Природа и концентрация загрязняющих веществ в сточных водах

     Основные характеристики сточных вод

Природа и концентрация загрязняющих веществ в сточных водах зависят от их источника. Сточные воды разделяются на два основных вида - промышленные и бытовые. Последние, загрязнены главным образом уличным мусором, моющими средствами и экскрементами.
Бытовые сточные воды обычно содержат более 99% воды, около 300 млн - 1 (мг/л) суспендированных твердых веществ, а также около 500 мг/л летучих веществ. Большая часть суспендированных твердых веществ имеет целлюлозную природу. Углеводы, белки и жирные кислоты содержаться в других загрязняющих органических веществах. Неприятный запах бытовых сточных вод обусловлен разложением белков в анаэробных условиях.
В бытовых сточных водах содержаться различные виды почвенных и кишечных микроорганизмов, в том числе аэробные организмы, облигатные и факультативные анаэробы, бактерии, дрожжи, плесени и грибы. Поскольку в бытовых сточных водах часто присутствуют также патогенные организмы и различные вирусы, очень важна полная изоляция источников и трубопроводов для подачи питьевой воды от загрязнения сточными водами. Популяции микроорганизмов в сточных водах служат постоянным смешанным посевным материалом для процессов биологической очистки и, кроме того, источником метаболической активности в стандартных методах определения степени загрязнения сточных вод[1].
Наиболее распространенным критерием концентрации загрязняющих веществ в бытовых сточных водах является показатель биохимической потребности в кислороде (БПК), равный количеству растворенного кислорода, поглощаемого единицей объема сточных вод, за определенное время при температуре 20 °С. Продолжительность периода инкубации обычно указывают в виде подстрочного индекса; так, если БПК определяют по результатам инкубирования в течение 5 суток (один из принятых периодов), то соответствующий показатель обозначают символом БПК5.
Количество растворенного кислорода, поглощаемого в ходе инкубации, вплоть до полного прекращения биологического окисления органических веществ, называют предельной (или полной) БПК (БПКп). Этот тест, разработанный еще в 1898 г. Британской Королевской комиссией по ликвидации отходов, должен был создавать условия в водных потоках и обеспечивать относительно прямое определение истощения растворенного кислорода в водных бассейнах, в месте, куда сбрасываются отходы. К гибели множества анаэробных организмов и животных приводит снижение концентрации растворенного кислорода. Конечным результатом истощения растворенного кислорода будет грязная, неприятно пахнущая река, зараженная патогенными микроорганизмами.
Другим критерием потенциального снижения общей концентрации растворенного кислорода в водоемах, в которые поступают сточные воды, служит химическая потребность в кислороде (ХПК). Она равная числу миллиграммов кислорода, поглощаемого 1 литром пробы (сточных вод) из горячего подкисленного раствора бихромата калия. В общем случае химическому окислению подвергается больше веществ, чем биологической деградации, и, следовательно, величина ХПК должна быть больше величины БПК для одного и того же образца. Измерение ХПК связано с возможной степенью загрязнения естественных водоемов сточными водами не столь непосредственно, как определение БПК; с другой стороны, ХПК можно определить с помощью доступной простой аппаратуры за 2 ч, а с помощью сложных приборов – за несколько минут. БПК и ХПК являются общими и самыми грубыми индикаторами состава сточных вод. Тем не менее, они предоставляют полезные данные о уровне опасности, которую представляют сточные воды для окружающей среды. Другим преимуществом показателей БПК и ХПК является возможность их определения с минимальным количеством несложной аппаратуры, причем выполнение соответствующих анализов требует лишь кратковременного обучения персонала[3].
Для того чтобы дать характеристику качеству воды, зачастую используют и прочие параметры, в том числе концентрации фосфорсодержащих веществ (общего фосфора), азотсодержащих веществ (общего азота) и суспендированных нерастворимых веществ. Основные формы нахождения химических веществ загрязнителей бытовых сточных вод и их происхождение представлены в таблице 1.1.
Сооружениям биологической очистки отводится главная значимость в общем комплексе очистных сооружений. В результате процессов биологической очистки сточная вода может быть очищена от многих органических и некоторых неорганических примесей. Процесс очистки осуществляет сложное сообщество микроорганизмов - бактерий, простейших, ряда высших организмов - в условиях аэробиоза, т.е. наличия в очищаемой воде растворённого кислорода. Загрязнения сточных вод являются для многих микроорганизмов источником питания, при использовании которого они получают всё необходимое для их жизни - энергию и материал для конструктивного обмена (восстановления распадающихся веществ клетки, прироста биомассы). Изымая из воды питательные вещества (загрязнения), микроорганизмы очищают от них сточную воду, но одновременно они вносят в неё новые вещества - продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.
Вплоть до настоящего времени не существует системы биоиндикации процесса биологической очистки, и остаётся объективным утверждение о большом количестве разноречивых сведений, трактующих связь качества очистки и присутствия специфических организмов. Это объясняется, прежде всего, особенностями биоценоза активного ила, его высоким адаптационными свойствами, что позволяет развиваться одним и тем же видам в разных экологических зонах, а также влиянием на биоту сложного комплекса биотических и абиотических факторов.


