Огромное практическое значение имеют микробиологические исследования в технике очистки городских нечистот и сточных вод.
Вопрос очистки городских стоков представляет первостепенную важность и, по мере роста городов и увеличения фабрично-заводской промышленности, приобретает все большую и большую остроту. Каждые сто тысяч населения производят ежегодно до 206 тысяч пудов твердых экскрементов и до 2 1/2 миллионов пудов мочи. Количество различных микроорганизмов в этих отбросах колоссально. Отбросы красильных, сахарных и бумажных заводов также представляют превосходный питательный материал для развития микробов. Как организовать обезвреживание всех этих нечистот наиболее практическими в то же время недорогим способом? Лучше всего опять-таки при содействии самих грибков и бактерий. Ученые обратились к разрешению задачи не наугад, а сперва постарались расширить свои сведения относительно того, как процесс обеззараживания происходит в природе. Точные наблюдения над самоочищением загрязненных рек послужили руководящей нитью для технических работ. История этого вопроса интересна и поучительна, но вдаваться в нее в рамках этой книги невозможно; отметим только, что вначале надеялись справиться с задачей посредством одних физических и химических приемов, но затем пришлось признать свое бессилие и обратиться к содействию мощных микробов. Были произведены тщательные исследования над живым населением сточных вод, представившие огромный практический и научный интерес, так как обнаружилось, что при продолжительном стоянии стоков состав их населения резко изменяется. В невидимом живом мире происходит ожесточенная борьба за существование; одни организмы уничтожают других, отнимая у них средства к поддерживанию жизни, и в конце концов обычно одерживают верх микробы, производящие минерализацию отбросов и превращающие их в полезные для культурных растений вещества. В переработке отбросов сахарного и бумажного производств первенствующую роль часто принимают на себя не бактерии, а грибки, способные хорошо развиваться в кислых жидкостях, которые весьма неблагоприятно влияют на многих бактерий. Эти грибки часто имеют вид налетов, напоминающих нежные шкурки каких-то животных или нежный птичий пух.
Много остроумия и изобретательности было вложено в технику очистки сточных вод. Часто применяют предварительную обработку нечистот, которая должна расчистить поле для микроорганизмов, облегчив их дальнейшую работу и борьбу с гнилостными и заразными микробами. Эта операция особенно деликатна в том случае, когда приходится спускать нечистоты в реку. Необходимо рассчитать обработку так, чтобы не произошло никаких существенных непоправимых ухудшений речной воды и, с другой стороны, чтобы занятые разложением нечистот микробы не оказались перегруженными в своей работе. Может случиться, что они не в состоянии выдержать натиска слишком подавляющих сил заразных микроорганизмов, и тогда произойдет заражение вод, последствия которого могут быть ужасны.
Но и в том случае, когда предварительно обработанные нечистоты не спускаются в реку, требуется правильно рассчитать силу и выносливость своих невидимых помощников; если очистительные сооружения не справятся со своей задачей, опасность для общественного благополучия может быть очень велика. Искусственные сооружения для очистки стоков бывают устроены или в виде полей орошения, или в виде биологических фильтров, или, наконец, в виде гнилостных бассейнов. Прежде возлагали большие надежды на последний способ, при котором сточные воды просто отстаиваются в двух сообщающихся друг с другом бассейнах. Большая часть твердых частиц оседает в первом бассейне; уже значительно менее мутная жидкость перетекает постепенно во второй бассейн, где отстаивание заканчивается и жидкость стекает прочь уже настолько обеззараженной, что опасности никакой не представляет. Осевшие в бассейнах частицы разлагаются посредством различных брожений.
Оказалось, что при сильном загрязнении стоков микробы не в состоянии справиться со своей задачей в таких слишком упрощенных условиях; необходимо облегчить их работу более совершенным раздроблением загрязненных вод. Поля орошения удовлетворяют этому требованию благодаря устройству. Слева нечистоты вливаются в бассейн, где отстаиваются главные осадки, а затем через край бассейна стекают в поле, грунт которого должен обладать определенными свойствами, перечислять их мы не будем. Твердые частицы задерживаются вертикально поставленными досками, а более мелкие, просачиваются с водой в почву и здесь, в разрозненном состоянии подвергаются сокрушительным аттакам минерализирующих микробов. Под поверхностью земли на определенной глубине устроен дренаж и вода вытекает в совершенно очищенном виде.
