблемой работали в США Кларк, Адаме и де Гаже на станции Лоренс. Добавляемый к очищаемой сточной жидкости ил, населенный аэробными бактериями, был ими назван активированным илом. В России последний С. Н. Строгановым был назван активным илом.

Распространение интенсивных биологических методов очистки сточных вод в искусственно созданных условиях на биологических фильтрах и в аэротенках дали толчок для усиленного строительства этих сооружений в Западной Европе и в США.

В 1915-1917 гг. в Москве были поставлены С. Н. Строгановым и Н. А. Базякиной лабораторные опыты по изучению процесса очистки сточных вод аэрацией, а инж. И. Г. Поварнин производил опыты на экспериментальном аэротенке в Люблино (под Москвой).

Англия - первая страна, в которой благодаря промышленной революции получили наибольшее развитие производительные силы капиталистического общества, была также первой страной, начавшей осуществлять относительное благоустройство своих городов и населенных пунктов, в чем она достигла значительных успехов.

Однако, несмотря на большие достижения капиталистических государств Европы и Америки в области водоснабжения и канализации, в ряде их городов, в том числе таких крупных, как, например, Лондон, Нью-Йорк, Париж, Рим и др., наряду с прекрасно благоустроенными кварталами центральных районов существуют трущобы, не имеющие водопровода, канализации и даже электрического освещения. В Нью-Йорке, по данным американской статистики, 40% домов, даже в центральном районе города, составляют жалкие лачуги, населенные беднотой а 20% городского населения США живут в трущобах. В Лондоне также сохранились трущобы. Рабочие и их семьи вынуждены ютиться в старых баржах, образуя на Темзе плавучие поселения десятков тысяч лондонцев.

Россия вступила на путь капиталистического развития значительно позднее западноевропейских государств, поэтому благоустройство ее городов резко отставало от городов Западной Европы.

После реформы 1861 г. в России развитие капитализма значительно ускорилось, что привело к росту городов. «Громадный рост крупных индустриальных центров и образование целого ряда новых центров есть один из характернейших симптомов пореформенной эпохи». С ростом промышленности увеличилась потребность в чистой воде для технологических целей и котельного хозяйства. Одновременно выявилась необходимость в санитарно-техническом благоустройстве городов и в устройстве в первую очередь водопроводов и канализаций. Во второй половине XIX в. водопроводы были построены: в Москве (1858), Петербурге (1846-1852 и 1863 и 1877), Саратове (1857 и 1877), Ярославле (1862), Новочеркасске (1865), Ростове-на-Дону (1866), Казани (1875), Тамбове (1883), Царицыне (1890) и других городах. Всего за 130 лет до Октябрьской социалистической революции были построены водопроводы в 215 городах, что составляло примерно 28% от общего числа городов. Построенные водопроводы обслуживали лишь центральные кварталы городов, населенные буржуазией, районы же, заселенные рабочим людом и беднотой, были лишены водоснабжения и элементарных удобств. На окраинах царской России - в Закавказье, Средней Азии, Сибири и в других местах - водопроводы почти отсутствовали. Строительство их осуществлялось частными предпринимателями и компаниями (очень часто иностранными), которые стремились главным образом к тому, чтобы получить побольше прибыли. Качество воды часто не удовлетворяло санитарным требованиям, что способствовало возникновению и усилению эпидемий, а сами работы производились крайне медленными темпами.

В ряде городов России, в том числе и в ее столице - Петербурге, забор воды для снабжения населения осуществлялся из рек и каналов, загрязненных промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами, что приводило к эпидемическим заболеваниям.

В Петербурге в 1865 г. был издан приказ «О запрещении брать воду для питья из Фонтанки ниже моста Симеоновского» (ныне моста Белинского).

С 1846 по 1852 гг. в Петербурге около Воскресенского моста на Неве (ныне не существующего) была построена насосная станция с паровой машиной и проложен водопровод на Знаменской, Сергиевской и Итальянской улицах с водоразборными колонками. Однако вследствие нерентабельности этот водопровод вскоре перестал существовать. В ноябре 1863 г. английским акционерным обществом были начаты работы по строительству первой очереди водопровода для снабжения водой незаречной части города, расположенной между р. Невой, Обводным каналом и р. Пряжкой. Все работы по прокладке 108 км водопроводной сети строительству водонапорной башни (на Шпалерной ул.), установку четырех насосов с паровыми двигателями, были закончены в сентябре 1866 г. Производительность водопровода составляла 7500 м3/сутки. Очистка воды проектом не предусматривалась. К 1883 г. производительность водопровода возросла до 25 тыс. м3/сутки.

Этим же акционерным обществом были построены три отдельных водопровода для снабжения водой Васильевского острова, Выборгской и Петербургской стороны. Забор воды осуществлялся из загрязнении протоков Невы без всякой очистки. Таким образом, в 1877 г. в Петербурге было четыре самостоятельных водопровода, которые впоследствии расширялись за счет установки дополнительных насосных агрегатов и прокладки водопроводных сетей. Претензии городской думы к акционерному обществу на устройство фильтров для очистки воды рассматривались в судебном порядке с 1884 по 1886 гг. В 1889 г. были построены медленные фильтры на станции, питавшей незаречные части города заречные же части продолжали получать нефильтрованную воду.

В 1891 -1893 гг. городское управление Петербурга выкупило водопроводы у акционерных обществ, однако и после этого качество подаваемой воды не улучшилось. Вследствие снабжения значительной части населения Петербурга неочищенной водой часто вспыхивали эпидемии желудочно-кишечных заболеваний (брюшной тиф, дизентерия, холера). Последняя эпидемия холеры появилась в Петербурге в 1912 г.