Таблица 1.1

Основные формы нахождения химических веществ загрязнителей бытовых сточных вод и их происхождение

Происхож-дение
Органические вещества


Биоразлагаемые
Небиоразлагаемые
Минераль-ные вещест-ва

Раствори-мые
Взвешен-ные
Плаваю-щие


Поступают
на очистку
Углеводы, белки, органичес-кие кислоты, ионогенные СПАВ
Мицеллы белков, СПАВ, органоми-неральных веществ, клетчатка, раститель-ные и животные ткани
Пены, жиры (масла), легкие фракции растите-льных и живот-ных фракций
Неионоген-ные СПАВ, лигнин, гуминовые вещества
NO3–, Ca2+, K+, NH4+, Cl– и другие неорганичес-кие компоненты
Вторичные загрязне-ния
Вещества, образуемые микроорга-низмами и экстрагируе-мые из фильтров
Отмершие дрожжи, микроорганизмы, отработавшая биопленка, активный ил
Экстраги-руемые из фильтров гуминовые и другие органичес-кие вещества
Вещества, образуемые микроорга-низмами и экстрагируе-мые из фильтров (NO3–, NH4+, Ca2+, и др.)

Из таблицы 1.1. видно, что валовой состав сточных вод представлен минеральными и органическими веществами - загрязнителями сточной воды, отмечено наличие биоразлагаемых и небиоразлагаемых компонентов[4].