Биологический фильтр представляет собой бассейн примерно в 1/2 аршина глубины, наполненный мелкими кусочками кокса или шлаков. Грязная вода сперва отстаивается в глубоком бассейне, а потом стекает на фильтр, который и заполняет. Труба, проводящая воду в бассейн для отстаивания, доходит почти до самого дна бассейна, чтобы не мутить более чистой воды, находящейся на поверхности. На фильтре вода стоит около 2 часов и затем спускается через дренажные трубы, проложенные под фильтром, причем оказывается весьма очищенной, если только фильтр в порядке и правильно работает. Отчего же это происходит? Дело в том, что каждый кусочек кокса или шлака с течением времени покрывается слоем ила, состоящего из микроорганизмов и продуктов их деятельности; каждый такой кусочек представляет собой живую фабрику, занятую очистительной работой. Общая поверхность всех кусочков весьма велика, и, пока вода омоет их всех, она будет нацело освобождена от органических веществ. Но, конечно, для успешности результатов необходимо, чтобы фильтр хорошо «вработался». Первое время, пока не развилось на коксе или шлаке достаточного количества бактерий и грибков фильтр будет давать неполное очищение воды, но зато, после окончательного сформирования микроскопической армии, работа идет с огромной силой, что обнаруживается массовым поглощением из воздуха кислорода и выделением углекислого газа. Нечистоты сжигаются в мощном дыхании микробов и сжигание это иногда повышает температуру фильтра градусов на 10 по сравнению с окружающим воздухом. Время от времени микробам дают отдохнуть и надышаться воздухом: воду спускают и не заменяют новой в течение некоторого времени. Внимательно следя за работой исполинской артели крошечных работников, нужно достигать такого результата, чтобы вода очищалась, а не загнивала еще больше от микробного населения фильтра; накопляющийся в фильтре осадок, при правильном действии фильтра, отнюдь не должен пахнуть гнилью; он должен обладать характерным запахом обыкновенной сырой земли.
В последнее время внесено много частичных усовершенствований в разные подробности устройства биологических фильтров, но мы не будем на них останавливаться. Как ни остроумны все эти приспособления, они никогда не превзойдут остроумия основной мысли — запречь микроорганизмов в планомерную и произвольно управляемую человеком работу санитарного характера. Обстоятельными исследованиями над самоочищением рек, а также первым устройством биологических фильтров и других подобных сооружений приобрел вполне заслуженную славу английский ученый Франклэнд.
Мы имеем подробные работы относительно микробного населения полей орошения и биологических фильтров. С одной стороны это крайне важно для технических целей управления действием очистительных работ, с другой стороны такие наблюдения представляют захватывающий научный интерес. Мы можем убедиться, что состав микробов не одинаков на полях орошения и в фильтрах, что верхние слои, находящиеся в соприкосновении с самой грязной водой, населены иначе, чем глубокие, где микроорганизмы должны довольствоваться остатками материалов, которых не успели разложить верхние слои. Наш ум невольно поражается замечательной гибкостью и приспособляемостью природы безгранично малых существ и их умением разделить между собой области деятельности так, чтобы по возможности не мешать друг другу, а наоборот работать в полной гармонии и в согласии. Какой пример для человека, который должен многому учиться у мельчайших существ, при том некоторым вещам, не имеющим прямого отношения к химии. В сточных водах можно подметить много примеров совместной химической работы грибков и бактерий. Брожения, из них прежде всего — маслянокислое, производят массовое, но неполное расщепление веществ; продукты брожений подхватываются всеядными грибками, развивающими могучую работу окончательного сжигания или так называемого биологического окисления. Наряду с ними трудятся, нисколько не мешая пм, бактерии, разрушающие белки, а, кроме того, окисляются и съедаются обильно присутствующие в стоках жиры, выделяется азот в свободном виде и т. д. Каждый кусочек кокса представляет собой место, на котором разыгрываются сложные жизненные драмы и захватывающие сцены упорной борьбы минерализирующих и заразных микроорганизмов.
Читатель видит, как много интересного; поучительного, научно-важного и ценного для жизни и здоровья можно извлечь из наблюдения над грязной, зловонной работой очищения нечистот?