Рецензенты:

кафедры канализации и водоснабжения (зав. кафедрой доц. В. Д. Плешаков) и очистки природных и сточных вод (зав. кафедрой доц. С. Н. Линевич) Новочеркасского поли­технического института им. С. Орджоникидзе и кафедра кана­лизации Московского инженерно-строительного института (зав. кафедрой проф. С. В. Яковлев)

Издательство «Высшая школа»,1978 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее пособие написано в соответствии с программой дисциплины «Микробиология», утвержденной Министерством высшего и среднего специального образования СССР для специальности «Технология очистки природных и сточных вод».

Название дисциплины не вполне соответствует ее содержанию, так как в этом курсе помимо вопросов микробиологии излагаются. сведения по биохимии, цитологии, гидробиологии и другим областям биологии, необходимым инженеру, занимающемуся очисткой природных и сточных под. Пo этой причине название «Биологические основы очистки воды» более соответствует содержанию программы и курса.

В предлагаемом курсе «Биологические основы очистки воды» основное внимание уделяется вопросам биологической деструкции органических соединений в естественных условиях и на очистных сооружениях.

Учебное пособие составлено на основе многолетнего опыта чтения курса лекций па кафедре канализации Ленинградского инженерно-строительного института.

Книга не имеет аналогов в отечественной литературе и предназначена специально студентам технических вузов, биологическая подготовка которых ограничена пределами школьной программы.

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую признательность чл.-корр. АН СССР, президенту гидробиологического общества, проф. Г. Г. Винбергу за большую помощь в создании рукописи, а также искреннюю благодарность рецензентам книги, сотрудникам кафедры очистки природных и сточных вод и водоснаб­жения и канализации Новочеркасского политехнического институтa им. С Орджоникидзе и кафедры канализации Московского инженерно-строительного института им. В. В. Куйбышева за ценные критические замечания, содействующие улучшению книги.

Представленный в книге материал автор имел возможность обсудить со многими специалистами в различных областях биологии и санитарной техники и весьма признателен за полученные советы и замечания.

Автор благодарит также Г. П. Петрову за представленные электронные микрофотографии.

Э. К. Голубовская

Введение

Проблема сохранения водных ресурсов нашей планеты с каждым годом становится все более острой. Развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, расширение площадей орошаемого земледелия — все это увеличивает потребность в чистой пресной воде. Так, для производства 1 т стали требуется до 20 м³ воды, бумаги — до 350 м³, капрона — до 705 м³. На орошение 1 га посевов хлопка расходуется 5—6 тыс. м³ воды, а риса — 15—20 тыс. м³. Для водоснабжения города с населением 1 млн. необходимо в сутки 0,5 млн. м³ воды. По данным статистики, насе­ление Земли потребляет за сутки 7 млрд. м³ воды, в том числе население СССР — 850 млн. м³.

Общий объем гидросферы составляет 1,5 млрд. км³, но только 0,3% (4—5 млн. км³) приходится на пресные воды. К тому же большая часть запасов пресной воды сосредоточена в ледниках, в глубоко залегающих подземных резервуарах и потому пока недоступна для использования. Дефицит пресной воды усугубляется еще и тем, что ее запасы на Земле распределены неравномерно. Уже сейчас многие промышленно развитые страны испытывают ее острый недостаток. Развитие предприятий в традиционно промышленных районах часто сдерживается из-за дефицита воды, и поэтому при определении местоположения строящихся предприятий в первую очередь учитывают обеспеченность их водой. В ряде промышленных районов к настоящему времени создалось такое положение, что почти весь сток пресных вод забирается на нужды производства.

На территории СССР недостаток пресной воды пока не принял угрожающего характера, но в Донбассе, на юге Украины, в засушливых районах юга европейской территории наблюдается выраженный дефицит пресной воды.