 Назначение канализации и классификация сточных вод
     
     Одним из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и производственных зданий, обеспечивающих необходимые санитарно-гигиенические условия и высокий уровень удобств для труда, быта и отдыха населения является канализация. Канализация - это комплекс оборудования, сетей и сооружений, предназначенных для организованного приема и удаления по трубопроводам за пределы населенных пунктов или промышленных предприятий загрязненных сточных вод, а также для их очистки и обезвреживания перед утилизацией или сбросом в водоем. Объектами канализации считаются сооружения жилого, социального, производственного, служебного и особого назначения, оснащенные внутренним водопроводом и канализацией, а кроме того вновь строящиеся, существующие и реконструируемые города, поселки городского типа, сельские и дачные поселки, курорты, индустриальные компании, комбинаты и промышленные районы. 
     Канализацию подразделяют на внутреннюю и наружную. Для приема сточных вод в местах их образования и для отведения за пределы здания в наружную канализационную сеть служит внутренняя канализация. Наружная канализация предназначена для транспортирования сточных вод за пределы населенных пунктов или промышленных предприятий на очистные сооружения, которые служат для обезвреживания сточных вод, выпуска очищенных вод в водоем без нарушения его естественного состояния и обработки осадка в целях дальнейшей его утилизации. 
     Сточными называются воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные при этом дополнительными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц. В зависимости от происхождения, вида и качественной характеристики примесей сточные воды подразделяют на три основные категории: бытовые (хозяйственно-фекальные), производственные (промышленные) и дождевые (атмосферные). 
     Термин «бытовые» канализационные воды зачастую отождествляют с названием «городские» канализационные воды, что следует считать устаревшим. Городские сточные воды - это смесь бытовых сточных вод жилых и общественных зданий и промышленных предприятий, а также производственных сточных вод коммунально-бытового обслуживания, общественного питания, местной и пищевой промышленности. К бытовым относятся воды от кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, а также хозяйственные воды, образующиеся при мытье помещений. Они поступают как от жилых и общественных зданий, так и от бытовых помещений промышленных предприятий. По природе загрязнений они могут быть фекальные, загрязненные в основном физиологическими отбросами, и хозяйственные, загрязненные всякого рода хозяйственными отходами. К производственным сточным водам относятся воды, примененные в технологическом процессе, не отвечающие более требованиям, какие предъявляются к их качеству, и доступные удалению с местности предприятий. Сюда относятся также воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых (угля, нефти, руды и др.). 
     Дождевые воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков. Их подразделяют на дождевые и талые, получающиеся от таяния льда и снега. Характерной чертой дождевого стока является его эпизодичность и резкая неравномерность. Воды от мытья и поливки улиц, а также от фонтанов и дренажей по качественной характеристике загрязняющих примесей близки к дождевым водам и удаляются совместно с ними. Объем сточных вод, отнесенный к единице времени, называют расходом, выражаемым в м3/сутки, м3/ч, м3/с, л/с. Максимальный расход бытовых вод с 1 га жилой застройки города в зависимости от плотности населения колеблется от 0,5 до 2 л/с, или 10 000-25 000 м3/год. Вместе с тем суммарный за весь год дождевой сток с застроенных территорий не превышает 1500 - 2000 м3 с 1 га. Таким образом, в средних условиях за год дождевых вод стекает в 7-15 раз меньше, чем бытовых, но максимальные секундные расходы дождевых вод в 50-150 раз больше, чем расходы бытовых вод. 
     Канализационные воды загрязнены различными примесями органического и минерального происхождения, которые могут находиться в них в виде раствора, коллоидов, суспензии и нерастворимых веществ. Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т. е. массой примесей в единице объема в мг/л или г/м3. Бытовые сточные воды кроме органических и минеральных примесей содержат биологические примеси, состоящие из бактерий, в том числе и болезнетворных, а поэтому они потенциально опасны. Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и отбросами производства, представляющими определенную ценность. В целях уменьшения уровня загрязненности производственных сточных вод следует стремиться к улучшению технологических процессов на промышленных предприятиях, нацеленных в снижении количества отходов и отбросов, утилизацию их в ходе производства. 
     Количественный и качественный составы минеральных, органических и биологических примесей производственных канализационных вод многообразны и находятся в зависимости от сферы промышленности и технологического процесса. В производственных сточных водах некоторых отраслей промышленности могут находиться ядовитые вещества (синильная кислота, фенол, мышьяк, анилин, сероуглерод, соли тяжелых металлов - меди, свинца, ртути, хрома), а также радиоактивные элементы. В зависимости от количества содержащихся примесей производственные сточные воды подразделяют на загрязненные (грязные) и незагрязненные. Загрязненные сточные воды перед выпуском в водоем подвергают очистке (освобождают от примесей), незагрязненные выпускают в водоем без обработки или повторно используют в производстве. 
     Дождевые воды при выпадении насыщаются растворенными газами, атмосферной пылью, аэрозолями, а при стекании смывают с поверхности крыш, внутриквартальных территорий и проездов пыль, мусор, бензин, масла и другие загрязнения. Дождевые воды, содержащие преимущественно минеральные загрязнения, менее опасны в санитарном отношении, чем бытовые и загрязненные производственные сточные воды, и потому их сбрасывают в водоемы без очистки. 
     В атмосферные воды, стекающие с загрязненных территорий промышленных предприятий, иногда попадают примеси, специфические для данного производства, например химических и нефтеперерабатывающих заводов, кожевенных предприятий, мясокомбинатов, угольных складов и др. Такие воды следует подвергать очистке. 
     Практически при устройстве канализации в населенных пунктах и на промышленных предприятиях требуется полагаться на отвод смеси бытовых и производственных вод или смеси бытовых, производственных и дождевых вод. Структура данной смеси может быть крайне различной и находиться в зависимости от концентрации и характера загрязнений производственных вод.[5]
     
