CC BY
8
САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЛЕЙ ПОДЗЕМНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ'
Кандидат медицинских наук М. В. Румянцева
Из кафедры коммунальной гигиены Центрального института усовершенствования
врачей
При отсутствии на селе общей канализации важное санитарное значение имеет обеспечение домов промывными устройствами. Для этого используются некоторые из подпочвенных методов удаления и обезвреживания сточных вод. Применение подпочвенного орошения и полей подземной фильтрации при канализовании отдельно стоящих зданий и населенных мест с разреженной застройкой допускается санитарными и проектно-строительными органами 2.
В санитарном отношении применение такого рода установок оправдано следующими соображениями: устраняется контакт человека с загрязнениями, появление запахов от сооружения и выплод мух; все сооружение может быть расположено вблизи общественного или жилого здания; указанные сооружения просты в эксплуатации и не требуют специального персонала по надзору за ними. При подпочвенном орошении участок земли, занятый сооружением, можно использовать для сельскохозяйственных нужд, причем сточные воды могут явиться источником удобрения и увлажнения почвы.
О механизме процессов обезвреживания сточных вод при подпочвенных методах имеются две точки зрения. По мнению одних, обезвреживание сточных вод обеспечивается за счет механической фильтрации их через почву до грунтового потока. Конструкции установок в таком случае рассчитывают лишь на обеспечение беспрепятственной фильтрации нечистот в почву (поля подземной фильтрации, фильтрующие колодцы и т. п.). Другие же допускают возможность биологических процессов распада органической части сточных вод и рекомендуют установки подпочвенного орошения с выпуском сточной жидкости в возможно более поверхностные (0,05—0,1 м) слои почвы (в прикорневую зону) из расчета капиллярного ее поднятия. Интенсивная аэрация жидкости на всем пути достигается устройством вентиляции.
Основные отрицательные в санитарно-эпидемиологическом отношении стороны фильтрующих установок — возможность прямого выноса патогенных микроорганизмов в грунтовый поток, неполного распада органических взвешенных веществ в глубоких слоях почвы, быстрого загрязнения и заиливания ее и прекращения работы установок.
Настоящая работа была проведена на установках полей подземной фильтрации одного из дачных поселков Московской области. Установки эксплуатировались в течение 2 лет. Характер почвы на территории поселка разнообразен (речная терраса). В основном она представляла собой оподзоленный песок (иногда галечник) с отдельными вкраплениями глины и суглинка. Грунтовые воды стоят низко, но местами над линзами суглинка попадаются скопления верховодки.
В процессе знакомства с работой полей подземной фильтрации нами были осмотрены 54 установки. Параллельно мы производили опрос населения. В подавляющем большинстве случаев население с удовлетворением отмечало наличие канализации в поселке и не делало никаких замечаний о неисправности или плохой работе установок.
1 Работа выполнена под руководством действительного члена АМН СССР проф. А. Н. Сысина.
2 Нормы и технические условия проектирования сооружений малой производительности для биологической очистки хозяйственно-фекальных сточных вод в естественных условиях (Н 11,5-54).
2*
11
При внешнем осмотре участков расположения установок можно было отметить стремление владельцев замаскировать сооружение: засадить участок 'кустарниками, цветниками, люки заложить дерном. Во всех случаях поверхность участков содержалась в порядке. Осмотренные установки можно разбить на две группы. Одна группа — установки, работающие 5—6 месяцев вегетационного периода года, а другая — установки, работающие круглогодично.
Первая группа установок имела в распределительной камере (септике) лишь незначительное количество сточной жидкости, протекающей далее в дрены и отсюда свободно просачивающейся в почву с возможными перерывами в орошении. В установках другой группы застоявшаяся сточная жидкость скапливалась в распределительных «амерах и в дренах, заполняя все сечение их, и под гидростатическим давлением столба жидкости в распределительной камере фильтровалась в почву, т. е. поступление жидкости велось беспрерывно.
Для проведения систематических наблюдений мы взяли две установки: одну — с заложением дрен в рыхлопесчаной почве (установка работала 5—6 месяцев в году); другую — в суглинистой (установка работала круглогодично). Каждая из установок принимала сточные воды только от унитаза и раковины в размере 0,2—0,15 м3/сутки. Расчетная нагрузка сточной воды на каждый метр дрены составляла примерно 25 л в сутки. Установки имеют по 2 дрены длиной 4 м и по одной вентиляционной трубе на конце какой-либо из дрен. Дрены заложены в естественный грунт, независимо от того, находятся ли на нужной глубине (0,8—1,1 м) песок, галечник или глина. Дозирующих устройств или шиберов, допускающих попеременное орошение, нет. Мусор и твердые отбросы закапывают в ямы на значительном отдалении от установок (в пределах 80—100 м). Ил из септиков в течение 2 лет работы не вывозили.
