От авторов:
В настоящее время одной из ключевых проблем устойчивого развития современной цивилизации является проблема снабжения населения чистой и безопасной водой. По разным оценкам до 1,1 млрд. чел. (17% населения) находятся в зоне риска из-за недостатка чистой питьевой воды, 400 млн. детей не имеют возможности пользоваться безопасной водой. В данной книге основное внимание уделено современным методам водоподготовки, используемым при организации централизованного водоснабжения населения, при этом кратко рассмотрены организационные и экономические аспекты применения технологий. Настоящее издание будет полезно специалистам в области водоснабжения, студентам, обучающимся по направлениям: «Техносферная безопасность», «Строительство», «Экология и природопользование», «Химия», а также всем тем, кто интересуется проблемами, встающими перед организацией централизованного водоснабжения.
Авторы выражают признательность Минобрнауки за финансовую поддержку издания книги (проект ПНИЭР RFMEFI58015X0004)
Рецензент: д.т.н., профессор Пупырев Е. И., президент Международного союза проектировщиков, председатель экспертно-технологического совета РАВВ, профессор НИУ МГСУ
Значение воды как ресурса жизнедеятельности и экономического развития государства невозможно переоценить, и в истории развития цивилизации водному фактору всегда придавалось большое значение. Возможность обеспечения питьевой водой была основой для роста поселений, городов и мегаполисов уже начиная с древних цивилизаций Шумера, Вавилона и Египта (см. напр., [1, 2]). Разумеется, тогда речь шла только о транспортировке воды к поселениям. Водоводы – акведуки строились тогда от источника воды к месту поселения людей, которое располагалось ниже этого источника по высоте. Как правило, водоводы – акведуки представляли собой многокилометровые грандиозные конструкции в десятки метров высотой. В настоящее время многие акведуки – это памятники архитектуры, и место паломничества туристов. Конструкции сооружались из разных материалов, при этом чаще наиболее часто использовался камень, а наибольшего мастерства в этом вопросе достигли инженеры Древнего Рима.
Известно, что первый водопровод, протяженность которого составляла 16 км, появился в Риме в 312 г. до н. э. Уже к концу I века н.э. совокупная протяженность водопроводов в Риме увеличилась более, чем в 25 раз, было сооружено было девять акведуков, по которым в «вечный город» поступало до 700 тыс. м>3 воды в день. Основой технологии подготовки воды являлся принцип естественной фильтрации, которая осуществлялась в последовательно соединенных резервуарах.
Жизнь крупных древних городов была немыслима без водоснабжения. Водоводы – акведуки сооружались повсеместно, и, к примеру, в сам Рим вода подавалась 11 акведуками. Однако самый протяженный акведук был построен римскими зодчими даже не в Италии, а на территории современного Туниса, для водоснабжения того самого пунического города Карфаген, который «должен быть разрушен», но был завоеван и стал римской провинцией. Там римляне построили водовод – акведук длиной 132 км, высота которого на некоторых участках была выше 20 м. Это по современным оценкам давало возможность подавать в город примерно 400 л/с воды. Сооружения по сбору воды в горах и некоторые фрагменты инфраструктуры этого гиганта, пережив практически 2 тысячелетия, сохранились до наших дней.
Помимо водоводов, древние города имели инфраструктуру как для хранения воды, так и для водоснабжения отдельных потребителей. В столице Византийской империи Константинополе, к примеру, существовало более 40 подземных водохранилищ. Так как в пределах города источников пресной воды не было, приходилось доставлять воду. Система водоснабжения Константинополя, обеспечивающая перемещение воды на расстояние порядка 650 км, не имела аналогов в античном мире. Основной водовод начинался в 240 километрах к западу от Константинополя в провинции Фракия. Сам водовод должен был идти под наклоном, чтобы поддерживать течение воды. Система включала и подземные тоннели, и каналы на поверхности земли, и акведуки и некоторые из них сохранились до наших дней.
Как мы понимаем, подвести воду в Константинополь было лишь половиной решения проблемы, т.к. воду надо было где-то хранить, что сложно в условиях городской застройки. Решением проблемы сохранения воды жители города были обязаны византийским инженерам, которые построили изумительную систему подземных водохранилищ. Со временем было создано более 150 подземных накопителей воды, а крупнейший из них – цистерна Базилика. Размеры самой цистерны – 140×70 метров (достаточно, чтобы наполнить водой почти 30 олимпийских пятидесятиметровых бассейнов). Своды цистерны поддерживают 336 колонн 8-метровой высоты. Этот резервуар строился почти 250 лет, в 4—6 веках н.э., после чего около 1000 лет использовался для хранения запасов питьевой воды. В настоящее время Цистерна Базилика является одним из самых популярных музеев Стамбула. Водохранилища поддерживали водоснабжение города в достаточном объеме даже летом в отсутствии дождей, когда акведук давал очень мало воды.
Красивым примером, показывающим очень высокий уровень развития технологий древнего мира, является Эфесский водопровод. Это сооружение было керамическим, подземной или надземной прокладки. Собирался водовод из небольших трубных секций, которые соединялись между собой растровыми соединениями (этот принцип соединения использовался и в Константинополе). Такого технологического уровня инфраструктуры знаменитые европейские города достигнут только к 18—19 веку.
Достаточно долгое время система обеспечения водой населения Европы по качеству намного уступала системе древнего Рима. К сожалению, на долгое время были утрачены технологии античных мастеров, централизованные системы водоснабжения отсутствовали, и все это серьезно ухудшало условия жизни и способствовало возникновению различного рода эпидемий.
Следует отметить, что история водоснабжения знает многое про системы транспортировки воды в Южной Америке. Эти были оригинальные и весьма технологичные системы транспорта воды, и создавались они индейскими племенами Южной Америки. Речь идет не о наземных сооружениях, но о системах сложных каналов и водохранилищ, которые позволяли транспортировать воду с гор к местам проживания людей. Кумбе-Майо, самый древний акведук такого типа на территории Южной Америки, длина которого около 8 км, был построен на высоте 3,3 км предположительно около 1500 г. до н. э. Совершенно уникальным инженерным сооружением была система водоснабжения священного города инков Мачу-Пикчу, построенного на высоте 2450 метров над уровнем моря, в Андах, на территории современного Перу в 15 веке н.э. – чистая вода из высокогорных источников направлялась в город системой искусственных каналов.