Не лучше было положение с водоснабжением Москвы и других городов России, в которых также часто вспыхивали эпидемические болезни. Кроме того, необеспеченность водой приводила к тому, что при возникновении пожаров выгорала значительная часть построек. Так, в Нижнем Новгороде с половины XIV до половины XIX вв. было 20 пожаров, в результате каждый раз сгорало больше половины города.

Наряду с этим ценные предложения русских ученых и инженеров в области водоснабжения и очистки воды, имевшие важное практическое значение, не были реализованы. Так, например, в 1888 г. доктор Рождественский предлагал для большей быстроты в получении очищенной квасцами воды последнюю после прибавки квасцов не отстаивать, а фильтровать через песок. В 1900 г. инженер Хованский выдвинул идею и конструкцию грабельной «моечной машины» для совершенной. Промывки открытых фильтров больших площадей. Однако оба эти предложения остались нереализованными. Впоследствии идея Хованского была заимствована американскими фирмами, которые с 1905 г. под различными марками начали выпускать «моечные машины».

Канализация в городах России строилась еще более низкими темпами, чем водопроводы. В XVIII в. в Петербурге в связи с начало, замощения улиц и ввиду плоского рельефа местности для отвода атмосферных вод в близлежащие водные протоки устраивались преимущественно деревянные подземные каналы. Высокий уровень стояния грунтовых вод способствовал длительному сохранению древесины. Постепенно был выработан тип сечения канала из пластин, который впоследствии получил массовое распространение. До настоящего времени таких каналов сохранилось 121 км. В дальнейшем сооружение каналов и смотровых колодцев производилось из кирпича. Так, в 1843 г. под Конногвардейским бульваром (ныне бульвар Профсоюзов) вместо открытого канала, был построен большой водосток высотой 3,78 шириной 3,6 м (рис. 16).

В 1861 г. в Петербурге насчитывалось 126,2 км подземных водостоков, в том числе 116,4 деревянных и 9,8 каменных. В течение последующих 30 лет было построено еще 31 км уличных водосточных сетей. Показательно, что, в 1830 г. длина водостоков Петербурга была в два раза больше, чем Парижа. Однако в

Рис. 16. Водосточный канал в Петербурге под Конногвардейским бульваром (бульвар Профсоюзов)

последующее время строительство водостоков в Париже производилось более интенсивно, чем в Петербурге.

В Петербурге водостоки строились для отвода только атмосферных вод. Экскременты же в каждом доме попадали в дворовые выгреба и периодически вывозились ассенизационным транспортом. По мере увеличения населения Петербурга и применения ватерклозетов количество, нечистот резко увеличилось, и вывоз их требовал значительных средств. Поэтому домовладельцы самочинно стали присоединять свои дворовые выгреба к уличной водосточной сети, и жидкие нечистоты стали спускаться во внутренние водные протоки. Это обстоятельство служило, поводом для тяжб между городской думой и домовладельцами. Однако поскольку членами городской думы были те же купцы-домовладельцы, тяжбы кончились в пользу последних. Таким образом, наступил период усиленного загрязнения нечистотами городских рек и каналов, которые одновременно служили источником водоснабжения для населения.

Такое антисанитарное состояние города приводило к частым эпидемиям. Вопрос о строительстве канализации в Петербурге возник еще в 1865 г. Городская дума формально проявляла заботы о населении, неоднократно заказывала проекты канализации Петербурга, в разработке которых участвовали виднейшие специалисты того времени: В. Линдлей, Бини, Д. П. Рузский, Л. П. Шишко и др. Однако городская дума не была заинтересована в строительстве канализации, так как она не сулила капиталистам крупных прибылей. В силу этого совершенная канализация так и не была построена в столице Российской империи.

Следует отметить, что и за рубежом (в Лондоне, Париже и других городах) канализация вначале применялась для отвода прежде всего атмосферных и дренажных вод. Строительство ее усилилось после появления мостовых покровов на улицах. В дальнейшем в эти водостоки стали спускать жидкие нечистоты, которые до того скапливались в выгребах и вывозились с территории населенных пунктов. После применения в начале XIX в. ватерклозетов канализация городов была узаконена как сооружение, служившее для отвода всех категорий сточных, вод (хозяйственно-фекальных, промышленных и дождевых). Так образовалась общесплавная система канализации, которая и до настоящего, времени превалирует в Западной Европе. Раздельная система канализации была предложена в Англии в 1842 г. (Эдвиг Чедвиг), но распространение она получила в США. В Англии, где дожди отличаются частотой выпадения и малой интенсивностью, распространена общесплавная система канализации.

В Одессе строительство канализации было начато в 60-х годах XIX в. в связи с замощением улиц и необходимостью организованного отвода дождевых вод. При этом сеть водостоков, протяжение которой к 1872 г. достигло 60 км, использовалась домовладельцами и для отвода сточных вод. Система канализационных коллекторов выводила сточные воды в закрытую акваторию Одесского порта, обращенную в гнилостный бассейн, что способствовало развитию эпидемических заболеваний. В связи с загрязненностью порта и возможными заболеваниями команд иностранные пароходные компании резко повысили фрахт за вывозку зерна. Это явилось одной из причин, в результате которых сточные воды городской канализации с 1887 г. стали отводиться на поля орошения для очистки. Площадь полей орошения достигала 1200 га. В 1884-1885 гг. была построена общесплавная канализация в Гатчине. Сточные воды, собранные двумя бетонными каналами, изливались без всякой очистки в небольшие речки Вайволовку и Парицу (притоки р. Ижоры) и значительно их загрязняли.

Канализация по общесплавной системе была построена в Тифлисе (1885 г.) и Ялте (1887 г.). В Ростове-на-Дону сооружение раздельной системы канализации началось в 1893 г. В этом же году началась эксплуатация первых участков канализации Киева, устроенной по раздельной системе с применением подъемников Шона для сточных вод. Вначале часть сточных вод натравлялась на поля орошения площадью до 2 тыс. га, устроенные на берегу Днепра выше города. После переустройства канализации (в 1909-1911 гг.) 4/5 всего расхода сточных вод (без очистки) стало выпускаться в Днепр ниже города.

