Технология защиты окружающей среды

курс 
280202

очная

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 
(РОСОБРАЗОВАНИЕ)
Пензенская государственная технологическая академия

СИСТЕМА
ОТКРЫТОГО
ОБРАЗОВАНИЯ

А.Г. Ветошкин, К.Р. Таранцева

ТЕХНОЛОГИЯ ЗАЩИТЫ 
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Учебное пособие

Очищенный

Запылённый

Л*м*

Jvptfnw '«стмч

Д а л гк т р  * а а г и щ {*и ж м я  ц рш Ъ *)/т м

Пенза 2006

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

СИСТЕМА 

ОТКРЫТОГО 

ОБРАЗОВАНИЯ

А.Г. Ветошкин, К.Р. Таранцева

ТЕХНОЛОГИЯ ЗАЩИТЫ 
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

{ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ)

Допущено учебно-методическим объединением вузов 
по университетскому полит ехническому образованию в качестве 
учебного пособия для студентов высших учебных заведений

Учебное пособие

Пенза 2004

УДК 628.5 
ББК 20.1

Рецензенты:
канд. техн. наук, профессор РГТУ им. К.Э. Циолковского (МАТИ), 
член УМК по специальности 330200 “Инженерная защита окружающей 
среды” объединенного совета направлений 656500, 656600,
553500 “Техносферная безопасность”
П.П. Кукин;
кафедра “Экология и безопасность жизнедеятельности” 
Пензенского государственного университета, зав. кафедрой, 
канд. техн. наук, доцент 
В. И. Симакин

Ветошкин А.Г., Таранцева К.Р.
Технология защиты окружающей среды (теоретические основы): Учебное пособие. -  П енза: Изд-во Пенз. гос. технол. акад., 2004.-267 с.

Рассмотрены основные направления инженерной защиты окружающей среды, приведены классификации существующих видов загрязнений, их основные характеристики, 
классификации методов и способов защиты атмосферы, гидросферы, литосферы от химических и физических видов загрязнений, основанные на использовании основных законов 
природопользования. Рассмотрены физические основы технологий защиты атмосферного воздуха от аэрозолей, способы очистки выбросов от вредных газов и паров, изложены 
вопросы разбавления загрязненных выбросов путем их рассеивания в атмосфере, приведено описание основных методов очистки сточных вод, методы защ иты литосферы от 
промышленных и хозяйственно-бытовых отходов, изложены теоретические основы защиты от энергетических воздействий.
Учебное пособие подготовлено на кафедре “Инженерная экология” Пензенской государственной технологической академии и предназначено для студентов, обучающихся специальности 330200 “Инженерная защита окружающей среды”. Оно может быть использовано в 
качестве основной учебной литературы при изучении дисциплин “Теоретические основы защиты окружающей среды”, “Процессы и аппараты защиты окружающей среды”, а также в качестве дополнительной учебной литературы при изучении дисциплины “Экология” студентами инженерных специальностей.

УДК 628.5

Учебное пособие одобрено и рекомендовано М етодическим советом 
Пензенской государственной технологической академии для использования в 
учебном процессе.

© Пензенская государственная технологическая академия, 2004 
© Ветошкин А.Г., Таранцева К.Р., 2004

ВВЕДЕНИЕ

Развитие цивилизации и современный научно-технический прогресс 
непосредственным образом связаны с природопользованием, т. е. с глобальным использованием природных ресурсов.
Природопользование -  отрасль материального производства и наука, 
решающие и исследующие проблемы удовлетворения материальных потребностей человеческого общества, необходимых для его нормального воспроизводства, интеллектуально-духовного развития в течение неограниченно 
долгого времени на базе ограниченных природных ресурсов без деградации 
окружающей среды.
Составной частью природопользования является переработка и воспроизводство природных ресурсов, охрана их и защита окружающей среды в целом.
Инженерная экология -  наука о взаимодействии технических и природных комплексов (природно-технических геосистем) и комплексная научно-техническая дисциплина, изучающая области проектирования, создания и управления ресурсосберегающих технологий, экологически безопасных сооружений и промышленных производств, реализации инженерно-экологических решений по рациональному природопользованию  
и охраны окружающей среды.
Технология защиты окружаюгцей среды (теоретические основы) -комплексная научно-техническая дисциплина, изучающая теоретические основы 
создания ресурсосберегающих технологий, экологически безопасных промышленных производств, реализации инженерно-экологических решений по 
рациональному природопользованию и охране окружающей среды.
Цель курса “Технология защиты окружающей среды (теоретические 
основы)” -  получение необходимых знаний об основных методах и закономерностях физико-химических процессов защиты окружающей среды, основах технологий очистки пылегазовых выбросов, жидких сбросов, утилизации и переработке твердых отходов, о физических принципах защиты окружающей среды от энергетических воздействий.
Общими задачами дисциплины “Технология защиты окружающей среды (теоретические основы)” являются:
-  получение базовых знаний о физико-химических процессах, лежащих в 
основе очистки отходящих газов, сточных вод и утилизации твердых отходов;
-  приобретение практических навыков расчета параметров физико-химических процессов очистки промышленных выбросов в атмосфере и стоков.
Место курса “Технология защиты окружающей среды (теоретические 
основы)” в профессиональной подготовке выпускника технологического института связано с созданием необходимой базы для понимания физико-химической сущности технологических процессов защиты окружающей среды.
Предметом изучения дисциплины являются физико-химические процессы: осаждения и разделения гетерогенных систем, фильтрования, коагуляции, флокуляции, абсорбции, адсорбции, конденсации, флотации, жидкостной экстракции, ионного обмена, электрохимического окисления и восстановления, электрокоагуляции и электрофлотации, пиролиза, огневого обезвреживания и др.

