«Результаты эксплуатации водоочистной станции в Вашингтоне, округ Колумбия»

Эти дешевые и быстрые методы выполнения работы, продвигаемые в интересах экономии, и идея о том, что песчаные фильтры, получающие загрязненные воды, могут работать на более высоких скоростях, чем те, которые мы продемонстрировали и, следовательно, были приведены к убеждению, что они безопасны, — это ускорение всей организации и условий эксплуатации. Это похоже на ускорение работы машины с целью получения большей производительности, с обычным результатом, что быстрая работа означает более быстрый износ как человека, так и машины. Более быстрые операции обычно означают небрежность при выполнении работы, особенно в муниципальном обслуживании. Небрежность порождается мыслью о том, что такую работу можно выполнять грубым и быстрым способом, и, далее, насмешками над всеми этими вещами, о которых мы научились заботиться, как над старомодными, вышедшими из моды и архаичными. Небрежность в эксплуатации порождает презрение к искусству. Некоторые из менее эффективных фильтровальных станций, с точки зрения влияния на общественное здравоохранение, могут отражать такие необдуманные методы.

Экономия при эффективности в эксплуатации. — Особенно важно выяснить, можно ли обеспечить желаемую экономию и в то же время требуемую эффективность. Развитие эффективности во всех сферах человеческой деятельности в настоящее время получает большое внимание, и не последней причиной этого является растущее признание спроса на высокий стандарт обслуживания за понесенные расходы. Одним из первых требований является наличие четко определенных идеалов и стандартов. Когда человек знает, как обеспечить хороший и безопасный результат, неразумно отступать от него ради простой прихоти или для обеспечения якобы сниженных расходов, если другие факты также не будут определены благоприятно. Желание экономии должно быть уравновешено здравым смыслом, что означает, что следует быть готовым изменить метод только тогда, когда мудрость такого изменения была четко продемонстрирована. Эффективное обслуживание может быть обеспечено только строгой дисциплиной, сопровождаемой честным ведением дел. Это означает наем не большего количества людей, чем действительно необходимо, оплату им на основе стандарта обслуживания и произведенной продукции, проявление интереса к условиям труда и обеспечение их здоровья и благополучия.

Около двенадцати лет назад автор провел некоторые исследования эффективности рабочих бригад при скарификации и обращении с песком на фильтровальных слоях и обнаружил, что десять человек — это наиболее экономичное количество для использования при скарификации поверхности фильтра в Лоуренсе, как он был построен и эксплуатировался в то время. Этот результат был определен многочисленными исследованиями производительности на человека в минуту при разном количестве людей, работающих в разных условиях. Этот же вид исследования был продолжен знатоками искусства в отношении управления цехами и тому подобного, но не удается найти соответствующего развития в этом направлении в муниципальной организации, за исключением нескольких разрозненных Бюро муниципальных исследований. Эти результаты также относились к нескольким наиболее распространенным и общим факторам, таким как определение стоимости за милю или за квадратный ярд очищенной улицы, или за миллион галлонов перекачанной воды.

1 Transactions, Am. Soc. C. E., Vol. XLVI, p. 291.

Стоимость управления водопроводными сооружениями, одним из крупнейших факторов общественного предприятия, никогда не исследовалась широко и тщательно. Существует много возможностей в планировании повышения эффективности и в определении того, что может быть достигнуто при экономичном управлении. Каждый знает о множестве людей на муниципальной службе. Некоторые из них совершенно некомпетентны, другие частично; недавние назначенцы могут быть более эффективными, но большинство из них постепенно деградируют под тонким влиянием преобладающей атмосферы, и каждая новая приходящая администрация ставит все больше и больше людей на работу без причины или необходимости. Все эти тенденции сделали стоимость и обслуживание общественных работ все выше и выше, и в то же время привели к частому и неуклонному снижению производительности и эффективности на одного сотрудника.

Вашингтонская ситуация, однако, представляет собой восхитительный контраст этому из-за методов управления общественными работами округа Колумбия и их свободы от мелкого политического влияния. Ограниченное количество сотрудников способствовало экономии и сделало эту станцию предметом зависти всех, кто желал получить хорошее управление. На ее статьи расходов смотрели как на результат, на который давно надеялись, но редко получали. Поэтому вызывает сожаление, что столь резкое изменение методов удаления засоряющего материала и замены песка произошло без многолетних экспериментальных испытаний на фильтрах, не поставляющих питьевую воду населению, и без попытки в таких отличных условиях поддерживать эффективность за счет лучшей производительности труда и улучшенных рабочих и машинных методов при выполнении старого и установленного порядка ведения дел.

При подготовке воды для использования людьми области неизвестного настолько больше, чем те, которые были исследованы и развиты, что может быть много неоткрытых факторов, влияющих на общественное здравоохранение, и много способов, которыми опасно отступать от хорошо известных и безусловно безопасных методов. Кто может сказать, что в какой-то тонкой и в настоящее время неизвестной манере неспособность в некоторых местах, где практикуется фильтрация, снизить смертность от брюшного тифа может не быть связана с внедрением радикальных отступлений от более старых, медленных, безопасных и более эффективных методов, которые дали такие отличные результаты как в Америке, так и в Европе? Более того, в случаях, когда наблюдалось снижение смертности от брюшного тифа, неспособность обеспечить сопутствующее улучшение общих условий здоровья, которое так тесно следует в сообществах, снабжаемых водой, отфильтрованной в соответствии с более консервативными принципами, может быть связана с внедрением некоторых из этих не до конца опробованных процессов. Когда-нибудь может появиться полная информация о влиянии этих методов эксплуатации станций на здоровье сообщества. До тех пор не является ли гораздо лучшей политикой следовать принципам, которые были доказаны многолетним опытом как дающие безопасные результаты, и сделать главной целью улучшение методов эксплуатации в соответствии с этими установленными истинами?

Существует возможность для наращивания большей эффективности в поведении сотрудников и в обеспечении максимальной производительности путем создания более комфортных и здоровых условий, чем обычно существуют. Устранение политического влияния из муниципальной службы — это также задача, которая бросает вызов людям сегодняшнего дня, и эксплуатирующий и управляющий инженер находится в положении, позволяющем сыграть важную роль в достижении этой цели. Количество сотрудников может быть сокращено до тех, кто действительно нужен, и открыт путь для найма людей, которые полностью понимают необходимость честности и эффективности в ведении общественных дел. Следует помнить, что спроектировать и построить хорошо — это только половина дела; эксплуатировать экономично и эффективно — это даже большая проблема, чем построить, и требует такого же хорошего таланта, такого же острого понимания различных проблем и является даже более важным для общественного благосостояния. Автору кажется, что логическое развитие искусства получения экономии, а также эффективности должно идти по этим направлениям, а не революционизировать методы, не имея долгосрочного теста их ценности, и в то же время позволять политическим влияниям контролировать в значительной степени статью труда.

Предварительная обработка. — Решение относительно предварительной обработки воды реки Потомак перед фильтрацией представляет интерес, особенно потому, что в разных частях страны были сделаны различные другие выводы. Однако, в основном, эти решения были связаны с различиями в характере вод, но должно быть очевидно, что иногда они были результатом необдуманных действий или желания продвинуть какой-то особый интерес. Использование предварительных фильтров, которое предполагает большие инвестиции, не всегда следует рекомендовать, особенно потому, что во времена достаточно хорошей воды удаление части органических веществ на самом деле вредно и снижает эффект конечных фильтров.

