пруды делают небольшой глубины - от 0,5 до 1 м. Это позволяет создать значительную поверхность соприкосновения воды с воздухом и обеспечить прогрев всей толщи воды и хорошее ее перемешивание. Таким образом, создаются благоприятные условия для массового развития водных организмов, в частности планктонных водорослей, которые ассимилируют биогенные элементы и в результате процесса синтеза обогащают воду кислородом, необходимым при окислении органических веществ.

Биологические пруды обеспечивают более высокий эффект бактериального самоочищения, чем сооружения искусственной биологической очистки. Так, число кишечных палочек в прудах снижается на 95,9- 99,9% начального содержания. Содержание яиц гельминтов в воде, прошедшей биологические пруды, ничтожно мало.

Напуск сточной воды и отвод очищенных вод из прудов производится рассредоточенно.

Для возможности полного опорожнения прудов дну их должен быть придан небольшой уклон по направлению к водосливным сооружениям.

Нормальная эксплуатация прудов происходит в теплое время, и уже при температуре воды ниже 6° С резко ухудшается.

При дальнейшем понижении температуры и особенно после образования ледяного покрова, когда проникания кислорода в воду не происходит, процесс окисления органического вещества почти полностью прекращается. В этот период может происходить лишь намораживание сточной воды.

Биологические пруды рассчитывают обычно по нагрузке на поверхность в зависимости от концентрации загрязнений и температурных условий.

Различают следующие виды биологических прудов: 1) пруды с разбавлением (рыбоводные); 2) пруды без разбавления (многоступенчатые или серийные); 3) пруды для доочистки сточных вод.

В первом случае сточные воды после предварительного осветления в отстойниках смешивают со свежей речной водой в пропорциях 1 :3- 1 :5 и направляют в одноступенчатые проточные пруды, где идет процесс окисления органического вещества. Нагрузка сточной воды составляет 125-300 м/(га-сутки). Размер каждого пруда 0,5-7 га. Продолжительность пребывания воды (с учетом разбавления) 8-12 дней. В прудах можно разводить рыбу.

Во втором случае сточные воды после предварительного отстаивания направляют в пруд без разбавления чистой водой. Такие биологические пруды впервые были устроены по инициативе проф. С. Н. Строганова на московских полях фильтрации.

Продолжительность очистки сточной воды в прудах этого типа боль ше, чем в прудах первого типа; обмен воды происходит за срок до 30 дней. Нагрузка сточной воды примерно такая же, как и в прудах с разбавлением [в Москве 125-150 м/(га-сутки)].

Строительные и эксплуатационные затраты при устройстве прудов без разбавления значительно меньше, чем при устройстве прудов с разбавлением.

Для того чтобы обеспечить надлежащую очистку воды, пруды без разбавления устраивают в 4-5 ступеней (серийные пруды), которые вода проходит последовательно. Степень чистоты воды с каждой последующей ступенью постепенно повышается. Пруды каждой ступени обычно имеют площадь 2-2,5 га.

Нижние ступени серийных биологических прудов без разбавления могут быть использованы для разведения рыб, главным образом карпа.

При разведении рыб ранней весной в пруд выпускают 500-2000 мальков на 1 га. Прирост рыбы составляет к концу осеннего периода до 500-800 кг на 1 га. Отлов рыы производится ноздпей осенью.

Наличие в воде большой массы питательных веществ способствует интенсивному росту водорослей (ряски). Для борьбы с ними желательно разведение на рыбоводных прудах уток, для которых ряска является хорошим кормом.

При устройстве биологических прудов более полно используются земельные участки, чем при сооружении полей орошения или полей фильтрации. Кроме того, пруды могут быть устроены на таких почвах, которые непригодны для полей.

Сточные воды, прошедшие биологические пруды, могут быть использованы для орошения. В этом случае могут применяться поливочные машины, лиманное орошение, длинные борозды, дождевание, подпочвенное орошение.

При необходимости по местным условиям повышенной очистки сточных вод для их доочистки (после искусственных очистных сооружений) рекомендуется устраивать биологические пруды третьего вида. Число ступеней в таких прудах должно быть: при поступлении в них биологически очищенных сточных вод-2-3 ступени, при поступленпи отстоенных сточных вод - 4-5 ступеней. Нагрузку на пруды следует принимать с учетом их реаэрации, которая дает 6-7 г кислорода на 1 м пруда. Этого достаточно, для того чтобы обеспечить очистку 100- 250 м/(га-сутки) отстоенных сточных вод (без разбавления) или 4000-5000 м/(га-сутки) биологически очищенных сточных вод.

