После вторичных отстойников городские сточные воды считаются про­шедшими биологическую очистку и могут быть сброшены в поверхностные водные объекты. Перед сбросом в обязательном порядке производится их обеззараживание путем обработки хлорной водой. Приготовление хлорной воды производится в хлораторной растворением активного хлора в воде. После хло­рирования сбросная вода должна пройти дегазацию, так как попадание ак­тивного хлора в водный объект может привести к гибели рыбы. Дегазация сбросных вод происходит в каналах и быстротоках по пути следования от места хлорирования до места выпуска в водный объект. В некоторых странах вместо хлорирования применяют озонирование. И тот, и другой способы обеззараживания воды имеют свои преимущества и недостатки.

Если качество очистки сточных вод не удовлетворяет условиям их сброса в водные объекты или сточные воды после очистки предполага­ется использовать для технического водоснабжения или пополнения город­ских рек, то в этих случаях организуется их доочистка. При пополнении сто­ка городских рек очищенными сточными водами доочистка должна обеспе­чить придание им свойств и состава, присущих природным речным водам. Для доочистки сточных вод используют фильтры с зернистой загрузкой, ус­тановки пенной и напорной флотации, коагуляцию и флокуляцию, сорбцию, озонирование, установки для извлечения из воды соединений фосфора и азота. Для придания очищенным сточным водам качеств природ­ной воды их доочистка проводится в каскаде биологических прудов или на биоинженерных сооружениях типа биоплато В процессе биологической очистки сточных вод образуется большое ко­личество осадка, представляющего собой отмерший или избыточный актив­ный ил, который удаляется из аэротенков и вторичных отстойников. Ил име­ет влажность 97—98% и очень плохо отдает воду. С целью обезвоживания его сначала обрабатывают в метантенках или аэробных стабилизаторах, затем подвергают механическому обезвоживанию в гидроциклонах, центрифугах, вакуум-фильтрах или фильтр-прессах, после чего направляют на иловые пло­щадки для окончательного высушивания.

В метантенках, представляющих собой герметичные цилиндрические резервуары, в течение нескольких часов при температуре 33—53° С происхо­дит сбраживание ила. При обработке в метантенке ил теряет свою водоудерживающую способность, его влажность снижается до 92—94%. В процессе сбраживания выделяется газ, главным образом метан, с теплотворной способностью до 5000 ккал/ м³.

В аэробных стабилизаторах, представляющих собой обычные аэротенки, активный ил подвергается усиленной аэрации в течение нескольких суток. Расход воздуха при этом составляет до 2 м³/час на 1 м³ вместимости стабили­затора. Влажность ила снижается на 2—3%, он в значительной мере теряет свою водоудерживающую способность.

При механическом обезвоживании влажность осадка может быть сниже­на до 65—70%, а объем его, по сравнению с сырым осадком (влажностью 98%), уменьшен в 15—20 раз.

Окончательное высушивание осадка происходит на иловых площадках. Площадки представляют собой выровненные участки (карты) площадью 0,25— 2 га, обвалованные невысокими (0,7—1 м) дамбами. Здесь в природных усло­виях в течение нескольких месяцев (до года) происходит высушивание и ком­постирование (перегнивание) илового осадка. Компостированный иловый осадок является хорошим органическим удобрением. Ограничения в его при­менении могут быть связаны со сверхнормативным содержанием соединений тяжелых металлов.

Очистные сооружения небольших населенных пунктов. Очистка сравнительно небольших расходов сточных вод может быть обеспечена на более простых по конструкции сооружениях, принцип действия которых также основывается на процессах биохимического разложения органических веществ сообществом микроорганизмов.

Наиболее простыми очистными сооружениями, используемыми челове­ком уже более пяти столетий, являются поля фильтрации. Они представляют собой спланированные площадки (карты) с уклоном до 0,02, обвалованные дамбами, площадью от нескольких квадратных метров до 1,5—2 га. Поля фильт­рации устраиваются обычно на проницаемых грунтах — песках, супесях, легких суглинках. Наряду с биологической очисткой сточных вод, в которой принимают участие сообщества микроорганизмов как водных, формирую­щихся на поверхности карт, так и почвенных, развивающихся в толще про­ницаемых грунтов, в процессе фильтрации воды через породы основания происходит ее дополнительная механическая и отчасти физико-химическая очистка. Преимуществами полей фильтрации является простота устройства и эксплуатации. К их недостаткам следует отнести необходимость занятия боль­ших площадей, возможность загрязнений подземных вод и атмосферного воздуха газообразными продуктами разложения хозяйственно-бытовых сточ­ных вод, которое ощущается на расстоянии до 200 м от полей фильтрации.