В Москве, так же как и в Петербурге, строились отдельные каналы для отвода дождевых и загрязненных стоков. В 1812 г. были перекрыты сводами Самотечный и Неглинный каналы, а в 1841 г. устроено водоснабжение и канализация Воспитательного дома. Однако к строительству совершенной канализации в Москве приступили лишь в 1894 г. после длительных споров, продолжавшихся в течение 20 лет.

В 1906 г. была построена канализация по полной раздельной системе в Царском Селе, причем городские сточные воды перед выпуском их в реку Славянку впервые в России очищались на биологических фильтрах. В 1910 г. канализация была построена в Саратове и Севастополе, в 1914 г.- в Харькове и т. д. Всего до 1917 г. канализация имелась в 23 городах, что по отношению к общему числу городов составляло около 3%.

В ряде городов и поселков существовали отдельные бессистемно уложенные сети труб, отводившие сточные воды без всякой очистки в близлежащий водоем или овраг, но их нельзя принять за надлежаще устроенную канализацию.

Следует отметить, что строившиеся в России водопроводы и канализации по уровню техники не отличались от Западной Европы. При этом как чугунные трубы, так и насосы, паровые машины и другое оборудование производились на русских заводах.

Петербургский институт инженеров путей сообщения и Институт гражданских инженеров подготовили замечательные кадры специалистов по вопросам водоснабжения и канализации. К ним относятся. Н. Н. Беспалов, который первый в русской литературе осветил вопрос о водостоках, дренаже и устройстве выгребов (1856-1860); А. И. Дельвиг, крупный специалист, работавший на строительстве московского новгородского и петербургского водопроводов и составивший проект водопровода в г. Симбирске; А. И. Штукенберг, составивший проекты водопроводов Тулы и Казани и написавший книгу «Водопроводы с принадлежащими к ним сооружениями»; А. В. и Н. А. Белелюбские, известные своими научными работами и постройкой Новочеркасского водопровода и других сооружений; В. Е. Тимонов, глубоко эрудированный специалист, автор капитальных трудов по водоснабжению и водостокам, сделавший много для улучшения работы Таицкого, Пулковского, Ижор-ского и других водопроводов и руководивший строительством водопровода в Царском Селе.

Питомцы Института гражданских инженеров написали ряд учебных пособий, по которым готовились специалисты по водоснабжению и канализации. Например, Мошков составил и издал лекции по курсу водостоков, Ф. Е. Максименко издал курс лекций по водопроводу (1891), К. Л. Правдзик-по водоснабжению (1893), Н. К. Чижов - по водостокам (1890, 1896). Кроме педагогической деятельности, они принимали активное участие в проектировании и строительстве городских водопроводов и канализаций.

Эти и другие видные деятели науки и практики (К. М. Игнатов, В. Г. Шухов, Н. П. Зимин, А. А. Семенов и др.) разработали научные основы и инженерные вопросы водопроводной и канализационной техники. Большое значение имели водопроводные и санитарно-технические съезды, регулярно проводимые, начиная с 1893 г., которые не только способствовали обмену опытом, но и формировали науку о водоснабжении и канализации.

Однако в силу общей социально-экономической отсталости России того времени развитие водоснабжения и канализации происходило очень медленно и поэтому ценные предложения передовых русских специалистов в этой области не находили применения.

Только в условиях советского строя развернулись работы по реконструкция старых и строительству новых городов и развитию в них водоснабжения и канализации. В советском социалистическом государстве городское хозяйство превратилось из средства дополнительной эксплуатации трудящихся, как это было при капитализме, в организацию для обслуживания их материальных и культурно-бытовых нужд.

1.5 ВОДОСНАБЖЕНИЕ И КАНАЛИЗАЦИЯ В СССР

Коммунистическая партия и Советское правительство постоянно проявляют исключительную заботу об охране здоровья трудящихся и о санитарном благоустройстве населенных мест, что находит свое отражение в соответствующих решениях. Отправным моментом в решении этого вопроса является следующее программное требование партии, сформулированное на ее VIII съезде в марте 1919 г.: «В основу своей деятельности в области охраны народного здоровья РКП (б) полагает прежде всего проведение широких оздоровительных и санитарных мер, имеющих целью предупреждение развития заболеваний». «В соответствии с этим РКП (б) ставит своей ближайшей задачей:

1) решительное проведение широких санитарных мероприятий в интересах трудящихся, как-то:

а) оздоровление населенных мест (охрана почвы, воды и воздуха)». За первые десять лет Советской власти было в основном закончено восстановление разрушенного в годы империалистической и гражданской войны городского хозяйства, в том числе водопроводов и канализаций. Кроме того, за этот же период новые водопроводы были построены в 75 городах, а канализация в 19.

Однако темпы роста городского хозяйства значительно отставали от общего роста народного хозяйства страны, так как главные усилия были направлены тогда на развитие ведущих отраслей промышленности.

Постановление июньского Пленума ЦК ВКП (б) в 1931 г. указало конкретные пути ликвидации этого отставания. Особое внимание Пленум уделил развитию водоснабжения и канализации Москвы и принял решение о строительстве канала Волга - Москва (ныне канала им. Москвы). Постановления СНК ССР и ЦК ВКП(б) от 10 августа 1935 года и от 10 июля 1938 года «О генеральном плане реконструкции г. Москвы» установили также пути и масштабы развития водоснабжения и канализации в Москве, являвшимися примером для других городов СССР.

