Предисловие
Одной из самых актуальных проблем на современном этапе развития общества является проблема охраны природы от загрязнений и рационального использования природных ресурсов.
Загрязнение окружающей среды особенно сильно отражается на состоянии открытых водоемов. Повышение концентрации загрязнений может привести к развитию в водоемах необратимых процессов, способствующих их истощению. Поэтому очистка сточных вод, удовлетворяющая требованиям защиты водоемов от загрязнения, приобретает первостепенное значение как элемент контролируемого и управляемого воздействия человека на природу, рассчитанного на длительный период.
Резкое возрастание количества сточных вод создает серьезную угрозу исчерпания запасов пресной воды в густонаселенных и экономически важных районах. Поэтому особое значение имеет охрана, рациональное комплексное использование и воспроизводство водных ресурсов, предусматривающие защиту их от загрязнения и истощения, глубокая очистка загрязненных сточных вод на очистных станциях с последующим их использованием в техническом водоснабжении, а также всемерное сокращение и даже прекращение сброса промышленных сточных вод в реки.
Проблема загрязнения окружающей среды волновала человека еще 5000 лет назад. Уже в Древнем Риме воды Тибра были непригодны к употреблению, поэтому строили акведуки для снабжения населения свежей водой (знаменитый римский водопровод был построен за 400 или 500 лет до н. э.), а нечистоты удаляли в море по сточным каналам. Для многих городов Европы эта проблема стала актуальной в средние века. В 1388 г. в Англии был принят первый закон, направленный на охрану качества воды. В Лондоне того времени бытовые и производственные отходы вывозили и сваливали в Темзу, что привело к значительному загрязнению ее русла. Принятый закон запрещал дальнейший сброс отходов в черте г орода.
В Москве к концу XVIII в. были загрязнены реки Неглинная и Яуза, многие пруды, так как развитие ремесленного дела и строительство промышленных предприятий велось, как правило, вдоль Москвы-реки, Яузы, Сетуни, откуда легче было брать воду и куда удобно было сбрасывать стоки. В то время население Москвы пользовалось водой из рек, прудов и колодцев, хотя уже и действовали несколько местных водопроводов (в Кремле, в Измайлово). В 1767 г. Екатерина II издала указ, в котором предписывалось запретить сброс отходов в Москву-реку и другие водоёмы города. В результате со второй половины XVIII столетия в Москве было начато строительство первой системы централизованного водоснабжения.
Сооружение туалета вне дома оставалось самым обычным способом избавления от человеческих экскрементов вплоть до конца XIX в. Стоки, попадающие оттуда в питьевую воду, вызывали заболевания, особенно в городах, где туалеты и питьевые колодцы находились недалеко друг от друга. С появлением туалетов со смывом, вода из которых направлялась в ливнестоки, канализационные отходы сбрасывались прямо в естественные водоемы. К концу 1870-х годов многие водоемы в наиболее промышленно развитых городах были настолько засорены мертвой рыбой и так неприятно пахли из-за обеднения кислородом, что представляли собой серьезную ухрозу для здоровья людей.
Систематические поиски способов очистки сточных вод и строительство канализационных сетей в городах начались лишь с середины XIX в. В то время Луи Пастером и другими микробиологами было установлено, что многие инфекционные заболевания вызываются бактериями, присутствующими в канализационных стоках, а необработанные сточные воды, сбрасываемые в водоемы, являются переносчиками инфекций.
К началу XX в. проблемы загрязнения водоемов и очистки городских (бытовых и промышленных) стоков стали особенно важными. В России в 1884 г. было создано учреждение, осуществлявшее санитарный надзор за промышленными, торговыми и коммунальными объектами. В 1891 г. профессором Ф. Ф. Эрисманом была открыта в Москве первая в России санитарно-эпидемиологическая станция (СЭС). Им же были разработаны санитарные вопросы строительства в Москве водопровода и канализации. В 1891 и 1892 годах были проведены первые гидрохимические и гидробиологические обследования, в отчетах отмечалось загрязнение воды фабричными и бытовыми стоками.
История применения биологической очистки началась со строительством в XIX в. первых полей фильтрации, на которых сточная вода очищалась путем фильтрования через слой почвы в естественном состоянии. Это позволило, в частности, использовать стоки в сельском хозяйстве.
Более совершенные устройства - биофильтры, разработанные по принципу полей фильтрации, однако лишенные присущих им недостатков (например, огромные занимаемые площади, прекращение работы в зимний период и др.), появились в Англии в 1893 г., а в России - спустя 15 лет.
Примерно в 1914 г. появился метод очистки сточных вод с помощью активного ила в аэротенках, который применяется и сейчас как основной для глубокой очистки сточных вод, причем для больших потоков в настоящее время этот метод практически единственный. В нашей стране эра развития биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях была открыта в 1922 г. после докладов «Очистка сточных вод посредством активного ила» и «Обзор работы лаборатории Управления канализации г. Москвы за время с 1914 по 1922 г.», сделанных на двенадцатом Всероссийском водопроводном и санитарно-техническом съезде.
Первая в России станция аэрофильтрации (Кожуховская) общей производительностью 37 тыс. м3/сут. была введена в эксплуатацию в Москве в 1929-1933 годах. На станции была удачно скомбинирована очистка стоков на аэротенках, биофильтрах и биологических прудах.
На сегодняшний день во всем мире биологическая очистка является основным методом удаления из городских сточных вод большей части органических и бактериальных загрязнений. На основе биологического метода разработаны сотни разнообразных устройств и сооружений, в которых этот метод используется как отдельно, так и вкупе с механическими или физикохимическими способами очистки.
Настоящее учебное пособие ставит целью ознакомить читателей с теорией и практикой проектирования современных сооружений, которые составляют основу полной биологической очистки сточных вод: аэротенков, биофильтров, окситен-ков, циркуляционных окислительных каналов, нитриденитри-фикаторов, полей орошения и фильтрации, биологических прудов и гидроботанических площадок. Для каждого из перечисленных сооружений приведены методики расчета.