Разновидностью полей фильтрации являются поля подземной фильтрации, в которых на глубине 0,5—1,8 м укладываются дренажные трубы. По ним очищенная вода отводится с полей фильтрации и используется для орошения сельскохозяйственных угодий.

Прогрессивным развитием методов естественной биологической очистки являются биоинженерные сооружения типа биоплато. Для очистки и доочистки сточных вод населенных пунктов могут быть использованы конструк­ции типа инфильтрационных и поверхностных биоплато. Инфильтрационное биоплато — инженерное сооружение, размещенное, как правило, в котловане глубиной до 2 м, на дне которого устраивается противофильтрационный экран из полиэтиленовой пленки. Поверх экрана укладывается горизонтальный дренаж и слой щебня, песка, керамзита или другого фильтрующего материала. Поверхность сооружения засаживается ка­мышом, тростником, рогозом и другими местными видами высшей водной растительности из расчета не менее 10—12 стеблей на 1 м². По технологии биоплато в очистке воды принимают участие сообщества водных (на поверх­ности блока) и почвенных (в фильтрующем слое) микроорганизмов, высшая водная растительность и сам фильтрующий слой. Поверхностное биоплато также размещается в котловане и имеет противофильтрационный экран. Роль дренажа выполняет каменная наброска, вместо фильтрующего слоя уклады­вается грунт котлована, поверхность которого засаживается высшей водной растительностью. Высшая водная растительность, кроме очистительной функ­ции, обеспечивает повышенную транспирацию (испарение) очищаемой жид­кости в летний период примерно на 10—15%. Транспирационные свойства высшей водной растительности могут быть использованы также для ускоре­ния подсушивания иловых площадок, повышения пропускной способности и эффективности очистки полей фильтрации.

Сооружения биоплато, удачно расположенные по рельефу местности, не требуют применения электроэнергии, химикатов и обеспечивают надежную работу как в летний, так и в зимний период. Для очистки производственных сточных вод по технологии биоплато требуется производить их предочистку в соответствии с особенностями их состава и свойств.

5. Оценка качества воды на основе экологической безопасности водопользования.

При водопользовании различают воды, используемые для коммунально-бытового, хозяйственно-питьевого и рыбохозяйственного водопользования.

К коммунально-бытовому водопользованию относится использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха. К хозяйственно-питьевому водопользованию относится использование водных объектов в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения и для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. К рыбохозяйственному во­допользованию относится использование водных объектов в качестве среды обитания рыб и других водных организмов. Водные объекты рыбохозяйственного назначения подразделяются на высшую, первую и вторую катего­рии. Разные участки одного водного объекта могут относиться к различным категориям водопользования.

Критерии качества городской среды основаны в основном на концентрации предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ. Предельно допустимые концентрации (ПДК) — это установленный уровень концентрации веществ в воде, выше которого вода считается непригодной для конкретного вида водопользования. Различают ПДКв – предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоиспользования, ПДКв.р. - предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей.

Все вещества по характеру своего отрицательного воздействия делятся на группы. Каждая группа объединяет вещества одинакового признака дей­ствия, который называют признаком вредности. Одно и то же вещество при различных концентрациях может проявлять различные признаки вреднос­ти. Признак вредности, который проявляется при наименьшей концентра­ции вещества, называют лимитирующим признаком (показателем) вредности (ЛПВ). В вод­ных объектах коммунально-бытового и хозяйственно-питьевого водополь­зования различают три ЛПВ -органолептический, общесанитарный и санитарно-токсикологический. В водных объектах рыбохозяйственного во­допользования, кроме названных, выделяют еще два ЛПВ — токсикологи­ческий и рыбохозяйственный.

Органолептический показатель представляет наибольшую концентрацию данного вредного вещества которая не вызывает изменения органолептических показателей воды. Например, для керосина он равен 0,3 мг/л, для бензина 0,1 мг/л.

Общесанитарный показатель определяет наибольшую концентрацию вредного вещества, которая не влияет еще на процессы самоочищения в водоеме, на водную флору и фауну. Например, для никеля он составляет 0,1 мг/л, кобальта 1 мг/л.

Санитарно-токсикологический показатель – характеризует наибольшую концентрацию вредного вещества в воде, установленную на основании длительного хронического эксперимента на животных, которая не вызывает у них заметных сдвигов в состоянии здоровья. Например, для свинца он составляет 0,1 мг/л, мышьяка 0,05 мг/л, ртути 0,005 мг/л.

