История науки и техники. Материалы и технологии Часть 2
.pdfвставать и ложиться надо с зарей. Для домашних дел хватало света от трех окон на главном фасаде дома. И лишь зимой хо зяева зажигали лучины да фитили, а в праздники - свечи.
До XIV в. стекол в европейских домах не было. Затем они появились только в богатых домах. В России оконное стекло появилось с XVII в. До этого использовалась слюда, бычий пу зырь, ветошь.
В эпоху классицизма в Западной Европе, чтобы сэкономить на источниках света, стали делать стены залов и опочивален зеркальными. Это увеличивало свет от одной свечи в 4 раза.
Светильный газ применялся сначала только для освещения улиц, а в последнее время и в домашних помещениях. Впервые возможность получения горючих газов при помощи коксования открыл в 1682 г. Немецкий изобретатель Иоганн Бехер. В 1739 г. англичанин Джон Клейтон пытался получить газ из ка менного угля заводским путем. Есть сведения о применении га за, полученного при коксовании каменного угля, в Северной Англии в 1765 г. Удачный технологический процесс был создан учеником Уатта Мердоком. В 1792 г. в Англии появился пер вый завод для получения светильного газа. В 1802 г. Винцлер получил от короля Георга III патент на освещение городов га зом. В честь заключения Амьенского мира был освещен завод Болтона в лондонском районе Сахо. Незадолго до этого фран цуз Лебон получил светильный газ из древесных опилок.
Получение огня когда-то было очень трудным делом. Затем стальное колесико, кремень и трут сделали розжиг топлива и воспламенение пороха достаточно простым. В 1832 г. появи лись фосфорные спички, в 1848 г. - более совершенные швед ские. После 1910 г. начался триумф бензиновых зажигалок, ко торые в 5 раз экономичнее спичек.
Недолгая жизнь газовых фонарей объясняется тем, что очень скоро на смену им пришло электрическое освещение. По следнее достижение технического прогресса - компьютерная система освещения дома, управляемая радиопультом. Считает ся, что человек потребляет обычно света в 100 раз больше, чем ему необходимо.
10.2. ВОДОСНАБЖЕНИЕ И КАНАЛИЗАЦИЯ
10.2.1. От древности до наших дней
Первые поселения возникали чаще всего у источников чис той воды: родников и ключей. Потом появились колодцы. Ко лодцы в Египте достигали глубины 90 м. Скифский колодец глубиной 11м имел форму усеченного конуса с диаметром 7 м на поверхности земли и 3,6 м на дне. Хетты строили для водо снабжения тайники.
Вчетвертом и третем тысячелетиях до н.э. в долинах Нила, Тигра, Евфрата, на реках Индии и Китая строились каналы, пло тины, водохранилища для задержки воды в паводковый период. Расходовалась вода по мере надобности в сухое время года. Ис пользовались каменные, керамические и металлические (мед ные и свинцовые, реже бронзовые) трубы.
ВГреции и Древнем Риме основными источниками водо снабжения были подземные ключи, которые благоустраивались. Около источника часто строился храм, посвященный покрови телю родника. Для сбора дождевой воды устанавливались цис терны (Афины, Константинополь). Для этого в каменистом грунте вырывался котлован, применялась известковая штука турка. Подземная цистерна в Стамбуле, сохранившаяся со вре мен Византийской империи ныне, превращена в музей, который посещают тысячи туристов. Водоводы к городам были, как пра вило, закрытыми. В античных Афинах с 200-тысячным населе нием действовало 18 независимых водопроводов. Запорная ар матура была деревянной или металлической (Кран современно го типа с кожаной прокладкой был запатентован только в сере дине XIX в. знаменитым лордом Кельвином.) В Афинах име лась и канализационная система с главным коллектором, резер вуаром для осветления и распределения по полям орошения.
ВIV в. до н.э. в Пергаме (Малая Азия), построенном на вы соком холме, был сооружен водопровод. Вода подавалась с Мадарских гор с высоты примерно 200 м. Там были расположены сборные башни и отстойники. Трубопровод проходил по скло нам двух вершин через перевал. Расстояние от источников воды до города было свыше 3 км. Использовались бронзовые трубы.
