В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Их отличают сравнительно низкие строительные и эксплуатационные затраты, буферная способность при залповых сбросах сточных вод, колебаниях рН, температуры, достаточную степень изъятия из воды биогенных элементов. К недостаткам относится сезонность работы, низкая скорость окисления загрязнений. Поля орошения и поля фильтрации относятся к почвенным методам очистки и в зависимости от производительности разделяются на малые, средние и крупные.
Почва - это сложный комплекс органических и неорганических веществ, заселенный большим числом различных микроорганизмов. Число бактерий в 1 г почвы достигает сотен миллионов. В почве отсутствуют благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры, вследствие чего она представляет собой надежный и мощный фактор обезвреживания сточных вод. В результате почвенной очистки одновременно решаются две задачи - минерализация органических веществ и обеззараживание.
Очистка на полях орошения и фильтрации используются преимущественно для очистки бытовых и городских (смешанных) сточных вод.
Поля орошения являются сельскохозяйственными угодьями, специально предназначенными для очистки сточных вод и одновременного выращивания растений. На полях фильтрации очистка производится без участия растений. Они применяются в основном в качестве резервных участков для принятия сточных вод, когда невозможна подача воды на поля орошения. Очистка сточных вод на полях орошения основана на воздействии почвенной микрофлоры, кислорода воздуха, солнца и жизнедеятельности растений. В очистке сточных вод в той или иной степени участвует активный слой грунта толщиной 1,5-2 м. Минерализация органического вещества происходит в основном в верхнем полуметровом слое почвы. При этом повышается плодородие почвы, что связано с обогащением почвы нитратами, фосфором и калием. Однако общий солевой состав стоков не должен превышать 4-6 г/л для предотвращения засоления почвы. На полях орошения применяют различные виды распределения очищаемой воды: сплошной залив, залив по бороздам и полосам, дождевание, подпочвенное орошение. Сточные воды подаются на поля орошения периодически с интервалом 5 дней. В зимний период для местностей с холодной зимой на них производится намораживание сточных вод. Для сбора сточной воды, используемой на полях орошения, служат пруды-накопители вместимостью, равной шестимесячному накоплению в них воды.
При использовании почвенных методов очистки необходимо учитывать тип грунта (тяжелые грунты - глины, суглинки, плотные известняки - исключаются), рельеф местности, уровень залегания грунтовых вод и другие почвенно-климатические условия.
Биологические пруды - искусственно созданные или естественные водоемы, в которых очистка сточных вод идет под воздействием природных процессов самоочищения. Они могут применяться как для самостоятельной очистки, так и для глубокой доочистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Представляют собой неглубокие водоемы (0,5-1 м), хорошо прогреваемые солнцем и заселенные водными организмами. В процессах, протекающих в биопрудах, наблюдается полный природный цикл разрушения органических загрязнений. Воздействие на работу прудов различных факторов может создавать в них как аэробные, так и аэробно-анаэробные условия. Пруды, постоянно работающие в аэробных условиях, называются аэрируемыми, а пруды с переменными условиями - факультативными.
Аэробные условия в прудах могут поддерживаться либо за счет естественного поступления кислорода из атмосферы и фотосинтеза, либо за счет принудительной подачи воздуха в воду. Поэтому различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Время пребывания воды в прудах с естественной аэрацией составляет от 7 до 60 суток. Вместе со сточными водами из вторичных отстойников выносится активный ил, который является посевным материалом. Эффективность очистки в прудах определяется временем года, в холодный период она резко снижается.
Пруды с искусственной аэрацией имеют значительно меньший объем и требуемая степень очистки в них обычно достигается за 1-3 суток. Аэрирующие устройства могут быть механического и пневматического типа. Существуют разные варианты устройства прудов: серийные или каскадные и непроточные. Как правило, устраивают от двух до пяти последовательно работающих секций, из которых последняя предназначена для отделения ила. В биологических прудах необходимо присутствие водных растений, которые оказывают благоприятное влияние на процесс очистки. Иногда в последних ступенях серийных прудов разводят рыбу, что позволяет избежать образования ряски. В непроточные пруды сточная вода подается после отстаивания и разбавления. Продолжительность пребывания воды в них составляет 20-30 суток. Качество очистки в непроточных прудах выше, чем в серийных.
В зимнее время пруды обычно опорожняются и могут быть использованы как накопители. Один раз в два-три года рекомендуется производить перепашку дна и посадку растительности. Биологические пруды обладают небольшой стоимостью строительства и невысокими эксплуатационными расходами, в то же время они отличаются низкой окислительной способностью, сезонностью работы, большой занимаемой площадью, неуправляемостью, наличием застойных зон, трудностью чистки.