Постройкой канала им. Москвы успешно разрешена не только проблема обводнения Москвы-реки и создания новых водных путей, но и проблема водоснабжения столицы. Построены Северная и другие станции, реконструирован Москворецкий водопровод. В результате этих мероприятий подача воды городским водопроводом в 1957 г. выросла в 14 раз при увеличении количества населения Москвы примерно в 2,5 раза. Однако бурный рост города вызывает необходимость дальнейшего повышения мощности головных сооружений, которая в ближайшие годы будет значительно увеличена. Это даст возможность поднять душевое потребление воды до 500 л/сутки на одного человека.

Канализацией в 1913 г. было охвачено 4880 га территории Москвы, а в 1939 г. - уже 20290 га. Еще до Великой Отечественной войны пропускная способность коллекторов, отводящих сточные воды, увеличилась по сравнению с дореволюционным временем в 9,3 раза. Построены Кожуховская, Крестовская, Филевская, Люблинская, Щукинская и Курьяновская станция аэрации. Эти сооружения в совершенстве очищали в 1958 г. ежесуточно свыше 1 млн. м3 сточных вод. В ближайшее время вступит в эксплуатацию Люберецкая станция аэрации мощностью 1200 тыс. м3/сутки по полной биологической очистке.

Бурный рост промышленности и всего народного хозяйства обусловили развитие старых и строительство новых городов. При этом большое внимание было уделено благоустройству городов, в том числе водоснабжению и канализации. К числу наиболее мощных водопроводов могут быть отнесены: промышленный водопровод в Донбассе; водопровод в Харькове протяжением 45 км; большой Седанский водопровод для Владивостока; промышленный водопровод для Эмбинского района длиной 643 км; второй водопровод для Баку и нефтяного района с водоводом протяжением 180 км; большой водопровод для Свердловска. Реконструирована и увеличена мощность главной водопроводной станции и построена новая южная водопроводная станция в Ленинграде (рис. 17). Уже в 1938 г. только по РСФСР 40% всей жилой площади было обеспечено ломовыми вводами от городских водопроводов, а протяжение уличной сети достигало 34% от длины улиц. Хозяйственно-питьевое потребление воды на одного человека в сутки перед Великой Отечественной войной более чем в два раза превышало потребление в 1917 г. Интенсивно росло также потребление воды промышленностью, транспортом и строительством, составлявшее около половины всей воды, подаваемой коммунальными водопроводами.

За это время расширена канализационная сеть в старых городах и построена вновь в Брянске, Свердловске, Новосибирске, Владивостоке, Иванове, Туле, Калинине и ряде других городов. В Ленинграде на Васильевском острове введена в эксплуатацию новая канализация по раздельной системе и расширена сеть, в остальных районах города. Общая протяженность канализационной сети Ленинграда к 1962 г. достигла 347 км, что на 250% больше, чем в 1917 г. Чрезвычайно

Рис. 17 Южная водопроводная станция в Ленинграде (фильтры)

важное значение имело постановление ЦИК и СНК СССР от 17 мая 1937 г. «О санитарной охране водопроводов и источников водоснабжения». Согласно этому постановлению в каждом населенном пункте с водопроводом общего пользования обязательно устанавливается зона санитарной охраны открытых и подземных источников, питающих водопровод, а вновь построенные предприятия могут быть пущены в эксплуатацию лишь при условии присоединения производственных канализаций к городским канализациям для спуска загрязненных сточных вод или при условии устройства собственных очистных сооружений до выпуска загрязненных стоков в общественный водоем. Строительство водопроводов и канализаций, продолжавшееся все увеличивающимися темпами, было приостановлено нападением на нашу страну немецко-фашистских захватчиков, в результате которого полностью или частично были разрушены сотни городов и выведено из строя много водопроводов и канализаций.

Наряду с ростом водопроводов и канализаций населенных мест строились промышленные водопроводы и канализации, мощность которых во много раз превышает коммунальные. Так, например, мощность водопровода Магнитогорского комбината больше мощности водопровода Москвы.

Для борьбы с отложениями солей, коррозией и гидробиологическим обрастанием холодильников и трубопроводов, особенно при повторном использовании воды в промышленных условиях, применяют очистку, охлаждение и кондиционирование воды (известкование, подкисление, фосфатирование и др.). При очистке использованных промышленных вод извлекают ценные вещества.

Для обеспечения водой железнодорожного транспорта были расширены существующие и построены новые водопроводы, в том числе групповые (продольные) протяжением свыше 150 км.

Значительные успехи достигнуты в снабжении водой совхозов и колхозов. Так, к началу 1957 г. только в совхозах имелось более 2,5 тыс. водопроводов, около 7 тыс. буровых колодцев и более 5 тыс. шахтных колодцев. Количество водопроводов в колхозных поселках значительно больше, чем в совхозах.

Особенно большая работа в области водоснабжения производится в районах освоения целинных и залежных земель Казахстана, Сибири, Поволжья и Северного Кавказа. Условия водоснабжения и обводнения этих районов в связи с тем, что их подземные и поверхностные водо: источники в большинстве случаев имеют соленую воду, чрезвычайно сложны и создают большие трудности. Поэтому принимаются меры к созданию крупных водопроводных систем и кустовых водопроводов забором воды из рек. Так, например, проект водопровода в южной части Омской области с забором воды из р. Иртыша предусматривает снабжение водой 13 центральных усадеб, 51 отделений совхозов, 92 колхозных поселков и 7 железнодорожных станций и разъездов. Еще более крупным будет кустовой водопровод с забором воды из р.Ишим, предназначенный для водоснабжения совхозов, расположенных в Кустанайской, Северо-Казахстанской и Кокчетавской областях Казахской ССР.

На территориях целинных земель, где отсутствуют поверхностные источники водоснабжения, проводится большая работа по отысканию подземных вод, пригодных для хозяйственно-питьевых нужд, методом электроразведки. За последние годы благодаря отысканию хороших подземных вод построено много сельских водопроводов. В определенных местных условиях сочетается использование подземных и поверхностных вод.