Древний Рим использовал все знания, полученные от этру сков и греков. Система водоснабжения до сих пор поражает своим размахом: питьевая вода, бассейны, термы (горячие ван ны), фонтаны, поливка растений. В период расцвета Римской империи в столицу шел поток в 11 куб. м в секунду. Это состав ляло 2/3 объема водоснабжения Большого Лондона в 1954 г. Термы Каракаллы имеют 229 м в длину и 116 м в ширину, за нимая площадь больше площади Британского музея. Каждый римлянин получал 560 л воды в сутки (европейская норма сей час 235 л в сутки). Население Рима в период расцвета города достигало 1 млн. Правда вода была низкого качества, мутная и жесткая. В конце канала имелся осадочный бассейн.
Подача воды обеспечивалась 14 водопроводами общей длиной 436 450 м, в том числе 63 774 м акведуков и 2 405 м тон нелей. Использовались гравитационные водопроводы из тесо вого камня, бута, кирпича, бетона. Первый римский акведук (почти полностью подземный) сооружен в 312 г. до н.э., по следний - в 226 г. н.э. Всего было 11 акведуков. В 97 г. н.э. сис тема водоснабжения была описана в книге Фронтона «О водо проводах», в которой изложены эмпирические правила по стройки водопроводов.
Готы разрушили во время осады Рима многие акведуки. В 594 г. н.э. последнее водопроводное сооружение прекращает свою работу. В XI в. началось восстановление системы водо снабжения, в XVI в. она была восстановлена. По ней и сейчас вода поступает в Рим.
Древнейшее водоотводное устройство в Риме - клоака Максима - уцелело со времени царствования Тарквиния Приска (616-578 гг. до н.э.). Первоначально клоака служила для осу шения низменной болотистой части Рима. В начальной части она представляла собой открытый канал, затем подземный ка нал, ведущий к Тибру. При Тарквинии Гордом (534-509 гг. до н.э.) к клоаке пристроили боковые каналы и кроме грунто вых вод она стала отводить и нечистоты. Работала она до XIX в. Ширина ее изменилась от 3,15 до 4,5 м, высота - от 4,1 до 4,2 м. Боковые каналы имеют меньшие размеры. Выполнена клоака из тесаных камней размерами 2,5 на 0,8 м, уложенных насухо. За-
тем уложен бутовый камень с облицовкой из кирпича. Имеются вертикальные колодцы для приема нечистот и вентиляции.
Развитая система водоснабжения и водоотведения, включая общественные туалеты, имелась не только в столице, но и во многих других городах Римской империи.
Водоснабжение и канализация в средние века пришли в упадок, застой длился до XVI в. Городское население в Европе уменьшилось. В Германии не было городов с населением более 10 тыс. человек. В Риме в VII в. н.э. было только 35 000 тысяч жителей. В Москве в 1571 г. было 41500 домов, жителей - больше чем в Лондоне.
Отбросы и нечистоты выбрасывались из домов на не моще ные улицы. В Германии и Швейцарии переулки, служившие границами владений, предназначались для стока с крыш дожде вой воды и приема отбросов и нечистот. Зловоние распростра нялось до второго этажа. Загрязнение и заражение грунтовых вод вызывало эпидемии. В Париже в конце XVII в. было всего три километра водостоков. Тамошний мэр горько жаловался на несознательность обывателей, выливающих свои полновесные горшки на головы прохожим. То же самое происходило, по сви детельству Хоггарта и Диккенса, в Англии.
В XII в. во Франции (графство Артуа) были впервые пробу рены глубокие колодцы, получившие название артезианских. В 1430 г. в Германии была создана сверлильная машина для изго товления деревянных труб. Во многих городах этой страны, не смотря на многочисленные войны, сохранились в качестве му зейных экспонатов действующие элементы системы водоснаб жения на базе дубовых труб. К 1500 г. во всех крупных городах Германии действовали водонасосные станции. Например, к 1550 г. относится письменное упоминание о водопроводе в Аугсбурге. Использовались водяные колеса, архимедовы винты, водонапорная башня и система трубопроводов. В 1582 г. в Лон доне была построена приливная мельница у Лондонского моста, водяное колесо служило приводом для поршневых насосов. Строительство велось под руководством голландского инжене ра Питера Мориса.
