KURZUS: Különleges ellátási rendszerek

MODUL: A vízellátás rendszere

1. lecke: A vízellátási rendszerek fejlődése az ókortól napjainkig

| Cél: A lecke célja, hogy a hallgató megismerje a vízellátás rendszerének történetét, valamint a rendszer és a fogyasztói igények változásainak okait és következményeit
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes:
felsorolni a víz felhasználásának legalább 5, a leckében említett módját megfogalmazni a különböző történelmi korok vízfogyasztóiának igényeit és elvárásait
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 30 percre lesz szüksége.
Kulcsfogalmak: Csővezetékes szállítás, vízellátás, szennyvízelvezetés
1. Vízellátás az ókorban és a középkorban
Jegyzetfüzetébe gyűjtse ki az ókori kultúrák vízellátási rendszereinek sajátosságait, lehetőségeit, majd jegyzetei alapján határozzon meg a hasonlóságokat és a különbségeket a rendszerek között.
A zsúfolt városokban a régészeti leletek tanúsága szerint már az ókorban is léteztek gyakorlati építési megoldások a vízellátásra, és a keletkezett szennyvíz, valamint a csapadékvíz elvezetésére is. A vízfelhasználást szolgáló építmények kialakítása, funkciója függött az adott népesség vízhez való viszonyától: az ivóvíz biztosítása mellett esetenként találkozunk a víz vallási szertartásokban játszott szerepének, kultikus jellegének erősödésével. Sok esetben a rituális megtisztulás helyei is voltak a források, vízlelőhelyek köré emelt építmények. Már az ókorban megjelentek olyan kultúrák, ahol a luxus, a kényelem fokozásának eszközeként viszonyultak a vízhez - akiknek erre módjuk volt - egészen az épületekbe, a fogyasztás helyéig vezették (EMM, 2013).
Időszámításunk előtt 2750 körül Mezopotámiában már sok háztartásban fellelhetők voltak a ciszternák. Ezekben a házak belső udvarában épített vízgyűjtő medencékben tartalékolták az ivó- és más célra használt vizet, itt gyűjtötték az esővizet is. A folyók vizét nagyobb víztárolók őrizték a száraz évszak idejére. A tározómedencékből a víz a nyitott kutakba került, ahonnan mindenki kimerhette a maga szükségletét.
A hellén kultúra is rendkívül fejlett volt a maga korában, ahogyan Pergamon városának példája is mutatja. A település vízellátása a korabeli görög technikai lehetőségek teljes skáláját magába foglalta. A város fejlesztése a fellegvár építésével kezdődött, ahol sem források, sem kutak nem álltak rendelkezésre, tehát az esővíz gyűjtésére helyezték a hangsúlyt, és a téli időszakban hulló csapadékvizet csatornázták be és tartalékolták a medencékben. A csatornákat a sziklába vájták, és speciális falazattal, vakolattal védték a veszteségek elkerülése érdekében. A tározók 10-90m3 térfogatúak voltak, és alkalmasak voltak a város lakosságának, mintegy 7900 polgárnak az ellátására (Garbrecht, 2000). A későbbiekben került sor annak a csővezetéknek a létesítésére, ami a szomszédos hegy tetejéről, egy ottani forrástól indulva nyomás alatt szállította az ivóvizet a fellegvárba. A föld alatt vezetett, fából készült csőrendszer 120 cm-enként kemény, kilyukasztott kövön fut át, hogy ne pattanjon szét, a lyukak átmérője kb. 30 cm.
Vízvezeték cső maradványa egy ephesusi tárlaton
2.1.A ábra
A római korban is kulcs-szerepet játszottak az ivóvíz szállításában az aquaeductusok. Ezek - a birodalom egyik jelképeként ma is csodálatra méltó, a maguk módján kiemelkedőnek tekinthető alkotások - a hegyi források vizét gravitációs elven szállították a városokba. Létesítésük során a fejlett mérnöki tervezési és építési módszerek alkalmazásával hatalmas mennyiségű építőanyagot használtak fel, nem kevésbé csekély mértékű emberi munkaerőt mozgósítottak. A víz nem közvetlenül a városi hálózatba került, a korabeli víztoronyban, a castellumban gyűjtötték. Minősége szerint a rómaiak három típust különítettek el a befolyó vizekből: ivásra, fürdésre és öntözésre használható vizet (Juhász 2010).