 Общие подходы к водопользованию и обращению со сточными водами на предприятиях 

Большие индустриальные предприятия применяют с целью технологических нужд как воду из поверхностных источников и артезианских скважин, так и сточные воды, очищенные на собственных очистных сооружениях. В структуре водопотребления огромной части более больших предприятий, предоставивших данные, на применение воды из поверхностных источников приходится от 90% до 97%; сброс очищенных сточных вод в поверхностные источники составляет от 92% до 98%. Повторное использование воды в технологическом цикле на предприятиях достигает более 90%. Большая часть компаний, осуществляющих водозабор в большей степени из поверхностных источников, подмечают то, что в многочисленных вариантах допустимые концентрации загрязняющих веществ, определенные с целью сброса сточных вод в водоёмы рыбохозяйственного назначения, оказываются ниже концентраций загрязняющих веществ в тех же водоёмах, из которых предприятия осуществляли забор воды. Так как технологические подходы к выбору методов водоподготовки и водоочистки на промышленных предприятиях остаются одинаковыми и различаются только решениями по использованию очищенной воды, многочисленные виды очистного оборудования используют как с целью водоподготовки, так и водоотведения. К примеру, традиционные методы обработки загрязнённой воды - отстаивание и фильтрование - предприятия применяют и в том, и в другом случае. 
Предприятия используют одни и те же общепринятые методы и при необходимости глубокой очистки воды при выделении какого-либо специфического компонента или обессоливания. Условия к уровню очистки воды при водоподготовке, сосредоточенной на использование воды в технологическом процессе, различаются от требований, предъявляемых к очистке сточных вод при сбросе их в водоёмы, в особенности рыбохозяйственного направления. Вода, обращаемая на технологические нужды, очищается до уровня качества, в наименьшей степени приемлемого для существующего технологического процесса, при исключении некоторых этапов очистки, требующихся при сбросе в водоём. 
На отдельных фирмах очищенные сточные воды применяются для подпитки оборотных систем, связанной с потерями воды на испарение в оборотных системах и нужной промывкой в целях предупреждения накапливания солей. В линии компаний в базе анализа загрязнений образующихся сточных вод и производительности функционирующих очистных сооружений, а кроме того с учётом условий к качеству очищенной воды с целью вторичного использования, отвода в городскую канализацию либо сброса в водоём разрабатывают и вводят системы управления очистными  сооружениями с перспективой их совершенствования и модернизации, автоматизированного управления, увеличения производительности очистки. 
Многие предприятия создали и реализовывают инвестиционные проекты реконструкции и технического перевооружения производства, направленные, в первую очередь на увеличение объёмов производства и усовершенствование качества продукции. Из-за использования наиболее современного оборудования в то же время понижаются и отрицательные влияния на окружающую среду. На многочисленных предприятиях вводят системы экологического менеджмента, сертифицированные на соответствие ГОСТ Р ИСО 14001. Впрочем, на ряде предприятий подобные системы внедряются исключительно с целью достижения соответствия требованиям внешних рынков либо по иным обстоятельствам, не имеющим отношения к улучшению экологических составляющих работы, на большинстве предприятий целью внедрения систем экологического менеджмента считается увеличение эффективности управления природоохранной деятельностью и предоставление природоохранной защищенности. Предприятия сообщают о позитивных результатах внедрения как с точки зрения финансовых показателей (снижение платы за негативное воздействие на окружающую среду), так и по натуральным показателям: сокращение объёма сбрасываемых сточных вод, сокращение водопотребления, повышение объёма воды, используемого в оборотном водоснабжении. Данные свидетельствуют об изменениях значений указанных показателей; в некоторых случаях эти изменения значительны. Однако следует учитывать, что системы экологического менеджмента, как правило, внедряются на экологически ответственных предприятиях; их внедрение может сопровождаться технологическими мероприятиями вплоть до полной модернизации очистных сооружений. 
Таким образом, на основе данных, представленных предприятиями, сложно выделить положительные перемены, случившиеся только за счёт введения концепций экологического менеджмента, однако факт присутствия положительных направленностей неопровержим. Исследования в странах, располагающих более продолжительным опытом внедрения систем экологического менеджмента и, соответственно, большим сроком изучения их эффективности, показывают, что количественно измеримые воздействия внедрения систем экологического менеджмента на качество результатов обработки сточных вод присутствуют, причём наблюдаются уже после первого года внедрения таких систем и во многих случаях достаточно значительны. 
