Валентин Володин
Вступление
Еще не стерлись из памяти события «лихих» 90-х. Помнится МММ, разгул криминала, веерные отключения электроэнергии. На Украине, например, во второй половине 90-х дело доходило до того, что свет в жилых районах выключали на 2 часа через каждые 2 часа. Помнится, наиболее коварным был зимний период темноты между пятью и семью часами вечера. Как раз, когда народ возвращался с работы. Выгружаешься на остановке, автобус уезжает, и ты остаешься в полной темноте. Пытаешься привыкнуть, трешь глаза, давишь на глазные яблоки. Все безрезультатно, вокруг полная темнота. Делать нечего, осторожно ступаешь во мраке, пытаясь нащупать заветный забор, который должен вывести к родной калитке и потихоньку, на ощупь, домой.
Однако в этих мытарствах были и положительные элементы. Например, резко возрос спрос на разные бензо- и дизель-генераторы, а также на электронные преобразователи и бесперебойные источники тока. Последнее обстоятельство позволило людям творческим применить свои профессиональные навыки и даже немного улучшить на этом поприще свое финансовое положение. А там, глядишь, появились различные фирмочки, выпускающие эти самые преобразователи и бесперебойники. Какой-никакой подъем в экономике образовался, дополнительные рабочие места и т. п. Собственно, и Ваш покорный слуга, примерно в те времена, из электроники слабосильной подался в электронику силовую.
Нельзя сказать, что тогда с этой самой электроникой сильно мудрили. Делали, чтобы было просто, надежно и дешево. В принципе, для того чтобы питать одну-две лампочки, больше ничего и не требовалось. Однако по мере развития процесса конкуренция ужесточалась. Народу уже стало из чего выбирать. Особо привередливые начали интересоваться формой напряжения на выходе преобразователей и бесперебойников. На что им очень обтекаемо отвечали, что форма там практически синусоидальная, но лишь слегка модифицированная. Более честные говорили, что там присутствует синусоида, но только квадратная. А уж совсем честные говорили напрямую, что их преобразователи и бесперебойники формируют на выходе прямоугольное напряжение с паузой. Но параметры этого напряжения (амплитудное и действующее значение, а также частота) практически соответствуют аналогичным параметрам однофазного переменного напряжения бытовой электросети. В принципе, такое напряжение вполне подходило для основных бытовых электропотребителей, таких телевизоры, компьютеры, а также накальные и люминесцентные лампы. Те же электропотребители, которые требовали чисто синусоидального напряжения (асинхронные двигатели, например), были в меньшинстве и погоды особой не делали.
Однако такое положение не могло длиться вечно. Количество отключений сокращалось и в какой-то момент они практически вообще прекратились. Однако параллельно на рынке бытовых товаров стали появляться отопительные котлы, оборудованные циркуляционными насосами, приводными задвижками и электронным управлением. Такие котлы требовали высококачественного бесперебойного электропитания. В противном случае, при отключении электричества работа системы отопления полностью нарушалась.
И вот тут возникала некая дилемма. Многие владельцы отопительного чуда уже обладали бесперебойными источниками, мощности которых с лихвой хватало для питания котла. Однако, вот беда, циркуляционные насосы ни в какую не хотели крутиться от «прямоугольной синусоиды». Для чудо-котла надо было приобретать новый чудо-бесперебойный источник, формирующий на выходе чистейшую синусоиду. А куда же теперь девать старый, к которому уже душой прикипели. Нехорошо как-то все это!
Но положение не безвыходное и старый друг нам еще послужит! Для питания асинхронного двигателя от прямоугольного напряжения можно использовать фильтр Отто. Есть множество положительных примеров практического воплощения такого подхода. Однако такой вариант не самый простой и, уж точно, не универсальный. После продолжительной и утомительной настройки фильтр можно будет использовать только с конкретным двигателем. Хотелось бы чего-то более универсального. Таким более универсальным решением будет использование в качестве фильтра феррорезонансного или подобного ему стабилизатора. При этом феррорезонансный стабилизатор, включенный после бесперебойного источника, будет не только исправлять форму его выходного напряжения в периоды отсутствия сети (работа от аккумулятора), но и будет стабилизировать напряжение сети в моменты его присутствия.
Ниже приводится описание и принципиальная электрическая схема феррорезонансного стабилизатора мощностью 1000 Вт. В статье приведены формулы и методика расчета, которая позволит вам пересчитать стабилизатор на другую мощность, если это потребуется.
