Процесс самоочищения открытых водоемов протекает под влиянием разнообразных факторов, действующих одновременно в различных сочетаниях. К числу таких факторов следует отнести: гидрологические — разбавление и смешивание попавших загрязнений с основной массой воды; механические — осаждение взвешенных частиц; физические — влияние солнечной радиации и температуры; биологические — сложные процессы взаимодействия водных растительных и микроорганизмов с составными частями поступающих стоков; химические — превращение органических веществ в минеральные (минерализация).

В процессе самоочищения в воде отмирают сапрофиты и патогенные микроорганизмы в результате обеднения воды питательными веществами, бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей, проникающих в толщу воды более чем на 1 м, влияния бактериофагов и антибиотических веществ, выделяемых сапрофитами, неблагоприятных температурных условий, антагонистического воздействия водных организмов и других факторов. Более интенсивно эти процессы протекают в теплое время года, а также в проточных водоемах, реках.

Существенное влияние на процессы самоочищения воды оказывает сапрофитная микрофлора и водные организмы. Некоторые представители микрофлоры обладают антагонистическими свойствами к патогенным микроорганизмам, вызывая их гибель.

Простейшие водные организмы, а также зоопланктон (рачки, коловратки и др.), пропуская воду через свой кишечник, уничтожают огромное количество бактерий. Бактериофаги, попавшие в водоем, также оказывают отрицательное воздействие на болезнетворные организмы.

Один из важных процессов самоочищения воды — минерализация органических веществ, т. е. их разложение, окисление. Хорошая аэрация воды (обогащение ее кислородом) обеспечивает активизацию окислительных, биологических и других процессов, способствует самоочищению. Скорость последней зависит от многих условий: количества загрязнений, поступивших в водоем, его глубины и скорости течения воды; температуры, содержания растворенного кислорода, состава микрофауны и флоры воды и т. д. Однако следует иметь в виду, что водоем обладает определенной способностью к самоочищению от загрязнений, но она не безгранична.

Самоочищение подземных вод происходит благодаря фильтрации через почву и за счет процессов минерализации, в результате вода полностью освобождается от органических загрязнений и микроорганизмов.

Очистка и обеззараживание воды

Очистка воды проводится на соответствующих сооружениях и направлена на улучшение ее органолёптических, физических, несколько меньше — химических и еще меньше — биологических (наличие микроорганизмов) свойств. Очистка воды включает ее осветление и обесцвечивание с помощью коагуляции, отстаивания и фильтрации.

Коагулирование — процесс укрупнения мельчайших коллоидных и взвешенных частиц, образования хлопьев. Различают два типа коагуляции: в свободном объеме (в камерах) толщи зернистого материала или в массе взвешенного осадка (контактно). При осветлении и обесцвечивании воды коагулирование осуществляют для интенсификации процессов осаждения и фильтрования. При этом из воды выделяются не только диспергированные примеси, но и вещества, находящиеся в коллоидном состоянии.

Из коагулянтов обычно применяют сернокислый алюминий. Доза его может быть различной в зависимости от рН воды, содержания бикарбонатов, гуминовых веществ, характера взвеси, мутности, цветности и колеблется от 30 до 200-300 мг на 1 л воды. Коагулянт добавляют в воду в виде порошка или 2-5% -го водного раствора.

Для ускорения процесса коагуляции мягкую воду, которая содержит мало бикарбонатов кальция, следует подщелачивать гашеной известью Са(ОН)2 или содой. Для этого также применяют высокомолекулярные вещества — флокулянты. Так, процесс коагуляции ускоряется после введения полиакриламида (ПАА) в дозе 0,5-1 мг на 1 л воды.

Отстаивание — осветление воды путем осаждения взвешенных примесей. Для этого воду пропускают с малой скоростью через специальные отстойники. Они могут быть естественными (озера) и искусственными (горизонтальными, вертикальными и радиальными).

Горизонтальные отстойники — прямоугольные железобетонные резервуары, в которых вода движется от одного торца к другому. Вертикальные отстойники — круглые или квадратные железобетонные резервуары, вода в них движется снизу вверх, взвеси осаждаются при восходящем потоке воды.

Радиальные отстойники — круглые железобетонные неглубокие резервуары, скорость движения воды в них изменяется от максимального значения в центре до минимального у периферии. При этом вода проходит через специальные распределительные устройства, движется в радиальном направлении к периферийному сборному желобу и отводится по трубам. Осадок удаляется при помощи вращающейся фермы со скребками, которые сгребают осадок к приямку в центре отстойника, откуда он удаляется по трубе.

Осветляют воду в специальных сооружениях — осветлителях различного типа. После коагуляции, отстаивания и осветления в воде могут оставаться мелкие хлопья, не осевшие в отстойниках, и мелкие взвешенные частицы. Для дальнейшей очистки воду фильтруют в специальных установках — фильтрах.

При местном водоснабжении для обеспечения ферм чистой водой чаще применяют медленные фильтры. Это открытые или подземные резервуары из водонепроницаемого материала. На дно резервуара последовательно укладывают булыжник или щебень, крупный гравий в слой крупного песка. Самый верхний слой — из мелкого песка. Толщина подстилающего слоя (булыжник и гравий) — 0,6-0,9 м, а фильтрующего (песок) — 0,8-1,2 м. Для стока профильтрованной воды на две резервуара прокладывают каналы из кирпича или гончарных труб.

В процессе фильтрации на поверхности фильтра образуется так называемая биологическая пленка, состоящая из мелких взвешенных частиц (планктона и бактерий).

С течением времени биологическая пленка уплотняется и увеличивается сопротивление фильтра. Поэтому его периодически очищают. Для этого один раз в 1,5-2 месяца вручную (скребками) снимают 2-3 см верхнего слоя песка и на некоторое время выключают фильтр из работы, затем, после образования новой плевки, фильтрат направляют в сборники для чистой воды.

После отстаивания, коагуляции и фильтрования вода становится прозрачной, бесцветной и освобождается от яиц гельминтов и на 20-25% от содержащихся в ней микробов. Поэтому питьевую воду, которая представляет опасность как источник инфекции, необходимо обеззаразить.

Обеззараживают воду одним из четырех методов: термическим; при помощи сильных окислителей; олигодинамией (воздействием микробов благородных металлов); физическим (ультразвук, радиоактивное облучение, ультрафиолетовые лучи). Наиболее широко в качестве обеззараживающих веществ применяют окислители: хлор, озон, гипохлорит натрия.

На крупных водопроводных станциях воду хлорируют жидким (газообразным) хлором, а на малых — хлорной известью. Под действием хлора большинство микроорганизмов, находящихся в воде, погибает. Газообразный хлор на станции поступает в специальных стальных баллонах под давлением до 0,8 МПа. Из баллонов хлор подается в хлораторы, в которых он смешивается с некоторым количеством питьевой воды. При этом необходимо учитывать содержание в ней активного хлора (оно должно быть не менее 25%). Раствор хлорной извести применяют в 1-2%-й концентрации, время контакта воды в растворе — не менее 45-60 мин. Для надежного обеззараживания воды достаточно 1-3 мг хлора на 1 л.