Знание данной дисциплины необходимо для глубокого усвоения курсов 
дисциплин “Процессы и аппараты защиты окружающей среды”, “Промышленная экология”, и, в свою очередь, при ее изучении применяются знания 
курсов “Физика”, “Химия”, “Гидравлика и теплотехника”, в основе которых 

лежат такие явления, как термохимические и фазовые превращения, процессы 
излучения, горения и ряд других физических и химических явлений.
В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

-  основные физико-химические законы очистки аэрозолей, коллоидных систем и сточных вод;

-  основные физико-химические процессы, лежащие в основе утилизации твердых промышленных отходов;
уметь:
-  объяснить с научной точки зрения явления, процессы, протекающие 

при очистке газовых выбросов в атмосфере, сточных вод в гидросфере и твердых отходов в литосфере;
-  правильно выбрать метод и способ очистки атмосферы, гидросферы, 
литосферы при выбросе и сбросе в них промышленных отходов;

-  провести оценку основных параметров физико-химических процессов защиты окружающей среды;
Курс теоретических основ технологии защиты окружающей среды состоит из введения и семи разделов:
Раздел 1. Характеристики загрязнений окружающей среды и основные 
методы ее защиты;
Раздел 2. Очистка воздуха от аэрозольных примесей;

Раздел 3. Очистка газовых выбросов;
Раздел 4. Рассеивание выбросов в атмосфере;
Раздел 5. Защита гидросферы;

Раздел 6. Защита литосферы от отходов;
Раздел 7. Защита окружающей среды от энергетических воздействий.
В результате изучения этих разделов выясняется место и роль данной 
дисциплины в системе высшего экологического образования, ее связь с другими дисциплинами, приводятся примеры взаимосвязи защиты окружающей

среды и физико-химических дисциплин, классификации основных методов и 
способов, физико-химической сущности основных процессов защиты окружающей среды, основ технологии природопользования и защиты окружающей среды, характеристик, рациональных областей и примеров применения.
С точки зрения современной науки, геофизическая оболочка Земли 

представляет собой ноосферу -  сферу взаимодействия природы и общества, 
или систему “окружающая природная среда -  человек -  техника”. Под «окружающей природной средой» или «окружающей средой» понимается совокупность естественных и измененных природных условий обитания человека и производственной деятельности общества.
В процессе бытовой и производственной деятельности человеческое 
общество неизбежно влияет на окружающую среду, которая немедленно или 
через определенный промежуток времени реагирует на это влияние и оказывает обратное положительное, а чаще отрицательное действие.
Деятельность человека все глубже проникает в биосферу -  область активной жизни оболочки Земли, включающей нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые заселены живыми организмами. Толщина этой оболочки (40...50 км) ничтожно мала по сравнению с диаметром Земли, доступна для человеческой деятельности и чрезвычайно ранима. Воздействие человека на биосферу тесно связано со все возрастающими темпами научно-технического прогресса и необходимостью решения возникающих социально-экономических задач.
Геохимическое воздействие человека на природу определяется тремя 
обстоятельствами:
1) синтезом множества (более миллиона) веществ, отсутствующих в естественных условиях и обладающих качествами, не свойственными природным соединениям;
2) строительством широкой сети газо- и нефтепроводов, шоссейных и 
железных дорог, что наряду со специализацией производства привело к массовому транспортированию разнообразного сырья из районов добычи в районы переработки, а также к перераспределению и рассеиванию загрязнений. 