Феррорезонансный стабилизатор
Феррорезонансные стабилизаторы имеют ряд достоинств, таких как высокая надежность и быстродействие, широкий диапазон входных напряжений, хорошая стабильность выходного напряжения, способность к исправлению формы сильно искаженного входного напряжения. Однако, не смотря на все свои достоинства, эти стабилизаторы имеют и некоторые недостатки, к которым можно отнести относительно низкую удельную мощность и высокий уровень шумов, создаваемых при работе.
Не так давно, в 60-80-х годах прошлого века, феррорезонансные стабилизаторы широко использовались в быту для питания ламповых телевизоров. И старшее поколение читателей, скорей всего, до сих пор помнит тот надрывный гул, которым сопровождалась работа этих аппаратов, которые различались формой и расцветкой, но имели вес 10-15 кг при мощности 250-350 Вт.
Основным источником шумов в феррорезонансном стабилизаторе является насыщающийся дроссель. В работе сердечник этого дросселя постоянно насыщается, что приводит к изменению его линейных размеров. Это явление называется магнитострикционным эффектом. О «шумности» этого эффекта говорит хотя бы тот факт, что он широко используется в гидроакустике для генерации мощных акустических волн. Следовательно, если мы хотим построить тихий стабилизатор, то в первую очередь должны избавиться от насыщающегося дросселя. Однако нельзя просто так выбрасывать неугодные комплектующие из стабилизатора. В этом случае мы рискуем потерять его функциональность. Чтобы этого не произошло, сначала нужно найти достойную замену. И на нашу удачу такая достоянная замена имеется. Еще в 70-х годах прошлого столетия была доказана возможность замены насыщающегося дросселя последовательной цепочкой, состоящей из линейного дросселя и двух встречно-параллельных тиристоров . Такая цепь ведет себя аналогично насыщающемуся дросселю, но в отличие от него имеет меньшие размеры и массу, может оперативно регулироваться за счет управления тиристорами, обеспечивает меньшие потери и, самое главное, гораздо меньше шумит. В технической литературе такая цепочка зачастую называется резонансным тиристорным регулятором (РТР) . При необходимости, два встречно-параллельных тиристора РТР можно с успехом заменить одним симистором.
Работа стабилизатора
Функциональная схема стабилизатора с РТР изображена на Рисунке 1.
Стабилизатор с РТР имеет практически тот же принцип действия, что и феррорезонансный стабилизатор. Выходное напряжение U Н поддерживается на требуемом уровне (220 В). Когда напряжение питающей сети U С имеет минимальное значение, симистор VS1 заперт. При этом напряжение U Н поднимается до требуемого уровня за счет резонанса в колебательном контуре L1C1. Если же напряжение питающей сети U С имеет максимально допустимое значение, то симистор VS1 постоянно открыт. При этом дроссели L1 и L2 образуют делитель переменного напряжения, уменьшающий сетевое напряжение до требуемого уровня. В феррорезонансном стабилизаторе насыщающийся дроссель также максимально используется при максимальном входном напряжении, и минимально при минимальном. Дроссель L3 совместно с конденсатором С1 образует фильтр третьей гармоники, улучшающий форму выходного напряжения стабилизатора.
Рассмотрим подробнее работу стабилизатора с РТР. На Рисунке 2 изображены осциллограммы основных напряжений и токов стабилизатора с РТР. Выходное напряжение стабилизатора U Н выпрямляется при помощи выпрямителя В2. Выпрямленное напряжение U В2 поступает на фильтр Ф, который выделяет из него среднее, действующее или амплитудное значение, в зависимости от того, какое значение выходного напряжения U Н требуется стабилизировать. Далее напряжение с выхода фильтра поступает на сумматор, где сравнивается с опорным напряжением U ОП. С выхода сумматора напряжение ошибки поступает на регулятор Рег, который формирует управляющий сигнал, призванный компенсировать отклонение выходного напряжения стабилизатора. Выходное напряжение регулятора U ПОР поступает на вход порогового устройства ПУ и определяет его порог срабатывания. На другой вход порогового устройства подается синхронизирующее напряжение U В1 , привязанное к моментам перехода через ноль выходного напряжения U Н стабилизатора. На выходе порогового устройства ПУ формируются импульсы управления U УПР, которые усиливаются усилителем мощности УМ и в требуемой полярности поступают на управляющий электрод симистора VS1. Синхронизирующее напряжение создается при помощи интегратора Инт и выпрямителя В1. Благодаря интегратору, импульсы выпрямленного напряжения U В1 отстают от импульсов U В2 на 5 мс (фазовый сдвиг -90°).