Долгое время автор считал, что там, где другие вещи равны и где нет важной причины для двойной или предварительной фильтрации, длительные периоды хранения, сопровождаемые использованием коагулянта во времена сильной и экстремальной мутности, как планировалось в Вашингтоне, решают проблему наиболее практичным и экономичным способом. Это правда, что инвестиции в большой бассейн для хранения могут равняться или даже превышать те, которые требуются для предварительных фильтров; но влияние хранения на качество исходной воды никогда не бывает вредным и, за счет созревания состояния воды, может быть очень полезным в процессе фильтрации.

Хранение, доступное в таком бассейне, позволяет перекрыть подачу из реки во время наихудших условий воды. Продолжительность самых проблемных периодов обычно не превышает нескольких дней, и обычно можно обеспечить достаточную емкость в бассейне, чтобы пережить эти периоды. Затем, опять же, длительные периоды хранения, помимо помощи в расщеплении органических веществ, позволяют вымирать бактериям, особенно многим патогенным видам, и, следовательно, вода становится намного безопаснее с этой точки зрения. Другими словами, существует дополнительная страховка при длительном хранении от ошибочной и небрежной работы некомпетентных сотрудников фильтров. Добавление коагулянта, особенно тот факт, что требуются лишь очень небольшие капиталовложения в необходимое оборудование для дозирования воды, и что расходы на коагулирующие материалы должны покрываться только при их использовании, кажется, придает процессу, наиболее удовлетворительным образом, требование для экономичного управления и тщательности при подготовке воды для окончательной фильтрации.

Благоустройство общественных работ. — Вызывает разочарование, что автор не упомянул некоторые шаги, предусмотренные в отношении ландшафтной обработки Вашингтонской фильтрационной зоны. Вероятно, каждый был впечатлен бесплодным видом сооружений по мере приближения к ним и при взгляде на них. Однако недавно, как сообщается, были предприняты некоторые шаги по планировке территории, обработке поверхности привлекательным образом и превращению зоны в парк. Автор твердо придерживается мнения, что когда делаются инвестиции в общественные работы, стоит лишь немного больше построить здания по соответствующим архитектурным линиям, обработать территорию приятным образом и сделать все сооружения честью для муниципалитета с художественной точки зрения. При обработке по широким линиям такие зоны становятся общественными парками и предоставляют открытые места для дыхания жителям, и, если они находятся рядом с центрами населения, могут быть хорошо оборудованы игровыми площадками для детей. Когда они таким образом развиты, они должны иметь уход, чтобы посадки и оборудование не портились и последнее состояние не стало хуже первого.

Влияние, которое эти постоянно присутствующие примеры привлекательности оказывают на сообщество, становится все лучше признаваемым исследователями социального прогресса, и нет сомнений, что трата денег на такие особенности не только желательна с художественной точки зрения, но и оправдана с практических позиций. Это дешевле, чем создавать парки, когда необходимость и спрос больше не могут быть сопротивляемы, путем покупки собственности и периодического сноса зданий и строительства заново. То, что эта работа сейчас делается в Вашингтоне, даже после строительства, безусловно, является признанием целесообразности первоначальных усилий в этом направлении.

Джордж С. Уиппл, член Американского общества инженеров-строителей (письменно). — Доклад г-на Харди является отличным представлением результатов работы Вашингтонской станции фильтрации воды с момента ее строительства в 1905 году до июня 1910 года. Доклады такого характера встречаются слишком редко, и фактические результаты от фильтров, используемых сейчас, не являются легко доступными в подробной форме. Тем не менее, только изучая результаты, полученные фильтрами в реальном использовании, можно сделать улучшения и продвинуть искусство.

Среди многих важных фактов, приведенных г-ном Харди, лишь немногие могут быть выбраны для обсуждения. Одним из них является работа фильтров в зимних условиях. Хорошо известно, что эффективность отстойников и фильтров ниже зимой, чем в другое время, однако именно в это время года существует наибольшая опасность передачи брюшного тифа и подобных водных заболеваний через воду. Большинство великих эпидемий брюшного тифа происходили в холодную погоду, и само использование термина «зимняя холера» имеет значение. По-видимому, бациллы брюшного тифа и подобные бактерии способны жить и сохранять свою жизнеспособность дольше всего в это время года. Почему это так, бактериологи удовлетворительно не объяснили. Несомненно, вовлечено много факторов. Из-за повышенной вязкости воды отстаивание происходит менее охотно при более низких температурах, и поскольку песчаная фильтрация частично зависит от отстаивания, эффективность имеет тенденцию падать в холодную погоду. Зимой некоторые из внешних разрушающих агентов менее мощны, такие как стерилизующий эффект солнечного света, а также присутствие и активность некоторых из более крупных форм микроскопических организмов, которые охотятся на бактерии. Другим фактором может быть большее количество растворенного кислорода, обычно присутствующего в воде в холодную погоду, так как эксперименты показали, что растворенный кислород благоприятствует долголетию.

Еще одной причиной большего количества бактерий, проходящих через водяной фильтр в холодную погоду, может быть эффект, который низкая температура оказывает на размер самих бактерий. Несколько экспериментов, проведенных недавно автором, по-видимому, указывают на то, что при низких температурах желатиновая мембрана, которая окружает бактериальные клетки, имеет тенденцию несколько сокращаться, тем самым уменьшая кажущийся размер бактерий, как видно под микроскопом. Либо это сокращение происходит, либо сами клетки меньше, когда они развиваются в холоде. Возможно также, что низкая температура влияет на жгутики организмов таким же образом. Не является неразумным предположить, что эффект низкой температуры заключается в формировании того, что может быть, по сути, защитным покрытием вокруг клеток, которое имеет тенденцию делать их меньше, менее липкими и менее подверженными внешним влияниям. Это имело бы тенденцию заставлять их проходить через фильтр более охотно. В соответствии с этой идеей также является хорошо известный факт, что дезинфекция менее эффективна в холодной воде, чем в теплой воде.

Другой способ рассмотрения вопроса заключается в том, что холод замедляет рост бактерий на фильтре, тем самым уменьшая эффект Schmutzdecke. Еще одним взглядом на большую опасность от бактериального загрязнения зимой является теория, что холод продлевает жизнь бактерий, просто предотвращая их проживание через свой жизненный цикл и достижение естественной старости и смерти так быстро, как в теплую погоду.

Другой темой в докладе г-на Харди, которая заинтересовала автора, являются предварительные фильтры. Эксперименты, описанные подробно, ясно указывают на то, что такие устройства оказались бы мало или совсем не полезны в условиях, существующих в Вашингтоне, и что когда река содержит значительные количества взвешенной глины, ничто, кроме химической коагуляции, не будет достаточно для обработки воды, чтобы очищенная вода была совершенно прозрачной. Предварительные фильтры использовались в течение ряда лет в различных местах и с переменным успехом. В немногих случаях они эксплуатировались в течение достаточного времени или изучались с достаточной осторожностью, чтобы полностью определить их экономичность и эффективность по сравнению с другими возможными методами предварительной обработки.

