Загрязнения по своему происхождению могут быть органические и минеральные. Органические загрязнения способны разрушаться до конечного продукта распада, превращаясь в минеральные соли. Органические вещества — хорошая питательная среда для различных бактерий, в том числе болезнетворных (патогенных), вызывающих инфекционные заболевания, поэтому нельзя допускать, чтобы отбросы органического происхождения накапливались на поверхности или в глубине почвы и в водоемах. Необходимо своевременно удалять эти отбросы с территории населенного пункта или промышленного предприятия и обезвреживать их. Сточные воды перед спуском в водоем следует очищать и обезвреживать, иначе водоем загрязняется на значительном расстоянии от места их сброса.
Канализационные сети и сооружения служат для приема, транспортирования, очистки сточных вод до необходимой степени утилизации полезных веществ, содержащихся в них и в осадке (получаемом при очистке сточных вод), и сброса очищенных вод в водоем.
Сточные воды подразделяются на бытовые (хозяйственно-фекальные), производственные (промышленные) и дождевые (атмосферные).
К бытовым сточным водам относятся воды, поступающие от раковин, умывальников, ванн, трапов и пр. (хозяйственные воды); из санитарных узлов, т. е. загрязненные в основном физиологическими отбросами (фекальные воды); из бань, прачечных, душевых помещений, после мытья помещений и т. д.
Бытовые воды содержат крупные нерастворенные вещества – остатки пищи, овощей, тряпки, песок, фекалии, загрязнения органического и минерального происхождения в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях, а также различные бактерии, в том числе болезнетворные, поэтому они наиболее опасны с санитарной точки зрения. Количество загрязнений, приходящееся на единицу объема бытовой воды, зависит от степени их разбавления водопроводной водой: чем больше воды расходует один житель, пользующийся канализацией, тем меньше концентрация загрязнений сточных вод.
К производственным сточным водам относятся воды, использованные в процессах производства и загрязненные теми или иными примесями. По составу они могут быть весьма разнообразными. В зависимости от вида обрабатываемого сырья и технологического процесса производства количество загрязнений в этих водах резко изменяется. Производственные сточные воды подразделяются на загрязненные и незагрязненные. Загрязненные производственные сточные воды могут содержать примеси органического или минерального происхождения; незагрязненные содержат мало примесей, поэтому их можно без очистки спускать в водоемы или дождевую сеть либо использовать повторно, если позволяют условия технологии производства.
Дождевые воды образуются вследствие выпадения атмосферных осадков в виде дождя или таяния снега, которые смывают загрязнения на территории города или промышленного предприятия. Воды после поливки улиц и зеленых насаждений по составу загрязнений близки к атмосферным и поэтому удаляются вместе с ними.
В настоящее время от населенных пунктов и промышленных предприятий приходится отводить смесь бытовых и производственных, а иногда и дождевых вод. Такие воды называются городскими сточными водами.
В настоящее время весьма серьезное внимание уделяется проблеме предотвращения загрязнения водоемов сбрасываемыми в них бытовыми и производственными сточными водами. В последние годы принят ряд постановлений правительства, направленных на улучшение санитарного состояния водоемов.
К качеству очищенных сточных вод, сбрасываемых в водоемы, предъявляются все более высокие требования. Намечено осуществить следующие основные мероприятия, способствующие улучшению санитарного состояния водоемов:
1) глубокая очистка сточных вод, обеспечивающая высокое их качество;
2) максимальное повторное или многократное использование очищенных производственных сточных вод в технологических процессах производств;
3) создание полностью замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий без сброса сточных вод в водоём;
4) использование глубоко очищенных сточных вод для целей орошения и обводнения при условии соблюдения санитарной безопасности;
5) перевод водных технологических процессов на предприятиях на безводные.
В канализационную сеть поступают загрязнения минерального, органического и бактериального происхождения. К минеральным загрязнениям относятся: песок, глинистые частицы, частицы руды, шлака, растворенные в воде соли, кислоты, щелочи и другие вещества.
Органические загрязнения бывают растительного и животного происхождения. К растительным относятся остатки растений, плодов, овощей и злаков, бумага, растительные масла, гуминовые вещества и др. Основной химический элемент, входящий в состав этих загрязнений, — углерод. К загрязнениям животного происхождения относятся физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, органические кислоты и др. Основной химический элемент этих загрязнений – азот. В бытовых водах содержится примерно 60 % загрязнений органического происхождения и 40 % минерального. В производственных сточных водах это соотношение может быть иным и изменяется в зависимости от вида обрабатываемого сырья и технологического процесса производства.