Знаменитый астроном Коперник построил в городе Фромберге, где он жил долгие годы и где находится один из посвя224
щенных великому ученому музеев, городскую напорную водо проводную станцию. Она включала в себя плотину, дамбу, во дохранилище с отводным четырехкилометровым каналом, во донапорную башню. Воду в башню подавали с помощью двух архимедовых винтов, установленных последовательно.
В Великом Новгороде действовал самотечный трубопровод, подававший воду от родника до княжеского дворца на Ярославо вом дворище. Использовались деревянные трубы, сделанные из двух половин. Внутренний диаметр - 140 мм, наружный - 300 мм.
Заметный прогресс начался с XVIII в. В 1732 г. де Мур предложил центробежный насос для подачи воды, в 1761 г. для подъема воды из Темзы стала применяться паровая машина, в 1797 г. Мангольфьер применил для этой цели гидравлический таран, в 1781 г. паровая машина для подъема воды стала приме няться в Париже. С XVIII в. в Англии стали широко использо ваться чугунные трубы.
Тем не менее санитарные условия продолжали оставаться в городах ужасными. Они вели к различным заболеваниям. Так, холера в Лондоне в 1832-33 гг. унесла в могилу 6000 человек, в 1849 г. - 14 600 человек, в 1854 - 10 700 человек.
В 1842 г. адвокат Эдвин Чэдвик и лорд Эшли представили в парламент отчет о санитарных условиях жизни трудящегося на селения. Оно оказалось хуже, чем в древнем Риме или Вероне. В 1847 г. Джон Филипс обследовал санитарное состояние Лон дона. Выгреба были переполнены, стоки отсутствовали. Нечис тоты заполняли погреба, загрязняя грунтовые воды. Это и было причиной эпидемий. От загрязненных грунтовых вод страдали и обеспеченные слои населения. В разветвленную сеть каналов производился отвод сточных вод промышленных предприятий. Реки Англии во второй половине XIX в. представляли собой грязные зловонные каналы. Из-за зловония однажды даже при шлось прервать заседание парламента. Недаром первый патент на бытовой фильтр в Англии был выдан еще в 1790 г.
1848 г. парламент принял решение об улучшении качества водоснабжения и водоотведения. Были созданы местные сани тарные управления. Постепенно ватерклозеты в Англии стали обычным домовым устройством, а в Лондоне - обязательным. Уже в 1829 г. Джемс Симпсон поставил первый медленный
песчаный фильтр в Лондоне. В 30-е годы песчаные фильтры стали применяться почти повсеместно. В 1852 г. английский парламент принял решение об обязательном фильтровании всей воды Лондонского водопровода. В 1884 г. Хайет получил па тент на очистку воды скоростными фильтрами с предваритель ной коагуляцией сернистым глиноземом. В 1885 г. была осуще ствлена установка первого скоростного фильтра в США. Для обеззараживания воды стали применяться гипохлорат натрия и хлорная известь. Озонирование воды в Англии стали проводить с 1898 года, хотя патент озонатора Вильгельма Сименса отно сится к 1857 г.
Самая длинная магистральная водопроводная линия длиною 563 км протянулась на Западе Австралии. Самая глубокая во
дяная скваж ина имеет длину 2231 м. Самая высокая водона порная башня на гиперболическом основании системы В .Г Ш у хова достигает 72 м.
Очистка сточных вод на полях орошения впервые появи лась в Англии после доклада Чэдвика (1842 г.), в Париже - в 1867 г., в Берлине - в 1870, в Одессе - в 1887, в Киеве - в 1884, в Москве (Люблинские поля орошения) - в 1897 г. В 1913 г. стали функционировать Люберецкие поля фильтрации.
Вконце XIX в. появились биологические фильтры. В 1887 г. английский химик Дибдин предложил идею очистки сточных вод в аэротанках, которую практически осуществил инженер Фоулер в Манчестере лишь в 1912 г. Добавляемый к сточной воде ил, населенный аэробными бактериями, и актив ный ил были разработаны в США.
В1890 г. в Лондоне было 5,7 млн. жителей, 184 насосные станции и водопроводные пути общей длиной 7 700 км. Города Англии стали самыми здоровыми в мире. В Петербурге смерт ность была на 15% выше, чем в самом неблагоприятном районе Лондона. Смертность в Нью-Йорке была выше, чем в Манче стере; в Париже и Берлине - выше, чем в Ливерпуле.
Доклад Чэдвика (Edvin Chadwick) стал поворотным пунк том в истории санитарии.