Импульсы управления U УПР формируются на нарастающем фронте U В1 между нулевым и амплитудным значением этого напряжения. При увеличении порогового напряжения U ПОР импульсы управления максимально сдвигаются к амплитудному значению U В1 и, соответственно, к нулевому значению U В2 . В этом случае симистор открывается в районе нулевого значения U Н и через линейный дроссель L2 протекает незначительный ток I L2 , который не оказывает существенного влияния на выходное напряжение стабилизатора. При уменьшении порогового напряжения Uпор импульс управления сдвигается в сторону амплитудного значения U Н и через линейный дроссель L2 начинает протекать существенный ток, который шунтирует выход стабилизатора и уменьшает величину его выходного напряжения.
Если выходное напряжение стабилизатора меньше требуемого, то регулятор Рег увеличивает пороговое напряжение U ПОР. В результате ток, протекающий через дроссель L2, уменьшается, и выходное напряжение стабилизатора возрастает за счет резонанса в колебательном контуре L1C1. Если выходное напряжение больше требуемого, то регулятор Рег уменьшает пороговое напряжение U ПОР. В результате ток, протекающий через дроссель L2, увеличивается и выходное напряжение стабилизатора уменьшается.
Расчет силовой схемы стабилизатора
Рассмотрим практическую методику расчета стабилизатора мощностью 1000 ВА. Такой стабилизатор может использоваться как независимое устройство или совместно с устаревшими источниками бесперебойного питания для получения синусоидальной формы напряжения.
Принципиальная электрическая схема силовых цепей стабилизатора с РТР мощностью S Н = 1000 ВА изображена на Рисунке 3. Стабилизатор рассчитан на работу от сети переменного тока 220 В 50 Гц c нагрузкой, имеющей коэффициент мощности cos φ Н ≥ 0.7, и формирует выходное напряжение U Н = 220 В ±1% во всем диапазоне нагрузок при изменении входного напряжения от 150 до 260 В.
 |
||
| Рисунок 3. | Принципиальная электрическая схема силовых цепей стабилизатора с РТР мощностью 1000 ВА. . | |
В 1819-1824 гг. в России были открыты богатейшие залежи платины. Но в чистом виде она практически не встречается. Как правило, самородки и крупицы, добываемые на приисках,- это сплавы с благородными (Рd, Ir, Rо, Ru, Оs) и неблагородными (Fе, Си, Ni, Рb) металлами. Последние делают платину слишком хрупкой, и это очень усложняет ее обработку.. ? В то время была поставлена задача изыскать методы очистки металла и ковки.
Поиски методов обработки платины
В 1826г. в соединенной лаборатории департамента горных и соляных дел при Петербургском горном кадетском корпусе (впоследствии Горном институте) велись интенсивные поиски методов обработки платины . Возглавлял эти работы 43-летний инженер Петр Григорьевич Соболевский .
Первая мысль - попытаться очистить платину, как большинство других металлов, расплавив ее. Но эта идея наталкивается на непреодолимое препятствие. Существующие печи не могут развить температуру, достаточную для расплавления этого металла (2043 К).
Открытие Гитона
Французский ученый Гитон в 1790 году обошел это препятствие. Получив предварительно соединение платины с мышьяком, а затем прокалив его при температуре около 900 К и удалив мышьяк, он получил довольно ковкую платину , из которой вполне можно было изготавливать ювелирные изделия.
Несправедливость судьбы: способу было присвоено не имя его изобретателя, а имя парижского ювелира Жанетта , финансировавшего работу Гитона. Жанетти приобрел все права на способ и держал его в секрете .
В начале двадцатых годов прошлого века этот секрет был раскрыт русским инженером А. Н. Архиповым . Но метод оказался слишком трудоемким, выжигание мышьяка требовало много времени, металл получался недостаточно чистым, значительная часть платины безвозвратно терялась, а главное, пары мышьяка отравляли все в округе . Для переработки таких больших количеств платины, которые были обнаружены на Урале, метод Жанетти не годился.
Открытие П. Г. Соболевского
П. Г. Соболевский вместе с берг-пробирером лаборатории В. В. Любарским разработал надежный и простой способ очистки платины, растворяя ее в царской водке и осаждая из раствора в виде хлорплатината аммония (NН 4) 2 [РtСl 6 ]. Этот осадок промывали, прокаливали на воздухе и в результате получали спекшийся порошок (губку) чистой платины. Но из порошка нужно было научиться делать монеты, проволоку, чаши и т. д.
Эта проблема была поставлена самой жизнью. На то время она была актуальной, и она должна была быть решена. И она была решена. В 1826 году. Имя человека, первым решившего ее,- П. Г. Соболевский.