A fürdőkhöz csatlakozó toaletteket bekötötték a csatornába. Itt már a rómaiak újra felhasználták a vizet, épp ahogy manapság. Gyakran spórolnak a vízzel a mai háztartásokban úgy, hogy a fürdővízzel öntik le a toalettet. Ennek előnye, hogy nem ivóvizet pocsékolunk, kevesebb vízdíjat és kevesebb csatornadíjat fizetünk. A rómaiak is épp ezt tették. A fürdő elhasznált vizét - függetlenül attól, hogy a forró medencéből vagy a hidegből engedték ki, mielőtt a csatornába eresztették volna - átcsorgatták a latrinák alatt. Nem kellett sem egyenként leöntögetni őket, sem a stercorariusoknak fizetni, ráadásul a folyamatos csorgatással megelőzték a szagok szétterjedését, és eleget tettek a higiéniai előírásoknak is (Juhász 2010)
A vezetéken át a vízelosztóba ömlő mennyiség egyharmada került a közkutakba, ahonnan akárki akármennyi vizet ingyen magához vehetett. A kutak vize ide is gravitációsan, illetve a közlekedő edények elve alapján került. A megfelelő víznyomást könnyen elérték, mivel a vízelosztókat mindig a város legmagasabb, vagy valamely magasabb pontjára építették. A fővezetékről eleinte mellékvezetékek ágaztak le, majd később ezekről újabb vezetékek, és végül a vízhálózat olyan alakot vett fel, mint egy szőlőfürt. A legvastagabb cső a vízelosztóból indult, a legvékonyabbak egy-egy ház csapján, vagy kútnál végződtek (Juhász 2010).
A fogyasztói igények a Római Birodalom bukása után drasztikusan lecsökkentek, a technikai vívmányok is feledésbe merültek, a vizet évszázadokig újra kutakból merítették - egy infrastruktúra léte tehát nem feltétlenül jelenti annak hatékony használatát, felülírhatják mind a fogyasztás szerkezetében végbemenő drasztikus változások, mind egyéb, a társadalomban jelen lévő tényezők (aktuális politikai szándékok).
Az agyagcsövek elkészítése és "tömeggyártása" nem okozott nagyobb erőfeszítéseket, ráadásul a kincstárnak sem került hatalmas összegekbe. Egyetlen hátránya, hogy leejtés, ráütés esetén törtek. Az agyag mellett még igen elterjedt az ólomcsövek és ólom vízcsapok használata is. Ennek egyik oka, hogy ólombányából épp elég sok volt Itáliában, később pedig Britanniát is az ottani ólombányák miatt foglalták el, másrészt az ólom olvadáspontja az egyik legkisebb az akkor használt fémek között (327,5 °C).
Ennek hátrányait az emberi szervezet érezte meg. Az ólom olvadása közben tömegének közel 5%-át juttatja ólomgőz formájában a levegőbe. Belélegezve bekerül a véráramba, ahol rárakódik a hemoglobin sejtekre és gátolja az oxigénfelvételt, károsítja az ér illetve idegrendszert. Ugyanezek a tünetek merültek fel az ólomcsövekből való hosszabb vízfogyasztás esetén is. Mivel az ólomcsöves vízvezetékekből nagyrészt az arisztokrácia nyerte az ivóvizet, egy idő után a szervezetben felhalmozódott ólom (mely a terhes nőkben a magzat szervezetében is felhalmozódott és kifejtette hatását) okozta elváltozások testi és szellemi károsodáshoz vezettek (Juhász 2010). Az egészben öntött ólomcsövek alkalmazása vízvezetékek létesítésére R. Broke, VIII. Henrik angol király titkára ötlete nyomán 1539-ben merült fel, mikorra a városi vizek a kézműves műhelyek szennyvizétől annyira elszennyeződtek, hogy ivási célra alkalmatlanná váltak.
2. A vízellátás története a középkortól napjainkig
Gyűjtse össze az alfejezetben felsorolt, a vízellátás rendszeréhez köthető technikai vívmányokat!
