Методы почвенной очистки сточных вод

Методы почвенной очистки сточных вод основаны на способности самоочищения почвы; осуществляется такая очистка на полях орошения или полях фильтрации.
Полями орошения называются специально подготовленные и спланированные земельные участки, предназначенные для очистки сточных вод с одновременным использованием этих участков для агрикультурных целей.
Если земельные участки предназначаются только для очистки сточных вод (без выращивания на них сельскохозяйственных культур), то они носят название полей фильтрации.
Очистка сточных вод в обоих случаях происходит в результате совокупности сложных физико — химических и биохимических процессов.
Сущность процесса очистки состоит в том, что при фильтрации сточных вод через почву в верхнем ее слое задерживаются взвешенные и коллоидные вещества, образующие на поверхности частичек почвы густо заселенную микроорганизмами пленку. Эта пленка адсорбирует на своей поверхности растворенные органические вещества, находящиеся в сточных водах. Используя кислород, проникающий из атмосферы в поры почвы, микроорганизмы переводят органические вещества в минеральные соединения. Таким образом, наличие кислорода является необходимым условием нормального хода процесса. Так как с точки зрения кислородного режима верхние слои почвы находятся в более благоприятных условиях, то именно в этих слоях происходят наиболее интенсивное окисление органических веществ и процесс нитрификации. По мере углубления количество кислорода в почве быстро уменьшается и, наконец, наступает зона анаэробиоза, где окисление органических веществ, проникающих сюда в виде растворов, происходит только за счет процесса денитрификации, так как в зону анаэробиоза сточные воды попадают с большим запасом нитритов. Отсюда вытекают требования, которые предъявляются к отводимой под поля орошения или фильтрации территории, к свойствам грунтов, а также к качеству и количеству сточной жидкости, которое может быть очищено на единице площади полей.
Почвенная очистка, в частности использование сточных вод для целей орошения, известна с древних времен. Особенно широкое применение она получила с середины XX в., когда с развитием промышленности и ростом городов увеличилось количество подлежащих удалению с их территории сточных вод; другие же, более интенсивные методы тогда еще не были разработаны. Значительные площади, требуемые для полей орошения в связи с непрерывным увеличением количества сточных вод, и дороговизна пригородных земельных участков заставили в конце XX начале XX столетия разработать искусственные методы очистки, не требующие больших площадей земли.
Степень очистки сточных вод на полях орошения и полях фильтрации значительно снижается в зимнее время в силу замедления и даже прекращения биохимических процессов при низких температурах. В этот период поля всех видов работают преимущественно как накопители, задерживая сточные воды и находящиеся в них вещества в почве или путем поверхностного намораживания.
В России первые поля орошения были устроены в Одессе, затем в Киеве и, наконец, в Москве. Однако в последующем при увеличении количества сточных вод поля орошения были переведены на режим полей фильтрации, а в дальнейшем для большей части стоков заменены сооружениями искусственной биологической очистки.
В условиях социалистического хозяйства при отсутствии частной собственности на землю применение полей орошения может содействовать комплексному решению проблемы благоустройства городов и развития пригородного сельского хозяйства как базы снабжения населения овощами. Поэтому при выборе метода очистки сточных вод и местоположения очистных сооружений необходимо в первую очередь выявлять возможность сельскохозяйственного использования очищенных сточных вод и, лишь когда это не представляется целесообразным (по местным условиям, санитарным требованиям или техникоэкономическим соображениям), следует осуществлять биохимическую очистку в искусственных условиях.
Как уже указывалось, при устройстве полей орошения преследуют две цели:
а) санитарную очистка сточных вод и
б) сельскохозяйственную использование сточной жидкости как источника влаги, а содержащихся в ней веществ как удобрения.
Различают следующие виды полей орошения.
1 Коммунальные поля орошения, главной задачей которых является очистка сточных вод, а использование их для сельскохозяйственных целей играет вспомогательную роль. В силу этого коммунальные поля орошения получают максимально допустимые по условиям выращивания сельскохозяйственных культур нагрузки сточных вод. Поля этого типа и их эксплуатация находятся в ведении коммунальных органов.
2 Сельскохозяйственные поля орошения, на которых сельскохозяйственное использование сточных вод и их очистка представляют единое целое. Поля этого типа устраивают на сельскохозяйственных (колхозных и совхозных) землях без изъятия их у землепользователей и остаются введений последних. Подача сточных вод на поля производится вне зависимости от времени года и метеорологических условий.
Сельскохозяйственные поля орошения применимы в различных климатических районах, за исключением северных. Эти поля отличаются небольшой суточной нагрузкой сточных вод. Для устройства их не требуется предварительная горизонтальная планировка орошаемых участков (можно ограничиться только выравниванием микрорельефа), что расширяет область их применения. Однако применение таких полей носит пока ограниченный характер в силу ряда серьезных организационных затруднений, возникающих при их эксплуатации.
Как уже было сказано, бытовые сточные воды содержат значительное количество патогенных бактерий и яиц гельминтов. Поэтому при устройстве и эксплуатации полей орошения любого типа должны соблюдаться определенные санитарные требования. В частности, запрещается орошать неочищенными сточными водами поля при выращивании на них овощей, употребляемых в пищу в сыром виде.
Предварительное отстаивание сточной жидкости обеспечивает выделение из нее 50 — 60% общего числа бактерий вместе с крупными взвешенными веществами в осадок; таким образом, отстоенная сточная жидкость в бактериальном отношении менее опасна. Путем искусственной биологической очистки сточных вод можно снизить количество бактерий на 90 — 95%; санитарная опасность при орошении такой водой практически невелика.
Серьезным вопросом является распространение через овощи глистных заболеваний. Яйца гельминтов (глисты, паразитные черви и др ), попадая в почву и на овощи, сохраняют жизнеспособность длительное время. Особенно устойчивы яйца аскарид, сохраняющие инвазионные свойства в почве в течение 11,5 лет. Отстаивание сточных вод позволяет снизить содержание яиц гельминтов на 50 — 60%, а в горизонтальных отстойниках при скорости течения 1 мм/сек на 95%.
Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о довольно сильном загрязнении почвы полей и овощей патогенными микроорганизмами и яйцами гельминтов при орошении неочищенными сточными водами. Поэтому во всех случаях использования сточных вод в целях орошения необходимо осуществлять предварительное их отстаивание и производить обработку получаемого осадка при высоких температурах , при которых происходит гибель яиц гельминтов.
Концентрация питательных элементов (азота, фосфора и калия) в сточных водах зависит от нормы водоотведения. В них содержится 15 — 60 мг/л азота, 312 мг/л фосфора, 625 мг/л калия. Эти питательные элементы находятся главным образом в растворенном состоянии и частично во взвешенном. Так, растворенный азот составляет 85% его общего количества и 15% его находится во взвешенном состоянии; фосфор соответственно 60 и 40%; калий 95 и 5%. Соотношение между основными элементами питания растений азотом, фосфором и калием, содержащимися в сточных водах, составляет 5:1:2, тогда как в навозе его соотношение 2:1:2. Таким образом, сточные воды являются удобрением с повышенным содержанием азота, способствующего развитию растений.
Для орошения могут быть использованы также производственные сточные воды, которые не содержат ядовитых веществ в количествах, вредно влияющих на рост растений. Общее количество солей не должно превышать 45 г/л, в том числе питательных солей 2 г/л.