10.2.2. Московская вода
Первый водопровод появился в Москве в XIV в., в годы правления Ивана Калиты. На территории Кремля выстроили потайной колодец, воду в который подавали самотеком по де ревянной трубе из Москвы-реки. К 1389 г. относится упомина ние о гидросиловой установке в Москве: Дмитрий Донской за вещал своей жене село с мельницей на реке Яуза.
Второй кремлевский водопровод появляется на рубеже XVI в., во времена Ивана III. Когда строили каменные стены Кремля, под Собакиной башней обнаружили ключ с чистой питьевой водой и провели самотечную галерею к Троицкой и Никольской башням и в центр Кремля.
Спустя полтора века пришла пора и третьего кремлевского водопровода. Тогда Кремль был настоящим городом в городе. Здесь насчитывалось до двадцати улиц, находились два мона стыря, храмы, дворцы и все необходимое для жизни - конюш ни, поварни, бани. Многочисленные сады на территории Крем ля требовали значительного объема воды.
Горожане, жившие вне стен Кремля, черпали воду из водо емов, которые год от года становились все грязнее. Дело в том, что нечистоты тогда выбрасывали и на лед рек, весной в паво док эта грязь попадала в воду, что приводило к страшным эпи демиям, выкашивавшим целые районы. Кто был побогаче - ры ли колодцы.
Во время царствования Екатерины II москвичи не раз об ращались к императрице с просьбами провести в город чистую питьевую воду. В 1779 г. императрица издает указ, которым по велевает наладить водоснабжение столицы. Работы поручаются инженеру Бауэру, генерал-поручику. На эти цели выделяется очень большая по тем временам сумма - 1 млн. 100 тыс. руб. Императрица повелела также выделить 400 солдат для строи тельства водопровода.
Бауэр начал с поисков крупных источников воды. Естест венные ключи были вблизи подмосковного села Большие Мы тищи, на Пресне, в селе Преображенском, за Рогожской и Трех горной заставами и в других местах. Наиболее сильными оказа лись мытищинские (Святой и Громовый ключи). От них-то и
началось строительство московского водопровода с самотеч ным потоком воды.
От села Большие Мытищи воду подавали по кирпичной подземной галерее. Она проходила примерно по трассе нынеш ней Ярославской железной дороги. В районе нынешней улицы Докукина через речку Яузу проложили акведук - сохранивший ся до наших дней арочный мост, названный в народе «милли онным». Строительство водопровода продолжалось четверть века, ему помешали две русско-турецкие войны. Пришла мы тищинская вода в столицу 28 октября 1804 г. Эта дата считается днем рождения московского водопровода.
По расчетам Бауэра, из Мытищ можно было выбирать по 330 тысяч ведер в сутки. Но за долгие годы строительства гале рея просела, не очень прочной оказалась кирпичная кладка и часть воды терялась. Поэтому, несмотря на несколько крупных переделок водопровода, проблема обеспечения города водой сохранялась долгие годы. Москва по-прежнему задыхалась от ее недостатка.
После завершения строительства и начала эксплуатации к 1826 г. в водопроводной сети был замечен ряд дефектов и про сачивание в нее грунтовых, недостаточно чистых, вод. В том же году - уже император Николай приказывает привести в порядок систему водоснабжения. Половину издержек по исправлению водопровода возложили на государственное казначейство, а другую часть, по постановлению Комитета министров, решено было взять из «экономических сумм московской столицы». Ра боты были проведены к 1835 г. Часть екатерининской магист рали от Мытищ до села Алексеевского была признана доста точно исправной, за исключением небольшого участка в Со кольниках, где в 1828 г. обвалилась водопроводная галерея. Из Алексеевского в резервуар Сухаревой башни вода потекла в но вых чугунных трубах. Вблизи села было устроено водоподъем ное здание с двумя паровыми машинами. От Сухаревой башни вода направлялась в шесть водоразборных фонтанов на город ских площадях: Шереметевский (на Сухаревской), Лубянский (на Лубянской), Петровский (на Театральной), Воскресенский (на Воскресенской), Варварский (на Варварской) и малый фон тан в Зарядном переулке. На последнем заканчивалась магист228
раль Мытищинского водопровода. От больших фонтанов были
иотводы: от Шереметевского - в Сандуновские бани, от Лубян ского - в три водоема на случай пожара в Китай-городе (на Ни кольской, Ильинке и Варварке) и в бани купца Челышова. От Петровского фонтана вода шла также в бани Челышова и по ступала во Временную тюрьму («Яму», имевшую свою баню, построенную стараниями А. Шульгина). От Воскресенского фонтана снабжались здания Кремлевского дворца, а от Варвар ского - Императорский Воспитательный дом. Обновленный во допровод давал в сутки 200 тыс. ведер воды.