A vezetékes ivóvíz szolgáltatás fejlődését újra a fogyasztói igények további bővülése hívta életre. Megszülettek az első szivattyúművek a folyók vizének átemelésére, ekkor már a tisztítási-tisztálkodási funkciók is jelentős szerepet játszottak a fogyasztásban (a mosógép ősének születését 1691-ra tehetjük - ez is angol találmány, a ruha egy kézi erővel hajtott dobban forgott). 1870-ben T. W. Twyford angol keramikus szifonzárral ellátott vízöblítéses wc-t készített, zománcozott kerámiából. Az öblítéses wc-k már az ókorban is megjelentek, de a szagproblémákat ekkor sikerült először megnyugtatóan megoldani.
Természetesen a vízszolgáltatással egyidejűleg a szennyvízelvezetés kiépítése is szükségessé vált - már a római Cloaca Maxima teljesítette a szennyvíz és az esővíz természetes elvezetésének, valamint a talajvízszint csökkentésének feladatait.
Meg kell még említeni a vízszolgáltatás sajátos funkcióját, a tűzoltásban alkalmazást. Jan van der Heiden, az amszterdami tűzoltók parancsnoka már 1673-ban feltalálta a bőr tűzoltótömlőt, ami később nemcsak a tűzoltókocsira csatlakozást, hanem a városi hálózatból kiépített pontokon történő vételezést is lehetővé tette. A tüzi-víz hálózatok ma is elengedhetetlen részei számos város, különösen pedig ipari létesítmények biztonságos üzemeltetésének - a vezeték kiépítését itt nem a rendszeres, nagy volumenű fogyasztás, hanem a folyamatos, nagy mennyiségben rendelkezésre állás indokolja.
A fogyasztói igények természete szempontjából érdekes esemény az 1870-es években a vízsugármotor megjelenése, a csapból folyó víz erejével hajtottak háztartási gépeket, például varrógépet, ventilátort. Ezt a hajtási módot a benzinmotorok és villamos motorok szorították ki az I. világháború után.
1924-ben épült meg az első víztározós erőmű Felső-Bajorországban, ami az infrastruktúrák szinergikus együttműködésének egy előremutató példája: a víz tárolása mellett villamosenergia-készletezési céllal alkalmazták itt a szivattyús-tározós elvet.
A háztartási vízfogyasztás növekedésében újabb állomást jelentettek a század harmincas éveiben tömegesen elterjedt villamos gépek, a mosógép és a mosogatógép.
Hazánkban az 1960-70-es években nagy kiterjedésű vízellátó hálózatok épültek az akkor elérhető csőanyagokból (ezeknek a rendszereknek a gyors elöregedése is okozója a hálózati vízveszteség mai magas értékének). Emellett a mesterségesen alacsony értéken tartott vízdíj nem nyújtott lehetőséget karbantartási, fejlesztési alap képzésére az ellátó rendszerek számára, így nemcsak beruházásokra nem került sor, de a beruházásokhoz szükséges előkészítő tevékenységek is elmaradtak (aktuális hálózat-nyilvántartás, eszközállomány állapot nyilvántartása stb.) (Darabos és Somlyódi, 2007).
Az 1970-es, 1980-as években a települési vízellátás feladatainak megoldásával egyre nagyobb különbség alakult ki a kitermelt víz és az elvezett/kezelt szennyvíz mennyisége között, szélesre nyílt a közműolló. A rendszerváltozáskor Magyarországon a teljes vízhálózat hossza 48 500 km, a csatornahálózaté 12 500 km volt, vezetékes vízbekötéssel a lakások 74%-a, csatornabekötéssel 42,5%-a rendelkezett (Juhász E. 2003). A szélesre nyílt közműolló a felszínhez közeli vizek minőségének romlása mellett abban is megmutatkozott, hogy - mivel az elszikkasztott vizek mennyisége és minősége miatt a felszín alatti talajkörnyezet egyensúlya felborult - érezhetővé vált a talajvízszint emelkedése. A települések alatt vízdombok alakultak ki, mély fekvésű területeken a település pereme és központja között a talajvízszint különbsége akár a 3 métert is elérte (Bertók et al. 2006). Ez a föld alatti emésztők és a régebbi építésű, elégtelen alapozású házak esetében statikai problémákat is okozott.
