Биологические методы очистки сточных вод

Биологическое окисление широко применяемый на практике метод очистки сточных вод, позволяющий очистить от многих органических соединений. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и ряд высокоорганизованных организмов, водорослей и грибов, связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям, число которых варьируется от 10⁶ до 10¹⁴ клеток на 1 г сухой биомассы. Число родов бактерий может достигать 5-10, число видов – несколько десятков и даже сотен.

Различают очистку в естественных и искусственных условиях. К методам биологической очистки сточных вод в естественных условиях относятся: почвенная очистка, биологические пруды, биоплато. Методы биологической очистки сточных вод в искусственных условиях: биофильтры, аэротенки, окситенки, погружные биофильтры, биотенки-биофильтры, анаэробные биофильтры.

Методы биологической очистки сточных вод в естественных условиях

Почва – это сложный комплекс органических и неорганических веществ, заселенный большим числом различных микроорганизмов. В почве отсутствуют благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры, паразитирующей в организме человека, вследствие чего почва представляет собой надежный и мощных фактор обезвреживания сточных вод. В результате почвенной очистки одновременно решаются две основные задачи – минерализация внесенных органических веществ и обеззараживание.

Биологические пруды – искусственно созданные водоемы, в которых для очистки сточных вод используются естественные процессы. Эти пруды могут применяться как для очистки, так и для глубокой очистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Это последнее назначение биологических прудов имеет преимущественное распространение.

Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Аэрация способствует улучшению деятельности микрофлоры, а также прямому окислению органики за счет кислорода воздуха.

Кроме окислительного действия микрофлоры и кислорода воздуха значительную активность в очистке принимает высшая водная растительность, которая своей корневой системой сорбирует и поглощает органические и неорганические вещества-загрязнители. Кроме этого водная растительность играет существенную роль в окислительных процессах, а также способствует снижению концентрации биогенных элементов и регулирует кислородный режим водоема.

Методы биологической очистки сточных вод в искусственных условиях

Всю совокупность сооружений биологической очистки разделяют на три группы по признаку расположения в них активной биомассы (или активного ила): 1) когда активная биомасса закреплена на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки; 2) когда активная биомасса находится в воде в свободном (взвешенном состоянии); 3) когда сочетаются оба варианта расположения биомассы.

Первую группу сооружений составляют биофильтры, вторую – аэротенки, циркуляционные окислительные каналы, окситенки, третью – погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями.

Лекция 15. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ

ОРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

План лекции

1. Шум и его характеристики.

2. Нормирование шума.

3. Меры борьбы с шумовым загрязнением.

4. Электромагнитное загрязнение среды и его источники.

5. Предельно допустимые уровни (ПДУ) электромагнитных полей (ЭМП).

6. Защита от ЭМП.

Шумом, по Н.Реймерсу, принято называть звуковые колебания, выходящие за рамки звукового комфорта. Чаще всего это неупорядоченные звуковые колебания, но бывают и упорядоченные, мешающие восприятию нужных звуков либо вызывающие неприятное ощущение и повреждающие органы слуха. Как и все акустические колебания, шум может восприниматься ухом человека в пределах частот от 16 до 20000 Гц (ниже – инфразвук, выше – ультразвук). Шумы принято делить на низкочастотные (до 350 Гц), среднечастоные (350-800 Гц), высокочастотные (выше 800 Гц). Высокочастотный шум оказывает наиболее неблагоприятное воздействие на организм и субъективно более неприятен. Но человек реагирует не на абсолютный прирост частоты и громкости, а на относительный. Так, физиологически прирост частоты вдвое на низких или высоких частотах воспринимается одинаково. В этом суть биофизического закона Вебера-Фихтнера. Именно поэтому все звуковое частотное поле делят на 9 октав. Причем конечная частота f_к данной октавы в 2 раза больше начальной f_н, а основная октавная частота – их средняя геометрическая:

(11)

Ряд октавных полос частот выглядит так: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Кроме частоты, к основным характеристикам шума относят акустическое (звуковое) давление Р, интенсивность I и уровень L шума (звука), а также мощность источника.

Звуковое давление Р является избыточным над давлением воздушной среды. Минимальное звуковое давление, воспринимаемое ухом человека, называется пороговым и оно равняется Р_о = 2.10^-5 Па.

Интенсивность звука I характеризует удельную энергию звуковых волн на единицу площади:

Вт/м², (12)

где  - плотность среды, кг/м³,  - скорость звука , м/с.

Пороговая интенсивность звука I_о, соответствующая Р_о для распространения звука в воздухе, равна 10^-12 Вт/м². Следует иметь в виду, что давление и интенсивность характеризуют звуковое поле в данном месте, т.е. на расстоянии r от источника.

Мощность источника по измерениям в любой точке сферы радиусом r определяется выражением:

W = I . 2 . r², Вт. (13)

Все эти величины имеют абсолютный характер и не вполне удобны для оценки шума. Поэтому введена величина называемая уровнем шума, которая характеризуется отношением интенсивности в данном месте к пороговой:

Б. (14)

L = 10. lg I/Iо, дБ

L = 120 + 10. lg I, дБ.