Характерным для советских условий является комплексное решение проблемы водоснабжения, обводнения и мелиорации целых районов и областей страны, осуществляемое путем строительства каналов, соединяющих бассейны крупных рек (например, канал им. Москвы, Волго-Донской канал им. Ленина), а также каналов, соединяющих бассейны рек с крупными промышленными центрами (например, канал Северный Донец - Донбасс и строящийся канал Иртыш - Караганда и др.).

Теория расчета водопроводных и канализационных сооружений базируется на достижениях советской науки. Замечательные исследования Н. Е. Жуковского были развиты его последователями и учениками: С. А. Чаплыгиным, И. Г. Есьманом, Н. Н. Павловским, Л. С. Лейбензоном, С. А. Христиановичем, А. Н. Колмогоровым, М. А. Великановым, Л. Г. Лойцанским и другими, создавшими советской гидравлике и гидротехнике мировую славу. Большое значение имели труды Н. Н. Павловского. Его «гидравлический справочник» по содержанию и ясности изложения не имеет равных в мире.

Советская техника в области водоснабжения и канализации, тесно переплетаясь с техникой производства других отраслей народного хозяйства, сделала огромные успехи и во многом перегнала зарубежную технику. Советские ученые, инженеры и конструкторы, изобретатели и новаторы производства создали новые конструкции, оборудование и приборы, а также более совершенные методы расчета сооружений. Так, М. М. Андриашев предложил метод расчета кольцевых сетей путем системы, повторных попыток нахождения истинного распределения потоков воды по сети. В. Г. Лобачев разработал и теоретически обосновал метод увязки сети, сводящийся к совместному решению системы стольких линейных уравнений, сколько в сети колец. Некоторые упрощения, допускаемые при решении этих уравнений, позволяют получить достаточно точные результаты после двух-трех последовательно сделанных подсчетов. Методы расчета кольцевых водопроводных сетей по экономическому принципу были предложены В. Г. Лобачевым, М. В. Кирсановым и Л. Ф. Мошниньгм. Основные принципы проектирования зонных водопроводов изложены в труде Н. Н. Абрамова.

Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения, канализации и инженерной гидрогеологии на основе обширных исследований, проведенных под руководством проф. Ф. А. Шевелева, предложил новые, более совершенные формулы для определения потерь напора. По этим формулам составлены таблицы для определения потерь напора и скоростей в зависимости от диаметра труб и расхода.

В РФ примерно 75% воды, подаваемой водопроводами, забирается из открытых водоемов, в том числе для снабжения Москвы, Ленинграда Одессы, Горького, Свердловска, Днепропетровска, Астрахани, Куйбышева, Новосибирска и других городов. В последние годы наметилась тенденция к усилению роли подземного водоснабжения городов. Значительно усовершенствовалась техника бурения на воду. Стали применяться более производительные бурильные станки, появились новые типы фильтров для скважин, имеющие преимущества перед сетчатыми и щелевыми фильтрами (керамиковые, каркасно-щелевые и др.).

Необходимость устройства водозаборов из открытых водоисточников потребовала разработки ряда вопросов, которые должны были обеспечить нормальную эксплуатацию сооружений. Большую работу в этом направлении проделали А. А. Сурин, Н. Г. Малишевский, А. Я. Милович, М. М. Гришин, И. В. Егиазаров, И. И. Леви, Н. С. Макеров, Д. Я. Соколов и др.

На основании теории образования глубинного льда, разработанной советским ученым В. Я. Альтбергом, были предложены практические мероприятия, предупреждающие закупорку водозаборных сооружений глубинным льдом и обеспечивающие нормальную их эксплуатацию.

Группа ученых во главе с В. Т. Турчиновичем разработала метод очистки воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения и водоподготовки для производственных целей, в том числе и метод, получивший в СССР название «метода взвешенного фильтра». Этот метод, открытый Азерьером, основан на фильтровании воды через слой хлопьев, образующихся при ее коагуляции, и поддерживаемых во взвешенном состоянии восходящим потоком.

В 1934-1935 гг. Е. Н. Тетеркиным была разработана (в ВОДГЕО) конструкция конического диффузора-осветлителя, работающего по «методу взвешенного фильтра», получившая применение на водоумягчительных установках промышленных предприятий, а затем на железнодорожном транспорте и электростанциях.

В конце 1937 г., т. е. спустя два года, в журналах США появилось описание «пресипитаторов» (осадителей) суспензионных сепараторов конструкции инженера Сполдинга, предназначенных для осветления воды после ее умягчения, которые в принципе не отличаются от конструкции, предложенной Е. Н. Тетеркиным.

Отличительной особенностью некоторых конструкций осветлителей, применяемых за рубежом, является механическое перемешивание воды с реагентами в обособленных

пространствах при помощи лопастных мешалок или при помощи насоса (акселераторы, пресипитаторы). За последние годы в США создано несколько типов подобных осветлителей, один из которых изображен на рис. 18. В СССР осветлители со взвешенным фильтром получили большое распространение для очистки коагулированных вод, не требующих умягчения. Конструкция осветлителя с принудительным отсасыванием осадка системы ВНИИГС изображена на рис. 19. Академией коммунального

Рис. 18. Один из типов суспензионного осветлителя США (Акселератор)

1-подача сырой воды; 2-первая зона реакции;

3-пропеллерная мешалка; 4 -вторая зона реакции;

5-зона взвешенного осадка, 6-зона осветления;

7-сборные желоба;

8-концентратор(шламоуплотиитель)

хозяйства им. К. Д. Памфилова разработана новая конструкция открытых фильтров, названных фильтрами АКХ (рис. 20), производительностью до 12-13 м3/час с квадратного метра площади фильтра в плане вместо 5-6 м3/час на обычных скорых фильтров в ряде городских водопроводов (Москва, Горький, Свердловск, Уфа и др.) показал высокую эффективность их работы при высоком качестве фильтрованной воды. В связи с этим Министерством коммунального хозяйства РСФСР приняты меры к широкому их внедрению в городские водопроводы.