Az 1990-es évek elején lezajlott politikai és társadalmi változások nagymértékben hatottak a víziközmű szolgáltatás feltételeire, körülményeire is. Az egységesülő Európában felmérésre került többek között Magyarország gazdasági-környezeti állapota is, és ez a felmérés a környezetvédelem, ezen belül a vízkészletek védelme és főleg a szennyvizek kezelése terület nagy lemaradást mutatott ki. Ennek felszámolása érdekében jelentős anyagi források váltak elérhetővé Magyarország számára is, amelyeknek felhasználásával jelentős javulást sikerült elérni egyes környezeti mutatókban. A társadalmi változások keretében az addig egységesnek mondható, állami és tanácsi üzemeltetésű vízművek is szétdarabolódtak. A tulajdoni viszonyok átalakulásával megváltozott a fenntartás, üzemeltetés műszaki és gazdasági háttere is.
A vezetékes vízellátás Magyarországon gyakorlatilag az ezredfordulóra vált teljessé, a csatornaszolgáltatás kiépítettsége ettől kissé elmarad, 2011 végén a vezetékes vízellátással és csatornaszolgáltatással rendelkező lakások arányának különbsége (ún. másodlagos közműolló) 22,2% volt (KSH).
A legújabb kor fejlesztései között - a vezeték-logisztikai megközelítés számára kiemelkedően fontos szempontként - rá kell mutatnunk a szivattyúk frekvenciaváltós hajtásának elterjedésére. Különösen értékes elemei ezek a berendezések a vízellátás rendszerének, hiszen ezeknek az eszközöknek a teljesítménye (emelési magassága, tömegárama) adott határok között fokozatmentesen állítható, szabályozható. Ezzel a módszerrel tároló elemeket, víztornyokat lehet kiváltani, melyeket korábban adott övezetben a megbízható nyomástartás érdekében létesítettek. Így a vízellátás rendszere, mint vezeték-logisztikai infrastruktúra az ellátási láncnak ebben a szakaszában "agile" módon a változó igényeket a termelés változtatásával biztosítja.
A vízellátás fejlődésének technikatörténeti elemzésében újra és újra feltűnnek az infrstrukturális rendszerek fejlődésére jellemző sémák - a rendszer látszólagos túlméretezését egyöntetűen a hibák elkerülése, az ellátás folyamatosságának biztosítását célzó fejlesztések indokolják.

| Önellenőrző kérdések
1. Rendelje hozzá az alábbi, a vízellátásban megjelenő technikai vívmányokat a megfelelő városokhoz!
Pergamon
| esővíz gyűjtése
| aquaeductus
| mosógép
| gravitációs vízszállítás
| agyagcsövek
| szifonzárral ellátott vízöblítéses wc
| nyomás alatti vízszállítás
| Cloaca Maxima
| acélcsövek
Róma
| esővíz gyűjtése
| aquaeductus
| mosógép
| gravitációs vízszállítás
| agyagcsövek
| szifonzárral ellátott vízöblítéses wc
| nyomás alatti vízszállítás
| Cloaca Maxima
| acélcsövek
London
| esővíz gyűjtése
| aquaeductus
| mosógép
| gravitációs vízszállítás
| agyagcsövek
| szifonzárral ellátott vízöblítéses wc
| nyomás alatti vízszállítás
| Cloaca Maxima
| acélcsövek
2. Adja meg a helyes választ! Mikor fejlesztették ki a vízsugár-motort?
| 1860
| 1870
| 1890
| 1900
3. Válassza ki a helyes megoldásokat! Milyen eszközöket hajtottak meg a vízsugár-motorral?
| varrógépet
| áramfejlesztőt
| személygépkocsit
| ventilátort
| folyami hajókat
4. Válassza ki a helyes állítást! Milyen esetben mondhatjuk, hogy nyílik a közműolló?
| Abban az esetben, ha a kitermelt víz és az elvezetett szennyvíz mennyisége közötti különbség nő.
| Abban az estben, ha a hálózati veszteség és az elvezetett szennyvíz mennyisége közötti különbség nő.
5. Válassza ki a helyes állítást! Miért alakulhatnak ki a vízdombok?
| A vízdombok a magas hálózati vízveszteség miatt alakulnak ki.
| A vízdombok a talajvíz magas szintje miatt alakulnak ki.
6. Válassza ki a helyes állítást!
| A frekvenciaváltós szivattyús hajtások alkalmazása egy új, agile típusú elemet képvisel a vízellátás rendszerében.
| A frekvenciaváltós szivattyús hajtások alkalmazása egy új, lean típusú elemet képvisel a vízellátás rendszerében.