6.2 Біологічне очищення стічних вод у природних умовах. Поля зрошення і поля фільтрації

Методи очищення стічних вод у ґрунті засновані на здатності ґрунту до самоочищення. Самоочищення ґрунту зумовлюється його поглинальною спроможністю, під якою розуміють спроможність ґрунту затримувати розчинні, колоїдні і нерозчинні домішки. Внаслідок механічної поглинальної спроможності, яка пов’язана з пористістю ґрунту, затримуються нерозчинні домішки стічних вод, в тому числі бактерії і яйця гельмінтів. Завдяки хімічній поглинальній спроможності з води вилучаються ті аніони, які утворюють нерозчинні сполуки з катіонами ґрунту (наприклад фосфати). Біологічна поглинальна спроможність ґрунту полягає у використанні органічних і мінеральних домішок стічних вод організмами ґрунту.

Біоценоз ґрунту являє собою складне угруповання бактерій, грибів, актиноміцетів, водоростей, найпростіших, хробаків і личинок комах. В біологічному відношенні найбільш активним є шар ґрунту глибиною 20 см.

При фільтруванні стічних вод через шар ґрунту в ньому розвивається мікробна плівка, біоценоз якої складається з мікроорганізмів стічних вод і мікронаселення ґрунту, що пристосувалося до специфічних умов, які виникають в ґрунті при зрошенні його стічними водами. При цьому загальна кількість бактерій збільшується в декілька разів. Вважається, що основну частину бактеріального населення полів зрошення складають природні мешканці ґрунту, а більшість бактерій, які вносяться в грунт із стічними водами, відмирає під дією різноманітних фізичних, хімічних і біологічних чинників.

Підраховано, що з моменту надходження на поля до моменту виходу в дренаж кожна порція стічних вод має контакт з ґрунтом протягом приблизно не менше 6–12 діб. Цим, а також розвиненою активною поверхнею ґрунту і великою масою мікроорганізмів у ньому пояснюється високий ефект очищення стічних вод, що досягається на полях зрошення і полях фільтрації.

Різні види забруднень стічних вод проникають у шар ґрунту на різну глибину. Бактерії, віруси, яйця гельмінтів затримуються у самому верхньому шарі. Дещо глибше проникають органічні речовини і амонійний азот, ще глибше – хлориди і нітрати. Встановлено, що поверхнево–активні речовини слабко поглинаються ґрунтом і тому здатні проникати у дуже глибокі шари, потрапляючи в ґрунтові води. Крім того, ПАР зменшують можливість концентрації речовин на поверхні частинок ґрунту, іншими словами, знижують його поглинальну спроможність. В присутності ПАР бактерії, віруси і яйця гельмінтів мають можливість проникати в більш глибокі шари ґрунту.

Найважливішим чинником, що зумовлює швидке окислення домішок стічних вод, є кисень. Хороша аерація досягається тільки у верхньому шарі ґрунту глибиною 20–30 см, тому саме тут спостерігається найбільш інтенсивна мінералізація органічних речовин. Поряд із гетеротрофними бактеріями в окисленні органічних речовин беруть активну участь і гриби. Фотосинтетична активність водоростей, що розвиваються в самому верхньому шарі ґрунту, сприяє його аерації. В добре аерованому верхньому шарі ґрунту інтенсивно відбуваються процеси нітрифікації. Твердий субстрат, яким є грунт, його особливі фізико–хімічні умови знижують шкідливий вплив амонійного азоту, створюючи можливість симбіотичної життєдіяльності гетеротрофних і нітрифікуючих бактерій. Нітрат – іон, що має велику рухливість, вільно проникає вглиб ґрунту, забезпечуючи можливість окислення залишкових концентрацій органічних речовин в результаті процесу денітрифікації.

Стічні води, очищені на полях зрошення або полях фільтрації, при дотриманні допустимих гідравлічних навантажень практично повністю звільняються від патогенних бактерій і яєць гельмінтів. Однак санітарний стан ґрунту серйозно погіршується. Неспороносні патогенні бактерії зберігаються в ґрунті порівняно недовго, але спори ряду хвороботворних бактерій і яйця гельмінтів не втрачають життєздатності роками. З цих причин на полях зрошення рекомендується вирощувати культури, що не вживаються в їжу у сирому вигляді, головним чином, трав’яні.

Ступінь очищення стічних вод на полях зрошення і полях фільтрації значно знижується у зимовий період через уповільнення і навіть припинення біологічних процесів при низьких температурах. У цей період поля всіх видів працюють здебільшого як накопичувачі стічних вод шляхом поверхневого наморожування.

Методи біологічного очищення стічних вод на полях зрошення і полях фільтрації за інтенсивністю біохімічних процесів значно поступаються аеротенкам і біофільтрам, але за якістю очищеної води вони порівнянні, а в деяких випадках забезпечують більш ефективне очищення, ніж у штучно створених умовах, особливо від біогенних елементів. Недоліком природних методів очищення є велика площа земельних ділянок, необхідних для влаштування полів, а також сезонність їх роботи.

В промислово розвинених країнах практично повністю відмовились від очищення стічних вод на полях зрошення і полях фільтрації, що зумовлено: поступовим накопичуванням у ґрунтах біологічно неокислюваних забруднень; надходженням в ґрунти зі стічними водами речовин, які згубно впливають на флору й фауну ґрунтів; високою вартістю, труднощами у придбанні для очищення земель навколо населених пунктів і різким підвищенням енергетичних витрат при віддаленні таких споруд від населених пунктів; санітарною неблагонадійністю як самих цих споруд, так і вирощуваної на них сільськогосподарської продукції; практично повною відсутністю технологічного контролю і управління процесами очищення стічних вод у ґрунті; налагодженим серійним випуском малих очисних установок будь–якої продуктивності для очищення стічних вод у штучно створених умовах; типізацією будівництва великих очисних споруд з використанням інтенсивних методів очистки і знезаражування стічних вод.