Вот его решение:
«...Очищенную платину в губчатом виде набиваем мы холодную весьма плотно в толстую железную кольцеобразную форму произвольной величины, сдавливаем ее сильным натиском винтового пресса и, вынув из формы, получаем плотный кружок, имеющий металлический блеск. В сем состоянии платиновый кружок не имеет ковкости, а сила сцепления частиц между собой не противостоит в нем сильным ударам; оный ломается и крошится. Для обращения таких кружков в ковкую платину надлежит только нагреть их до белого раскаления и при сей степени жара подвергнуть давлению того же пресса. От одного удара кружок платины вовсе изменяет вид свой: зернистое сложение его становится плотным и оный делается совершенно ковким... После такого обжатия кружки проковываются в полоски или прутки желаемого вида обыкновенным образом».
21 марта 1827 года на собрании Ученого комитета по горной и соляной части демонстрировались тигли, чаши и медали, изготовленные из платинового порошка. С 1828 года по методу Соболевского в России стали изготавливать платиновые монеты.
Порошковая металлургия
Так появилась порошковая металлургия - метод, по выражению ее создателя, «весьма отличный от металлургических процессов». Главное отличие состоит в том, что металл получают, не прибегая к его расплавлению .
То, что делал с платиной П. Г. Соболевский, на современном языке порошковой металлургии называется горячим прессованием . Суть этого метода - уплотнение порошков сжатием в закрытой пресс-форме при повышенных температурах, меньших температуры плавления.
В некоторых случаях необходимо получить чистую воду, даже питьевую воду, в экстремальных условиях (например, в походах). Что делать, если воды нет?
Рассмотрим несколько возможных вариантов:
1. Нет источника воды
В этом случае наиболее приемлемы следующие способы получения чистой воды:
Получение воды конденсацией паров из вырытой ямы
Для этого вырывается яма диаметром 50-60 см и чуть меньшей глубины. Берется полиэтиленовая пленка, укладывается поверх и прижимается по углам, в центр также помещается груз, под пленкой в этом месте помещается емкость для сбора воды, которая и наполняется конденсатом (обычно за ночь). Способ пригоден для получения питьевой воды даже в засохших местах. Много воды не получить, но ее будет достаточно, чтобы утолить жажду.
Получение воды конденсацией из свежих зеленых веток
Способ практически аналогичный вышеприведенному: полиэтиленовой пленкой укрываются зеленые (лиственные) ветки так, чтобы испарившаяся влага, конденсируясь, собиралась в емкость. Вполне пригодная питьевая вода.
Получение воды сбором росы
Чистой тряпицей (носовым платком, например) проводим по травяному покрову, затем намокшую тряпицу отжимаем в подходящую емкость. Повторяем эти операции несколько раз. Этот способ не очень гигиеничен, но некоторое количество воды получить вполне возможно.
2. Есть источник воды, но она грязная
Если по близости имеется вода, но она грязная, то ее необходимо очистить. Первоначально необходимо подручными средствами отфильтровать воду от механических загрязнений, поскольку основная масса болезнетворных микроорганизмов живет именно на их поверхности.
Как очистить воду от механических примесей и мутности
Это можно сделать, например, следующим образом. Загрязненную воду можно отфильтровать через слой грунта или песка, если рядом с источником грязной воды выкопать ямку и дать ей заполниться. Вычерпав воду и повторив наполнения ямки несколько раз, получим очищенную от мути и механических примесей воду.
Другой доступный способ фильтрования воды - сделать самодельный фильтр из пластиковой бутыли, железной банки, или, в крайнем случае, из связанного в узел куска ткани, которые послойно заполняются песком, углем от прогоревшего костра и мхом. При медленном осторожном приливании сверху загрязненной воды, снизу будет капать очищенная вода. Медленно, но зато получаем более чистую воду, чем при фильтровании через слой грунта. Органолептические свойства этой воды будут уже значительно лучше исходной. Но чтобы очищенная вода была безопасна для здоровья, необходимо ее продезинфицировать (провести ее обеззараживание).
Как обеззараживать воду в полевых условиях
Вторым этапом очистки является обеззараживание воды подручными средствами.
Можно использовать заранее взятые в аптеке специальные таблетки для обеззараживания воды, такие как: пантоцид, акватабс, Isosun G, Halazone (поинтересуйтесь, что предлагает для этого аптечная сеть). Одна такая таблетка после полного ее растворения способна обработать (обеззаразить) до одного литра воды за 15 - 20 минут.
