Сто́чные во́ды – воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека.

История решения проблемы обращения со сточными водами как основным отходом естественной жизнедеятельности человека насчитывает более 5 тыс. лет. Одна из древнейших канализационных систем была сконструирована в III тыс. до н.э. в индийском городе Мохенджо-Даро, расположенном в нижнем течении р. Инд. Городские дома были оборудованы ванными и туалетами, а сточные воды отводились самотёком по каменным каналам. В Вавилонии при проведении раскопок были обнаружены канализационные каналы, выложенные из обожжённого кирпича, обмазанного битумом. При раскопках в Саргонском дворце в г. Дур-Шаррукин (территория современного Ирака) был обнаружен канализационный канал глубиной 1,4 и шириной 1,2 м. В Афинах через весь город был проложен канализационный канал шириной до 4 м, преобразованный из небольшой речушки. Такие каналы были и в других городах древней Греции. Во времена правления императора Нервы в Риме насчитывалось около 2 млн жителей, ежедневно потреблявших около 1 млн м3 воды, или 500 л на человека в сутки. Для отведения сточных вод в р. Тибр использовались русла ручьёв. Часть таких ручьёв перекрывалась, и получались канализационные каналы, в т.ч. известная «клоака максима», использовавшаяся вплоть до начала ХХ в.

В средние века сложившийся в античном мире санитарно-гигиенический уклад был надолго утрачен. Нечистоты сливались прямо на улицы. Канализация вновь появилась в Европе лишь в XIX в.

В России первые подземные каналы, подобные древнеримским, для отведения сточных вод были построены в XI–XIV вв. в Великом Новгороде и Москве. В эпоху Ивана Грозного и в последующие десятилетия Смутного времени водостоки засорились. И сразу, как и в Европе, начался мор. Ситуация стала налаживаться при Петре I, но лишь в городах. В начале XX в. в России канализация была лишь в 11 городах. Растущие потребности развивающихся городов и промышленности в отводе сточных вод привели к массовому строительству систем канализации. Однако полностью решить проблему водоотведения в городах удалось лишь к середине XX в.

Сточные воды чрезвычайно разнообразны по составу и санитарно-экологической опасности; их можно классифицировать, разделив на семь групп:

  • хозяйственно-бытовые – стоки, формирующиеся в быту; источником их является сам человек. Составляют 70−85% объёма водоотведения в городах. Большинство очистных сооружений ориентировано на этот вид стоков;
  • производственные – стоки промышленных предприятий. Отличаются большим разнообразием как и технологии производства. Подлежат очистке на локальных очистных сооружениях перед сбросом в городскую канализацию или в водные объекты;
  • сельскохозяйственные – преимущественно стоки животноводческих и птицеводческих хозяйств, образующиеся при гидросмыве;
  • ливневые – поверхностный сток с городских территорий, промышленных площадок и объектов транспортной инфраструктуры;
  • дренажныегрунтовые воды различной степени загрязнения, отводимые от зданий и сооружений, а также с мелиорируемых полей;
  • сточные воды горно- и нефтедобывающей промышленности – водоотливы шахт, пластовые воды, оборотные воды обогатительных фабрик и иные жидкие субстанции, способные напрямую загрязнять окружающую среду;
  • условно чистые – воды преимущественно природного качества, используемые для системы охлаждения различных термических и энергогенерирующих производств.

Из рассмотренных типов сточных вод выведены жидкие радиоактивные отходы, которые изолируются и подлежат специальной очистке и захоронению радиоактивного концентрата.

Все типы СВ отличаются большим разнообразием. Они могут быть классифицированы по составу и фазово-дисперсному состоянию содержащихся в них загрязняющих веществ.

  

Классификация сточных вод по типу загрязнений

Минеральные загрязнения

Песок, глинистые частицы, частицы руды, шлака, растворимые неорганические соли, кислоты и щёлочи

Органические загрязнения

Загрязнения растительного происхождения: растительные остатки, бумага, растительные жиры

Загрязнения животного происхождения: продукты жизнедеятельности человека и животных, животная биомасса

Бактериальное и биологическое загрязнение: простейшие, грибы, водоросли, бактерии (в т.ч. патогенные)

Биологические загрязнения

Бактерии, грибы, яйца гельминтов, вирусы

Классификация сточных вод по фазово-дисперсному состоянию

Растворённые вещества

Молекулярно-дисперсные частицы. Размер частиц не более 0,01 мкм

Коллоидные вещества

Размер частиц от 0,01 до 0,1 мкм

Нерастворённые примеси

Всплывающие, оседающие и взвешенные вещества. Размер частиц более 0,1 мкм

   

В канализационную систему городов поступают хозяйственно-бытовые сточные воды, сточные воды промышленных предприятий и незначительное количество поверхностного стока городских территорий. Ниже приведён типичный состав коммунально-бытовых сточных вод с незначительной примесью промышленных сточных вод.