Пруды, предназначенные для доочистки сточных вод, могут быть использованы также и для рыборазведения. В этих случаях должно быть предусмотрено устройство дополнительных малых прудов глубиной не менее 2,5 м для пребывания в них рыбы в зимнее время.

В последнее время для очистки сточных вод получают распространение пруды с фотосинтезирующими организмами фитопланктона, в частности с водорослью хлорелла.

Глава XX

СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В ИСКУССТВЕННО СОЗДАННЫХ УСЛОВИЯХ

Метод биологической очистки сточных вод основан на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе жизнедеятельности. Таким образом, искусственно культивируемые микроорганизмы освоболсдают воду от загрязнений, а метаболизм этих загрязнении в клетках микроорганизмов обеспечивает их энергетические потребности, прирост биомассы и восстановление распавшихся веществ клетки.

Биологическим путем могут обрабатываться очень многие сложные и разнообразные органические вещества. Переработке подвергаются также некоторые неокисленные неорганические соединения - сероводород, аммиак, нитриты и т. п. Однако в сточных водах присутствуют и такие вещества, которые биологическим путем не окисляются или окисляются настолько медленно, что практически завершение процесса оказывается недостижимым. К группе биологически неокисляемых веществ относятся многие углеводороды, некоторые сложные эфиры, ряд «жестких» синтетических поверхностно-активных веществ, красители и другие вещества.

Микроорганизмы культивируют как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

Если процесс проводят в аэробных условиях, то сумму реакций био-» логического окисления можно представить в виде следующих схем:

/ и г 3 \ ферменты (п-3\

С;, Ог N + U + - - - - j О2-->х СОа + \- j НО + NH3+ ДН; (4.140)

ферменты

ЯуОгПЛ- NH3 + Оа-->C5H7NOa + HgO -f COg + ЛН; (4.141)

ферменты

C5H7NO2 -f 5О2-->5С02 + NHg -f 2H2O -f АН; (4.142)

ферменты ферменты NH3 -f О2-->HN02 + O2--HNOg. (4.143)

Здесь CxHyOzN обозначает органические вещества сточных вод, а C5H7NO2 - среднестатистическое соотнощение основных элементов продуцируемого клеточного вещества.

Реакции (4.140) и (4.141) символизируют биологический процесс очистки от исходных загрязнений состава CxHyOzN. Первая реакция - окисление вещества на энергетические потребности клетки, вторая - на синтез биомассы состава C5H7NO2. Затраты кислорода на эти две реакции соответствуют БПКполн СТОЧНОЙ ВОДЫ.

Если окисление проводится достаточно долго, то после использования ИСХОДНОГО органического вещества начинается процесс окисления клеточного вещества бактерий [реакция (4.142)].

Реакции (4.140) и (4.141) осуществляют гетеротрофы. Когда вода очищена и экзогенный (внешний) источник органического углерода исчерпан, наступают благоприятные условия для развития автотрофных культур. При наличии в воде достаточной концентрации растворенного кислорода в среде развиваются автотрофы - нитрификаторы, которые проводят биологическое окисление аммонийного азота сначала до нит-ритного, а затем и до нитратного [реакция (4.143)].

Для нормального процесса синтеза клеточного вещества, а следовательно, и для эффективного процесса очистки воды в среде должна быть достаточная концентрация всех основных элементов питания - органического углерода (БПК), азота, фосфора.

Кроме основных элементов состава клетки (С, N, О, Н) для ее построения необходимы также и другие элементы в очень незначительной массе. К ним относятся калий, кальций, магний, сера, железо, марганец и др. Содержание этих элементов в природных водах обычно бывает достаточным, чтобы полностью удовлетворить требованиям бактериального метаболизма. Азота и фосфора часто не хватает и их приходится добавлять искусственно, обычно в виде одно- и двузамешенных фосфатов калия и хлорида аммония. Это в большей степени относится к производственным сточным водам и в меньшей - к городским, потому что в физиологических выделениях людей содержится много белкового азота и, кроме того, мочевина полностью гидролизуется до аммиака и оксида углерода. Считается, что в процессе очистки сточных вод бактериями преимущественно используется аммонийный азот, но если его недостаточно, то его с успехом может заменить белковый азот.

Достаточность элементов питания для бактерий в сточных водах определяется соотношением БПКполн : N : Р (азот аммонийных солей и фосфор в виде растворенных фосфатов). В каждом конкретном случае это соотношение индивидуально, так как оно определяется составом продуцируемых клеток, который, в свою очередь, зависит от состава очищаемой воды. В отечественной практике, согласно рекомендациям СНиП, при обработке городских сточных вод используется соотношение БПКполн:Н:Р== 100:5: 1.

Цикл превращений азота в процессе биоокисления загрязнений сточных вод в общем виде может быть представлен диаграммой: