Способы химической обработки воды

Биологическая очистка — обезвреживание и минерализация орга­нических веществ сточной воды, которые не удается извлечь из нее механиче­ской очисткой. Протекает она по типу аэробного окислительного процесса, где участвуют органические вещества сточной воды, микроорганизмы и кислород воздуха. Биологическая очистка основана на использовании тех же условий, в каких этот процесс биохимического распада органических веществ протекает в природе (почве, воде). По этому принципу сооружения и приемы биологической очистки разделяются на две группы: а) воспроизводящие про­цессы в почвенных условиях (поля фильтрации и орошения, биологические фильтры и аэрофильтры); б) воспроизводящие процесс в водной среде (биоло­гические пруды, аэротенки).

А — с открытым дренажем: 1 — участковая дорога; 2 — канал, подводящий сточ­ные воды; 3 — шибера для регулировки напуска на карту; 4 — картовый ороситель; 5 — от­крытые дренажные канавы; б — ограждающие валики на полях; 7 —линия депрессии ин­фильтрированной воды.

Б — с закрытым трубчатым дренажем: 1 — участ­ковая дорога; 2 — канал, подводящий сточные воды; 3 — шибера для регулировки напуска на карты; 4 — картовый ороситель; 5 —ограждающие валики на полях; 6 — дренажные трубы, обсыпанные щебнем; 7 — линия депрессии инфильтрированной воды.

Поля орошения — специально отведенные участки земли, предназначенные для очистки сточных вод путем естественной фильтрации их через слой почвы.

Профильтрованные сточные воды через закрытую или открытую дре­нажную систему поступают в естественные или искусственные водоемы (пруды). Поля орошения являются одним из лучших способов очистки сточных вод. Хо­рошей почвой для них считается супесчаная (с примесью не больше 15% гли­ны), песчаная, хрящеватая, используются также и черноземные почвы. Непри­годны почвы глинистые, торфяные, мергелистые, известковые, а также мелкозер­нистые пески, подвергающиеся заиливанию. Почвенные участки под поля оро­шения отводят с низким уровнем грунтовых вод (не менее 3 м от поверхности). Расстояние от полей до населенного пункта должно быть не менее 0,3-1 км с подветренной по отношению к населенной местности стороны. На полях приме­няют заливную и грядковую системы орошения. В первом случае участки пе­риодически сплошь заливают сточными водами; во втором — их делят на гря­ды, отделенные одна от другой бороздами. Сточные воды заполняют только борозды и фильтруются в почву через их дно и стенки. В зимний период фильтрационная и минерализующая способность полей орошения и фильтрации значительно снижается. Наблюдается намораживание воды на полях, а на по­верхности почвы после оттаивания и фильтрации воды остается слой неминера­лизованного осадка. Поэтому весной поверхность полей разрыхляют вспашкой. Если орошение ведется по бороздам, то в морозы напускают воду, создают над бороздами ледяной и снежный покров и дальше ведут орошение под лед. В процессе фильтрации в верхних слоях почвы из сточных вод механически задерживаются взвешенные вещества и микроорганизмы, адсорбируются колло­идные, растворенные вещества и поглощаются дурно пахнущие газы.

При достаточном доступе кислорода воздуха процессы самоочищения или минерализации в орошаемой почве происходят весьма интенсивно. При недос­таточном притоке кислорода в почву преобладают анаэробные процессы гниения органических веществ сточных вод, задержанных почвой. При хорошей работе полей орошения органические вещества быстро превращаются в конечные про­дукты минерализации (карбонаты, нитраты, сульфаты, фосфаты и др.). В итоге орошаемый участок обогащается солями, которые являются ценным питанием для растений. Поэтому поля орошения используют под сельскохозяйственные кормовые или овощные культуры (силосные растения, корнеплоды и разные овощи).

Однако выращивать на полях орошения кормовые и овощные культуры, ис­пользовать их в пищу человеку и в корм скоту необходимо под контролем са­нитарного и ветеринарного надзора. Установлено, что нередко на овощах, выращенных на полях орошения, обнаруживаются возбудители ки­шечных инфекций и жизнеспособные яйца гельминтов. Чтобы предохранить сель­скохозяйственные культуры от загрязнения возбудителями кишечных инфекций и зародышами гельминтов, единственно доступный способ распределения сточ­ных вод на полях орошения — грядковая система с бороздами.

Поля фильтрации отличаются от полей орошения только тем, что служат главным образом для очистки хозяйственно-фекальных сточных вод и не ис­пользуются под сельскохозяйственные культуры. На полях фильтрации земель­ный участок делится на поливные карты, на которые поочередно напускают сточные воды. Поля фильтрации должны быть доступны воздействию солнечных лучей и аэрации, а механические и физические свойства почвы - способствовать быстрой минерализации нечистот.