Параметр Концентрация, мг/л

Максимальная

Средняя

Минимальная

Общие параметры

Сухое вещество

1200 720 350
Взвешенные вещества

600 400 250
Биохимическое потребление кислорода (БПК)

560 350 230
Химическое потребление кислорода (ХПК)

1200 750 500
Хлориды

100 50 30
Сульфаты

50 30 20
Жиры

150 100 50
Биогенные компоненты

Азот общий

100 60 30
Аммонийный азот

75 45 20
Нитраты + нитриты

0,5 0,2 0,1
Азот органический

25 15 10
Фосфор общий

25 15 6
Ортофосфаты

15 10 4
Фосфор органический

10 5 2
Тяжёлые металлы

Алюминий

1 0,6 0,35
Кадмий

0,004 0,002 0,001
Хром

0,04 0,025 0,01
Медь

0,1 0,07 0,03
Свинец

0,08 0,06 0,025
Ртуть

0,003 0,002 0,001
Никель

0,04 0,025 0,01
Серебро

0,01 0,007 0,003
Цинк

0,3 0,2 0,1


Сбор и очистка сточных вод

Организованный сбор сточных вод от абонентов, включая население, объекты инфраструктуры и промышленности, осуществляется посредством канализации – сложной инженерной системы коммуникаций и насосных станций, обеспечивающих отведение и транспортировку сточных вод на очистные сооружения. Основная функция очистных сооружений – доведение сточных вод до нормативных показателей по составу загрязняющих веществ при помощи различных технологических этапов очистки, среди которых выделяют следующие:

  • механическая очистка – первичная стадия очистки сточных вод, на которой удаляются крупнодисперсные загрязняющие вещества (твёрдые примеси) в процессах отстаивания, фильтрации или флотации с использованием решёток, сит, песколовок, жироловок, нефтеловушек, отстойников и др.;
  • химическая очистка – добавление в сточные воды различных химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами (реакции окисления и восстановления, осаждения; реакции, сопровождающиеся газовыделением);
  • физико-химическая очистка – удаление из состава сточных вод тонкодисперсных, растворённых неорганических и органических веществ с использованием различных физико-химических методов: электролиза (выделения веществ на электродах при прохождении электрического тока через раствор), коагуляции (объединения мелких частиц в бо́льшие по размеру агрегаты при введении некоторых реагентов), флокуляции (уплотнения образовавшихся при коагуляции агрегатов) и др.;
  • биологическая очистка основывается на способности консорциума микроорганизмов использовать органические загрязняющие вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания, приводя к полному (минерализация) или частичному разрушению структуры веществ. Биологическая очистка сточных вод может осуществляться в биопрудах, полях фильтрации, аэротенках (резервуарах с принудительной аэрацией и высокой плотностью сообществ аэробных микроорганизмов, беспозвоночных), метантенках (анаэробных резервуарах, содержащих сообщества анаэробных микроорганизмов), мембранных биореакторах.


Осадок сточных вод

На этапе механической очистки образуется осадок сточных вод – осевшие органические и неорганические взвеси; на этапе биологической очистки – избыточный активный ил. Осадок сточных вод – биологически нестабильная субстанция, обладающая высокой степенью санитарно-эпидемиологической опасности и нуждающаяся в надлежащей утилизации. Применяются такие способы как почвенная утилизация, захоронение, термическое сжигание. Ввиду высоких мелиоративных и удобрительных свойств осадка сточных вод почвенная утилизация является основным экологически и экономически рациональным методом утилизации осадков сточных вод. Применению метода почвенной утилизации мешает наличие в городских сточных водах производственных стоков, содержащих токсичные, часто неутилизируемые вещества (например тяжёлые металлы). Поэтому в настоящее время в развитых странах почвенная утилизация составляет примерно 20%, а основная часть осадка сточных вод (около 60%) сжигается; остальные 20% подлежат захоронению.


Воздействие на окружающую среду

Основные типы загрязняющих веществ, поступающих в водные объекты в составе сбросов сточных вод – это биогенные вещества, содержащие азот и фосфор, тяжёлые металлы (кадмий, медь, хром, железо, свинец, ртуть и др.), различные типы стойких органических загрязнителей и другие группы опасных загрязняющих веществ, так называемых ксенобиотиков. Источниками образования таких загрязнителей в городской среде являются как предприятия лёгкой и пищевой промышленности, так и жилищно-коммунальный сектор и предприятия обслуживающей инфраструктуры – прачечные, парикмахерские, кафе, рестораны и др.

Сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод в водные объекты приводит к нарушению естественных процессов функционирования биоты. Повышенные объёмы поступлений соединений азота и фосфора в водные объекты способны привести к эвтрофированию, т.е. цветению (бурному развитию цианобактерий – сине-зелёных водорослей), в особенности в водоёмах с медленным течением (водохранилищах, озёрах).

Негативные последствия эвтрофирования водных объектов:

  • продуцирование токсических веществ, опасных для живых организмов;
  • создание благоприятных условия для развития патогенной микрофлоры;
  • ухудшение кислородного режима после отмирания водорослей;
  • возникновение массовых локальных заморов рыб, ракообразных и т.д.;
  • изменение биоценозов водных экосистем.

   

Регулирование сбросов сточных воды

Для ограничения поступления в водные объекты недостаточно очищенных сточных вод и неконтролируемого стока с поверхности водосбора применяются экономические и административные меры государственного регулирования состава и объёмов сбросов посредством методов, в том числе:

  • платежи за сброс сточных вод, содержащих загрязняющие вещества и микроорганизмы;
  • запрет на сброс определённых групп загрязняющих веществ;
  • разработка программ снижения объёмов сбросов загрязняющих веществ в водные объекты и канализацию.

Для решения проблемы регулирования загрязнённого поверхностного стока применяются экологически эффективные практики: стимулирование благоустройства территорий, применение эффективных сельскохозяйственных технологий и т.д.

Г.В. Аджиенко