Общая величина поверхностных водных ресурсов СССР, включая запасы воды в озерах, ледниках, реках и болотах, составляет примерно 45 000 км³. Суммарный годовой сток по стране оцени­вается в 5800 км³, запас озерной воды — 26 000 км³. По запасам водных ресурсов СССР занимает второе место в мире после Бразилии. В то же время средняя удельная водоносность на террито­рии СССР на 20% ниже средней для всего земного шара. Это объясняется тем, что большинство многоводных рек СССР (Енисей, Обь, Лена, Колыма, Северная Двина, Печора и др.) несут свои воды в бассейн Северного Ледовитого океана. В наиболее обжитых районах, где проживает 80% населения, производится 80 % промышленной продукции и находится 90% земель, пригодных для сельского хозяйства, водные ресурсы составляют только 24 %.

По данным Министерства водного хозяйства СССР, в 1971 г. водопотребление в целом по стране составляло более 110 км³ м год и с каждым годом потребление воды на нужды народного хозяйства возрастает. В период с 1940 до 1970 г. водопотребление к основных отраслях возросло более чем в 4 раза, а к 2000 г. оно увеличится еще примерно в 3 раза.

Рост водопотребления приводит к увеличению количества сточных вод. В настоящее время объем сбрасываемых в водотоки сточных вод составляет примерно 2% от среднегодового стока.

Вода, используемая на нужды промышленности, коммунального и сельского хозяйства, не только сама загрязняется, но, попадая в водоемы, загрязняет и их, снижая самоочистительную способность водоемов. Способность к самоочищению не беспредельна, и поэтому превышение норм загрязнений, допустимых к сбросу в водоем, может привести к необратимым изменениям и к гибели водоема.

Проблема защиты водоемов от загрязнений и сохранения водных ресурсов планеты стала одной из самых важных проблем для любой страны мира. В отношении загрязнения рек и морей псе страны взаимосвязаны. Одна и та же река протекает по тер­ритории различных государств (например, Дунай), а загрязнения, спускаемые в реки, обнаруживаются в океане на огромных расстояниях от места выпуска. Проблема загрязнения окружающей среды может быть решена только совместными усилиями многих государств.

СССР и страны социалистического содружества находятся в более благоприятных условиях в отношении возможности охраны природных ресурсов, чем капиталистические страны, так как в условиях социалистической собственности на землю и средства производства борьба с загрязнением окружающей среды стоит на правовой основе. В СССР принят ряд важнейших постановлений об охране природы. В 1970 году на сессии Верховного Совета СССР приняты «Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик», а в 1972 г. Верховный Совет СССР принял постановление «О мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов». В постановлениях партии и правительства намечены конкретные мероприятия для разрешения проблемы загрязнения водоемов. В статье 41 «Основ водного законодательства» указано, что государственный учет вод имеет своей задачей установление количества и качества вод, данных об использовании вод для нужд населения и народного хозяйства. В 1973 г. введена единая для СССР система государственного учета вод и их использования.

Советский Союз — первое в мире государство, в котором охрана природных ресурсов входит в основной закон страны. Статья 18 Конституции гласит: «В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека среды.»

Главная задача и в настоящее время, и в перспективе — экономное и рациональное использование водных ресурсов, способное обеспечить наиболее полную сохранность и восстановление вод. Для предотвращения угрозы загрязнения окружающей среды планируется максимально возможный перевод промышленности на сухую технологию, т. е. на оборотную систему водоснабжения, исключающую сброс загрязненных вод. В тех случаях, когда полностью избавиться от сточных вод невозможно, предполагается их повторное использование, например в городском хозяйстве для полива территории.

Сокращение расхода сточных вод и повторное их использование не позволяет полностью решить задачу предотвращения загрязнения водоемов. Как в системе оборотного водоснабжения, так и при прямоточном водоснабжении необходимое звено—очистка образующихся сточных вод либо перед возвращением их в технологический процесс, либо перед выпуском в водоем.

Долг каждого гражданина СССР «...беречь природу, охранять ее богатства» (статья 67 Конституции СССР). Для выполнения этой задачи специалисту, занимающемуся вопросами очистки сточных вод, помимо владения техническими дисциплинами, необходимы знания в области экологии, микробиологии, гидробиологии, биохимии и других биологических дисциплин. Без этого невозможно правильно устанавливать технологические параметры работы сооружений биологической очистки, невозможно грамотно подойти к решению вопроса о том, какие именно компоненты сточных вод и в какой концентрации могут оказать губительное воздействие на водоем и, следовательно, какая степень очистки сточных вод необходима.