Задачей работы было:
1) установить границы распространения сточной воды от дрены в почве в восходящем и нисходящем направлениях и в стороны от дрены;
2) проследить водно-воздушный режим и наличие аэрации в глубоких слоях почвы;
3) дать санитарную оценку почве, находящейся в пределах загрязнения сточной водой;
4) проследить наличие и интенсивность окисления органических веществ сточных вод в глубоких слоях ПОЧВЫ'.
В соответствии с полученными результатами следовало подойти к вопросу об условиях допустимости установок полей подземной фильтрации при благоустройстве поселков и отдельно стоящих зданий с учетом характера почв и климата.
Для исследования водно-воздушного режима пробы почвы отбирали из шурфов, вырытых на средине длины дрены, в 20 см от нее с поверхности почвы и далее непрерывно до глубины 160—180 см. Пробы почвы для бактериологического и химического анализов брали стерильно буром в 20 см и в 3 м от дрены по обе ее стороны, и анализу подвергали один смешанный образец из этих двух проб. На указанных расстояниях почву брали у начала и у конца дрены на глубине 0—25 см по вертикали, вглубь почвы, 65—85 см (слой почвы над дреной), 85—105 см (слой почвы на уровне дрены ) и 180—200 см (слой почвы под дреной).
Особый интерес представляло проследить на установках фильтрующего типа движение жидкости в восходящем и нисходящем направлениях и создающиеся при этом условия аэрации в различных по механическому составу почвах. Как показали наши наблюдения, в том и другом случае они были различны, а в связи с этим по-разному протекали и процессы самоочищения в глубоких слоях почвы.
Установка на рыхлопесчаной почве не функционировала в течение зимы. После зимнего перерыва в течение месяца сточные воды поступали
в почву через обе дрены. Спустя I1/» месяца одна из дрен была закрыта для того, чтобы проследить ход процесса самоочищения в глубоких горизонтах почвы в условиях отсутствия вентиляции через дрену.
Исследования водно-воздушного режима слоя рыхлопесчаной почвы показали (рис. 1), что степень влагонасыщения почвы у выключенной дрены (на расстоянии 20 см) начинает значительно возрастать с 30—40 см над дреной и, постепенно увеличиваясь, на глубине заложения дрены> достигает своего максимума — 68,55%; глубже она начинает снижаться, доходя до первоначальной величины (24,1%) на глубине 30—40 см под дреной.
Степень насыщения в % а О 20 40 ВО SO
639.4
Степень насыщения в °> О 20 40 60 80
100
Глубина заложения о'рены
Рис. 1. Изменение водно-воздушного режима в подзолистой песчаной почве. Выключенная дрена.
6.75
Рис. 2. Изменение водно-воздушного режима в подзолистой песчаной почве. Действующая дрена.
Степень влагонасыщения почвы в 20 см от действующей дрены дает иную картину (рис. 2). На 40 см выше дрены за счет капиллярного поднятия степень насыщения повышается до 38—40%. Она значительно увеличивается на уровне заложения дрены (до 57,1%) и резко возрастает на глубине 50 см под дреной, доходя до 77%. Последнее свидетельствует о неограниченной фильтрации сточных вод вглубь рыхлопесчаной почвы.
Аэрация почвы как при выключенной, так и при действующей дренах находится в прямо противоположной зависимости от степени насыщения. Она резко снижается в глубоких слоях почвы под действующей дреной, доходя до 6,75 мл.
Степень загрязнения почвы у выключенной дрены, судя по результа-тдм бактериологического и химического анализов, в начале наблюдений была одинаковой как у места выпуска сточной воды из дрены, так и выше и щже его. Титр кишечной палочки составлял 0,0001. Общее число микроорганизмов в 1 г почвы — 4 000 000—6 000 000. Количество азота аммиака колебалось от 1,27 до 44,24 мг на 100 г абсолютно сухой почвы, причем наибольшие количества определялись на глубине 180—200 см. По истечении летнего периода отмечается некоторая тенденция к улучшению санитарного состояния почвы. Уменьшается общее число микроорганизмов (до 3 860 000—2 270 000) и количество азота аммиака (до 1,05—0,80 мг), повышается титр кишечной палочки (до 0,001—0,01). Однако, принимая во внимзние, что между первым и вторым наблюдениями прошло 3 летних месяца, имеющееся улучшение нельзя считать особенно эффективным. Это дает право думать, что при отсутствии вентиляции процессы самоочи-
шения f. глубоких слоях почвы протекают крайне медленно, а отсюда следует и практический вывод, что кратковременное выключение дрены без аэрации, даже в летний период, не может дать большого эффекта в отношении восстановления санитарного состояния почвы.