При оценке качества воды в водоемах коммунально-бытового и хозяй­ственно-питьевого водопользования учитывают также класс опасности веще­ства. Его определяют в зависимости от токсичности, кумулятивности, мута­генности и ЛПВ вещества. Различают четыре класса опасности веществ: пер­вый — чрезвычайно опасные; второй — высокоопасные; третий — опасные; четвертый — умеренно опасные.

При оценке качества воды учитывается принцип аддитивности — одно­направленного действия. В соответствии с этим принципом принадлежность нескольких веществ к одному и тому же ЛПВ проявляется в суммировании их негативного воздействия.

С учетом сказанного оценка качества воды с точки зрения экологической безопасности водопользования производится по следующей методике.

Водные объекты считаются пригодными для коммунально-бытового и хозяйственно-питьевого водопользования, если одновременно выполняются следующие условия:

не нарушаются общие требования к составу и свойствам воды для соответствующей категории водопользования;

для веществ, принадлежащих к третьему и четвертому классам опасности, выполняется условие:

,

где С — концентрация вещества в водном объекте, г/м³

для веществ, принадлежащих к первому и второму классам опасности, выполняется условие:

,

где Сi и ПДКi соответственно концентрация и ПДК i-гo вещества первого или второго класса опасности.

Водные объекты считаются пригодными для рыбохозяйственного водопользования, если одновременно выполняются следующие условия:

не нарушены общие требования к составу и свойствам воды для соот­ветствующей рыбохозяйственной категории;

для веществ, принадлежащих к одинаковому ЛПВ, выполняется условие,

где Сi и ПДКi соответственно концентрация и ПДК i-го вещества, при­надлежащего к данному ЛПВ.

6. Методы защиты и восстановления поверхностных и подземных вод на урбанизированных территориях.

Решение проблем защиты водных объектов и восстановления деградировавших водных экосистем на территории урбанизированных районов возможно только путем совместного воздействия на аллахтонное поступление веществ в водные объекты и внутриводоемные процессы.

1) Уменьшение внешнего воздействия на поверхностные водные объекты. Основными организационно-техническими мероприятиями, применяемыми в этих целях, являются: изменение технологии производства; санитарная очистка городов; повторное использование сточных вод; очистка сточных вод.

2) Интенсификация внутриводоемных процессов.

- Технологии защиты и восстановления для водотоков. В основе этих технологий лежит целенаправленное изменение гидрологических условий или непосредственное воздействие на биотическую часть водной экосистемы. Основными техническими решениями являются изменение скорости течения, формы поперечного сечения русла, материала крепления береговых откосов, разработка специальных биоинженерных сооружений (русловые, береговые, устьевые, наплавные биоплато).

- Технологии для защиты и восстановления водоемов. Важнейшей проблемой водоемов является эвтрофикация. Основные технологии деэвтрофикации: удаление донных отложений; экранирование донных отложений; отвод воды из гиполимниона, химическая обработка, наиболее эффективным и экологически безопасным является сульфат алюминия; изменение условий среды обитания.

3) Разработка и организация щадящих режимов эксплуатации подземных водоносных горизонтов. Соблюдение этих режимов возможно на основе надежной системы контроля как за количественными показателями объемов подземных вод, так и, в особенности, за изменением их состава на уровне макро- и микроэлементов.

4) Другим направлением охраны подземных вод от загрязнения является локализация, ликвидация и предотвращение появления новых техногенных источников загрязнения водоносных горизонтов (накопителей жидких и твердых отходов, канализационных систем, нефтепроводов и др.).

5) Увеличение отдачи подземных водоносных горизонтов может быть достигнуто за счет искусственного пополнения запасов подземных вод. Существует два основных метода искусственного пополнения – распределение и нагнетание. Метод распределения используется для пополнения запасов подземных вод безнапорных горизонтов в условиях, когда зона аэрации сложена хорошо проницаемыми отложениями. Данный метод имеет несколько вариантов: устройство инфильтрационных бассейнов, каналов, траншей, котлованов; затопление участков естественной поверхности; расчистка русл постоянных и временных водотоков с целью усиления инфильтрации из реки. Метод нагнетания применяется для закачки воды в напорные водоносные горизонты или же в условиях, когда с поверхности земли залегают мощные слабопроницаемые породы. Данный метод предусматривает применение нагнетающих скважин и галерей, в которые воды подаются под давлением – закрытые инфильтрационные сооружения.