Единица измерения – белл (Б). Характеризует рост интенсивности в 10 раз. Это очень большая величина, поэтому применяют десятую долю белла, т.е. децибелл (дБ):

дБ. (15)

Обычно суммарный уровень шума определяется с помощью шумометра по шкале А, поэтому величина обозначается дБА. В этом случае шумомер определяет давление на мембрану. Поэтому через давление уровень звука выражается с зависимостью:

дБА. (16)

Различают тональный шум, в котором выражены дискретные тона, и широкополосный. Кроме того, если уровень шума изменяется по времени не более, чем на 5 дБ, он считается постоянным, а в противном случае – непостоянным.

По физической природе шумы могут иметь следующее происхождение:

• механическое, связанное с работой машин и оборудования, вследствие ударов в сочленениях, выбрации роторов и т.п.;

• аэродинамическое, вызванное колебаниями в газах;

• гидравлическое, связанное с колебаниями давления и гидроударами в жидкостях;

• электромагнитное, вызванное колебаниями электромеханических устройств под действием переменного электромагнитного поля или электрических разрядов.

Основными источниками шума являются все виды транспорта (прежде всего авто- и железнодорожный), промышленные предприятия и бытовое оборудование (включая звуковую аппаратуру).

В древнем Китае существовала смертная казнь шумом. Шум порядка 90-100 дБ вызывает постепенное ослабление слуха, нервно-психический стресс, язвенную болезнь, сердечно-сосудистые заболевания (в крови существенно повышается уровень холестерина), заболевания щитовидной железы. Длительное воздействие очень сильного шума (более 110 дБ) приводит к агрессивному состоянию (так называемому «шумовому опьянению»), разрушению тканей тела, обострению хронических заболеваний и снижению продолжительности жизни. Жители г. Осака (Япония), проживающие вблизи аэропорта, с помощью медиков доказали, что рост нервно-психических расстройств у них – следствие шума от ночных полетов самолетов, и через суд добились компенсации и снижения интенсивности полетов. В России доказано снижение работоспособности человека при занятии умственным трудом от одного источника шума – в 3-4 раза, а при двух – 10-12 раз.

Нижний порог слышимости для человека 1 дБ, при 115-129 дБ появляется боль в ушах, а при 150 дБ возможна потеря слуха. Причем с возрастом порог болевого восприятия снижается. Обычно не рекомендуется длительное воздействие шума с уровнем выше 80 дБ. Для справки. Уровень шума электропилы до 120 дБ, рок-группы – 80-120, электробритвы – 75-80, дыхания – 25-30, шепота – 8-10 дБ.

Нормирование шума. Санитарные нормы устанавливают, как говорилось ранее, предельно допустимые уровни воздействия (ПДУ) звука для различных зон и в разное время суток. При этом для тонального постоянного шума используются допустимые уровни в конкретной октаве. Для непостоянного шума введены эквивалентный и максимальный уровни. Эквивалентный уровень определяется из условия равенства энергии условного постоянного широкополосного шума, имеющего то же среднеквадратичное звуковое давление, что и реальный непостоянный шум:

дБА, (17)

ⁱ⁼¹

где t_i – относительное время действия шума, %, L_i – уровень шума, дБА.

Максимальный уровень определяется по показателям шумомера за время, не менее 1% от общей продолжительности измерения. Общее измерение во всем диапазоне октав должно быть не менее 30 мин. Результаты измерений сравниваются с допустимыми. Допустимые уровни воздействия сведены в санитарные нормы СанПиН 2.2.4/2.1.8.562-96 и другие нормативы. Некоторые данные по ПДУ приведены в табл. 6. Эти уровни вблизи магистральных улиц (на расстоянии 2 км от них) допускается принимать на 10 дБА выше, приведенных в табл. 6. Шум от конкретных единиц, согласно стандарту, измеряется на расстоянии 7,5 м от осевой линии движения. На этом расстоянии уровни шума от легковых автомобилей должны быть не более 77 дБА, автобусов - 83, грузовых – 84, самых тяжелых мотоциклов – 85 дБА.

Таблица 6

Предельно допустимые уровни воздействия

Зона действия звука	Допустимые уровни звука в разное время суток, дБА
	7 – 23 ч		23 – 7 ч
	Эквивалентный	Максимальный	Эквивалент ный	Максимальный
Учебные помещения	40	55	-	-
Жилые комнаты	40	55	30	45
Палаты больниц и санаториев	35	50	25	40
Номера гостиниц, общежитий, территории больниц и санаториев	45	60	35	50
Залы столовых кафе	55	70	-	-
Залы ожидания вокзалов, аэропортов	60	75	-	-
Территории, прилегающие к жилым домам, пансионатам, детсадам и т.п.	55	70	45	60
Площадки отдыха жилых домов, школ, институтов и т.п.	45	60	-	-

Сравнение действительных эквивалентных уровней звука заканчивается определением уровня шумового дискомфорта как разности эквивалентного и допустимого уровней воздействия. Некоторые данные по этим величинам приведены в табл. 7. Следует учесть, что при закрытой форточке шум уменьшается примерно на 5дБА.

Таблица 7

Сравнительные данные уровней воздействия

Тип магистрали	Интенсивность движения, час	Действие шума, дБА
		На расстоянии 7,5 м	В помещении (при открытой форточке)
			Расстояние до помещения, м	Эквивалентный уровень звука	Уровень шумового дискомфорта
Железнодорожная: двухколейная	40	89	70	65	20
Одноколейная	20	87	70	63	18
Скоростная магистраль или улица городского значения	2000-6000	82-85	50	56-59	11-14
Улица районного значения	500-2000	76-81	30	61-68	18-23
Жилая улица	50-500	60-74	10	52-66	7-21
Открытая линия метро	40	69	50	53	8