Среди прочих экспериментов по этому вопросу можно отметить опыты, проведенные в Олбани, штат Нью-Йорк, и опубликованные Уоллесом Гриналчем, ассоциированным членом Американского общества инженеров-строителей, в Пятьдесят девятом ежегодном отчете Бюро водоснабжения за год, закончившийся 30 сентября 1909 года. Вода реки Гудзон, используемая в Олбани, по своему характеру весьма отлична от воды реки Потомак, используемой в Вашингтоне, поскольку она менее мутная и содержит несколько больше органических веществ. Результаты, полученные в ходе этих экспериментов, показали, что в течение лета количество бактерий в очищенной воде экспериментального песчаного фильтра, использовавшегося в сочетании с предварительным фильтром, существенно не отличалось от количества бактерий в очищенной воде городского фильтра, где не применялось никакой иной предварительной обработки, кроме отстаивания. Однако зимой количество бактерий в очищенной воде экспериментального фильтра не увеличивалось так, как в очищенной воде городского фильтра. Это иллюстрирует Таблица 26, взятая из упомянутого отчета.

По-видимому, в Олбани преимущества предварительного фильтра с точки зрения бактериальной эффективности ограничиваются лишь коротким периодом в три или четыре месяца ежегодно. При таких обстоятельствах вполне закономерно возникает вопрос, оправдывают ли преимущества предварительной фильтрации ее стоимость.

Table 26—Results of Experiments with Preliminary Filter at Albany, N. Y.

Month Bacteria in raw water. Bacteria in preliminary filter effluent. Bacteria in effluent from experimental sand filter. Bacteria in effluent from city filter.

1906.

March 133,480 36,000 151 706

April 77,420 4,810 72 155

May 15,800 2,250 48 37

June 4,520 358 38 34

July 2,090 163 25 22

August 2,740 121 36 22

September 8,280 445 20 24

October 38,350 4,235 67 227

November 67,910 15,570 337 341

December 645,500 25,440 144 2,783

1907.

January 127,560 4,660 48 443

February 28,000 1,800 13 116

На диаграмме (Рисунок 11) приведены различные данные, взятые из опубликованных отчетов фильтровальной станции Олбани за период с 1899 по 1909 год. Эти данные включают: количество бактерий до и после фильтрации; процент бактерий, оставшихся в очищенной воде; среднее количество отфильтрованной воды в миллионах галлонов в сутки; объемы воды, отфильтрованной между скарификациями; мутность исходной воды; стоимость фильтрации, включая капитальные затраты и эксплуатационные расходы; а также месячные показатели смертности от брюшного тифа в городе. Несколько моментов отчетливо выделяются на этой диаграмме. Один из них — стабильно низкий уровень смертности от тифа на протяжении всего периода. Фильтр эксплуатировался с 1899 года до осени 1907 года на исходной воде, забираемой из так называемого «Заднего канала». С тех пор забор воды осуществляется из нового водозабора, уходящего непосредственно в реку Гудзон. До осени 1908 года предварительная очистка заключалась исключительно в отстаивании, однако после этого вода подвергалась дополнительной предварительной обработке на механических фильтрах, работающих без коагулянта, по принципу только что упомянутых экспериментов. За это время средняя скорость фильтрации песчаного фильтра существенно не изменилась, хотя отмечается, что максимальная скорость была увеличена после ввода в эксплуатацию предварительных фильтров. Изучение результатов бактериологических анализов показывает, что наилучшие показатели были достигнуты в 1902, 1903 и 1904 годах. С тех пор количество бактерий как в исходной, так и в отфильтрованной воде возросло. Это было особенно заметно зимой 1907 и 1908 годов, когда вода забиралась из нового водозабора. Представляет интерес сравнение результатов после длительной эксплуатации предварительных фильтров для определения их нормального влияния на эффективность и рост производительности.

Figure 11—Filters at Albany, N. Y. Results of Operation. 1899‑1909. Compiled from data in Annual Reports.

Другим фактом, который можно извлечь из графических данных по Олбани, является рост стоимости фильтрации как по капитальным затратам, так и по эксплуатационным расходам. В период с 1899 по 1906 год эксплуатационные расходы, включая затраты на подъем воды низким напором, составляли приблизительно 5 долларов на миллион галлонов отфильтрованной воды; а общая стоимость фильтрации с учетом капитальных затрат составляла около 10 долларов на миллион галлонов. За год, закончившийся 30 сентября 1909 года, эксплуатационные расходы возросли до 7,63 доллара на миллион галлонов, а общая стоимость фильтрации — до 15,92 доллара на миллион галлонов, то есть увеличились примерно на 50% за три года.

Table 27—Results of Bacteriological Analyses of Samples of Water at Peekskill, N. Y., Before and After Filtration.

Bacteria per cubic centimeter.

Date. Raw water. Clear reservoir. Effluent No. 1. Effluent No. 2. Effluent No. 3. Effluent No. 4. Tap in city.

1909.

December 29th 190 100 ... ... ... ... ...

1910.

February 15th 135 10 10 30 20 ... 265

March 31st 225 50 25 45 60 ... 35

May 18th 300 29 22 26 35 43 36

July 6th 300 44 9 3 41 10 31

August 16th 60 5 0 4 1 13 15

October 3d 550 14 12 14 38 ... ...

November 21st 315 22 26 17 6 ... ...

1911.

January 25th 415 7 8 4 6 ... 7

Average 277 30 14 16 26 22 65

Table 27—(Continued.)

Filter Sand Tests for B. Coli.

Quantity of water tested. Percentage of Samples Containing B. Coli.

Raw. Filtered.

0.1 cu. cm. 0 0

1.0 cu. cm. 20 0

10.0 cu. cm. 40 0

В качестве документального подтверждения в Таблице 27 приведены результаты серии анализов, выполненных в Пикскилле, штат Нью-Йорк, в течение 1910 года. Песчаный фильтр для водоснабжения этого города был построен в 1909 году и введен в эксплуатацию в декабре. Производительность фильтра составляет 4 000 000 галлонов в сутки. Водозабор осуществляется из ручья Пикскилл, и перед подачей на фильтры вода проходит номинальное отстаивание в течение примерно одной недели. Перед фильтрацией в летний период, когда в резервуаре возможно развитие водорослей, используется аэратор. Фильтр был установлен после эпидемии тифа, которая, по-видимому, была вызвана заражением системы водоснабжения. В обычных условиях вода слабо загрязнена, однако водозабор подвержен случайному загрязнению в любой момент, причем среди возможных источников инфекции выделяются лагери рабочих, занятых в настоящее время строительством акведука Катскилл для Нью-Йорка.

Table 28—Average Results of Chemical Analysis at Peekskill, N. Y., Made at Intervals of Six Weeks During 1910.

Parts per Million. Parts per Million.

Raw water. Filtered water. Raw water. Filtered water.

Turbidity 2.000 0.000 Total residue 70.00 76.00

Color 25.000 20.000 Loss on ignition 19.00 17.00

Nitrogen as albuminoid amonia 0.112 0.076 Fixed residue 50.00 59.00

Nitrogen as free ammonia 0.024 0.006 Iron 0.17 0.13

Nitrogen as nitrites 0.001 0.001 Total hardness 38.70 45.10

Nitrogen as nitrates 0.060 0.060 Alkalinity 33.90 42.60

Incrustants 4.600 4.500 Chlorine 2.60 2.70

Ф. Ф. Лонгли, ассоциированный член Американского общества инженеров-строителей (в письменной форме). — В данной статье автор представил обширный массив данных, который будет с одобрением встречен инженерами, занимающимися очисткой воды, поскольку полные эксплуатационные отчеты формируют надежную основу для совершенствования инженерного искусства и часто служат источником вдохновения для интересных дискуссий и обмена опытом между различными наблюдателями, чьи мнения находят взаимное признание.