На ряде предприятий проводят мероприятия по предотвращению чрезвычайных ситуаций. Например, оборудуют резервные хранилища на случай чрезвычайной ситуации, позволяющие аккумулировать любые сбросы сточных вод и (или) воды для обеспечения противопожарных мер для их последующей очистки, обработки и использования. На нескольких предприятиях в целях сокращения энергопотребления при обращении с технологическими и сточными водами применяют рекуперацию тепла экзотермических реакций посредством выработки пара низкого давления, использования избыточного пара, энергетически зависимой дистилляции. Отдельные предприятия системно реализуют программы сокращения энергопотребления, в том числе и на объектах обработки сточных вод, проводя энергетический аудит основных технологических операций, осуществляя модернизацию оборудования, а также обучая персонал, занятый в области обработки сточных вод, основам организации энергопотребления. На многих предприятиях в целях сокращения водозабора и образования сточных вод и, соответственно, повторного использования очищенных сточных вод в оборотном водоснабжении производят отделение технологических сточных вод от условно чистых атмосферных или иных вод, а также проводят мероприятия по предупреждению смешения условно чистой охлаждающей воды с загрязнённой технологической водой. В целях сокращения водопотребления технологических процессов до минимально возможного уровня и повышения степени повторного использования очищенной воды на предприятиях создают замкнутые циклы системы водооборота, применяют системы рециркуляции воды, а также используют в технологических процессах условно чистую атмосферную воду, отводимую с крыш и навесов. 
Многие предприятия создают системы сбора и разделения сточных вод, в том числе атмосферных поверхностных вод в производственных коллекторах водостока для их обработки и последующего использования. На отдельных предприятиях осуществляется разделение потоков воды по степени загрязнённости и последующая очистка на локальных очистных установках посредством создания локальных очистных установок, что, в свою очередь, снижает гидравлическую нагрузку на водосборные объекты и объекты по обработке сточных вод. На отдельных предприятиях для упрощения повторного использования воды производят раздельный отвод технологических вод (например, конденсата и охлаждающих вод). Перед вторичным использованием воды проводится контроль растворенных солей методом измерения электропроводности. На отдельных предприятиях уделяют внимание максимально возможному извлечению из сточных вод загрязняющих веществ, которые возникают вследствие потерь сырья или продукта, для их последующего использования. В целях постоянной оптимизации процесса обработки сточных вод и обеспечения стабильного и бесперебойного функционирования объекта обработки сточных вод применяется производственный экологический контроль при этом показатели, подлежащие контролю, а также периодичность контроля различаются в зависимости от объёма сточных вод, видов и количества загрязнений и требований к качеству их очистки. Постоянный контроль качества сбрасываемых сточных вод осуществляют в коллекторе, сборной камере или колодце на выпуске с очистных сооружений. На большинстве предприятий для определения расходов воды применяют традиционные методы; на отдельных предприятиях используют более современные ультразвуковые или индукционные расходомеры. Только на нескольких предприятиях налажены системы контроля целостности и (или) герметичности  оборудования для очистки сточных вод, включая трубопроводные системы с запорной арматурой и насосные установки. То же относится и к оснащению отстойников и других узлов обработки сточных вод, где могут иметь место утечки. На отдельных предприятиях осуществляют профилактическую прочистку канализационных сетей, а также оборудуют насосные станции резервным электропитанием. 
Поскольку концентрация органических соединений в выбросах от систем сбора и очистки сточных вод практически не регламентируется существующими нормами в отсутствие принятых систем измерения запахов, то только несколько предприятий указали на наличие у них соответствующих специальных мер и мероприятий: использование закрытых и герметичных систем, применение химических веществ для сокращения образования и окисления сероводорода, наличие плавающих и стационарных покрытий на резервуарах, бассейнах, отстойниках и прочие, отвод отходящих газов в целях их дополнительной обработки и прочего. То же относится и к шумоизоляции оборудования и помещений, в которых производится очистка сточных вод. Выбор технологических подходов, методов, мер и мероприятий, направленных на очистку производственных сточных вод определяется составом и особенностями сточных вод конкретных областей применения НДТ, рассмотренных ниже. При оценке качества производственных сточных вод принимаются во внимание следующие основные характеристики: pH, органолептические показатели, минерализация, общее содержание взвешенных веществ и нефтепродуктов (включая минеральные масла), БПК, ХПК, свободный хлор, NH3, токсиканты, содержание Fe, Mn, SO3, SO4, Ca, Mg, Al, экстрагируемые органические галогены, фенолы, ПХДБД/ПХДБФ, общий органический углерод, общий N, нитриты и нитраты, общий P, Cr, Cu, Zn, Cl-, F-. Значимость этих параметров и применимость их для контроля зависит от специализации конкретного предприятия и используемых им технологий, которые также определяют загрязняющие вещества и их концентрацию в сточных водах до очистки.[6]

 Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях

    Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях может осуществляться в биологических прудах, на полях фильтрации и сооружениях подземной фильтрации, а также на земледельческих полях орошения.
    Биологические пруды - искусственно созданные неглубокие водоемы, в которых происходит биологическая очистка сточных вод на слабо фильтрующих грунтах, основанная на процессах, протекающих при самоочищении водоемов. Биологические пруды можно также использовать для доочистки сточных вод после их прохождения через другие сооружения для биологической очистки. Пруды бывают одиночные (мелкие непроточные глубиной 0,6 - 1,2 м) или состоящие из трех - пяти прудов, через которые медленно протекает осветленная или биологически очищенная на биофильтрах сточная жидкость[2].
    Поля фильтрации можно применять в отдельных случаях при наличии непригодных для сельскохозяйственного использования земельных участков с фильтрующими грунтами, при отсутствии опасности загрязнения грунтовых вод, используемых для питьевых нужд. Земельные участки полей фильтрации намеренно подготовляют с целью биологической очистки сточных вод, никак не позволяя их применение для агрокультурных целей. Подаваемая на поля сточная вода поступает на отдельные участки (карты) по системе открытых лотков или каналов (разводные каналы); комплекс этих каналов составляет оросительную сеть. Сбор и отвод профильтровавшейся очищенной воды осуществляется с помощью дренажа, который может быть открытым в виде канав по периметру карт или закрытым, состоящим из дренажных труб, уложенных по карте на глубине 1,5 - 2 м, и канав. Система дренажа и канав образует осушительную систему. Каналы выполняют из кирпича, бута, железобетона, бетона или делают земляными. Каналы имеют прямоугольное или трапецеидальное поперечное сечение; размещают их по ограждающим земляным валкам.
    При проектировании полей фильтрации выбирают открытые, не затопляемые весенними водами участки со спокойным рельефом местности с естественным уклоном не более 0,02. Для устройства полей фильтрации не пригодны участки, расположенные близко от мест выклинивания водоносных горизонтов, а также торфяные и глинистые почвы и солончаки. Наиболее пригодны песчаные и супесчаные грунты. Поля рекомендуется располагать с подветренной стороны на определенном расстоянии от жилых массивов в зависимости от расхода сточной воды: при расходе до 5000 м3/сут это расстояние принимают 300 м; при 5000 - 50 000 м3/сут - 500 м; и свыше 50 000 м3/сут - 1000 м. По контуру полей фильтрации высаживают различные влаголюбивые насаждения, обычно это ива. Ширину полосы насаждений принимают 10 - 20 м в зависимости от удаленности полей от населенных пунктов.
    Необходимую площадь для полей фильтрации устанавливают отталкиваясь от нормы нагрузки - допустимого количества сточной воды, которое может быть очищено на 1 га поверхности полей. Кроме того, учитывают характер грунтов, уровень грунтовых вод и среднегодовую температуру по нормам нагрузок. Нормы нагрузки осветленных сточных вод на поля фильтрации для районов со среднегодовым количеством атмосферных осадков 300 - 500 мм приведены в СНиП 2.04.03-85[7].
    При устройстве полей фильтрации, как правило, учитывают постоянную и временную оросительные сети. Постоянная оросительная сеть (рисунок 1.1) состоит из магистрального канала, групповых распределительных каналов и картовых оросителей, обслуживающих отдельные карты. Картовый ороситель - последний элемент постоянной сети. 
    