Рассеиванию загрязняющих веществ во многом способствовало и задымление атмосферы выбросами ТЭЦ, металлургических, химических, нефтеперегонных и других заводов, автомобильного и авиационного транспорта;
3) интенсификацией производства сельскохозяйственной продукции, 
потребовавшей массового применения удобрений, гербицидов и пестицидов, 
отрицательное побочное воздействие которых на окружающую среду выявилось лишь спустя длительное время.

Развитие мирового общественного производства идет все ускоряющимися темпами, и размеры ущерба, наносимого окружающей среде, увеличиваются при этом так, что их уже невозможно, как раньше, преодолеть естественным путем, без использования глубоко продуманного комплекса законодательных и технологических мероприятий, затрагивающих все сферы 

производственной деятельности человека.
Промышленные отходы (ПО) и загрязнения, выделяющиеся в технологических циклах предприятий и при очистке производственных сточных вод, 
представляют наибольшую опасность прежде всего для населения крупных 

промышленных центров и окружающих их регионов, создают трудности в 
работе городских коммунальных служб. Известны, например, случаи взрывов легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), попавших в канализационные коллекторы. Кроме того, сбрасываемые в канализацию тысячи тонн гальванических шламов, содержащих токсичные тяжелые металлы, делают осадок городских станций аэрации в ряде случаев непригодным для использования в качестве удобрения.

На ранних этапах развития человеческого общества антропогенное 
воздействие на природу было незначительным. Загрязнение окружающей 
среды вызывалось в основном природными процессами -  извержением вулканов, лесными пожарами, выветриванием, эрозией почвы и т. д. В процессе 

эволюции основными загрязнителями окружающей среды стали отходы бытовой деятельности общества. Постепенно с развитием некоторых отраслей 
индустрии, связанных с производством металлов, а также гончарных изделий, стекла, вина, поташа, мыла и др. в атмосферу локально выделялись оксиды углерода, серы и азота, пары металлов. Кроме того, бытовые загрязнения, отходы пищевых и красильных производств попадали в водоемы. С изобретением пороха потребовалось большое количество азотной и серной кислот, селитры, что привело к усиленному развитию химии. Развитие промышленного производства способствовало дальнейшему прогрессу металлургической, металлообрабатывающей промышленности и химической технологии при одновременной концентрации производства.
В международном праве возникло понятие «экспорт загрязнения», которое означает, что развитые страны ликвидируют у себя наиболее опасные, 
с точки зрения загрязнения окружающей среды, производства и переводят 
их в развивающиеся страны с избытком рабочей силы. В итоге в глобальном 
масштабе мир оказывается под воздействием разнообразных химических 
веществ, количество которых неуклонно увеличивается.
В настоящее время, по статистическим данным, в различных странах 
образуются токсичные ПО в следующих количествах:

Страна
млн. т/г
кг год/чел.

ФРГ
5-10
80-160

Финляндия
0,4
80-100

Франция
2-17
40-140

Н идерланды
1 2
70-100

Великобритания
4-7
70-120

США
57
250-300

В современных условиях общественное воспроизводство требует вовлечения в хозяйственный оборот больших объемов сырья и энергии. В России, например, до 1990 года по ориентировочным расчетам на каждый рубль 
произведенного национального дохода расходовалась примерно 1 т природного вещества (воды, минерального сырья, топлива, биомассы, атмосферного кислорода). При этом масса готовой продукции составляла 1-1,5 % массы 
вещества, поступающего на переработку.
В связи с этим в дальнейшем необходимо внедрение технологических 
процессов, дающих минимальные выбросы, при которых самоочищающаяся способность природы в достаточной степени будет препятствовать возникновению необратимых экологических изменений.
Под безотходной технологией понимается идеальная модель производства, которая в большинстве случаев не может быть реализована в полной 
мере, но с развитием технического прогресса все больше приближается к идеальной. Более конкретно под безотходной технологической системой следует понимать такое производство, в результате деятельности которого не происходит выбросов в окружающую среду. Безотходное производство представляет совокупность организационно-технических мероприятий, технологических процессов, оборудования, материалов, обеспечивающих максимальное и комплексное использование сырья и позволяющих свести к минимуму 
отрицательное воздействие отходов на окружающую среду. Безотходное производство можно характеризовать всемерно возможной утилизацией образовавшихся в прямых технологических процессах отходов.
М алоотходная технология представляет собой промежуточную ступень безотходной и отличается от нее тем, что обеспечивает получение готового продукта с не полностью утилизируемыми отходами. Отходы пред­
ставляют собой побочные продукты промышленного производства, выделяющиеся в процессе производства основных видов продукции и характеризующиеся определенными физико-химическими свойствами. Отходы 
производства и потребления, пригодные для переработки в товарную продукцию, относятся к вторичным материальным ресурсам.

