На полигонах ТКО, расположенных вдали от городской инфраструктуры, одной из ключевых проблем является переполнение прудов-накопителей для очищенных стоков дождевых и фильтрационных вод. Как правило такие пруды устраиваются с непроницаемым дном, в результате чего от воды в них приходится избавляться только самовывозом на городские локальные очистные сооружения (ЛОС), что на практике сложно и дорого реализовать в период максимальной интенсивности осадков.
В СП32.13330… можно встретить такое понятие как ПОЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ, которые предназначаются для доочистки уже очищенных на ЛОС стоков путём фильтрации воды через проницаемые природные грунты.
На первый взгляд такие поля фильтрации могут решить проблему с утилизацией очищенных стоков в районах, где их сброс в водные объекты, отведение по инженерным коммуникациям или вывоз на очистные сооружения специализированной организации сильно затруднён или вовсе невозможен. Однако, поля фильтрации, как и любое другое сооружение, имеют свои ограничения по применимости:
ГРУНТ. Подстилающий фильтрационные поля природные грунты должны быть водопроницаемыми (песок, супесь, лёгкий суглинок).
НАГРУЗКА. Согласно СП32.13330… нагрузка определяется в зависимости от типа грунта (песок, супесь, суглинок). Например, для песка нагрузка должна быть не более 125 м3/га*сут, а для суглинка – 70 м3/га*сут.
ЧИСТКА. При устройстве фильтрационных полей необходимо сразу создавать возможность их прочистки путём замены верхнего дренажного слоя, который кольматируется глинистыми частичками, находящимися во взвешенном состоянии в сбрасываемых водах.
Сразу стоит отметить, что поля фильтрации не могут использоваться как основное очистное сооружение, и уже тем более фильтрата, а используются на заключительном этапе очистки. Кроме задержки остаточных взвешенных частиц поля фильтрации могут функционировать как средство для удаления аммония, азота и патогенов из сбрасываемой воды. Каким образом это происходит?
В верхнем слое (около 40 см) дренирующей загрузки (проницаемый грунт) содержаться органические соединения, живут микроорганизмы и грибы, которые попадают туда как естественным образом, так и со стоками, которые сбрасываются на фильтрационные поля. Со временем (от 6 до 12 месяцев) на поверхности фильтрующего слоя образуется так называемая биоплёнка, которая при взаимодействии со сбрасываемой водой запускает процессы нитрификации и денитрификации, в результате которых происходит дезинфекция сточных вод, степень очистки которых по итогу достигает 99,9%. Для обеспечения таких высоких показателей очистки следует соблюдать технологию устройства фильтрационных полей и не нарушать устанавливаемые ограничения по их применимости, описанные выше.
Если рассмотреть вопрос более подробно и погрузиться в указанные процессы дезинфекции стоков, то можно сказать, что процессы нитрификации и денитрификации есть два последовательных этапа прохождения сточных вод через толщину биоплёнки, которую можно представить в виде двухслойного «ковра», наброшенного на поверхность фильтрующего слоя.
Процесс нитрификации происходит на поверхности биоплёнки в аэробных условиях и сопровождается окислением токсичного аммонийного азота (NH₄⁺), содержащегося в сточных водах, сначала в нитриты (NO₂⁻), а затем в нитраты (NO₃⁻). В итоге происходит избавление сточных вод от аммония.
Процесс денитрификации происходит в глубине биоплёнки в анаэробных условиях и сопровождается восстановлением нитратов (NO₃⁻), полученных в результате нитрификации, до газообразного азота (N₂), который уходит в атмосферу (составляет 78% воздуха и абсолютно безвреден). В результате из сточных вод удаляется азот.
Кроме аммония и азота биоплёнка из сточных вод удаляет патогенные микроорганизмы (бактерии, вирусы, простейшие), которые физически застревают в трёхмерной сети из внеклеточных полимерных веществ (ВПВ). Это работает особенно эффективно против крупных объектов, таких как яйца гельминтов (глистов) и цисты простейших (например, лямблий). Многие вирусы и бактерии не просто застревают, а прилипают к поверхности ВПВ и самих клеток биоплёнки благодаря электростатическим взаимодействиям. Попав в ловушку, патоген оказывается в непосредственной близости от своих «палачей», коими являются уже живущие в биоплёнке аэробные и анаэробные бактерии, которые попросту лишают «чужаков» пищи и места для жизнедеятельности.
В зрелой биоплёнке живут не только бактерии, но и простейшие организмы: амёбы, инфузории, жгутиконосцы, которые также пожирают вредоносные микроорганизмы.
Другими словами биоплёнка — это высококонкурентная среда, где местные жители имеют огромное преимущество, выстраивая многоуровневую систему обороны.
Поля фильтрации на полигонах ТКО можно применять как организованное средство доочистки и утилизации очищенных сточных вод при условии выполнения всех требований по фильтрующим свойствам используемых в фильтрационном дренажном слое грунтов, а также предельной нагрузке на них. В этом случае потребуется довольно большие площади (несколько гектар), чтобы обеспечить утилизацию всех образованных очищенных стоков за нужный период.
Требуемая площадь полей фильтрации определяется через отношение расхода сточных вод (Qс, м3/сут) к нагрузке на поля фильтрации (qф, м3/га*сут):
Fпф=Qc/qф
Если все пространственные требования и технические ограничения преодолимы, то поля фильтрации имеют право на существование в качестве решения по полному или частичному сбросу очищенных стоков. Последнее слово за экспертизой и нормативной документацией.