    
    Рис. 1.1. Схема полей орошения: 
    1 - магистральные и распределительные каналы; 2 - нартовые оросители; 3 - осушительные канавы; 4 - дренаж; 5 - дороги
    
    Осушительную сеть на полях фильтрации учитывают при наличии неблагоприятных факторов. Она состоит из дренажа, сборной сети, отводящих линий и выпусков. Дренажная система является составной частью полей, так как позволяет своевременно отводить излишнюю влагу почвы и способствует прониканию воздуха в деятельный слой, без которого не может проходить аэробный окислительный процесс. В малопроницаемых грунтах (суглинках) сооружают закрытый дренаж, в проницаемых грунтах (пески, супеси) дренаж или вообще не требуется, или устраивают открытые осушительные канавы.
    В зимнее время после промерзания почвы фильтрация сточных вод на полях фильтрации значительно замедляется, а иногда полностью прекращается, и напускаемые на поля сточные воды намораживаются. Поэтому в районах с холодным и умеренным климатом поля фильтрации следует проверять на намораживание. Обычно высоту слоя намораживания сточных вод принимают 0,6 - 0,8 м, в соответствии, с чем определяют высоту валов, ограждающих карту[8].
    
 Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях

     Методы биологической очистки сточных вод

Существуют различные биологические методы очистки сточных вод в искусственных условиях. К ним относятся: биологические пруды; аэротенки; биофильтры.
Аэротенк - чаще всего резервуар прямоугольного сечения, по которому протекает сточная вода, смешанная с активным илом, где происходит биохимическая очистка сточной воды (рисунок 1.2). Воздух, вводимый с помощью пневматических или механических аэраторов - аэрационной системы, перемешивает обрабатываемую сточную воду с активным илом и насыщает её кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий. Большая насыщенность сточной воды активным илом (высокая доза) и непрерывное поступление кислорода обеспечивают интенсивное биохимическое окисление органических веществ, поэтому аэротенки являются одним из наиболее совершенных сооружений для биохимической очистки[2].

Рис.1.2. Аэротенки, расположенные на очистных сооружениях
 г. Старый Оскол.