Если таковых таблеток в распоряжении нет - в качестве дезинфектанта подойдет марганцовка (перманганат калия), который берется из расчета 0,1 г на 1 л (на конце ножа - для приготовления слабо розового раствора), время обработки не менее 5-ти минут. Или использовать йод из расчета 3-4 капли стандартной 5% настойки на 1 л воды.
После перемешивания и отстаивания в течение примерно одного часа, вода становится пригодной для питья. Однако не забывайте о том, что передозировка йода нежелательна вследствие его токсичности.
3. Термическое обеззараживание воды кипячением
Чтобы использовать полученную в полевых условиях воду для питья, не принося вреда здоровью, проще и лучше всего подвергнуть воду термической обработке (прокипятить) для заключительной стадии очистки. Это важно даже при использовании дезинфицирующих таблеток или добавок.
В качестве обеззараживающей добавки при кипячении можно дополнительно использовать дикорастущие травы, обладающие дезинфицирующими свойствами, такие, как листья ромашки, чистотела, брусники, клюквы, зверобоя, подорожника и других (однако, не стоит в этом переусердствовать, не забывая о биологической активности таких трав, особенно если у вас на них аллергия).
Чистая натуральная вода — удовольствие дорогое.Чистой водой считается та, которая берется из чистых природных источников. Например, тающие ледники или артезианские скважины. , согласно требованиям международных стандартов, должна разливаться в тару непосредственно из скважин. Однако, к сожалению, есть много скважин, которые не охраняются должным образом, и в которых не ведется должный учет .
Однако воду из природного источника далеко не всегда можно назвать чистой. Любой источник воды нужно проверять. Он должен соответствовать химическим нормативам, и если там были обнаружены недопустимые с точки зрения лабораторного анализа для качества питьевой воды отклонения, значит, эту воду нельзя использовать.
Как ни странно, наиболее действенными остаются народные методы очистки воды.
Наиболее распространенными методами очистки воды в домашних условиях является отстаивание, замораживание с последующим оттаиванием и кипячение.
Самый простой способ получить чистую заключается в ее отстаивании на протяжении нескольких часов. Некоторые опускают при этом в емкость с водой какой-либо серебряный предмет — ложечку или ювелирное изделие из серебра, но в идеале для отстаивания воды нужно использовать серебряную посуду — тогда эффект будет максимально результативный. Однако были известны случаи так называемого «отравления серебром» — когда в организме наблюдался переизбыток ионов серебра. Так что старайтесь использовать такой метод очистки только в экстренных случаях, когда другие способы недоступны.
По мнению экспертов, талая вода действительно может считаться чистой. Но лишь в том случае, если замораживание проходит по специальной технологии. Вода набирается из-под крана в небольшую емкость, и ставиться в морозильник. Через 2-3 часа на поверхности образуется лед. Это замерзает тяжелая вредная вода. От этой воды надо избавиться. Оставшаяся жидкость переливается в чистую посуду, и ставится в морозильник еще на 2-3 часа. Через 2-3 часа все соли и примеси, которые есть в воде, должны осесть на дно. Наша цель — ледяная верхушка. Именно она должна обладать чудесными свойствами. Эта и способствует повышению иммунитета.
Талый снег. Обязательным условием потребления талой воды является экологически чистый район. Талая вода из холодильника гораздо чище и мягче водопроводной. Однако главное неудобство — в сложности приготовления.
При кипячении воды нужно учитывать тот момент, что хлор, которым обеззараживают водопроводную воду, при высоких температурах образует различные вредные соединения. А трубы, по которым вода поступает в квартиры, могут быть старыми и ржавыми — в результате мы получаем воду с избытком железа, который в процессе кипячения не устраняется.
B история возникновения любого города, любого населённого пункта неразрывно связана с водой. Одним из основных условий благоустройства города надо считать хорошее водоснабжение. Вода нужна для питья и приготовления пищи, для промышленных целей, для удаления нечистот по каналам за пределы города, для поливки улиц, для орошения зелёных насаждений и т. д.
В зависимости от того, идёт ли вода в пищу, подаётся ли в паровой котёл, используется как растворитель в производстве или предназначается для точных научных исследований, она должна быть в той или иной степени освобождена от примесей.
Вода, употребляемая для питья, не должна содержать вредных для здоровья веществ. Она должна быть бесцветна, прозрачна, прохладна (летом иметь температуру по возможности не выше 10–12 градусов), лишена всякого постороннего запаха и вкуса. При оценке качества питьевой воды в первую очередь следует выяснить, не загрязнена ли она отбросами животного происхождения, потому что это может явиться причиной заражения питьевой воды болезнетворными микробами. Резкие изменения температуры колодезной воды, наличие загрязнений или внезапное помутнение её могут служить признаком того, что в водоносный слой попали сточные воды.
