Вода и жизнь на Земле

Поля фильтрации служат только для очистки жидкой фазы сточных вод. При выборе территории для их расположения руководствуются теми же правилами, что и при подборе места для полей орошения. Наиболее подходящие грунты для полей фильтрации — пески и супеси. Поля фильтрации следует располагать ниже водозаборных сооружений по течению грунтового потока. Расстояние от водозаборных сооружений определяется величиной радиуса депрессионной воронки водозаборной скважины, но должно быть не меньше 200 м для легких суглинков, 300 — для супесей и 500 м — для песка. В отличие от полей орошения на поля фильтрации допускают значительно большую нагрузку, при их оборудовании обязателен дренаж. Процесс окисления органических веществ в почве должен происходить непрерывно. Поэтому при снижении ее фильтрационной способности необходимо перепахать и пробороновать участки.
Биологические фильтры — это сооружения, где происходит искусственный процесс биологической очистки сточных вод. Биофильтр состоит из следующих основных частей: емкостей соответствующих размеров, устроенных из кирпича или железобетона; фильтрующей загрузки; распределительного устройства, обеспечивающего равномерное (с небольшими интервалами) орошение поверхности фильтрующей загрузки; днища с дренажем, посредством которого отводится очищенная вода и поступает в сооружение необходимый для окислительного процесса воздух. Материал фильтрующей загрузки должен быть достаточно пористым, так как это способствует хорошей вентиляции фильтра, но вместе с тем прочным и стойким к механическим и химическим воздействиям. Этим требованиям удовлетворяют котельный шлак, определенные сорта угля, кокс, гравий, щебень твердых пород и хорошо обожженный керамзит.
Проходя через фильтрующую загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней вследствие адсорбции взвешенные и коллоидные органические вещества (не осевшие в первичных отстойниках), которые создают биопленку, густо заселенную микроорганизмами. Они окисляют органические вещества и получают необходимую для своей жизнедеятельности энергию. Часть растворенных органических веществ микроорганизмы используют как пластический материал для увеличения своей массы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а в теле биофильтра увеличивается масса активной биологической пленки. Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра.
Схема работы биофильтра проста. Осветленная в первичных отстойниках сточная вода самотеком (или под напором) поступает в распределительные устройства, которые периодически напускают ее на поверхность биофильтра. Профильтрованная сквозь толщу биофильтра вода проходит через отверстия в дырчатом дне (дренаж) и поступает на сплошное непроницаемое днище, с которого стекает по отведенным лоткам, расположенным за пределами биофильтра.
Затем она поступает во вторичные отстойники, которые задерживают выносимую пленку и отделяют ее от очищенной сточной воды.
Биофильтр отличается от аэрофильтра тем, что последний интенсивно продувается снизу вверх воздухом. Поэтому процесс окисления в аэрофильтрах проходит значительно интенсивней, чем в обычных биофильтрах (приблизительно в 2 раза), и, следовательно, количество очищаемой сточной жидкости в данном случае может быть значительно выше.
Аэротенк представляет собой резервуар, в котором медленно движется смесь активного ила и очищаемой сточной жидкости. Для их лучшего и непрерывного контакта они постоянно перемешиваются при помощи сжатого воздуха или специальных приспособлений. Нормальной жизнедеятельности микроорганизмов-минерализаторов в аэротенке способствует непрерывное поступление туда кислорода воздуха.
Активный ил — это биценоз микроорганизмов-минерализаторов, способных сорбировать на своей поверхности и окислять в присутствии кислорода воздуха органические вещества сточной жидкости. Смесь сточной жидкости с активным илом должна аэрироваться на всем протяжении аэротенка. Это необходимо не только для того, чтобы обеспечить микроорганизмы-минерализаторы достаточным количеством кислорода воздуха, но и для поддержания ила во взвешенном состоянии. Кислород нагнетается в аэротенк с воздухом воздуходувками или засасывается из атмосферы при сильном перемешивании содержимого аэротенка.
 
Биологическая пленка или активный ил задерживаются вторичными отстойниками. Последние используются и как контактные резервуары, перед которыми в сточную воду подают хлорный раствор. Вторичные отстойники, составляющие с аэротенками технологически связанные сооружения, служат только для отделения активного ила от очищенной в аэротенке сточной воды.
Биологические пруды применяют как самостоятельные биологические очистные устройства или в качестве сооружений для конечной стадии очистки сточных вод, предварительно обработанных на биологических сооружениях (биофильтрах, аэротенках). В первом случае сточные воды, пройдя отстойники, разбавляются до поступления в пруды 3–5 объемами технической или хозяйственно-питьевой воды.
Средняя глубина в биологических прудах должна (в зависимости от местных условий) не превышать 1 м, но и не быть менее 0,5 м. Весной, перед пуском биологических прудов в эксплуатацию, производят вспашку их дна. После вспашки пруды заполняют сточной водой и выдерживают почти до полного исчезновения из нее аммонийного азота. Срок «созревания» прудов для средней полосы СССР не менее одного месяца. Осенью, после окончания работы биологических прудов, воду из них спускают. В зимнее время в биологических прудах намораживают воду.
Сточные воды любого населенного пункта содержат патогенные микробы. В связи с этим обеззараживание сточных вод необходимо во всех случаях применения искусственной очистки. В настоящее время обеззараживают жидким хлором (доза активного хлора после механической очистки — не менее 30 мг/л, неполной биологической — 15 мг/л, полной искусственной биологической очистки — 10 мг/л). На небольших очистных сооружениях производительностью до 1 тыс. м3/сут допускается использование хлорной извести, на крупных сооружениях применяется жидкий хлор и процесс хлорирования автоматизирован.
Хлорирование сточной жидкости производится в специальных контактных резервуарах, устраиваемых по типу горизонтальных или вертикальных отстойников. Продолжительность контакта хлора с жидкостью — не менее 30 мин, поэтому если очищенная вода проходит от станции очистки до водоема в течение 30 мин или более, то такие резервуары не нужны. Если в сточной жидкости содержится не менее 1,5 мг/л остаточного активного хлора, то она может считаться обеззараженной.
Сточные воды промышленных предприятий, в отличие от хозяйственно-бытовых, характеризуются высоким содержанием растворенных веществ, которые указанными выше способами не извлекаются. Для их удаления применяют самые различные методы очистки. Выбор метода зависит от того, в каком состоянии обнаружено вещество в сточной воде — в молекулярном или в диссоциированном на ионы. Так, для веществ, которые находятся в воде в молекулярно-растворенном состоянии, рекомендуют сорбцию с помощью различных сорбентов, десорбцию аэрацией, обработку воды окислителями (для органических веществ) и др. В случае диссоциации вещества на ионы методы очистки сточных вод направлены на образование малорастворимых соединений (карбонатов, сульфатов и пр.), перевод токсичного иона в малотоксичный комплекс (перевод цианидов в ферроцианиды), создание малодиссоциированных молекул при взаимодействий водородных и гидроксильных ионов, извлечение из воды ионов при электродиализе, замену токсичных ионов безвредными при Н+- и ОН—-ионировании и многое другое.
В настоящее время сточные воды часто доочищают для повторного использования в производственном водоснабжении. Такая их доочистка вызвана тем, что в ряде случаев в воде наблюдается повышенное солесодержание, биологически неокисляемые органические вещества, канцерогенные соединения и др. Метод доочистки стоков выбирают в зависимости от конкретных остаточных загрязнений воды. Так, для очистки сильноминерализованных стоков с успехом применяется метод термического опреснения, при котором дистиллят, полученный из стоков, используется как обессоленная вода.