На Всемирной выставке в Брюсселе 1958 г. одна из иностранных фирм в качестве новинки демонстрировала напорный фильтр АКХ под названием «Иммидиум-фильтр».

Для получения более высокого «качества воды в открытых фильтрах Академией коммунального хозяйства под руководством Д. М. Минца были проведены теоретические и экспериментальные исследования нового метода безотстойного фильтрования воды, в результате которых был создан новый тип очистного сооружения, названного контактным осветлителем (рис. 21).

Рис. 19. Осветлитель ВНИИГС с принудительным отсосом осадка и донным шламоуплотнителем для очистки природных вод мутностью до 1000 мг/л. а-разрез; б-план; 1-труба, подающая коагулированную воду; 2- радиальный лоток; 3- распределительный цилиндр; 4-дырчатые трубы; 5-герметическое дно; 6 - дырчатое дно; 7- шламоотводящне трубы; 8-ячейки; 9-поплавок; 10-устройство для отсоса частиц воды из уплотнителя; 11-клапан, открывающийся при наполнении и опорожнении осветлителя; 12-лазы в днищах; 13-кольцевой сборный желоб с треугольными водосливами; 14-радиальные балки; 15-устройство из дырчатых кольцевых труб для удаления осадка в канализацию; 16 -кольцевая труб» для отбора воды из уплотнителя; 17-опорные стойки; 18-выпуск осветленной воды

Контактный осветлитель представляет собой резервуар с загрузкой из зернистого материала с постепенно уменьшающейся снизу вверх крупностью. Вода пропускается снизу вверх, благодаря чему основная часть загрязнений задерживается в нижних крупнозернистых слоях. Действие контактного осветлителя также основано на коагуляции в зернистом слое, или, иначе говоря, контактной коагуляции. При этом отделение твердой фазы происходит под действием сил молекулярного притяжения между мельчайшими частицами взвеси и зернами фильтрующего слоя. Преимущества контактных осветлителей заключаются в их большой грязеемкости и уменьшении в 3-4

Рис. 20. Фильтры АКХ

1-распределительная система; 2-дренаж; 3-желоба; 4-подача воды на фильтрование; 5-фильтрат; 6-подача промывной воды; 7-отвод промывной воды раза объемов очистных сооружений. Кроме того, процессы коагуляции в пористой среде мало зависят от температуры и щелочного резерва в исходной воде и дают уменьшение расхода коагулянта при улучшении качества очистки воды по сравнению с обычными технологическими схемами.

Опытные контактные осветлители после тщательного испытания их на водопроводах Москвы, Челябинска, Горького, Уфы и Таганрога применены на очистных станциях Ленинграда, Москвы, Горького, Куйбышева, Запорожья, Томска и других городов.

Следует отметить значительные теоретические исследования, проведенные Академией коммунального хозяйства под руководством проф. Д. М. Минца, получившие подтверждение на большом экспериментальном материале в области теории фильтрации суспензий через зернистые материалы; теории стесненного осаждения частиц взвеси или теории

Рис. 21. Контактный осветлитель

1-зернистая загрузка; 2-распределительная сеть большого сопротивления из дырчатых труб; 3-желоба; 4-сборный карман;5-смесительная шайба; 6-воздушные трубки; 7-переливная труба; 8-подача речной воды; 9-подача промывной воды; 10-отвод осветленной воды; 11-в сток взвешенного слоя, а также моделирования технологических процессов применительно к очистке питьевых и сточных вод. Эти работы опубликованные в 1955 и 1961 гг., опередили зарубежные исследования в данной области.

водоснабжение канализация фильтр напорный

В США, как и в СССР, источниками водоснабжения служат главным образом открытые водоемы. Но в области очистки воды там до сих пор не отошли от известных технологических схем. Так, например на вновь построенной крупной водопроводной станции для снабжения водой одного из районов Чикаго с водозабором из озера Мичиган принята схема очистки в двухъярусных горизонтальных отстойниках с последовательным движением воды и фильтрации 4,9 м/час)

В СССР испытали в производственных условиях двухслойные кварцевые антрацитовые фильтры, работающие при скорости фильтрования 10-12 м/час и обладающие грязеемкостью, в 3-4 раза большей, чем обычные кварцевые фильтры. Двухслойные фильтры успешно работают на фильтровальных станциях Москвы (Северная станция), Волгограда, Глазова и других городов. Они предусмотрены в проектах ряда вновь строящихся очистных и водоумягчительных станций, а

также в типовых проектах фильтровальных станций, утвержденных Госстроем СССР.

Для очистки воды, предназначенной для производственных целей, используется оригинальный тип автоматического, сверхскоростного напорного фильтра с начальной скоростью фильтрования до 100 м/час, предложенный в 1933 г. Г.Н. Никифоровым. Этот фильтр (рис. 22) послужил прототипом для некоторых конструкций сверхскоростных фильтров, применяемых за рубежом.

Широкое применение для очистки засолоненных поверхностных и подземных вод нашел катионитовый метод умягчения воды, в разработке и внедрении которого приняли участие сотрудники ВОДГЕО и других организаций (В. Н. Клячко, Н. П. Неселенко и др.) и специалисты производственники. В этих целях в СССР организован промышленный выпуск высокоемких катионитов (сульфоутоль, катиониты Ку-1, Ку-2, КБ-4), не уступающих по качеству лучшим иностранным образцам. Освоение в СССР технологии производства органических катионитов и анионитов позволило внедрить в практику водоподготовки химическое обессоливание воды ионитовым методом.