Встречающиеся в питьевой воде минеральные соли, как правило, безвредны для здоровья, но если вода содержит их очень много, она становится невкусной.
Большая жёсткость нежелательна и в воде, употребляемой для мытья и стирки. При мытье в жёсткой воде требуется большее количество мыла, так как часть мыла вступает в химическое соединение с солями (кальция, магния, железа) и образует нерастворимые в воде соли. Это и есть тот процесс, который мы обычно называем «свёртыванием» мыла. Кроме того стирка в такой воде понижает носкость тканей: ткани делаются жёсткими и хрупкими и легче рвутся в местах сгибов. Также действует мытьё в жёсткой воде и на волосы, делая их ломкими и клейкими.
Нельзя пользоваться жёсткой водой и для питания паровых котлов. Присутствие в ней солей, особенно солей кальция и магния, ведёт к быстрому разрушению стенок котла. Образование накипи утолщает стенки котла и приводит к излишнему расходу топлива. В технической литературе можно встретить такие цифры перерасхода топлива: при слое накипи в один миллиметр толщиной перерасход топлива составляет 1, 5 процента, при слое в три миллиметра - 5 процентов, а при слое накипи в. 5 миллиметров до 8 процентов.
Различные производства предъявляют к воде самые разнообразные требования. Так, например, при обработке шерсти и шёлка требуется вода, совершенно лишённая солей кальция, магния, железа. В воде, используемой в бумажном производстве, не должны быть соли железа: они могут дать пятна на бумаге. Нежелательны и примеси органических веществ: при загнивании они могут повлечь образование в бумаге грибков.
В крахмальном производстве требуется совершенно прозрачная и бесцветная вода, не содержащая железа, не имеющая запаха и каких бы то ни было растительных остатков - травы, листьев, водорослей и так далее; в противном случае крахмал при сушке станет бурым. Вода должна быть свободна от различных возбудителей брожения - дрожжевых и споровых грибков, сообщающих крахмалу неприятный гнилостный запах.
В воде, применяемой при сахароварении, не должно быть много солей; соли затрудняют варку и кристаллизацию сахара и увеличивают его зольность.
Пивоваренное производство также требует прозрачной воды, без запаха, не загрязнённой вредными минеральными солями и органическими загнивающими веществами.
Интересно, что состав воды диктует производство того или другого сорта пива. Светлые сорта пива получаются только тогда, когда используется вода, бедная углекислыми солями; тёмные же сорта пива требуют, наоборот, воды, в которой имеются преимущественно эти соли.
Если в Мюнхене (Германия) варят тёмные сорта пива, то вовсе не потому, что население предпочитает их другим, а потому, что местная вода богата углекислыми солями.
Однако человек сравнительно редко приспособляется к свойствам той воды, которую предоставляет в его распоряжение природа. В большинстве случаев он находит средства и приёмы для очистки воды, в той степени, конечно, в какой это ему нужно.
Отсутствие поблизости больших водоёмов с чистой водой давно заставило человека искать хорошую воду в недрах земли. С незапамятных времён человек научился добывать грунтовую воду с помощью колодцев.
Вода неглубоких колодцев может быть загрязнена поверхностными водами, просачивающимися через грунт; поэтому желательно устраивать возможно более глубокие колодцы. Хорошую воду с больших глубин обычно дают так называемые артезианские колодцы. Схема устройства такого колодца показана на рисунке 11.
Рис. 11. Схема, артезианского колодца.
Вода рек, озёр и других пресных водоёмов также широко используется для водоснабжения. Однако она часто загрязнена илом, а в крупных населённых пунктах нередко и сточными водами. Эти примеси делают её не пригодной не только для питья, но и для ряда промышленных целей.
Интересно отметить, что вода способна самоочищаться. Если канализационная вода спускается в большую реку, то уже на расстоянии немногих десятков километров вниз по течению речная вода становится такой же чистой, как и до спуска сточных вод. Благодаря растворённому в воде кислороду и деятельности некоторых видов бактерий органические вещества канализационной соды разрушаются. Уменьшается и количество бактерий, принесённых сточными водами: бактерии или пожираются простейшими животными рек или оседают на дно вместе со взвешенными в воде частицами и там погибают. Но часть бактерий, - а среди них и болезнетворные бактерии, - продолжают оставаться в воде довольно долгое время. Кроме того в воде остаются вредные вещества из сточных вод химических заводов. Поэтому на естественное обеззараживание воды подобных водоёмов полагаться нельзя и необходимо искусственно очищать воду.