Последние тенденции в области проектирования фильтровальных сооружений в значительной степени были направлены на снижение эксплуатационных расходов. Сравнение эксплуатационных расходов ранних американских станций десятилетней давности с представленными здесь данными по Вашингтонской станции вызывает искреннее удовлетворение у тех, кто принимал непосредственное участие в последней работе. Благодаря совершенствованию конструкции и разумному вниманию к эксплуатации стоимость очистки фильтров, составляющая весьма значительную долю от общих затрат, была снижена до необычайно низкого уровня без какого-либо ущерба для эффективности и в интересах общественного здравоохранения.

Таблица 14 показывает, что с первого года наблюдается неуклонный рост общих эксплуатационных расходов в расчете на миллион галлонов отфильтрованной воды, однако это не означало увеличения общей годовой суммы затрат. Наибольший процент роста по любой из статей пришелся на графу «Уход за территорией и благоустройство» и охватывает долгожданные ландшафтные работы. Помимо этого, главным фактором, повлиявшим на таблицу затрат, стало сокращение водопотребления в округе Колумбия. Никакие аспекты, связанные с этим сокращением, не привели к какому-либо соразмерному сокращению штата, необходимого для обслуживания и эксплуатации фильтровальной станции, офиса, лаборатории и насосной станции, хотя, вероятнее всего, имело место определенное сокращение объемов работ по очистке фильтров. Очевидно, что в таких условиях общая стоимость в расчете на миллион галлонов должна была возрасти.

Данное снижение потребления было достигнуто за счет ликвидации потерь в распределительной сети, которая относится к другому ведомству, нежели фильтровальная станция, однако пара слов о ней в рамках данного обсуждения будет вполне уместна.

Вашингтонский акведук был построен полвека назад по стандартам, которые в то время считались исключительно щедрыми. Поэтому до недавнего времени не возникало поводов для беспокойства по поводу высокого уровня потребления. Однако в последние годы забор и потери воды увеличились, достигнув пика при чрезвычайных условиях зимой 1904–1905 годов. Максимальная пропускная способность системы акведуков составляет около 90 000 000 галлонов. Максимальное суточное водопотребление в упомянутый период почти приближалось к 100 000 000 галлонов, в результате чего резервуары системы были почти полностью истощены еще до восстановления нормального режима.

Это возымело благотворный эффект, поскольку были приняты меры для проведения активной кампании по сокращению потерь воды, масштабы которых, как было известно, являлись весьма значительными. Эти обследования с использованием питометра начались в июле 1906 года и продолжались непрерывно с тех пор, принеся превосходные результаты. К январю 1909 года были обнаружены и устранены утечки общим объемом около 12 000 000 галлонов в сутки, притом что примерно половина домовых вводов еще подлежала обследованию бюро питометрии.

Хотя это сокращение потерь привело к видимому росту стоимости фильтрации, его экономические результаты оказались весьма дальновидными. Причины, вызвавшие необходимость данного расследования, также позволили получить ассигнования на изучение вопроса об увеличении производительности водоснабжения. Автор руководил этими исследованиями, и наиболее значимым выводом стало то, что благодаря отличным результатам работы по ограничению потерь общее потребление и потери воды в округе в течение нескольких последующих лет будут находиться на достаточно безопасном уровне ниже пропускной способности существующей системы акведуков, что позволяет без каких-либо опасений отложить строительство новых сооружений, требующих вложения нескольких миллионов долларов, несмотря на угрожающую ситуацию несколько лет назад.

Вопрос брюшного тифа в округе Колумбия вызывал столь ожесточенные споры, что автор колеблется, стоит ли его обсуждать. Тем не менее, оценивая ситуацию с перспективы нескольких лет, она уже не кажется столь безнадежной, как могло показаться на основании критики четырех- или пятилетней давности.

В Таблице 9, отражающей показатели смертности от тифа, из девяти лет, предшествовавших периоду 1905–1906 годов, когда фильтры были введены в эксплуатацию, лишь один год демонстрирует показатель смертности столь же низкий, как самый высокий показатель за годы, последовавшие за этим. Более того, среднегодовая смертность от тифа за период после запуска фильтров оказалась на одну треть ниже по сравнению с аналогичным периодом до их запуска.

Исчерпывающие исследования Службы общественного здравоохранения и морских больниц по всему этому вопросу, охватывающие период около четырех лет, подняли качество нынешнего водоснабжения округа Колумбия изфильтрованной водой выше любых обоснованных нареканий. Уже давно существовало и крепло мнение, что до внедрения фильтрации на систему водоснабжения возлагали вину за большую долю случаев тифа, чем она заслуживала на самом деле, и это подтверждается многочисленными данными, которые приводились с течением времени.

Следовательно, вполне обоснованным является предположение, что сокращение общей смертности от тифа на одну треть может отражать гораздо более значительное уменьшение той ее доли, которая была обусловлена исключительно загрязненной водой; и что, как это осознают сегодня власти округа Колумбия и некоторых других городов, особенно на Юге, борьба с большей частью оставшихся случаев тифа должна быть направлена на улучшение качества молока, принятие мер предосторожности против вторичной инфекции и внимание к множеству факторов, окружающих конкретного человека, способных эффективно защитить его от коварных атак заболевания, распространяемого неизвестными путями.

Эксперименты по очистке фильтров.

Автор упоминает о трудностях, с которыми пришлось столкнуться в течение первых двух летних сезонов при поддержании темпов очистки фильтров, достаточных для сохранения производительности станции. О реальной серьезности этого положения можно судить по следующим фактам. Среднее увеличение потерь напора на всех фильтрах за весь год, с 1 июля 1906 года по 1 июля 1907 года, составляло около 0,053 фута в сутки. В течение упомянутого периода сниженной производительности в 1906 году потери напора на двенадцати фильтрах в течение восьми дней увеличивались со средним темпом 0,45 фута в сутки, что примерно в девять раз превышает нормальную скорость роста. Эта трудность была вызвана присутствием большого количества микроорганизмов в очищаемой воде. В течение первого лета (1906 г.) этот факт остался незамеченным, а внезапное падение производительности ошибочно приписали необычайно высокой и длительной мутности, которая господствовала тем летом в реке Потомак и сохранялась в воде, подаваемой на фильтры, даже после примерно четырех дней отстаивания в резервуарах. Во второе лето (1907 г.) тот же феномен внезапного и быстрого нарастания потерь напора повторился вновь, но уже при отсутствии какой-либо необычной мутности в очищаемой воде. Однако обследование выявило присутствие в очищаемой воде больших количеств организмов, в частности melosira и synedra, а проверки в последующие годы показали периодическое возвращение этих форм в количествах, достаточных для возникновения указанной проблемы. В июне 1907 года анализы неоднократно фиксировали более 1 000 и 1 500 стандартных единиц melosira на куб. см, а в одном случае подсчет показал почти 3 000 стандартных единиц.

Было опробовано несколько способов в попытке восстановить быстро падающую производительность фильтров. Одно из первоначальных предположений о причине проблемы заключалось в том, что она может быть связана с накоплением больших объемов воздуха под поверхностью песка, поскольку в фильтрах, проработавших некоторое время, наблюдалось выделение пузырьков воздуха, поднимающихся сквозь толщу песка. В связи с этим был испытан метод дренирования воды из песка с последующим заполнением фильтра снизу обычным способом в надежде вытеснить захваченный воздух. По предположению, такая обработка удалила воздух, но она не восстановила производительность фильтра, так как зона максимального сопротивления находилась на поверхности песка, а не под ней.