Биологические фильтры для очистки сточных вод применяют вместо полей прошения или полей фильтрации. Для них используют кокс или котельный шлак, керамзит, торф и другие пористые материалы. Закладывают их в специ­альные бассейны или на водонепроницаемые площади с определенным уклоном. Высота загрузки фильтра достигает 2 м. По сравнению с фильтрацией через почву биологические фильтры лучше аэрируются и более эффективно минера­лизуют загрязнения, задержанные из сточной воды. Различают оросительные биофильтры, аэрокоагуляторы, аэрофильтры или аэротенки.

Биологические пруды для очистки сточных вод устраивают или искусствен­но, или путем запруживания реки. Их делают спускными для очистки и осмот­ра. Вода прудов заполняется зелеными планктонными водорослями, которые под влиянием лучей солнца обогащают ее кислородом. Предварительно механически очищенные в отстойниках сточные воды спускают в пруды для минерализа­ции. Сточные воды лучше очищаются в прудах неглубоких (0,5-1,5 м), но с большой поверхностью. Такие пруды можно также использовать для окончательной очистки сточных вод после полей фильтрации и орошения или после очистки их на биологических фильтрах. Биологические пруды наиболее эффективно можно использовать только в теплое время года (летом).

Обеззараживание сточных вод

Патогенные микробы, попадающие со сточными водами в естественные во­доемы, отличаются сравнительно большой устойчивостью (возбудители сибир­ской язвы, ящура, рожи и чумы свиней, сальмонеллеза, бруцеллеза, туберкуле­за, паратуберкулеза, листериоза и др.). Между тем существующие способы очистки вод не обеспечивают полного освобождения их от патогенных микро­организмов и зародышей гельминтов.

Из очистных сооружений только правильно эксплуатируемые поля ороше­ния и фильтрации хорошо освобождают сточные воды от неспорогенных пато­генных микроорганизмов, вследствие чего опасность заражения водоемов прак­тически сводится к нулю, и необходимость дезинфекции отпадает. Все осталь­ные способы очистки хотя и снижают первоначальное содержание микробов, но не устраняют опасность заражения водоемов. Поэтому санитарные правила по спуску сточных вод предусматривают дезинфекцию их до поступления в водоемы, если эти воды создают опасность распространения возбудителей ин­фекций.

В первую очередь необходимо обеззараживать сточные воды боен, убой­ных пунктов, кожевенных, шерстеобрабатывающих и утилизационных заводов, а также биофабрик, ветеринарных клиник и т. п. Наиболее эффективный спо­соб обеззараживания сточных вод, зараженных стойкой микрофлорой (сибир­ская язва и др.), а также яйцами различных гельминтов, — термический метод, или кипячение их в закрытых сосудах в течение 2 ч. Однако ввиду дороговиз­ны и трудоемкости этот метод используют ограниченно.

Для обеззараживания сточных вод химическим способом, так же как и питьевой воды, применяют хлорную известь или газообразный хлор, а также 20%-ную взвесь свежегашеной извести. Осветленную сточную воду и плотный осадок, полученные после отстаивания, хлорируют отдельно (1 часть на 10 частей сточной жидкости).

Дозу хлорной извести или хлора устанавливают по результатам микробио­логического исследования сточной воды (предварительной опытной проверки). При этом титр кишечной палочки обезвреженной воды должен быть больше 10. Ориентировочную дозу активного хлора следует принять; для сточной воды после предварительной очень тщательной очистки ее биологическими способами 10-20 мг на 1 л, после тщательной механической очистки — 20-30 мг на 1л и для неочищенной или после не вполне достаточной механической очистки — 50-60 мг и более на 1 л сточной жидкости. После смешивания хлора со сточной водой должен контактироваться не менее 2 ч.

Необходимо отметить, что на яйца гельминтов хлорирование не действует, и единственно эффективным способом освобождения от них является очистка сточной воды на полях орошения и фильтрации или ее кипячение.

Для обеззараживания сточных вод от возбудителей сибирской язвы и дру­гих спорообразующих инфекций достаточно эффективного способа еще не пред­ложено.

Навозные стоки (обработка, обеззараживание и использование). В послед­ние годы в нашей стране широко развернуты строительство животноводческих комплексов и реконструкция ферм на промышленной основе. В таких хозяйст­вах животных преимущественно содержат без подстилки и получают большое количество полужидкого и жидкого навоза, содержащего 85-96% воды. Так, на свиноводческом комплексе с годовым объемом производства 108 тыс. голов образуется большое количество жидких навозных стоков (до 1 млн. м³ в год). Установлено, что там, где хорошо развито промышленное животноводство, ко­личество жидких и твердых отходов ферм почти в 10 раз превышает уровень отходов населения. В некоторых зарубежных странах имеются примеры, что бесконтрольное использование в севооборотах навозных стоков может нанести ущерб сельскохозяйственным культурам, загрязнить почву, поверхностные и грунтовые воды.

