Основная цель биологической очистки — обезвреживание и минерализация органических веществ сточной воды, которые не удается извлечь из нее механической очисткой. Биологическая очистка протекает по типу аэробного окислительного процесса, где участвуют органические вещества сточной воды, микроорганизмы и кислород воздуха.
Организация биологической очистки основана па использовании тех же условий, в каких этот процесс биохимического распада органических веществ протекает в природе (почве и воде). По этому принципу сооружения и приемы биологической очистки С. Н. Строганов разделяет на две группы:
а) воспроизводящие процесс в почвенных условиях (поля фильтрации, поля орошения, биологические фильтры, аэрофильтры);
б) воспроизводящие процесс в водной среде (биологические пруды, аэротенки);
Поля орошения представляют собой специально отведенные участки земли, предназначенные для очистки сточных вод путем естественной фильтрации их через слой почвы. Профильтрованные сточные воды через закрытую или открытую дренажную систему поступают в естественные или искусственные водоемы (пруды). Поля орошения являются одним из лучших способов очистки воды. Для полей орошения лучшей почвой считается супесчаная (с примесью не больше 15% глины), песчаная, хрящеватая, используются также и черноземные почвы. Непригодны почвы глинистые, торфяные, мергелистые, известковые, а также мелкозернистые пески, подвергающиеся заиливанию. Почвенные участки должны иметь низкий уровень грунтовых вод, не менее 2 м от поверхности. Расстояние от полей до города или населенного пункта должно быть не менее 0,3—1 км с подветренной по отношению к населенной местности стороны. На полях применяют заливную и грядковую систему орошения. При заливной системе орошения участки периодически сплошь заливают сточными водами. При грядковой, лучшей системе орошения, участки делят на гряды, отделенные одна от другой бороздами. Сточные воды заполняют только борозды н фильтруются в почву через их дно и стенки. В зимний период фильтрационная и минерализующая способность полей орошения и фильтрации значительно снижаются. Наблюдается намораживание воды на полях, а на поверхности почвы после оттаивания и фильтрации воды остается слон не минерализованного осадка. Поэтому весной поверхность полей разрыхляется вспашкой. Если орошение ведется по бороздам (грядковая система), то в морозы напускают воду, создают над бороздами ледяной и снежный покров и дальше ведут орошение под лед. В процессе фильтрации в верхних слоях почвы из сточных вод механически задерживаются взвешенные вещества и микроорганизмы, адсорбируются коллоидные и растворенные вещества и поглощаются дурно пахнущие газы.
При достаточном доступе кислорода воздуха (поля фильтрации) Процессы самоочищении или минерализации и орошаемой почве происходят весьма интенсивно. При хорошей работе полей орошения органические вещества быстро превращаются в конечные продукты минерализации (карбонаты, нитраты, сульфаты, фосфаты и др.). В итоге орошаемый участок обогащается солями, которые являются ценным питанием для растений. Поэтому поля орошения используют под сельскохозяйственные кормовые и овощные культуры (силосные растения, корнеплоды и разные овощи).
Однако выращивание па полях орошения кормовых и овощных культур, их использование в пищу человеку и в корм животным должно быть под контролем санитарного и ветеринарного надзора.
Исследованиями установлено, что нередко на овощах, выращенных на полях, обнаруживаются возбудители кишечных инфекций и жизнеспособные яйца гельминтов. Все это заставляет считать, что выращенные на полях орошения овощи употреблять в сыром виде недопустимо. Чтобы предохранить сельскохозяйственные культуры от загрязнений кишечными инфекциями и зародышами гельминтов, единственно допустимый способ распределения сточных вод на полях орошения грядковая система с бороздами.
По фильтрации отличаются от полей орошения только тем, что служат главным образом для очистки хозяйственно-фекальных сточных вод и не используются под сельскохозяйственные культуры. Земельный участок делится па поливные карты, па которые поочередно напускают струи воды.
Поля фильтрации должны быть доступны воздействию солнечных лучей.
Фильтры наполнены коксом или котельным шлаком, кусочками торфа и другими пористыми материалами. Эти материалы создают специальные бассейны или на водонепроницаемые площадки, имеющие определенный уклон. Высота загрузки фильтра достигает 2 м. Фильтрующий
Материал является искусственной почвой, изменяющей собой почву полей. По сравнению с фильтрацией через почву биологические фильтры лучше аэрируются и наиболее эффективно минерализуют загрязнения, задержанные из сточной воды. Биологические фильтры разделяются на оросительные биофильтры, аэрокоагуляторы и аэрофильтры.
Биологические пруды для очистки сточных вод устраивают или искусственно или путем запруживания реки. Их делают спускными для очистки и осмотра. Вода прудов заселяется зелеными планктонными водорослями, которые под влиянием лучей солнца обогащают ее кислородом. Предварительно механически очищенные в отстойниках сточные воды спускают в пруды для минерализации. Очистка сточной воды лучше происходит в прудах не глубоких (0,5—1 м), но имеющих большую поверхность. Такие пруды можно также использовать для окончательной очистки сточных вод после полей фильтрации и орошения или после очистки их на биологических фильтрах. Биологические пруды наиболее эффективно можно использовать только в теплое время года (летом).