Как указывает автор, рыхление фильтров было испытано и дало результаты, вполне удовлетворительные для преодоления уже упомянутых критических ситуаций. Когда фильтры только были введены в эксплуатацию осенью 1905 года, методом восстановления производительности фильтра после окончания рабочего цикла служило удаление всего загрязненного песка на глубину, определяемую заметным изменением цвета из-за проникновения глинистой взвеси. Иногда это требовало удаления больших объемов песка за одну очистку, поскольку мутность была чрезвычайно тонкой и порой проникала на глубину от 3 до 4 дюймов.

С целью обеспечения экономии затрат на очистку фильтров незадолго до 1 июля 1907 года была запланирована серия экспериментов. Общей целью этих опытов было определить: во-первых, относительную стоимость всех опробованных методов; во-вторых, обеспечит ли удаление лишь тонкого слоя песка или простое рыхление поверхности песка с помощью тщательной обработки граблями надлежащую производительность фильтра для следующего рабочего цикла; в-третьих, будут ли фильтры при таких методах обработки поддерживать высокий стандарт качества очищенной воды; в-четвертых, может ли длительное применение какого-либо менее тщательного метода по сравнению с применявшемся ранее существенно повлиять на будущую производительность фильтров.

С этой целью фильтры были разделены на четыре группы, которые в течение примерно шести месяцев подвергались обработке по следующим схемам:

Group A.— Filters scraped deep at the end of each run;

Group B.— Filters scraped light at the end of each run;

Group C.— Filters raked at the end of each run, until raking failed to bring back the proper capacity; then they were scraped light, and at the end of the next run the raking was resumed;

Group D.— Light scrapings and rakings alternate at ends of runs.

Термин «глубокая скарификация» означает удаление практически всего изменившего цвета песка в соответствии со стандартной практикой, существовавшей до начала этих экспериментов; «легкая скарификация» означает удаление лишь тонкого поверхностного слоя песка. Эта глубина обычно составляла в среднем около 3/8 дюйма. «Рыхление» означает тщательное разрушение заилившейся поверхности фильтра с помощью грабель с железными зубьями на глубину около 1 или 2 дюймов.

Результаты. — Общая сводка результатов этих экспериментов приведена в Таблице 29, где также показана относительная стоимость различных методов в расчете на миллион галлонов отфильтрованной воды. Нормальный девятимесячный период непосредственно перед началом данных экспериментов демонстрирует затраты на рабочую силу (соответствующие таковым в Таблице 29) на уровне 0,29-1/4 доллара на миллион галлонов отфильтрованной воды.

Table 29—Average Results.

Per Run: Per Million Gallons Filtered Bacteria per cu. cm. in effluent. Turbidity in effluent.

Group. Number of filters. Number of days of service. Million gallons filtered. Cost of labor per treatment. Sand removed in cubic yards. Sand removed in cubic yards. Cost of labor.

A 5 82 221.2 $68.44 215 1.11 $0.309 13 1

B 9 36 101.4 29.25 84 0.83 0.288 16 1

C 5 21 60.0 10.92 24 0.40 0.182 18 1

D 10 32 86.0 20.10 46 0.54 0.234 22 1

Производительность фильтров. — Производительность фильтров при различных методах обработки в общем виде показана в Таблице 29 по количеству дней работы и миллионам галлонов отфильтрованной воды за один цикл. Этот показатель сам по себе явно свидетельствует в пользу глубоких скарификаций и наименее благоприятен для многократных рыхлений.

Более четкое представление о производительности фильтров в этих различных условиях можно получить из четырех диаграмм на Рисунке 12, отражающих для четырех различных групп среднее число дней работы последовательных циклов. Диаграмма для Группы А показывает, что колебания продолжительности работы фильтров, каждый раз очищаемых до чистого песка, подчиняются более или менее определенной кривой из года в год. Для периода, охватываемого этой кривой, наблюдается тенденция к некоторому снижению производительности из года в год, о чем свидетельствуют более низкие средние максимальные и минимальные значения во второй год по сравнению с первым. Группа В демонстрирует резкое падение производительности после первых легких скарификаций и с тех пор — низкую, но вполне стабильную производительность. Группа С показывает непрерывно снижающуюся производительность при последовательных рыхлениях. Единственное значение кривой после первого рыхления заключается в указании на недопустимо низкую производительность и неэффективность мер, принятых для восстановления производительности после шестого рыхления. Группа D после первого рыхления демонстрирует недопустимо низкую и постоянно падающую производительность. Диаграммы для групп С и D указывают на опасное снижение производительности в случае длительного применения этих методов. Метод, применявшийся в Группе С, можно охарактеризовать как совершенно недостаточный и пригодный лишь в самых крайних чрезвычайных ситуациях.

Что касается вопроса производительности, эти диаграммы показывают, что фильтр в нормальном состоянии можно безопасно разрыхлить один раз. Предполагается, что постоянно снижающаяся производительность в Группе D обусловлена не столько самим рыхлением, сколько небольшими объемами песка, удаляемыми при чередующихся скарификациях, а потому было бы неправильно осуждать данный метод обработки без дополнительных испытаний, в которых этот недостаток был бы устранен. Данная точка зрения подкрепляется результатами по Группе В. Низкая, но приблизительно стабильная производительность, наблюдаемая там, несомненно, оказалась бы выше, если бы каждый раз удалялся больший слой песка.

Figure 12—Average Number of Days of Service of Successive Runs for Groups A, B, C, and D.

Качество очищенной воды. — Средние показатели, приведенные в Таблице 29, демонстрируют лишь незначительную разницу в бактериальном содержании очищенной воды четырех групп фильтров. Все они полностью удовлетворительны, а различия в пользу того или иного метода невелики. При поиске возможных различий в качестве очищенной воды четырех групп предполагалось, что такие различия могут наиболее ярко проявиться в период, когда вся станция работала в наиболее неблагоприятных условиях. Поэтому были обобщены данные подсчета бактерий за период с 23 декабря 1907 года по 6 января 1908 года включительно, следовавший за периодом высокой мутности и высокого содержания бактерий в исходной воде, со следующими результатами:

Group............ A B C D

Maximum....... 204 178 189 206

Minimum........ 61 45 62 57

Average......... 120 107 104 155

Ниже приведена сводка результатов по мутности за аналогичный период:

Group............ A B C D

Maximum....... 10.8 11.7 8.7 9.3

Minimum........ 6.7 4.7 6.2 5.7

Average......... 8.7 8.3 7.2 7.9

Эти показатели, хотя и высокие, не обнаруживают каких-либо существенных различий. Все средние значения для каждой группы ниже наименьшего максимального значения и выше наибольшего минимального значения, а следовательно, колеблются в меньшей степени, чем отдельные фильтры под воздействием других факторов внутри различных групп.

Будущая производительность фильтров. — Указание на опасности, которые могли бы отразиться на будущей производительности фильтров, было продемонстрировано в приведенном выше обсуждении текущей производительности. Более эффективный способ показать это был получен путем изучения начальных сопротивлений или потерь напора в четырех группах. Фильтр, поддерживаемый в идеальном состоянии, не должен показывать прироста начальных потерь напора от одного рабочего цикла к другому. Если такой прирост наблюдается, это означает, что в какой-то момент в будущем для восстановления надлежащей производительности потребуются более радикальные меры, чем те, что применяются обычно.