Образование больших количеств навозных стоков, содержащих легко разла­гающиеся органические вещества, на территории комплексов создает постоянную угрозу загрязнения и заражения территории ферм и местности вблизи них воз­будителями инфекционных и инвазионных болезней животных и человека.

В жидком навозе в отличие от твердого подстилочного навоза и фекалий выживаемость патогенных микроорганизмов, вирусов и гельминтов больше, что связано с особенностями физических, химических и микробиологических свойств жидкого навоза по сравнению с твердым. Установлено, что в жид­ком навозе возбудители рожи свиней сохраняют жизнеспособность 92 сут (ле­том) и 157 сут (осенью и зимой), сальмонеллеза крупного рогатого скота — 85 сут (летом) и 158 сут (зимой и весной), бруцеллеза крупного рогатого ско­та и свиней — 108 сут (летом) и 174 дн. (осенью и зимой), туберкулеза — 45 сут. Вирус ящура в жидком навозе крупного рогатого скота и свиней сохра­няет способность вызывать заболевание летом в течение 42 сут, а зимой в замерзшем навозе — до 192 сут. Сравнительно длительные сроки выживания сальмонелл различных видов в жидком навозе также подтверждают многие ис­следователи.

Разбавление навоза перед или во время его хранения в соотношении 1 : 10 увеличивает период выживаемости возбудителей более чем в 3 раза. С увеличением количества микрофлоры в жидком навозе уменьшаются сроки выживаемости патогенных микробов и вирусов.

При хранении жидкого навоза в навозосборниках яйца гельминтов сохраняют жизнеспособ­ность более года. В твердой фракции навоза яйца гельминтов погибают летом после 4-месячного хранения, а осенью и зимой все остаются жизнеспособными. При внесении на поля жидкой фракции навоза, содержащей большое количество яиц гельминтов, последние в пахотном слое сохраняют свою инвазионность 2 лет.

Непосредственное внесение жидкого навоза дождеванием и орошением на поля, луга, пастбища связано с опасностью инфицирования и инвазирования территорий этих угодий. Практика показывает, что выпускать скот на пастбище вскope после дождевания или косить траву на недавно удобренных сенокосах связано с риском заражения и заболевания животных.

Жидкий навоз на комплексах по выращиванию и откорму свиней (на 24, 54 и 108 тыс. голов в год), а также на комплексах по выращиванию нетелей (нa 3 и 6 тыс. гол.) и молодняка крупного рогатого скота (на 5 и 10 тыс. голов) в основном используют на орошение сельскохозяйственных культур. Сооружения систем обработки навоза располагают по отношению к животноводческим предприятиям и жилой застройке с подветренной стороны господствующих ветров, а также ниже водозаборных сооружений. Конструкция хра­нилищ должна исключать загрязнение подземных и поверхностных вод (табл. 30).

Таблица 30

Санитарные защитные зоны

Санитарные разрывы от закрытых навозохранилищ до населенных пунктов следует принимать не менее 0,5 расстояния от открытых навозохранилищ.

Типовые и индивидуальные очистные сооружения по обработке жидкого навоза оборудуют по отношению к животноводческим объектам и жилым по­мещениям с подветренной стороны господствующих ветров, ниже производст­венной территории и водозаборных сооружений. Участок под очистные сооружения должен быть достаточных размеров, не затапливаться паводковыми во­дами, иметь уклон, обеспечивающий движение воды на очистку и отвод поверхностных вод. Территорию очистных сооружений огораживают забором высотой до 2 м, благоустраивают и озеленяют многолетними насаждениями шириной до 10 м или используют естественные лесозащитные полосы. Устраивают подъезд­ные пути шириной до 3,5 м с твердым покрытием.

На свиноводческих предприятиях при наличии сооружений для биологиче­ской очистки жидкого навоза предусматривают лабораторию для технологиче­ского контроля (санитарно-бактериологического и химического).

При согласовании с ветеринарно-санитарными органами допускается сов­местное отведение (по закрытым каналам, трубопроводам) навозных и произ­водственно-бытовых стоков животноводческих предприятий с последующей очисткой их на сооружениях биологической обработки. Поверхностные стоки животноводческих предприятий должны направлять по открытой системе водо­стоков в локальные хранилища и после соответствующей обработки использо­вать на орошение сельскохозяйственных культур.

Для транспортирования жидкого навоза к местам сельскохозяйственного использования применяют гидротранспорт, а при небольших объемах навоза до­пускают использование мобильного транспорта. Стационарные трубопроводы укладывают на глубине, предохраняющей их от замерзания; уклон труб должен быть не менее 0,002°. Для очистки жидкого навоза применяют механическую и биологическую обработку.