Показатели загрязнения почвы в 20 см от действующей дрены, естественно, были значительно выше (даже в начале наблюдения). На уровне заложения дрены определялся исключительно низкий титр кишечной палочки (0,001—0,00001) и такой же низкий титр анаэробов (0,01—0,0001); общее количество бактерий составляло 11 610 000 и 8 000 000; в несколько раз выше содержание азота аммиака (10 мг на 100 г абсолютно сухой почвы) и органического азота. Почва над дреной в зоне капиллярного поднятая сточной воды имела аналогичное загрязнение.
Под дреной (на глубине 180—200 см) почва вначале имела титр кишечной палочки и титр анаэробов 0,001, очень большое общее число микроорганизмов в 1 г почвы.
За летний период эксплуатации установки загрязнение почвы у действующей дрены резко увеличилось как на уровне заложения самой дрены, так и над и под нею. Даже на глубине 280—300 см титр кишечной палочки составлял 0,000001. Бактериологические и химические показатели свидетельствуют о значительном загрязнении почвы'. Последнее говорит о проникновении загрязнений через 2 м фильтрующего слоя песчаной почвы. Отсюда следует, что принятая в нормах и технических условиях 1954 г. (H 115-54) величина фильтрующего слоя почти в 1 м без разграничения типа почвы явно недостаточна.
Если сопоставить эти показатели загрязнения почвы с показателями чистой почвы, т. е. с показателями почвы в 3 м от дрены, то видно, что и на глубине одного и даже 2 м под дреной (как на выключенной, так и на действующей дренах) бактериальное загрязнение почвы очень велико, особенно по титру кишечной палочки, который нисколько не выше, чем у сточной воды. Титр кишечной палочки почвы на глубине 1'80—200 см колебался от 0,001 до 0,00001. Сточная вода имела титр коли 0,00001.
Эти показатели на действующей дрене с санитарной точки зрения могут рассматриваться как недопустимые.
В конце летнего периода нам не удалось отметить нарастания в почве при выключенной дрене числа споровых форм микроорганизмов, что говорило бы о процессах более глубокого распада органических Веществ в почве (Е. Н. Мишустин, М. И. Перцовская).
Значительное бактериальное очищение почвы и отмирание кишечной палочки в ней отмечается лишь в марте следующего года при условии бездействия установки зимой. В почве около обеих дрен значительно повышается титр кишечной палочки до 0,01 и 0,1, а также снижается общее число бактерий.
Установка с дренами, заложенными в прослойку суглинка толщиной в 50—60 см, ниже которой снова шла песчаная почва, эксплуатировалась круглогодично. Распределительная камера, а также дрены были заполнены сточной водой. Следовательно, никакой аэрации сточной жидкости в дренах не было. Инфильтрация сточной жидкости в почву происходил под действием гидростатического давления столба жидкости в распределительной камере.
Исследование водно-воздушного режима почвы> в 20 см от д',>ены (рис. 3) показало весьма значительную степень влагонасыщения и почти полное отсутствие аэрации. Капиллярное поднятие жидкости и здесь отмечалось с 40 см выше дрены (степень насыщения с 14% в поверхностных слоях повышается до 31%). На уровне дрены степень насыщения резка возрастает до 77% и особенно увеличивается под дреной, на глубине 133—145 см, где достигает своего максимума — 96%. Аэрация почвы при этом резко падает до 1 мл. Далее, в более глубоких слоях почвы (на глубине 158—172 см), под прослойкой суглинка, степень насыщения умень-
шается до 33—36% и аэрация увеличивается до 23—24 мл. Характерно также, что прослойка суглинка сорбирует и задерживает основную массу загрязнений. Наибольшее загрязнение отмечается на глубине дрены и над ней (титр кишечной палочки 0,001—0,0001, азот аммиака 7,57—4,11 мг на 100 г абсолютно сухой почвы, общее число микроорганизмов от 1 660 000 до 4 480 000). Наименьшее загрязнение почвы отмечается на глубине 180—200 см, т. е. под прослойкой суглинка (титр кишечной палочки 0,01—0,1, азот аммиака 2,34— 2,49 мг на 100 г абсолютно сухой почвы, общее число микроорганизмов 1800 000—100 000).
Если теперь сопоставить картину, характеризующую состояние загрязнения 9угли>нистой почвы на глубине 1 м под дреной на всем ее протяжении, с природно чистой почвой, то можно видеть, что только титр кишечной палочки свидетельствует о некотором проникновении в почву на указанную глубину продуктов жизнедеятельности человека; почву на этом уровне следует рассматривать как почти не загрязненную, несмотря на то, 'что установка работает непрерывно 2 года.