Средние начальные потери напора для различных групп нанесены на диаграмму (Рисунок 13). Группа А демонстрирует начальные потери напора, возрастающие постепенно, но незначительно на протяжении более чем двух лет работы. В Группе В начальные потери напора возрастали аналогично Группе А вплоть до начала этих экспериментов, после чего рост становится более быстрым. Группы С и D показывают условия, в целом схожие с Группой В, с некоторыми вариациями, которые понятны сами по себе.

Выводы. — Качество очищенной воды во всех четырех группах было удовлетворительным, и никаких устойчивых различий в пользу какого-либо одного метода обработки не наблюдалось. Метод, примененный в Группе С, оказался совершенно недостаточным для поддержания производительности в течение неопределенного времени. Методы, примененные в Группах В и D, также были недостаточными, но оказались бы более эффективными при удалении большего слоя песка. Затраты на обработку в Группах В и D были ниже, чем в Группе А. Следовательно, можно сделать вывод, что более экономичный метод по сравнению со старым методом для Группы А, который при этом поддерживал бы надлежащую производительность, представлял бы собой вариант, близкий к Группам В или D, с удалением большего количества песка, чем это делалось в случае этих двух групп, но меньшего, чем в старом методе.

Figure 13—Average Initial Losses of Head for Groups A, B, C, and D for Successive Runs.

Во время обобщения приведенных выше результатов предполагалось продолжить работы по обработке фильтров в русле только что упомянутых подходов. Автор не имел возможности изучить последующие результаты, поскольку был переведен на другую работу. Заявление автора о любых новых фактах, которые могли открыться в этой связи, представляло бы определенный интерес.

Следует также упомянуть о другом способе, использовавшемся для ускорения восстановления производительности фильтра, который оказался весьма полезным. Удаление срезанного песка с фильтра при самых благоприятных условиях требовало многих часов работы. Чтобы быстро вернуть фильтры в эксплуатацию, загрязненный песок на ряде из них просто срезался с поверхности, сгребался в кучи и оставлялся на месте; затем подавалась вода, и фильтр запускался снова. Сначала это делалось с некоторым колебанием из опасения, что присутствие куч грязного песка может вызвать высокие показатели бактериального обсеменения в очищенной воде этих фильтров. Однако никакого подобного эффекта не наблюдалось, показатели на протяжении всего времени оставались совершенно нормальными. Впоследствии автор обнаружил применение той же процедуры в качестве экстренной меры на станции Торресдейл в Филадельфии и благодаря любезности главного инженера Бюро фильтрации получил данные бактериологических анализов по ряду циклов, выполненных в таких условиях, где результаты также оказались полностью нормальными.

Экономический эффект от этого метода практически отсутствовал, поскольку в конечном итоге песок все равно приходилось извлекать и промывать. Сгребание песка приводило к уменьшению эффективной площади фильтрации на небольшой процент с соответствующим увеличением фактической скорости фильтрации, но это имело ничтожно малое значение. Главным достоинством метода была экономия времени при возвращении фильтра в работу после скарификации, и в этом отношении он оказался весьма ценным.

Физическая теория очистки воды медленными песчаными фильтрами.

Первое и наиболее естественное представление о действии песчаного фильтра заключается в том, что удаление примесей осуществляется за счет фильтрующего эффекта. Это, безусловно, абсолютно верно в отношении большей части видимых примесей. Многие из них достаточно крупны, чтобы задерживаться и удерживаться на поверхности песка. Сам этот процесс фильтрации носит накопительный характер. После того как некоторое количество задержанных таким образом взвешенных частиц образует мат на поверхности песка, этот слой в свою очередь превращается в фильтр, даже более приспособленный для удаления из воды взвешенных частиц, чем чистая поверхность песка, на которой он располагается.

Однако это не может объяснить определенные особенности очистки воды песчаным слоем. Удаление цветности, снижение содержания нитратов и некоторые другие изменения органического состава воды уже давно признаны результатом биохимического воздействия определенных бактерий, находящихся в песке. Как процесс фильтрации, так и это биохимическое действие не являются универсальным объяснением некоторых явлений, и также было признано, что отстаивание в порах песка играло значительную роль в процессе очистки в тех случаях, когда было очевидно, что биологические факторы не являются главными.

При очистке воды, содержащей лишь ничтожные количества взвешенных веществ, но относительно много нестабильных органических соединений, можно сразу согласиться с тем, что главным фактором очистки является нитрификация, осуществляемая бактериями в верхних слоях песка. С другой стороны, очистка песчаными фильтрами гипотетической воды, не содержащей органических веществ, а только мелкодисперсные минеральные примеси во взвешенном состоянии, могла бы происходить только за счет физического осаждения частиц на песчаных зернах. Между этими двумя крайностями лежат все виды воды. Во всех задачах очистки воды путем фильтрации через песок оба эти фактора — биологическое действие и отстаивание — играют свою роль, помогая и дополняя друг друга, причем относительная важность того или иного фактора зависит от положения конкретной воды на шкале между двумя упомянутыми крайними условиями.

В статье г-на Хейзена «Отстаивание» содержится интересное развитие теории удаления взвешенных веществ путем отстаивания в порах песчаного слоя. Факторами, влияющими на это удаление, являются скорость фильтрации, эффективный размер зерен песка и температура воды. Для условий Вашингтонской станции можно принять, что первые два из этих факторов постоянны. Однако третий фактор изменяется в широких пределах, а наблюдения за удалением мутности и за различными фазами работы фильтров, в которых мутность воды выступает в качестве переменного фактора при разных температурных условиях, наряду с известными соотношениями между гидравлическими величинами и температурой воды, предоставили веские доказательства того, что это интенсивно индуцированное отстаивание может быть существенным фактором очистки воды, осуществляемой на этой станции. Эта температурная зависимость, если выразить ее кратко, заключается в следующем: для частиц такого малого размера, при котором вязкость воды является определяющим фактором скорости их оседания в стоячей воде, эта скорость будет прямо пропорциональна (T + 10) / 60, где T — температура в градусах Фаренгейта. То есть, когда температура воды находится в пределах от 70° до 80° по Фаренгейту, частица оседает с удвоенной скоростью по сравнению с условиями, когда вода близка к точке замерзания.

Слой песка в медленном песчаном фильтре можно рассматривать как огромное количество мелких отстойников, сообщающихся друг с другом не по принципу бассейнов, соединенных последовательно, а скорее, как выразился г-н Хейзен, как длинную серию отсеков, соединенных только с одной стороны с проходом, в котором поддерживается течение. В любом сечении песчаного слоя имеются зоны, через которые вода проходит со скоростью, значительно превышающей ее среднюю скорость по всему сечению пустот, в то время как другие зоны характеризуются гораздо меньшей скоростью, находясь временами почти в состоянии покоя, что крайне благоприятствует осаждению частиц, но сопровождается мягкой прерывистой циркуляцией, которая вытесняет отстоявшуюся или частично отстоявшуюся воду и поставляет из основных течений воду с большим количеством частиц взвеси для их удаления. Таким образом, имеется значительный процент от общего объема пор, в которых вода подвергается воздействию условий, весьма благоприятных для отстаивания: почти идеальной неподвижности и чрезвычайно малому расстоянию, которое должна преодолеть частица до столкновения с дном на поверхности песчаного зерна.