Прежде чем поступить в водопроводную сеть, вода подвергается специальной очистке на водоочистительной станции. Сначала она отстаивается, а затем направляется в громадные подземные фильтры - бассейны, выложенные каким-нибудь водонепроницаемым материалом (рис. 12). На дно бассейна насыпан толстый слой гравия, а затем песка. Вода просачивается через этот слой и собирается в расположенных на дне сборных трубах и затем поступает в водопроводную сеть. Свежий, хорошо промытый песок - плохой фильтр, поэтому вначале профильтрованная вода выбрасывается. Но вода, проходя через фильтр, оставляет на песчинках илистую плёнку, которая только со временем делает фильтр вполне «созревшим». Такой фильтр уже задерживает и взвешенные в воде частицы, и до 99 процентов всех содержащихся в ней бактерий.
Рис. 12. Подземный фильтр - бассейн.
В значительной степени воду можно очистить, пользуясь весьма простым фильтром. Его устройство показано на рисунке 13. Поверх гравия укладывается слой песка или мешок с ватой, чистыми древесными опилками или измельчённым углём.
Рис. 13. Простой фильтр для воды.
При очень сильном загрязнении воды, особенно в период половодья, даже самого тщательного фильтрования бывает недостаточно. В таких случаях перед фильтрованием прибегают к химической очистке: к воде прибавляют сернокислую соль алюминия. Эта соль в воде разлагается и образует более или менее крупные хлопья. Хлопья захватывают взвешенные в воде частички и медленно падают с ними на дно отстойника.
Для окончательной очистки питьевую воду перед впуском в водопроводную сеть дезинфицируют, употребляя для уничтожения оставшихся бактерий чаще всего озон, хлор или хлорную известь, а иногда и ультрафиолетовое облучение.
Очистку воды, предназначенной для питания паровых котлов и для других технических целей, обычно производят химическими способами. Среди них особенно нужно отметить способ очистки, успешно разрабатываемый советскими учёными. Это - очистка с помощью особых веществ, называемых ионитами. Ионитами могут служить некоторые минералы (например, натриево-алюминиевая соль кремневой кислоты - пермутит), а также искусственные смолы. При фильтровании воды через иониты можно заменить вредные соли, содержащиеся в воде, на соли более безобидные для того или другого производства. Иониты позволяют также провести полное опреснение воды. В настоящее время иониты ещё не получили широкого распространения, но успешное применение их в ряде производств и для бытовых целей указывает на то, что ионитам принадлежит самое ближайшее будущее.
Снабжение населённых пунктов чистой водой - сложная и ответственная задача. Чистая вода также важна для здоровья человека, как и свежий воздух. Однако в капиталистических странах вопрос об охране здоровья населения стоит далеко не на первом месте.
В Англии, например, промышленники, не утруждая себя заботами о нуждах населения, долгое время спускали сточные воды со своих фабрик и заводов прямо в реки. В результате промышленные отбросы сделали воду рек Англии совершенно не пригодной для питья. Известен следующий случай. От реки Темзы однажды исходило такое зловоние, что парламент был вынужден прекратить заседание; парламентская комиссия составила протокол о чрезмерном загрязнении Темзы, написав протокол водой из этой реки, а в заключение выразила сожаление, что не может в качестве доказательства приложить к протоколу запах, исходящий от Темзы!
В городах капиталистических стран есть благоустроенные кварталы, сияющие чистотой, с прекрасной канализационной сетью. Эти кварталы существуют только для тех, у кого есть деньги. Но есть и другие кварталы, кварталы рабочих окраин, утопающие в грязи и зловонии. Ещё Энгельс писал о них так: "Современное естествознание показало, что так называемые "дурные кварталы", в которых скучены рабочие, представляют очаги всех тех эпидемий, которые периодически посещают наши города. Холера, тиф и тифозная горячка, оспа и другие заразные болезни распространяют свои бактерии в зачумлённом воздухе и отравленной воде этих рабочих кварталов; там они почти никогда не исчезают, развиваются, едва только условия позволяют это, в эпидемические массовые болезни и выходят за пределы своих очагов в более богатые воздухом и здоровые части города, населённые господами капиталистами. Господа капиталисты не могут безнаказанно доставлять себе удовольствие обрекать на эпидемические заболевания рабочий класс; последствия падают на них самих, и смерть косит свои жертвы среди капиталистов так же беспощадно, как среди рабочих…
С тех пор, как наука установила этот факт, человеколюбивые буржуа возгорелись пламенным соревнованием в заботе о здоровье своих рабочих… В Германии, по обыкновению, понадобился гораздо более продолжительный срок, пока постоянно существующие и здесь источники заразы развивались до такой степени, которая необходима, чтобы расшевелить сонную крупную буржуазию". Кое-где начали сноситься рабочие кварталы и на их месте создавались широкие светлые улицы и скверы. Но грязные жилища рабочих снова возникали в других местах. По существу, они только переносились с одного места на другое.
