После устройства водоснабжения и канализации заболеваемость и смертность населения в городах значительно сократилась. Особенно резко снизилась заболеваемость кишечными инфекциями.
Устройство водопровода и канализации в густо населенных местах позволило достигнуть неограниченного пользования водой при значительном улучшении санитарных и экологических условий жизни населения городов. Явилось важным фактором интенсификации градостроительства при более эффективном использовании земельных участков, так как при устройстве централизованного водоснабжения и канализации плотность населения и этажность застройки не ограничивалась.
Наибольшее развитие строительства канализации и удаление сточных вод происходило в Англии. Она одной из первых встала на путь промышленного развития, тут быстрее всего происходил рост городов. Канализационные системы, хотя и не удовлетворительные, имелись в Англии в1833г. более чем в 50 городах. Значительно позже началось устройство канализации в Германии: так в Гамбурге - с 1843г.; Штеттин - с 1862г.; Франкфурт на Майне - с 1867г.; Данцинг - с 1870г.; Берлин - с 1873г. К 1870 г. в Германии насчитывалось более 50 крупных городов, имевших канализацию.
Гораздо медленнее происходило развитие канализации во Франции. К концу18 столетия Париж имел 26 км. сточных каналов, 1824 г. 36 км., а в 1856г уже 140 км. И только в 1935 г. протяженность канализации в Париже достигла 1200 км.
Наиболее быстрыми темпами шло строительство канализации в городах США. Так, к 1902 г. канализация имелась в 1000 городов. Развернувшееся строительство канализации, обеспечивавшее только отведение загрязненных сточных вод и выпуск их в водоемы без очистки, очень скоро привело к резкому загрязнению водоемов. Первой ощутила последствия этой экологической катастрофы Англия. В силу значительного развития городов и по причине маловодности рек, не обеспечивающих необходимого разбавления сточных вод и самоочищения водоемов.
Поэтому в Англии еще в 1861г. был издан закон об очистке и освобождении сточных вод перед выпуском в реки от фекальных масс и гниющих веществ.
Это был первый шаг к постановке в законодательном порядке вопроса об очистке сточных вод. Затем на основании работ специальных комиссий в !870 1876 гг., были установлены нормы очистки сточных вод при выпуске их в реки в зависимости от степени разведения.
Московия сильно отставала в темпах и объеме строительства канализаций от других стран. Хотя первые известные подземные каналы для отвода сточных вод были устроены в XIV веке в Новгороде. Уже в середине 18 столетия в Петербурге началось строительство каналов для отвода атмосферных вод. В эти каналы поступали и хозяйственно-фекальные воды. В 1832г. протяженность водостоков Петербурга составляла 95км.
В Москве к 1825г. были построены крупные Самотечный и Неглинский каналы, служившие для отвода атмосферных и сточных вод от зданий. В 1829г. было начато строительство канализации в городе Старая Русса.
Сточные воды от вредных примесей очищают механическими, физико-химическими, биологическими термическими методами.
Механическая очистка сточных вод обычно предшествует биологической и физико-химической очистке, сооружения механической очистки обычно составляют первую очередь строительства станций аэрации.
Механическую очистку применяют при отделении нерастворимых примесей методами процеживания, отстаивания, фильтрования. В сооружениях механической очистки сначала отделяют наибольшие по размеру частицы загрязнения, затем тяжелые взвеси, а на заключительном этапе-тонкодисперсные нерастворенные загрязнения.
Используемое оборудование при механической очистке:
Решетки устанавливаются на всех очистных станциях независимо от системы подачи на них сточных вод. Ширину прозоров решетки принимают равной 16мм., скорость протока сточных вод не должна превышать 1м/с., угол наклона к горизонту 60°—70°. Применяют решетки с ручной и механической очисткой.
Песколовки применяют для выделения из сточных вод тяжелых примесей (песка, окалины) с гидравлической крупностью13,2 – 24,2 мм/с при скорости движения сточных вод 0,08 – 0,03 м/с
Наибольшее распространение получили горизонтальные и аэрируемые пескоголовки, позволяющие удалить из сточных вод до 70 – 80% песка. С целью повышения эффективности отмывки песка песковые бункеры пескоголовок применяют в сочетании с напорными гидроциклонами.
Отстойники применяют для гравитационного выделения из сточных вод нерастворяющихся грубодисперсных примесей с плотностью выше, либо ниже плотности воды. По направлению движения основного потока воды различают отстойники: вертикальные, диагональные, горизонтальные и радиальные. Отстойники перед сооружениями биологической очистки называют первичными. Вертикальные отстойники всех типов и диагональные отстойники применяют на очистных станциях производительностью до 15 тыс. метр кубический; горизонтальные отстойники – до 15 тыс. метр куб/сутки; радиальные отстойники – при производительности выше 20 тыс.метр куб/сутки.