Большая работа проделана ВОДГЕО в содружестве с работниками проектных институтов и производства по улучшению качества воды, требуемой для котлов высокого давления теплоэнергетических установок, химической и других отраслей промышленности, в том числе по ее обескремниванию, освобождению от железа, марганца, дегазации и пр. Разработаны также эффективные методы по предохранению стальных труб

Рис. 22. Сверхскоростной напорный фильтр системы Г. Н. Никифорова камерного типа производительностью 75 м3/час

а-вертикальный разрез; б- разрез по 1-1; 1-кольцевой пояс фильтра; 2-центральная труба; 3-дренажная решетка; 4-напорный трубопровод исходной воды; 5-неподвижный распределительный барабан; 6-окно или щелн для поступления воды из распределителя барабана в камеры фильтра; 7-отверстия, соединяющие центральную шахту с поддренажным пространством; 8-напорный трубопровод фильтрата; 9-передаточные устройства с электродвигателем для вращения промывного патрубка; 10-промывной патрубок с приемным отверстием; 11-сплошное поддренажное пространство; 12-неподвижный стояк для отвода промывной воды; 13-задвижка сопротивления для регулирования интенсивности промывки:

14-перегородки между камерами фильтра; 15-люк у камеры фильтра коррозии. В последние годы в СССР и за рубежом, помимо широко практикуемого способа обеззараживания воды хлором, стали применять методы дезинфекции ее бактерицидными лучами. Для этого сотрудником Академии коммунального хозяйства В. Ф. Соколовым сконструированы аппараты, обеззараживающие воду ультрафиолетовыми лучами. В качестве источников излучения используются аргоно-ртутные лампы низкого давления. Однако ввиду небольшой мощности ламп этот способ применяется только для стерилизации сравнительно небольших объемов воды. Расход электроэнергии составляет от 10 до 30 квт на 1000 м3 обеззараживаемой воды. Установки по бактерицидному облучению воды работают на городских водопроводах в Москве, Фрунзе, Уфе, Ташкенте и других городах.

В некоторых странах, в том числе Франции, Италии, Бельгии, Англии Румынии, США, обеззараживание и снижение цветности воды осуществляется с помощью озонирования. Этот прогрессивный метод вновь начинает внедряться и в Советском Союзе. Однако необходимо отметить, что наряду с положительными этот метод имеет и отрицательные качества, одним из которых является большой расход электроэнергии.

В последние годы в санитарной технике начинают применяться трубы из пластических масс, что дает огромную экономию металла. Кроме того, трубы из пластических масс не подвергаются коррозии, устойчивы против гидравлического удара и т.д. Широкое применение получают железобетонные напорные трубопроводы. Так, например, в Бельгии построены водопроводные магистрали диаметром 800, 1000 и 1200мм протяженностью 300 км и давлением 12 ати. В Северной Африке успешно применяются такие трубы диаметром 4-5 м. В СССР в ближайшие годы получат широкое распространение железобетонные трубы с предварительно напряженной арматурой для городских и промышленных водопроводов.

Для увеличения надежности работы фильтров и экономии металла целесообразно широко применять распределительные системы большого сопротивления с колпачками из фарфора или из пластмассы, а также из железобетонных плит с калиброванными отверстиями. К современной сетевой арматуре относятся задвижки с пневматическими приводами и кольцевые клапаны, которые могут применяться в качестве запорного приспособления, регулятора расхода, или автоматического затвора в случае разрыва трубопровода, а также для целей измерения расхода воды.

Для водоснабжения отдельных зданий и небольших населенных мест при использовании воды из открытых водоемов с успехом могут применяться кизельгуровые фильтры.

В области теории и техники устройства канализации в населенных пунктах и промышленных предприятиях в СССР также достигнут значительный прогресс. Так, в результате исследований, проведенных Н. Ф. Федоровым, предложена новая формула, учитывающая физико-химический состав сточных вод, справедливая как для квадратичной, так и для переходной, даже гладкой области движения сточных вод, в то время как формула Павловского действительна лишь для квадратичной области.

При расчете сетей они дают более близкие к практике скорости движения сточных вод по трубам и каналам, при которых обеспечивается их самоочищение, что имеет большое значение для правильной эксплуатации сетей.

В Ленинградском научно-исследовательском институте Академии коммунального хозяйства с 1931 г. под руководством Н. Н. Белова проводилась большая исследовательская работа по теории расчета дождевых и общесплавных канализационных сетей. Эта работа продолжалась и после Великой Отечественной войны М. В. Молоковым и Г. Г. Шигориным. В результате предложен уточненный метод расчета дождевых сетей, который по сравнению с методом П. Ф. Горбачева дает экономию на строительстве дождевых сетей примерно 30%.

До недавнего времени в СССР общесплавная система канализации по санитарным соображениям совершенно не применялась, так как при работе ливнеспусков предполагалось, что в водоем вместе с дождевой водой попадает также значительное количество загрязненных сточных вод. В то же время за рубежом, главным образом в европейских государствах и в США, лишь около 20% городов имеют раздельную канализацию. В остальных городах устроена общесплавная или комбинированная- раздельная с общесплавной-система канализации. Применявшийся при этом эмпирический способ расчета и отсутствие проверенных данных эксплуатации не позволяли в достаточной мере оценить санитарный эффект работы общесплавной канализации по сравнению с раздельной. Широкий охват исследований, проведенных в Ленинградском научно-исследовательском институте АКХ, позволил установить с достаточной ясностью, что общесплавная система канализации не уступает в санитарном отношении раздельной системе, а в определенных условиях стоимость ее строительства и эксплуатации значительно ниже раздельной системы.

В настоящее время канализация проектируется и строится по общесплавной системе в 14 городах СССР, в том числе и в Ленинграде, где она является единственно возможной и где устройство перехватывающих коллекторов, главным образом вдоль водных протоков, позволяет присоединить к ним всю существующую сеть и ликвидировать имеющиеся многочисленные выпуски сточных вод в открытые водоемы. При этом сборные коллекторы имеют значительные сечения и располагаются на больших глубинах, достигающих 18 м.