1 Transactions, Am. Soc. C. E., Vol. LIII, p. 59.

Если бы отстаивание являлось преобладающим фактором в очистке воды, мы могли бы ожидать обнаружения следующих явлений при работе фильтров: более быстрого осаждения заданного количества осадка в условиях летних температур по сравнению с зимними по мере прохождения воды через песок, и, следовательно, для первого случая более высокой температуры:

(a) большей концентрации этого материала, создающего мутность, в верхнем слое песка или, другими словами, меньшей толщины удаляемого при скарификации слоя песка в случае удаления всего загрязненного песка;

(b) вследствие большей концентрации — более высокой скорости роста потерь напора и, как следствие, более коротких периодов работы между скарификациями;

(c) более высокого предельного значения мутности в воде, поступающей на фильтр, для получения заданной мутности в очищенной воде.

Эксплуатация этой станции в течение первых полутора лет предоставила прекрасную возможность для изучения отстаивания в песке, и данные в Таблице 30 приведены для демонстрации того, что определенные явления работы фильтров, наблюдавшиеся в этот период, по-видимому, вполне объяснимы физической теорией очистки. Эти данные приводятся только для периода работы до лета 1907 года. В то время начались уже описанные эксперименты по очистке фильтров. До того момента при каждой очистке фильтра удалялся весь изменивший цвет песок, оставляя для следующего рабочего цикла новую поверхность песка, практически находящуюся в идеальном состоянии вновь построенного фильтра. После этого экспериментальные методы очистки и новый регламент, принятый в результате их проведения, помешали столь же четкому отслеживанию данных, какое было возможно в более ранние периоды.

Table 30—Service Periods and Scraping Depths for Runs Ending In Various Months; Covering Entire Period, October 1st, 1905, To March 1st, 1907.

Month. Number of filters. Average period of service in days. Average depth of sand removed, in inches. Mean temperature, in degrees, Fahrenheit.

January 13 75 2.09 39

February 6 98 2.46 37

March 5 130 2.66 41

April 8 149 2.96 53

May 7 130 2.80 67

June 11 124 2.35 77

July 17 70 2.12 81

August 2 49 1.98 80

September 5 73 2.48 76

October 37 70 1.56 64

November 20 42 0.81 49

December 14 57 0.94 40

Figure 14—Periods of Service and Depths of Scraping for Runs Ending in Various Months Covering Entire Period Oct. 1, 1905, to Mar. 1, 1907.

Таблица 30 и соответствующая диаграмма на Рисунке 14 показывают общие колебания продолжительности циклов и глубины проникновения в зависимости от сезонных изменений температуры. Прирост продолжительности циклов и количества удаляемого песка в условиях низких температур выражен очень ярко. Тем не менее наблюдается вторичный максимум, который, как показывает диаграмма, появляется там, где можно было бы ожидать годового минимума. Это могло быть случайным отклонением, имевшим место в данный конкретный год и не проявляющимся в среднем за несколько лет, вызванным каким-то фактором, ускользнувшим от наблюдения. Тщательный анализ имеющихся данных не позволяет найти этому объяснение. Возможно, оно кроется в некоторых малоизученных биологических процессах, достигающих максимального эффекта в условиях теплой воды, либо связано — каким-то неочевидным образом — с выделением воздуха под поверхностью песка, накапливающегося под давлением, достаточным для прорыва поверхности в бесчисленных точках, что снижает потери напора и продлевает период работы. Наблюдались некоторые свидетельства в пользу такого объяснения, но оно так и не было окончательно доказано.

Тем не менее общее влияние температурных изменений на скорость удаления осадка и его последующую концентрацию в слое песка представляется вполне очевидным.

В подтверждение третьего пункта, отмеченного в теоретическом рассмотрении удаления мутности в фильтрах, ежедневные показатели мутности отфильтрованной воды были классифицированы и обобщены для различных значений мутности поступающей воды, а также для различных температур. Полученные таким образом средние значения мутности приведены в Таблице 31.

Table 31—Turbidity in Filtered Water at Different Temperatures Produced by Given Turbidity in Applied Water.

Turbidity of applied water. Temperature, in Degrees, Fahrenheit.

40° 40°‑50° 50°‑60° 60°‑70° 70°

20 1.8 1.3 1.2 1.5 1.7

20-40 4.8 5.0 3.5 3.0 2.6

40-60 7.9 6.9 5.4 ... 3.7

60-80 10.7 7.7 ... ... 5.4

80-100 11.3 ... ... ... ...

100 ... ... ... ... 12.01

1 For an average turbidity = 150. approximately.

Влияние температуры воды на мутность очищенной воды очень выражено. При температуре менее 40° по Фаренгейту (фактическая средняя температура около 35°) мутность отфильтрованной воды при заданной мутности поступающей воды практически в два раза выше, чем при температуре выше 70° (фактическая средняя температура около 75°). Этот факт прекрасно согласуется с влиянием температуры на отстаивание. Обращаясь снова к этой температурной зависимости, изложенной на предыдущей странице, гидравлическая скорость оседания частицы в воде, имеющей столь малый размер, при котором вязкость является определяющим фактором ее нисходящей скорости, приблизительно в два раза выше при 75°, чем при 35 градусах. Следовательно, можно ожидать, что для получения заданной мутности в отфильтрованной воде исходная вода при температуре 75° может иметь мутность в два раза большую, чем вода, подаваемая при 35°, для достижения такой же мутности; кроме того, поскольку мутность отфильтрованной воды при заданном температурном режиме изменяется практически прямо пропорционально мутности поступающей воды, отсюда следует, что поступающая вода с определенной мутностью будет производить при 35° очищенную воду с мутностью вдвое большей, чем при 75 градусах. Это полностью согласуется с фактами, полученными в ходе реальной эксплуатации, как показано на диаграмме (Рисунок 15).

Предварительная обработка воды. — Наиболее яркими особенностями результатов по бактериям, приведенным в Таблице 4, являются, во-первых, стабильно низкие показатели бактерий в отфильтрованной воде в течение примерно 8 или 9 месяцев в году и рост их численности каждую зиму. Это четко показано в анализе подсчетов бактерий в Таблице 32.

Table 32—Classification of Daily Bacterial Counts in the Filtered-Water Reservoir During the Period, November 1st, 1905, to February 1st, 1908.

Bacterial count between: No. of days. Percentage of whole.

0 and 20 per cu. cm. 291 41.0

20 and 40 per cu. cm. 245 34.6

40 and 60 per cu. cm. 63 8.9

60 and 80 per cu. cm. 30 4.2

80 and 100 per cu. cm. 28 4.0 92.7

100 and 200 per cu. cm. 29 4.1

200 and 300 per cu. cm. 13 1.8

300 and 500 per cu. cm. 5 0.7

500 and 1000 per cu. cm. 5 0.7 7.3

Total 100.0

Тесты на Bacillus Coli в Таблице 5 показывают результаты, которые тесно коррелируют с этим: данный организм обнаруживается лишь изредка, за исключением периодов высокого содержания бактерий, причем оба эти явления параллельны колебаниям мутности в отфильтрованной воде. Эти колебания тесно следуют за изменениями мутности и бактериального состава воды, поступающей на фильтры.

По всем стандартам качества санитарное состояние воды большую часть времени находится вне всякой критики. Учитывая тесную взаимосвязь мутности и бактериальных показателей в поступающей и отфильтрованной воде, совершенно логично заключить, что если бы качество поступающей воды удавалось поддерживать в течение всей зимы на столь же хорошем уровне, как летом или лучше, то отфильтрованная вода обладала бы безупречным санитарным качеством круглый год.