Тонкослойные отстойники применяют для очистки сточных вод от взвешенных веществ однородного состава в т.ч. для предприятий металлургической, нефтяной, угольной и других отраслей промышленности. Высокую эффективность показали отстойники с вращающимися сборно-распределительным устройством конструкции И.В. Скирдова.
Преаэраторы применяются для более глубокого осветления сточных вод, а также для лучшей подготовки к последующей биологической очистке.
Биокоагуляторы помимо аэрации воздухом предполагают использование активного ила (50% его избыточного количества). Обычно преаэратор и отстойник совмещены в одном сооружении, разделенном на зоны аэрации и отстаивания. Эффективность задержанных взвесей в таком сооружении повышается до 70-75%.
Нефтеловушки применяют для очистки сточных вод, содержащих грубодиспергированные нефтепродукты, жиры, смолы, парафины при концентрации свыше 100мг/л. нефтеловушки бывают горизонтальные, радиальные и многоярусные. Наиболее широко применяются горизонтальные многосекционные нефтеловушки с числом секций до 4-х штук. Ширина секций колеблется от 2-х до 6-ти метров, высота 2-3 метра, длина определяется из расчета продолжительности отстаивания не более 2-х часов.
Нефтеловушки оснащаются коалесцирующими устройствами, позволяющими улучшить показатели очистки и увеличить пропускную скорость в 1,5-2 раза. Нефтеловушки, как и другие механические улавливатели, не задерживают тонкоэмульгированные и растворенные нефтепродукты.
Гидроциклоны применяют для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей под воздействием центробежных сил. Часто используются в качестве первой ступени очистки сточных вод. В гидроциклонах обеспечивается отделение песка и минеральных частиц диаметром 0,1-0,15 мм и плотностью 1,2г/см куб. Объем и площади, занимаемые циклонами во много раз меньше площади отстойника той же производительности. Применяются открытые и напорные гидроциклоны. Для очистки тонких взвесей используются мультициклоны.
Фильтры широко применяются для очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей, не улавливаемых другими методами механической очистки.
Для очистки городских сточных вод используются сетчатые фильтры с бактерицидными лампами, устанавливаемые перед фильтрами с зернистой загрузкой напорные и безнапорные в зависимости от конструкции фильтрующей загрузки и качества обрабатываемой воды могут работать в комплексе сооружений первой ступени очистки вод или дочищать воду. Конструктивно фильтры могут быть однослойными, двухслойными, каркасно-засыпными, аэрируемыми и с плавающей загрузкой. В качестве фильтрующей загрузки применяют кварцевый песок, керамзит, керамическую крошку, пористую керамику, горные породы, дробленый антрацит и др. Крупность зерен фильтрующей загрузки принимают 0.52 мм., высота фильтрующего слоя 0.7-2м. Фильтрующая загрузка может быть из одного материала, из двух материалов различной плотности – керамзит и песок, антрацит и мраморная крошка, из нескольких фильтрующих материалов.
Физико-механические методы очистки применяют для удаления из сточных вод суспензированных и эмульгированных примесей, а также растворенных неорганических и органических веществ.
К этим методам относят: коагуляцию и флокуляцию, флотацию, ионный обмен, адсорбцию, экстракцию, обратный осмос ультрафикацию, кристаллизацию, дистилляцию, ректификацию, электродиализ, дезорацию.
Эти методы в большинстве случаев требуют применения дорогих реагентов, однако в виду их эффективности, а иногда невозможности решить задачу другим способом, их широко применяют в промышленности особенно для очистки многокомпонентных сточных вод с малой концентрацией загрязнений.
Химическую очистку применяют в случаях, когда выделение загрязнений возможно только в результате химических реакций между загрязнителями и вводимыми реагентами с образованием новых веществ, легко удаляемых из сточных вод. При химической очистке протекают реакции конденсации, окисления, нейтрализации, в результате которых получаются нетоксичные или менее токсичные вещества, растворимые в воде соединения превращаются в нерастворимые и легко отделяются, кислые и щелочные стоки – нейтрализуются. Этот метод очистки требует большого расхода реагентов, кроме того, образующиеся новые, пусть нетоксичные соединения, все же загрязняют водоем и требуют дополнительной очистки другими способами. Однако, в ряде случаев применение химического метода очистки неизбежно.