Пока существует капитализм, бессмысленны всякие разговоры о серьёзном улучшении условий жизни рабочих. Только в стране социализма эта задача является одной из основных общегосударственных задач.
В дореволюционной России водопровод был в 215 городах, а канализация только в 20. При Советской власти к концу второй пятилетки число водопроводов уже было удвоено и в сотнях городов была проложена канализационная сеть. Законодательством Советского Союза запрещается спуск сточных промышленных вод и других нечистот в поверхностные водоёмы без предварительной очистки, а в отдельных случаях и дезинфекции.
Москва ещё с конца XVIII века пользовалась прекрасной ключевой водой из обильных источников близ Мытищ. Но Мытищинская водоподъёмная станция не могла давать больше 2 миллионов вёдер воды в сутки. Этого количества воды не хватало для быстро растущего города. В начале нашего столетия был построен Рублёвский водопровод, черпавший воду из верхнего течения реки Москвы.
До Октябрьской Революции на каждого москвича приходилось меньше 100 литров воды в сутки, включая сюда, конечно, расход воды промышленными предприятиями, потреблявшими основную её массу.
В настоящее время канал Москва-Волга приносит столице в изобилии чистую волжскую воду. На каждого жителя Москвы приходится свыше 600 литров воды в сутки.
Водопроводная вода чиста, безвредна и приятна на вкус. Только воды некоторых ключей могут состязаться с ней в этом отношении. Но и водопроводная вода далеко не везде может быть использована. Например, для аптек, фотографий и многих научных лабораторий вода из водопровода непригодна - ведь в ней всегда есть небольшое количество растворённых солей и некоторые органические вещества. Каким же путём освободиться от них?
Обычное фильтрование и химическая очистка здесь не помогут. Поэтому воду перегоняют. Перегонка воды производится в специальных аппаратах. На рисунке 14 показан часто употребляющийся для этой цели перегонный куб. Он состоит из котла с крышкой и пароотводной трубкой и холодильника в виде спирали, охлаждаемого снаружи проточной холодной водой. В котле кипит вода. Пары её поступают в холодильник и охлаждаются на холодных стенках змеевика. Капельки воды вытекают в приёмник. Этот процесс называется дистилляцией (или дестилляцией), что означает - стекание каплями, а получаемая вода - дистиллированной.
Рис. 14. Перегонный куб.
Однако и очищенная такой перегонкой вода всё ещё недостаточно чиста, - она содержит и летучие органические вещества, которые перегоняются вместе с водой, и растворённый воздух. Кроме того нужно помнить, что вода - весьма активное химическое вещество. Хотя и в незначительной степени, вода разъедает стенки металлических сосудов. Разъедает или, как говорят, «выщелачивает» вода и стекло, и фарфор.
Освободиться от летучих органических веществ не представляет труда: в перегонный куб добавляют марганцовокислый калий, легко окисляющий эти вещества в нелетучие соединения. Но избежать действия воды на стенки перегонного аппарата из обычного материала нельзя. Поэтому воду, полученную после первой перегонки с марганцовокислым калием в обычном аппарате (медном, лужёном, оловянном, стеклянном или фарфоровом), вновь перегоняют, пользуясь приборами, сделанными из платины, на которую вода не действует.
Полученная таким путём вода содержит в себе только растворённый воздух. Для удаления его воду долго кипятят, а затем охлаждают в безвоздушном пространстве. Такая вода уже совершенно чиста. Хранится она в запаянных платиновых сосудах, без доступа воздуха.
Как видите, получение совершенно чистой воды - довольно сложная и дорогая операция. Однако при изучении свойств воды подобной очистки избежать нельзя.
Совершенно чистая вода имеет неприятный вкус. Поэтому дистиллированную воду не применяют для питья. Кроме того дистиллированная вода вредна для организма: продолжительное употребление воды, лишённой солей, понижает солевой состав клеточного сока и приводит иногда к тяжёлым заболеваниям. Тем не менее в некоторых случаях перегонкой пользуются для получения питьевой воды. Например, в Баку, где грунтовые воды загрязнены нефтью, водопроводная сеть одно время питалась перегнанной морской водой. Однако к этой воде специально добавляли соли и насыщали её воздухом.