Биологическая очистка проходит в период взаимодействия активного ила и механически очищенных сточных вод. Процесс их контакта происходит в емкостях, специальных гидротехнических сооружениях. Эти емкости, состоящие из двух или более секций, оборудованы системами аэрации. Активный ил содержит множество аэробных микроорганизмов. В случае если им сформировать подходящие требования, в таком случае в ходе собственной жизнедеятельности микроорганизмы станут извлекать из сточных вод разнообразные загрязнители, и тем самым будет происходить очистка. Ил представляет собой сложный биоценоз. В нем бактерии, которые при регулярном поступлении кислорода поглощают органические примеси, при этом происходит рост их численности. Находящиеся в том же активном иле различные черви, инфузории и коловратки, поедают размножившиеся бактерии. Популяция бактерии и охотников на них находится в равновесии. Поэтому биологическое очищение происходит непрерывно, главное, чтобы регулярно поступал свежий воздух. После завершения переработки органики, когда уровень биохимического потребления кислорода (БПК) снижается, вода поступает в следующие секции. В них начинают работать еще одни микроорганизмы - бактерии-нитрификаторы. Часть этих бактерий перерабатывает азот аммонийных солей, в результате получаются нитриты. Другие же, поедая нитриты, вырабатывают нитраты. Как только такая очистка заканчивается, вода поступает во вторичный отстойник. Здесь активный ил превращается в осадок, а очищенная вода поступает в водоемы[9].
Более популярной, в особенности из числа собственников личных строек, считается очистка с помощью биофильтра. Это относительно компактное устройство представляет собой резервуар со специальным загрузочным материалом. Биологическая методика очистки происходит с помощью все тех же микроорганизмов, находящихся в биофильтре в виде активной пленки. Биофильтры подразделяются на двухступенчатые биофильтры и имеющие капельную фильтрацию. У биофильтров, имеющих капельную фильтрацию, весьма низкая производительность. Но именно они, обеспечивают наибольшую степень очистки сточных вод. Второй тип биофильтров обладает высокой производительностью, при этом фильтров, все они имеют схожую конструкцию. Биофильтры состоят из следующих составных частей: тело фильтра или фильтрующая нагрузка; специальное устройство для равномерного распределения сточных вод по телу фильтра; для удаления воды используется дренажная система; для доставки в фильтр воздуха применяется воздухораспределительная система. В первом случае части, помещенные в резервуар - это крупные неорганические качество несильно отличается от капельной фильтрации. Независимо от типов таких фракции. В качестве таковых часто используются гравий, щебень, шлак, керамзит или пластик. В последнем случае без поступления достаточного количества кислорода биологический способ очистки не может быть проведен. Принцип работы биофильтра схож с процессом очистки с помощью аэротенки. Вначале с помощью механических фильтров и отстойника сточные воды избавляются от взвеси и крупных частиц. Затем вода поступает в тело биофильтра, где и происходит очистка. Бактерии, находящиеся на активной пленке, получают с водой питательные вещества. В процессе поедания органики, бактерии размножаются. В результате разросшаяся колония микроорганизмов очищает сточные воды от всей органики.
Данная процедура никак не может осуществляться без регулярного поступления кислорода. Поэтому чтобы очистка качественно превращала стоки в чистую воду, необходимо обеспечить регулярный приток свежего воздуха. Капельные биофильтры работают по схожей схеме. Отличие только в том, что вода в тело фильтра поступает незначительными каплями или струйками. Вентиляция воздухом обеспечивается естественным путем за счет открытого пространства.
Очистка в биологических прудах требует наличие открытых искусственных водоемов. В них происходят самоочистка сточных вод. Такого рода метод дает возможность достичь оптимального результата, нежели при использовании искусственных методов. Для этого используют неглубокие пруды. Их глубина не должна превышать одного метра, что позволяет достичь наибольшего соприкосновения поверхности воды с воздухом и обеспечить достаточное поступление кислорода в водоем. К тому же большая площадь поверхности позволяет лучше прогреться воде, это также влияет на процессы жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в очищении. Наиболее эффективно биологическая очистка работает в теплое время года. Если температура воды понизится до 6 градусов, то процессы окисления приостановятся. В зимнее время очистка не происходит, так как микроорганизмы не способны питаться при минусовой температуре окружающей среды[8].



     Особенности процессов очистки с участием активного ила

    В процессах с участием активного ила основным типом оборудования является проточный аэрируемый биологический реактор. Как показано на рисунке 1.3, этот аэробный реактор (аэротенк) связан с отстойником, в котором вода осветляется. Часть ила, собирающегося в отстойнике, обычно вновь поступает в биологи.......................