Шли годы, и в водопроводе снова появились трещины. Объем доходящей до водоразборных сооружений воды умень шился вдвое, а население города в это время значительно уве личилось.
Решено было устроить при Бабьегородской плотине на Мо- скве-реке водоподъемное здание. От него после 1852 г. вода по чугунным трубам пошла к Арбатской и Тверской площадям. Но в этих районах уже не устраивались фонтаны. Вода лилась из публичных колодцев с бассейнами. Излишки воды из этих ко лодцев запасались в подземных резервуарах.
В1853-58 гг. начальником московского водопровода был инженер Дельвиг (двоюродный брат поэта Дельвига). За пять лет он полностью перестраивает Мытищинский водопровод. Это была революция - из самотечного водопровода делают во допровод напорный, все утечки сразу прекращаются. С 1 нояб ря 1858 г. в Москву поступает 500 тыс. ведер воды в сутки.
ВМытищах Дельвиг устанавливает два резервуара - один надземный, а другой под землей. В верхний резервуар подают воду под давлением - с помощью водоподъемной машины. Вместо кирпичной галереи до села Алексеевское прокладывают чугунную проводку, поблизости сооружают подстанцию с во доподъемными машинами. Появляются первые элементы на стоящего водопровода - 45 км чугунных труб. Заслуга Дельвига
ив том, что в Москве были построены первые 15 пожарных ко лодцев. До этого пожары в Москве тушились в основном с по мощью топора - им рубили стоящие рядом с загоревшимся до мом строения.
Мытищинкий водопровод, давая 500 тыс. ведер в сутки, снабжал водою левую сторону Москвы-реки. В дополнение к существующим водопроводам были построены еще Ходынский, Преображенский, Андреевский и Артезианский. В 1862 г. на одного москвича приходилось в сутки 1,5 ведра.
Москва росла и через 10-15 лет ей не стало хватать и 500 тыс. ведер в сутки. В 1890-93 гг. Мытищинский водопро вод реконструируют вновь. Там ставят современные (по меркам конца XIX в.) насосы, заменяют на больший диаметр водовод до села Алексеевское, перестраивают тамошнюю водоподъем ную станцию и прокладывают в две нитки водовод до Сухаре вой башни. Вода поступала во вновь устроенные у Крестовской заставы водонапорные башни, а оттуда - в обширную город скую сеть. На устройство нового Мытищинского водопровода было затрачено 5,5 млн. дореволюционных рублей. Основная масса этих средств поступила от облигационного займа.
Сначала вода для горожан была бесплатной, но с 1894 г. начали взимать с водовозов и хозяйственных лиц, берущих воду не в ручную посуду, плату по 5 копеек за 40 ведер. С домохозя ев также бралась оплата по водомерам (12 копеек за 100 ведер). Но москвичи, приходившие с ведрами к водоразборам, попрежнему наливали воду бесплатно. Так же отпускалась вода и на тушение пожаров, поливку огородов и улиц.
В 1903 г. в 50 км выше города по течению реки Москвы у деревни Рублево была построена первая водопроводная очист ная станция (она существует и по сей день). Там установили фильтры - механические решетки, песколовки, отстойники. Создали и так называемые английские медленные фильтры, практически нигде в мире сегодня не используемые. Выглядят они так: представьте помещение, сравнимое по размерам с под земными павильонами станции метро. Туда, на высоту около 2 м насыпается мелкий песок. Через него вода и фильтруется - медленно, но зато качество очистки высокое. Вскоре эти фильт ры были заменены на работающие в более быстром темпе аме риканские конструкции. Идея создать водохранилища на реках, впадающих в Москву-реку (из-за ее маловодности в старой ли тературе реку называли «тощей»), высказывалась давно. Но реализовывать ее стали только в 1935 г., когда было построено 230