Все это предвиделось десять лет назад, когда г-да Херинг, Фуллер и Хейзен рекомендовали вспомогательные сооружения для предварительной обработки воды, хотя, как указывает автор, эти сооружения не были предусмотрены в первоначальном проекте. Поскольку предрассудки против использования коагулянта, по-видимому, лежали в основе противодействия предварительной обработке, помимо систематических исследований различных методов предварительной очистки, о которых упоминает автор, была развернута просветительская кампания по этому вопросу. В результате совместных усилий всех лиц, заинтересованных в продвижении этого усовершенствования, в 1910 году наконец были выделены ассигнования на данные работы. С тех пор станция коагуляции была построена, и автору сообщали, что некоторое время назад в период высокой мутности коагуляция была испытана в промышленных масштабах. Отчет о результатах этого воздействия на очистку воды в системе резервуаров и на фильтровальной станции представлял бы огромный интерес.

Figure 15—Turbidity in Applied Water.

Гидравлическая засыпка фильтрующего песка. — Автор применил метод возврата чистого песка в фильтры, который заслуживает одобрения инженеров как содержащий потенциал для эксплуатационной экономии. Первые эксперименты по отработке этого метода на вашингтонской станции проводились около трех лет назад, когда автор все еще работал там. Тогда применялись по сути те же методы, что описаны в данной статье, но обследование слоя песка путем вертикального разреза после такой пересыпки выявило столь устойчивую тенденцию к сегрегации крупного материала, что перспективы успеха казались довольно неутешительными. Наибольшая степень разделения, по-видимому, вызывалась потоком пульпы, выгружающей песок на поверхность. Было замечено, что вблизи точки, где скорость потока практически гасилась, наблюдалась тенденция к вымыванию мелкого песка и обособлению крупного материала, причем карманы такого рода обнаруживались во многих точках по всей толще песчаного слоя. Автор заявляет, что при недавней обработке фильтров этим методом никакой видимой тенденции к разделению материалов по фракциям не наблюдалось, и можно считать большой удачей, если эту работу удается выполнить так, чтобы полностью избежать такого разделения.

Можно задасться вопросом, повлияет ли определенная степень сегрегации материалов на практическую эффективность фильтра. По всей вероятности, это зависит от степени сегрегации, количества загрязнений в фильтруемой воде, скорости фильтрации и однородности применяемых технологических регламентов и т. д. Для воды с такими превосходными характеристиками, как вода в Вашингтонском городском резервуаре в благоприятные летние периоды, значительная степень сегрегации может существовать без какого-либо снижения эффективности. Однако для сильно загрязненной воды, такой как поступающая вода на этой станции в определенные зимние периоды, или воды многих других загрязненных источников, может оказаться, что даже небольшая неоднородность песка способна привести к заметной разнице в результатах фильтрации.

Тем не менее в результате описанных здесь экспериментов этот метод может применяться на других станциях, где условия кажутся подходящими, с гораздо большей степенью уверенности; однако, как и в случае внедрения любых новых или радикальных решений, эта уверенность не должна порождать пренебрежения к старым проверенным методам, а за работой сооружений необходимо следить с максимальной осторожностью, пока многолетний опыт не продемонстрирует их безупречную пригодность и не определит границы применимости.

Э. Д. Харди, действительный член Американского общества инженеров-строителей (в письменной форме). — В планы автора изначально не входило вдаваться в дискуссию ни по теории очистки воды, ни по экспериментальным работам с песком, а предполагалось лишь представить основные результаты эксплуатации главным образом в табличной форме. Тем не менее он рад тому, что эти стороны вопроса столь квалифицированно освещены в обсуждении г-на Лонгли.

Г-н Хейзен упомянул о более низкой эффективности экспериментальных фильтров для исследований скорости (как показано в Таблице 20) по удалению B. Coli из исследованной воды. Эта разница в эффективности на самом деле меньше, чем показывают цифры в таблице, поскольку анализы для экспериментальных фильтров носили лишь предполагаемый характер (как указано в примечании внизу Таблицы 20), в то время как для основных фильтров они проходили все стадии подтверждения.

Судя по экспериментам г-н Лонгли и Батона, выполненным в кабинете автора, представляется разумным предположить, что примерно половина положительных результатов была бы исключена, если бы применялись подтверждающие тесты. Другими словами, цифры, показывающие количество положительных проб на B. Coli в Таблице 20, следует разделить на два при их сравнении с аналогичными данными для основных фильтров.

Г-н Ноулз высказывает определенные опасения относительно описанных в статье методов восстановления производительности фильтров с помощью рыхления и замены песка гидравлическим способом, и в то же время, судя по выступлению г-на Джонсона, практика рыхления фильтров между скарификациями недавно была внедрена на питтсбургской станции.

1 Published in the Journal of Infectious Diseases, Vol. 4, No. 3, June, 1907.

Прежде чем практика рыхления была окончательно утверждена как часть регламента работы фильтров, этому вопросу было уделено много размышлений и исследований, в чем можно убедиться, обратившись к обсуждению г-на Лонгли.

Подсыпка песка выполнялась гидравлическим методом в течение почти двух лет, и, насколько автор может судить, этот метод оказался более экономичным и во всех отношениях более удовлетворительным, чем старый. Как утверждает г-н Хейзен, это не доказывает, что гидравлический метод будет столь же приемлем для других фильтровальных станций и иных фракций песка. Высотные бункера для песка на вашингтонской станции отлично вписываются в эту схему и избавляют от затрат на одну операцию перелопачивания песка; а низкий коэффициент неравномерности песка благоприятен для снижения его склонности к разделению на карманы или прослойки из крупного и мелкого песка. Способ промывки также отлично подходит к данному методу засыпки, поскольку песок становится очень чистым при прохождении через промыватели и расходные бункера. Гидравлический метод возврата песка способствует еще большему его очищению, так как оставшаяся в песке глина постоянно выносится через водослив за пределы загрузки в канализацию. Песок, засыпанный гидравлическим методом, гораздо более плотный, чем при использовании других методов, и следовательно, глубина проникновения ила в фильтре с такой засыпкой меньше. Тщательные анализы очищенной воды с фильтров, пересыпанных обоими методами, неизменно демонстрировали превосходство гидравлического способа.

Эксперимент по засыпке песка с помощью воды, о котором упоминал г-н Лонгли, в то время не был признан успешным, и метод забросили примерно на год. Тогда была предпринята попытка завершить пересыпку фильтра, почти законченную старым методом. При этом не были соблюдены меры предосторожности по заполнению фильтра водой, а также не использовались специальные распределительные устройства. Когда этот метод был возобновлен, прежде чем принять нынешнюю технологию, было испытано множество различных экспериментов.

Замечания г-на Уиппла о результатах работы фильтров в зимних условиях весьма интересны и, учитывая его авторитет в подобных вопросах, заслуживают внимательного рассмотрения.

При эксплуатации вашингтонской станции всегда было заметно, что результаты зимой оказываются значительно хуже, чем летом. Фактически почти вся некачественная вода поступала в городскую водопроводную сеть именно в зимние месяцы. С другой стороны, уровень смертности от тифа в холодную погоду всегда оставался относительно низким. Эти факты, по-видимому, свидетельствуют о том, что система водоснабжения не несла ответственности за заболеваемость тифом.

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back