К концу летнего сезона картина загрязнения в глубоких слоях почвы мало меняется, хотя некоторая тенденция к снижению загрязнения (титр кишечной палочки) намечается. Причиной недостаточной интенсивности процессов самоочищения почвы является, очевидно, отсутствие вентиляции в установке и аэрации в суглинистой прослойке почвы. Аналогичная картина загрязнения почвы наблюдается и над дреной (65—85 см). Некоторые показатели почти точно совпадают с показателями в зоне дрены.
Если в рыхлопесчаной почве при действующей дрене после 2 м фильтрующего слоя обнаруживается большое общее число микроорганизмов и очень низкий титр кишечной палочки, свойственный самой сточной жидкости, поступающей в почву, то в случае наличия под дреной прослойки суглинка уже после первого фильтрующего слоя почва может быть признана природно чистой.
Основными дефектами конструкции установок полей подземной фильтрации, наблюдаемых нами и рекомендуемых Н 115-54, следует считать: во-первых, значительную глубину заложения дрен (до 1,2 м), во-вторых, отсутствие вентиляции в дренажной сети и дозирующего устройства для прерывистого орошения почвы и, в-третьих, отсутствие обсыпки вокруг дрен крупнозернистым материалом. При этом создаются условия для быстрого засорения и заиливания подзолистых почв взвешенными и коллоидными веществами сточных вод. В результате уже через 5 лет эксплуатации лишь небольшая часть установок в поселке продолжала функционировать.
Сравнительно небольшой еще опыт применения полей подземной фильтрации для отвода и обезвреживания малых количеств хозяйственно-фекальных сточных вод в условиях средней полосы все же показывает ряд преимуществ этих сооружений. Доступность канализования от-
Степень насыщения в %>
го to во so юо
Рис. 3. Изменение водно-воздушного режима в подзолистой почве с прослойкой суглинка.
дельно стоящих зданий и населенных пунктов с разреженной застройкой, в частности, сельских населенных мест, обеспечивает повышение культурных условий. Выше были указаны преимущества санитарного характера в пользу этого рода сооружений.
Однако конструкцию полей подземной фильтрации, предложенную Н 115-54, нельзя считать совершенной, вполне отвечающей санитарным требованиям, и гигиенически обоснованной. Механическая задержка микроорганизмов и органических загрязнений сточных вод при фильтрации их через однометровый слой почвы (без учета характера почвы) не гарантирует отсутствия заражения грунтовых вод. В условиях песчаных и рыхлопесчаных почв ниже 2 м фильтрующего слоя почвы нами был обнаружен чрезвычайно низкий титр кишечной палочки почвы (0,000001), который имела поступающая в нее сточная вода. С другой стороны, небольшая в 60 см толщиной прослойка суглинка под дренами почти полностью предохраняла почву от загрязнения сточными водами на глубине 1 м.
В глубоких слоях почвы, где нет доступа воздуха, резко нарушен биологический процесс распада взвешенных органических веществ, которые не только не превращаются в растворимые продукты минерализации, но в очень короткий срок образуют с подзолистой почвой такой плотный конгломерат, который в сухом состоянии не поддается лопате, лому, а во влажном — фильтрационная способность его падает почти до нуля.
Отсюда санитарные требования к установкам подпочвенных методов очистки сточных вод могут быть сведены к следующим положениям.
1. Для интенсификации биологических процессов распада органических веществ необходимо возможно более поверхностное заложение дрен (не глубже 0,7 м, а в более южных районах страны и того меньше). Опасения промерзания грунта у дрен в зимних условиях средней полосы Советского Союза преувеличены, так как разложение и окисление органических веществ — процессы экзотермические.
2. Вентиляция дренажной сети должна обеспечивать непрерывное соприкосновение потока сточной жидкости с атмосферным воздухом. Движение воздуха в дренажной сети должно иметь противоток движению жидкости. В целях лучшей аэрации необходимо также прерывистое поступление сточной воды в дрены.
3. Для ограничения фильтрации сточных вод в глубокие слои почвы и попадания их в грунтовой поток при высоком стоянии грунтовых вод необходимо устройство под дреной водоупорной подстилки из плотно утрамбованной глины или даже бетона.
4. ДЛя предупреждения быстрого заиливания почвы и более широкого доступа атмосферного воздуха в ее пустоты (поры) следует рекомендовать обкладку дрен пористым материалом. На подзолистых почвах такая обсыпка должна быть обязательной.
ЛИТЕРАТУРА
Жуков А. И., Ямпольский Т. С., Подземная фильтрация сточных вод М., 1951. —Rühle Н„ Kleinkläranlagen und Untergrundberieselung, Bauhelfer, 1950, 8. 206.
Поступила 28/X 1954 г.
■fr -fr -fr