В сложных гидрогеологических условиях Ленинграда строительство таких коллекторов осуществляется тоннельным способом со щитовой проходкой (рис. 23).

Опыт Москвы и Ленинграда свидетельствует о том, что стоимость строительства канализационных коллекторов тоннельным способом в ряде случаев может быть ниже стоимости открытым способом. Крепление тоннеля в зависимости от местных условий может выполняться железобетонными тюбингами и керамическими блоками, а также деревянной обделкой. Такой метод строительства крупных коллекторов в ближайшие годы получит широкое распространение и особенно в крупных городах, так как он в значительной

Рис. 23. Проходка коллектора под набережной р. Фонтанки щитом диаметром 2,47 м мере дает возможность механизировать процессы производства и не нарушает работу транспорта и подземных коммуникаций. Кроме того, этот метод позволяет наиболее рационально в определенных случаях давать проектные решения канализации населенных мест и промышленных предприятий.

Очистка сточных вод в СССР строго регламентируется законом. В то время действовал «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами», утвержденные 15 июля 1961 г. Этими правилами определяются условия спуска сточных вод в водные протоки, а также рассчитывается необходимая степень очистки сточных вод и населенных мест до выпуска их, в водоем. Кроме того, постановлением Совета Министров СССР от 15 сентября 1956 г. все промышленные предприятия обязаны очищать свои стоки перед выпуском в водоем.

В 1960 г. были приняты постановление Совета Министров СССР «О мерах по упорядочению использования и усиления охраны водных ресурсов СССР» и закон Верховного Совета РСФСР «Об охране природы». Эти решения направлены на улучшение санитарно-гигиенических условий жизни советских людей.

Хотя по масштабам охвата канализацией населенных пунктов Советский Союз еще не достиг уровня передовых капиталистических государств, однако теория расчета очистных сооружений стоит в СССР на значительно более высоком уровне, чем за рубежом. Разработаны новые оригинальные типы и конструкции очистных сооружений, которые используются также на некоторых зарубежных станциях.

Важное значение а развитии теории и техники очистки сточных вод имела Комиссия по очистке сточных вод, созданная в 1904 г.. в Москве. Назначение Комиссии заключалось в разработке методов биологической очистки сточных вод ввиду увеличивавшегося загрязнения Москвы-реки. В состав Комиссии входили проф. В. В. Вильяме (почвовед), проф. С. П. Лангавой (химик), проф. Г. Н. Габричевский (бактериолог), проф. Н. Н. Худяков (бактериолог), проф. Я. Я. Никитинский (микробиолог), некоторые санитарные деятели и т. д.

После Великой Октябрьской социалистической революции руководство научно-экспериментальными работами по московской канализации осуществлялось специально созданным научно-исследовательским отделом треста Мосочисгвод, во главе которого стоял крупнейший советский ученый в области очистки сточных вод проф. С. Н. Строганов. Разработанные здесь научные проблемы имели общесоюзное значение, формировали советскую науку об очистке сточных вод.

Из наиболее важных работ, выполненных С. Н. Строгановым и его сотрудниками, следует отметить разработку метода неполной биологической очистки сточных вод в аэротенках (1917-1919), а также разработку аэрофильтров, впервые проверенных в эксплуатационных условиях на Кожуховской станции аэрации в 1929 г.

В 1923 г. прием очистки сточных вод в аэротенках на неполную очистку был применен в Бирмингеме (Англия). В дальнейшем он получил распространение в США как метод предварительной аэрации сточных вод до направления их в первичные отстойники.

Что же касается аэрофильтров, то в 30-х годах XX в. они под названием «фильтров Строганова» распространялись в США и европейских странах. В дальнейшем фильтр Строганова здесь стали относить к высоконагружаемым биофильтрам, а в США авторство аэрофильтров приписывают Ходгсону.

Работы, выполненные сотрудниками С.Н. Строганова, продолжают оставаться руководящим началом для всех специалистов, занятых вопросами очистки сточных вод. Так, К.И. Корольковым выполнены исследования но метановому брожению осадка сточных вод, даны обоснованные расчеты аэротенков. Н. А. Базякина провела обширные исследования окислительных процессов при очистке сточных вод, а А.А. Карпинский предложил новый метод расчета горизонтальных песколовок.

Большие научно-исследовательские работы проведены Всесоюзным научно-исследовательским институтом ВОДГЕО (П. С. Белов, А. И. Жуков, М. М. Калабина и др.), главным образом в области очистки производственных сточных вод. Им разработаны методы: очистки сточных вод от термической обработки топлива, металлургических заводов и пр.; расчета горизонтальных и радиальных отстойников, учитывающие кинетику выпадения взвешенных веществ из сточной жидкости; очистки и доочистки нефтесодержащих сточных вод; биологической очистки концентрированных производственных сточных вод.

Вопросами очистки производственных сточных вод в СССР занимается также ряд отраслевых научно-исследовательских институтов и высших учебных заведений. Так, например, Центральный научно-исследовательский институт бумаги успешно разработал методы биологической очистки и утилизации сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности. Научно-исследовательский институт гидролизной промышленности разработал метод биологической очистки чрезвычайно загрязненных стоков гидролизной промышленности и т. д.

Значительный вклад в развитие теории и техники очистки сточных вод внесли коллективы сотрудников кафедр канализации инженерно-строительных институтов. Так, кафедра канализации Ленинградского инженерно-строительного института разработала методы очистки сточных вод мясокомбинатов, новые методы расчета и конструирования вертикальных и горизонтальных отстойников, новые конструкции метантенков с плавающими перекрытиями, новые типы осветлителей с естественной аэрацией, иловые площадки с механизированным удалением подсушенного осадка и др. Кафедра Московского инженерно-строительного института разработала метод расчета высоконагружаемых биофильтров, а Одесского инженерно-строительного института метод расчета канализационных сооружений и т. д.