К бактериальным загрязнениям относятся живые микроорганизмы – дрожжевые и плесневые грибки и различные бактерии. В бытовых сточных водах содержатся также болезнетворные бактерии (патогенные) – возбудители заболеваний брюшного тифа, паратифа, дизентерии, сибирской язвы и др., а также яйца гельминтов и т.д.
Городские сточные воды обрабатываются на сооружениях механической и биохимической (биологической) очистки. Технология очистки сточных вод развивается в направлении интенсификации процессов биохимической очистки, проведения последовательно процессов биохимической и физико-химической очистки, конечной целью которых является повторное использование глубоко очищенных сточных вод на промышленных предприятиях.
При механической очистке из сточной воды удаляются загрязнения, находящиеся в ней главным образом в нерастворенном и частично коллоидном состоянии. Крупные отбросы, тряпки, бумага, остатки овощей и фруктов и различные производственные отходы задерживаются решетками. Отбросы, задержанные на решетках, направляются в дробилки. Применяют также решетки-дробилки, в которых одновременно задерживаются и дробятся крупные отбросы.
Основная масса загрязнений минерального происхождения (песок), удельный вес частиц которых значительно выше удельного веса воды, осаждается в песколовках. Песок из песколовок направляется обычно в виде песчаной пульпы на песковые площадки, где он обезвоживается и периодически удаляется.
Основная масса загрязнений органического происхождения, находящаяся во взвешенном состоянии, выделяется из сточной жидкости в отстойниках. Вещества, удельный вес которых больше удельного веса воды, падают на дно. Вещества более легкие, чем вода (жиры, масла, нефть, смолы), всплывают на поверхность и их отделяют от сточной жидкости. На некоторых станциях перед отстойниками устраивают специальные сооружения – реаэраторы, в которых сточные воды кратковременно аэрируют, чтобы повысить эффект осветления в отстойниках. Отстойники можно заменять биокоагуляторами, в которых осуществляются кратковременная аэрация и отстаивание. Применяются также осветлители с естественной аэрацией.
Биохимические методы очистки основаны на использовании жизнедеятельности микроорганизмов, которые окисляют органические вещества, находящиеся в сточных водах в коллоидном и растворенном состояниях. Биохимическим методом удается почти полностью освободиться от органических загрязнений, остающихся вводе после механической очистки.
Сооружения для биологической (биохимической) очистки сточных вод могут быть разделены на два основных типа:
1) сооружения, в которых биологическая очистка осуществляется в условиях, близких к естественным (поля фильтрации и биологические пруды). Сточная жидкость очищается на них довольно медленно за счет запаса кислорода в почве и в воде биологических прудов, а также вследствие жизнедеятельности микроорганизмов-минерализаторов, окисляющих попадающие в почву и воду органические загрязнения;
2) сооружения, в которых очистка сточных вод осуществляется в искусственно созданных условиях (биологические фильтры и аэротенки). В этих сооружениях искусственно создаются условия, при которых процессы очистки сточных вод идут значительно интенсивнее.
Очищенную сточную воду для обезвреживания и уничтожения оставшихся болезнетворных микроорганизмов перед спуском в водоем следует дезинфицировать. Так как требования к степени очистки сточных вод повышаются, их подвергают доочистке. Для этой цели применяют двух- и многослойные песчаные фильтры, контактные осветлители, микрофильтры. Для доочистки используют также биологические пруды. Для снижения ХПК биологически очищенных сточных вод можно применять сорбцию на активированных углях или химическое окисление путем озонирования.
В процессе очистки сточных вод в сооружениях механической и биологической очистки скапливаются большие массы осадка. Осадок из первичных отстойников подвержен гниению, поэтому в комплексе очистных сооружений предусматривают специальные сооружения для обработки осадков (септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели, а также метантенки, в которых осадок только перегнивает). Так как обработанный осадок имеет высокую влажность, его подсушивают на иловых площадках. Осадки также обезвоживают механическими способами на вакуум-фильтрах, центрифугах или фильтр-прессах, затем применяют термическую сушку.