Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Важнейшим научным прорывом стала теория Луи Пастера о том, что инфекционные заболевания вызваны бактериями. Луи Пастер сформулировал основные принципы своей теории в 1857 году, и к 1880 году Роберт Кох создал науку бактериологию. Применение теории Пастера и знаний бактериологии к методам очистки воды стало одним из величайших успехов санитарной инженерии. Ознакомившись с открытиями Пастера и Коха, биологи, химики и инженеры на обоих берегах Атлантического океана экспериментировали с очисткой загрязненных вод в поисках способа устранения болезнетворных организмов. Карл Джозеф Эберт (1835–1926) и Эдвин Клебс (1834–1913) идентифицировали тифозную бациллу в 1880 году. В Британии 16 апреля 1886 года Перси Фарадей Франкленд (1858–1946) доложил институту гражданских инженеров, что ему удалось убрать большинство бактерий из образцов лондонской воды, медленно профильтровав воду через песчаные фильтры. В Берлине Карл Пифке в том же году обнаружил, что один только полностью стерилизованный песок не задерживает микробы. Определенные организмы со слизистым покрытием должны образовать «живой вязкий слой», который улавливает бактерии и выполняет очистку.

В Америке Хирам Фрэнсис Миллз (1836–1921) и его молодые помощники на экспериментальной станции Лоренса в Массачусетсе подтвердили этот вывод в 1887 году. Джордж У. Фуллер, один из коллег Миллза, в начале 1890-х годов вернулся из Берлина, где учился у Пифке. В результате их совместных исследований было обнаружено, что периодическая фильтрация через песок понижает количество тифозных бацилл в водах реки Мерримак. Водозабор для Лоренса находился всего в 8 милях ниже по течению от места сброса сточных вод Лоуэлла. Работа экспериментальной станции Лоренса привлекла широкое внимание в Соединенных Штатах и за рубежом. Участвовавшие в ней молодые ученые Эдмунд Б. Уэстон (1850–1916), Джордж У. Фуллер (1868–1934), Аллен Хейзен (1869–1930) и Джордж Чандлер Уиппл (1866–1924) ездили по всей территории Соединенных Штатов, работая санитарными инженерами и консультантами. Их усилия принесли результаты. В 1886–1925 годах смертность от тифа в городах Соединенных Штатов снизилась с 50 до 5 человек на 100 000 населения.

Вскоре после 1900 года медленная фильтрация воды через песок стала использоваться повсеместно в Соединенных Штатах. В 1890-х годах Уэстон и Фуллер провели независимые исследования, показавшие, что быстрая фильтрация, первоначально использовавшаяся для очистки илистых вод для бумажных фабрик, может применяться и для очистки муниципальных вод. Быстрые фильтры намного экономичнее. Стандарты чистоты постепенно становились строже, и стало применяться предварительное отстаивание с добавлением коагулянта, такого как сульфат алюминия. Таким образом, вода частично очищалась до фильтрации, и нагрузка на фильтры уменьшалась. Позднее стало привычной практикой на последнем этапе добавлять в фильтрованную воду дезинфицирующее средство – хлор, в качестве финальной меры предосторожности.

Рис. 13.1. Мост-акведук в Рокефавур (ср. с рис. 4.1)

С ростом населения городов перед инженерами XIX века постоянно стояла задача обеспечения возрастающих потребностей в воде. Еще со времен Уатта некоторые города зависели от воды, которая качалась с помощью паровых насосов из местных рек, часто сильно загрязненных, как Темза. Однако многие важные города последовали примеру Древнего Рима и стали искать относительно чистые источники в далеких горах. В середине века инженеры осознали – вероятно, как и древние римляне – большую важность (с санитарной точки зрения) создания вместительных резервуаров вблизи источников. Более того, во второй половине XIX века, когда знания санитарии стали обширными, техники современного водоснабжения начали развиваться на здоровой основе.

Марсельский акведук, построенный в 1839–1847 годах, доставлял воду из реки Дюранс, альпийского притока Роны, что на расстоянии 28 авиамиль (авиамиля равна морской миле, то есть составляет 1852 метра) к северу от Марселя. Он проходит окольными путями через множество мостов и не менее сорока тоннелей. В районе Рокефавура, в 5 милях к западу от Экса, он пересекает маленькую долину реки Арк по трехъярусному мосту (рис. 13.1), аналогичному, но еще более впечатляющему, римскому акведуку Пон-дю-Гар в Ниме, что в 60 милях к западу. Каменный мост имеет длину 1300 футов и возвышается на 300 футов над рекой. Акведук снабжает водой не только Марсель. Он также доставляет воду в Ла-Кро, обширный засушливый регион, расположенный западнее, в направлении Арля. В 1855 году власти Глазго начали строить акведук от Лох-Катрин, что в 26 милях от города, а в 1869 году власти Вены начали строить водопровод от горных источников, расположенных в 59 милях к западу, в Шнееберге. Одновременно увеличилась высота дамб. Гранитная дамба, построенная в 1861–1866 годах на реке Фюранс, притоке Луары, в районе города Сент-Этьенн, тогда была самой высокой в мире – 184 фута. Она слегка изгибалась вверх по течению, как арка, под действием давления воды. Самая большая плотина в Британии была построена в 1881–1890 годах на восточном склоне гор Бервин в Уэльсе, чтобы снабжать водой Ливерпуль, расположенный на расстоянии 50 миль. Акведук имеет протяженность 68 миль.

История водоснабжения Нью-Йорка прекрасно иллюстрирует развитие инженерного искусства, сделавшее возможным строительство обширных сетей городского водоснабжения в XX веке. В течение двух сотен лет после основания в городе Нью-Йорк не было водопровода. Жители могли рассчитывать только на личные или общественные колодцы и насосы. Tea Water Pump, что на северной стороне современного Парк-Роу, был известен благодаря чистоте родниковой воды, которую использовали для чая и приготовления пищи. Ее даже развозили на тележках по городу. Первый успешный водопровод был частным предприятием. Манхэттенская компания, основанная в 1799 году Аароном Берром и его товарищами, рыла колодцы, строила танки и резервуары и прокладывала трубы из высверленных бревен. Городское население тогда составляло около 60 тысяч человек. В течение поколения компания проложила 25 миль деревянных труб, по которым перекачивалось до 700 000 галлонов не слишком чистой и вкусной воды в 2000 домов. Вода перекачивалась двумя паровыми насосами мощностью 18 лошадиных сил из нескольких больших колодцев (некоторые из них были расположены недалеко от водоема Коллект-Понд) в установленные на возвышении танки или резервуары, откуда она текла, повинуясь силе тяжести. Коллект-Понд – водоем пресной воды площадью как несколько городских кварталов, располагался к востоку от Грейт-Джордж-стрит (сегодня Нижний Бродвей), недалеко от здания мэрии.