РАЗДЕЛ 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ 
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ОСНОВНЫЕ 
МЕТОДЫ ЕЕ ЗАЩИТЫ

1.1. Показатели качества окружающей среды

Загрязнением окружающей среды можно назвать изменение качества среды, способное вызвать отрицательные последствия. Считается, 
что одинаковые агенты оказы ваю т одинаковые отрицательные воздействия независимо от их происхождения, поэтому пыль, источником которой является природное явление (например, пыльные бури), должна 
считаться таким же загрязняющим веществом, как и пыль, выбрасываемая промыш ленным предприятием, хотя последняя может быть более 
токсичной в силу своего сложного состава.
Загрязнения классифицированы следующим образом (табл. 1.1).

Таблица 1.1
Классификация видов загрязнений окружающей среды

Загрязнение
Определение

1
2
1. Механическое
Засорение среды агентами, 
оказывающими лишь 

механическое 
воздействие без 
химико-физических 

последствий (например, мусором)

2. Химическое
Изменение химических свойств среды, оказывающих 

отрицательное 
воздействие 
на 
экосистемы 
и 

технологические устройства

3. Физическое
Изменение 
физических 
параметров 
среды: 

температурно-энергетических 
(тепловое 
или 

термальное), 
волновых 
(световое, 
шумовое, 

электромагнитное)

2
3.1. Тепловое 

(термальное)

Повышение температуры среды, главным образом в 

связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, 

отходящих газов и воды; может возникать и как 

вторичный результат изменения химического состава 

среды

3.2. Световое
Нарушение естественной освещенности местности в 

результате действия искусственных источников света; 

может приводить к аномалиям в жизни растений и 

животных

3.3. Шумовое
Увеличение интенсивности шума сверх природного 

уровня; 
у 
человека 
приводит 
к 
повышению 

утомляемости, снижению умственной активности и при 

достижении 90-100 дБ к постепенной потере слуха

3.4. Электромагнитное
Изменение электромагнитных свойств среды (от линий 

электропередачи, 
радио 
и 
телевидения, 
работы 

некоторых промышленных установок и др.) приводит к 

глобальным и местным географическим аномалиям и 

изменениям в тонких биологических структурах

4. Радиационное
Превышение естественного уровня содержания в среде 

радиоактивных веществ

5. Биологическое
Проникание в экосистемы и технологические устройства 

видов 
животных 
и 
растений, 
чуждых 
данным 

сообществам и устройствам

5.1. Биотическое
Распространение 
определенных, 
как 
правило 

нежелательных с точки зрения людей, биогенных веществ 

(выделений, мертвых тел и др.) на территории, где они 

ранее не наблюдались

2

5.2.

Микробиологическое

а) Появление необычайно большого количества 

микроорганизмов, 
связанное 
с 
их 
массовым 

размножением на антропогенных субстратах или в 

средах, 
измененных 
в 
ходе 
хозяйственной 

деятельности человека;

б) 
Приобретение 
ранее 
безвредной 
формой 

микроорганизмов 
патогенных 
свойств 
или 

способности 
подавлять 
другие 
организмы 
в 

сообществах

Все перечисленные виды загрязнений взаимосвязаны, и каждый из них 
может явиться толчком для возникновения других видов загрязнения. В частности, химическое загрязнение атмосферы может способствовать повышению вирусной активности, а следовательно, биологическому загрязнению.
Существуют верхняя и нижняя критические границы параметров окружающей среды, достижение которых угрожает наступлением необратимых 
сдвигов в биологической системе и в ее отдельных звеньях. Некоторые вещества (например, большинство тяжелых металлов) в значительных количествах 
являются сильными ядами, а в малых дозах они необходимы, так как уменьшение их содержания в организме человека ниже критической величины вызывает тяжелые функциональные расстройства. Здоровью вредны как излишняя шумовая нагрузка, так и отсутствие звуков; то же можно сказать об электромагнитных полях, радиоактивном фоне, температурных нагрузках, оптических явлениях и прочих физических, а также биологических, информационных и других параметрах.
В соответствии с законом Российской Федерации об охране окружающей среды (2001 г.) под нормированием качества окружающей среды подразумевается деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий на нее. Закон нормирует загрязнение окружающей среды 
как разновидности неблагоприятных воздействий, исходя из предположения 
о существовании допустимых норм вредных воздействий на природу, гарантирующих экологическую безопасность населения, сохранение генофонда и 
обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности. 
Нормативы предельно допустимых воздействий обретают юридическую силу 
и становятся обязательными для применения на территории России с момента утверждения Госкомсанэпиднадзором и Министерством природы России.