На отведенных для полей фильтрации и орошения участках создается оросительная сеть каналов, по которым подаются сточные воды. Очистка от загрязнений происходит в процессе фильтрации вод через почву. Слой почвы в 80 см обеспечивает достаточно надежную очистку.
В Польше, ГДР и ФРГ бытовые сточные воды используются для орошения полей, лугов и лесов.
Кроме полей орошения для очистки сточных вод в естественных условиях используют биологические пруды. Они представляют собой неглубокие земляные резервуары, в которых происходят те же процессы, что и при самоочищении водоемов. Обычно биологические пруды располагаются сериями на разных уровнях, благодаря чему вода из верхнего пруда самотеком направляется в нижерасположенные.
В процессе самоочищения водоемов большое значение придается одноклеточным водорослям, которые обладают антибактериальными свойствами и способны к детоксикации вредных органических и неорганических веществ. В связи с этим внесение в пруды определенных водорослей интенсифицирует процесс очистки воды от органических загрязнителей, улучшает их кислородный режим, уменьшает численность сапрофитных микроорганизмов.
Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях проводится в специальных сооружениях — биофильтрах или аэротенках. Биофильтрами называются сооружения, в которых биологическая очистка сточных вод осуществляется путем их фильтрации через слой крупнозернистого материала. Поверхность зерен покрывается биологической пленкой, заселенной аэробными микроорганизмами. В биофильтрах процесс очистки сточных вод протекает значительно интенсивнее, чем на полях орошения или полях фильтрации.
Аэротенки представляют собой железобетонные резервуары, через которые медленно протекают подвергающиеся интенсивной аэрации сточные воды, смешанные с активным илом, заселенным аэробными микроорганизмами. Интенсивность очистки воды в аэротенках в сотни раз выше, чем в природе при самоочищении.
В очистке вод важное значение имеют не только микроорганизмы, но и обитающие в водоемах высшие растения. Они поглощают растворенные в воде соли, ассимилируют накапливающийся в результате разложения органики углекислый газ и, что не менее важно, продуцируют кислород, необходимый для дыхания растений, животных и микроорганизмов.
Из нескольких видов водного гиацинта наиболее известным является Eichhornia crassipes, родина которого — Бразилия. Благодаря своим привлекательным цветкам, это растение при помощи человека в конце прошлого века распространилось в водах Флориды, Техаса, Луизианы, Миссисипи и других штатов США. В дальнейшем водный гиацинт появился в Мексике, Бирме, Австралии, Индонезии, Индии, Шри-Ланке. Завоевал он позиции и в водоемах Африки. Это растение представляет собой пучок курчавых ярко-зеленых листьев, собранных в круглую розетку. У каждого листа имеется пузыревидный черешок, удерживающий лист на поверхности воды. Цветет эйхорния великолепными цветками с голубыми или бледно-фиолетовыми лепестками. Несмотря на это эйхорния пользуется очень плохой славой, так как, поселившись в водоеме, она быстро размножается и забивает каналы, мелиоративные сооружения и речные русла, мешая судоходству и рыболовству. Иначе говоря, это злостный сорняк водоемов.
Процесс размножения водного гиацинта осуществляется так быстро, что при благоприятных условиях он может в течение 10 месяцев «обжить» площадь водоема, превышающую 4 тыс. м2. Только в одном штате Луизиана сумма потерь, связанных с обитанием в водоемах эйхорнии, составляет ежегодно около 38 млн долларов.
Между тем было отмечено, что там, где растет эйхорния, вода всегда бывает очень чистой. Ученые установили, что она очень интенсивно поглощает из воды многие вредные вещества (инсектициды, фенолы, соединения тяжелых металлов: ртути, свинца, кадмия). В США создали специальную оранжерею с площадью водоема в 0,6 га. В этот водоем стали подавать предварительно обработанные озоном сточные воды. Циркулируя среди зарослей эйхорнии, вода за пять дней освобождалась от токсических примесей. Стоимость очистки воды с помощью эйхорнии оказалась в два раза ниже по сравнению с обычной. Если будут найдены способы регулирования размножения этого растения, то, возможно, его удастся использовать для очистки особо загрязненных открытых водоемов.
Эйхорния — теплолюбивое растение. По этой причине она не может быть использована для очистки водоемов в средних и северных широтах. С этой целью в нашей стране, а также в некоторых других странах в последние годы стали употреблять хорошо известные всем тростник, камыш, рогоз, образующие мощные, устойчивые сообщества. Проходя через заросли этих растений, сточные воды в значительной степени освобождаются от балластных и токсических веществ. У рогоза этому способствует строение корневой системы, отходящей от горизонтально ориентированного корневища вверх и вниз. Первые разветвляются в воде, а вторые пронизывают дно водоема. Благодаря этому рогоз успешно очищает от загрязнений воду и дно.
В настоящее время указанные растения используются в Донбассе для очистки шахтных вод. При этом стоки поступают в водоемы шахтного отлива, занимающие большие пространства. Наиболее распространенными макрофитами здесь являются тростник обыкновенный, камыш озерный, рогоз узколистный, широколистный и Лаксмана, а также некоторые другие растения. Сформировавшиеся в прудах-накопителях растительные сообщества снижают содержание взвешенных частиц на 90 %, а количество солей — на 25–30 %.
Отмеченные выше растения нашли применение не только в Донбассе, но и в других местах. Специальные ботанические площадки для очистки шахтных вод с помощью растений созданы в Подмосковном угольном бассейне (Новомосковск). А в г. Волжском Волгоградской области стали пропускать по специальным каналам, засаженным водными макрофитами, стоки химических предприятий.
Эксперименты подобного рода проводятся и в других странах. Выше мы отмечали сильную загрязненность вод Рейна. Когда рейнскую воду пропустили через 800-метровый канал, засаженный камышом, то на выходе был получен чистый поток.
Следует заметить, что воду очищают не только те растения, которые непосредственно произрастают в воде. Оказалось, что лес надежно предохраняет воду наземных источников от загрязнения вредными веществами. Мутность водного потока после прохождения через лесную полосу шириной 30 м уменьшилась в 100–150 раз. С уничтожением леса на водосборах и в прибрежной зоне загрязненность воды в реке увеличивается в 8—10 раз.
С развитием промышленности, ростом городов и повышением уровня их благоустройства объем сточных вод и, следовательно, осадка, получаемого при их очистке, с каждым годом возрастает. В связи с этим возникла проблема утилизации этого продукта цивилизации. Ведь скопление большого количества осадков затрудняет работу очистных сооружений и создает угрозу вторичного загрязнения окружающей среды. Ученые пришли к заключению, что получаемый при очистке стоков осадок целесообразно использовать в качестве удобрений сельскохозяйственных культур, так как он содержит в своем составе значительное количество органических веществ и питательных элементов (Покровская, Гладкова, 1977). Особенно эффективно его использование на бедных почвах, а также на участках, нарушенных добычей полезных ископаемых. Таким образом, растения и в этом отношении играют важную роль.
Загрязнение водоемов органическими веществами представляет собой крайне неприятное явление, поскольку ведет к истощению запасов водного кислорода, расходующегося на окисление органики. Благодаря фотосинтезу населяющих водоемы растений в водную среду поступает свободный кислород, ускоряющий процессы окисления органических веществ. Но дело не только в этом. Обитатели водоемов обладают способностью непосредственно поглощать органические вещества и разрушать их. В качестве примера рассмотрим превращение ими фенола, одного из наиболее часто встречающихся и опасных загрязнителей водоемов.