Методы исследования воды

Отбор проб. При проведении гидрохимических исследований особое внимание обращают на отбор проб. Общие принципы взятия проб заключаются в следующем: указывают условия и место взятия; при хране­нии и транспортировке не допускают изменения в содержании определяе­мых компонентов или в свойствах воды; объем пробы берут достаточным для исследования, и он должен соответствовать применяемой методике.

На практике с учетом использования воды в животноводстве и контроля воды и рыбоводстве приняты следующие типы анализа воды (табл. 31).

Таблица 31

Типы анализов воды

Пробы воды на полный анализ отбирают в бутыль емкостью 5 л с притер­той пробкой (можно с корковой). Для сокращенного анализа используют бутыль емкостью 2 л, для газового анализа достаточно 0,5-1 л. Предварительно бутыль чисто моют и ополаскивают дистиллированной водой.

Место взятия пробы определяют в зависимости от характера водоисточ­ника и цели исследования:

- при использовании открытого водоема для проектируемого централизо­ванного водоснабжения пробу берут в той точке водоема и на той глуби­не, которые намечают для будущего забора воды для водопровода;

- при существующем водозаборе — непосредственно из водоприемного от­верстия; при поении животных из открытого источника (непосредствен­но) — из поверхностных слоев воды;

- при использовании для проектируемого водоснабжения подземных ис­точников — из того водоносного горизонта, из которого намечается буду­щий водозабор;

- при отборе проб из вновь сооружаемой скважины (колодца, каптажа) и отсутствии постоянного излива воды пробу берут после непрерывной откачки при эксплуатации мощности, и не ранее чем будет получено одинаковое содержание хлоридов и железа не менее чем в трех конт­рольных пробах, взятых во время откачки с промежутками в 1 ч;

- при действующем водозаборе пробу берут из того источника (скважины, колодца, каптажа), который используется для водоснабжения. Отбирают ее в часы максимального расхода воды.

Из кранов водопроводных сооружений пробу берут после свободного спуска воды при полном открытии крана в течение не менее 10 мин.

Пробу воды с намеченной глубины открытого водоема отбирают баромет­ром. Допускают отбор проб бутылью. Для этого ее закрывают пробкой, вставляют в тяжелую оправу или к ней подвешивают груз на тросе. Бутыль устанавливают на намеченной глубине, пробку вынимают при помощи шну­ра. Пробу воды с небольшой глубины (особенно зимой) отбирают бутылью, прикрепленной к шесту.

Бутыль заполняют водой до верха. Перед ее закрытием верхний слой воды сливают так, чтобы под пробкой оставалось небольшое воздушное про­странство (при определении содержания кислорода в воде для рыбоводства в отобранной пробе не допускается пузырьков воздуха под пробкой).

После отбора пробы составляют сопроводительный документ и прилага­ют его в копии к анализу. В нем должны содержаться следующие сведения:

- название источника и его местонахождение;

- дата взятия пробы (год, месяц, число и час — обязателен для рыбовод­ства);

- место и точка взятия пробы: для открытых — расстояние от берега и глубина; для скважин и колодцев — отметка устья и дна; продолжитель­ность и интенсивность откачки, результаты контрольных анализов на хлориды и железо ( в случае вновь сооружаемых скважин);

- метеорологические условия: температура воздуха и осадки в день отбора пробы и за предшествующие 10 суток, а также сила и направление ветра (при отборе пробы из открытого водоема);

- температура воды;

- особые условия, могущие оказать влияние на качество воды в источнике;

- цель исследования. При обнаружении возбудителей болезней у сельско­хозяйственных животных и рыб, источником которых предполагается вода, следует описать клинические признаки болезни, данные патолого-анатомического вскрытия и др.;

- место работы, должность и подпись лица, производившего отбор проб воды.

Для доставки в лабораторию бутыли с водой упаковывают в ящик или корзину (желательно с войлочной прокладкой). Если время в пути превыша­ет 5 ч, то применяют меры против нагревания или замерзания проб.

Желательно исследовать воду в день отбора проб. Если это сделать невоз­можно, то воду хранят в темноте и при температуре, близкой к 0 ⁰С.

В рыбоводческих хозяйствах образцы воды для анализа на растворен­ный кислород фиксируют непосредственно у водоема сразу после взятия пробы. При определении общего азота и его отдельных соединений, а так­же окисляемости допускается воду консервировать серной кислотой из расчета 1 мл на 1 л пробы, при выявлении фосфатов и хлоридов — хлоро­формом (2-4 мл на 1 л воды).

Для бактериологического анализа пробы воды берут в стерильную посу­ду с запасной второй пробкой или в стерильные ампулы. Пробы на баканализ не консервируют.