Промышленная экология

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 
 
 
 
 
 
Ю.В. ОСТРОВСКИЙ 
 
 
 
 
 
ПРОМЫШЛЕННАЯ 
ЭКОЛОГИЯ 
 
Утверждено Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2018 

УДК 502.175(075.8) 
         О-777 
 

Рецензенты: 

В.В. Ларичкин, д-р техн. наук, профессор 
В.И. Жуков, канд. техн. наук, доцент 
 
 
 
Работа подготовлена на кафедре химии и химической технологии 
 
 
 
Островский Ю.В. 
О-777   
Промышленная экология: учебное пособие / Ю.В. Островский. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018. – 91 с. 

ISBN 978-5-7782-3639-4 

Пособие является частью учебно-методического комплекса по 
дисциплине «Промышленная экология» и включает общие сведения 
по водообеспечению населенных пунктов и предприятий и краткие 
теоретические основы химических и физико-химических методов 
очистки промышленных сточных вод. В пособии освещены традиционные и новые прогрессивные подходы в области очистки водных 
стоков – реагентные, электрохимические и ионообменные, а также их 
аппаратурное оформление; приведены конкретные примеры решения 
экологических проблем. 
Пособие составлено в соответствии с ФГОС ВО и рабочей программой по дисциплине «Промышленная экология». Предназначено 
для студентов, обучающихся по направлениям 18.03.01 «Химическая 
технология» и 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в 
химической технологии, нефтехимии и биотехнологии». 
 
УДК 502.175(075.8) 
 
 
ISBN 978-5-7782-3639-4  
 
 
 
 
 
© Островский Ю.В., 2018 
© Новосибирский государственный 
    технический университет, 2018 

 

Г л а в а  1 

ВОДООБЕСПЕЧЕНИЕ НАСЕЛЕННЫХ  
ПУНКТОВ И ПРЕДПРИЯТИЙ 

1.1. ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 

Существуют подземные и поверхностные источники водоснабжения. 
К подземным источникам водоснабжения относятся подземные 
воды, образующиеся вследствие просачивания в землю атмосферных и 
поверхностных вод. Подземные воды могут быть безнапорными и 
напорными (артезианскими). 

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью 

и имеют свободную поверхность. Примером может служить вода в водоносных горизонтах, вскрытых колодцами, которая устанавливается в 
них на уровнях, совпадающих с уровнями подземных вод. Безнапорные подземные воды первого от поверхности водоносного горизонта 
называются грунтовыми. Грунтовые воды характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при использовании в целях водоснабжения их в большинстве случаев подвергают очистке. 

Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные горизонты 

полностью. Примером напорных вод может служить вода в водоносном горизонте, вскрытом с помощью колодцев. Артезианские воды, 
как правило, характеризуются высоким качеством и могут использоваться для хозяйственно-питьевых целей без очистки. 

В колодце, вскрывающем напорный водоносный горизонт, вода 

может подниматься выше поверхности земли, наблюдается излив воды 
из колодца. Такие колодцы называют самоизливающимися. Уровень 
воды, устанавливающийся в колодце при отсутствии водоразбора, 
называют статическим, а при откачке воды – динамическим. 

Безнапорные и напорные воды мoгyт выходить на дневную по
верхность (родники). Выход безнапорных вод называют нисходящим 
ключом, а выход напорных вод – восходящим ключом. Ключевая вода 
отличается высоким качеством и также может использоваться в целях 
водоснабжения без очистки. 

К поверхностным источникам водоснабжения относятся реки, 

водохранилища и озера. Морская вода может использоваться для промышленных целей, а при отсутствии пресной воды – и для хозяйственно-питьевых целей после опреснения. 

1.2. СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 

Система водоснабжения – это комплекс инженерных сооружений, 

предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, ее 
очистки, хранения и подачи к потребителям. 

Системы водоснабжения (водопроводы) классифицируют по ряду 

признаков. 

По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения разде
ляют на городские, поселковые, промышленные, сельскохозяйственные, железнодорожные и пр. 

По назначению системы водоснабжения подразделяют на хозяй
ственно-питьевые, предназначенные для подачи воды на хозяйственные и питьевые нужды населения и работников предприятий; производственные, снабжающие водой технологические цехи; противопожарные, обеспечивающие подачу воды для тушения пожаров. 

По способу подачи воды различают самотечные водопроводы 

(гравитационные) и водопроводы с механической подачей воды (с помощью насосов). 

По виду используемых природных источников различают водо
проводы, забирающие воду из поверхностных источников – рек, водохранилищ, озер, морей, и водопроводы, забирающие воду из подземных источников (артезианских, родниковых). Имеются также водопроводы смешанного питания. 

На основе технико-экономических расчетов часто устраивают объ
единенные системы водоснабжения: хозяйственно-противопожарные, 
производственно-противопожарные или производственно-хозяйственно-противопожарные. Так, в городах и поселках строят единый хозяйственно-противопожарный водопровод, на промышленных предприя

тиях, как правило, сооружают два раздельных водопровода – производственный и хозяйственно-противопожарный. 

Объединенный производственно-хозяйственно-противопожарный 

водопровод устанавливают тогда, когда для технологических нужд 
предприятия требуется небольшое количество воды питьевого качества. На некоторых промышленных предприятиях устраивают специальные противопожарные водопроводы. 

Системы водоснабжения могут обслуживать как один объект, 

например, город или промышленное предприятие, так и несколько 
объектов. В последнем случае эти системы называют групповыми. 

Систему водоснабжения, обслуживающую несколько крупных 

объектов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, 
называют районной системой водоснабжения или районным водопроводом. 

Небольшие системы водоснабжения, обслуживающие одно здание 

или небольшую группу компактно расположенных зданий из близлежащего источника, называют обычно местными системами водоснабжения. 

В случаях, когда отдельные части территории имеют значительную 

разницу в отметках, устраивают зонные системы водоснабжения. При 
таком рельефе местности в сети для высокорасположенных участков 
насосы должны поддерживать высокое давление, которое недопустимо 
в сети для низкорасположенных участков (обычно при шести-, восьмиэтажной застройке в сети поддерживается давление не более 0,6 МПа). 
В связи с этим водопроводную сеть разбивают на зоны, для каждой из 
которых устанавливают требуемый напор. 

1.3. СХЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 
 НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ И ПРЕДПРИЯТИЙ 

Схема водоснабжения населенного пункта зависит прежде всего от 

вида источника водоснабжения. 

Наиболее распространенной является схема водоснабжения насе
ленного пункта с забором воды из реки. Речная вода поступает в водозабор, из которого насосами станции I подается на очистные сооружения, затем поступает в резервуары чистой воды, откуда забирается 
насосами станции подъема II для подачи по водоводам и магистральным трубопроводам в водопроводную сеть, распределяющую воду по 
отдельным районам и кварталам населенного пункта. 

На территории населенного пункта (чаще на возвышенности) со
оружается водонапорная башня, которая, как и резервуары чистой воды, служит для хранения и аккумулирования запасов воды. 

Необходимость установки башни объясняется следующими обсто
ятельствами. Расход воды из водопроводной сети значительно колеблется в течение суток, в то время как подача воды насосами станции 
подъема II относительно равномерна. В те часы суток, когда насосы 
подают в сеть воды больше, чем ее расходуется, излишек поступает в 
водонапорную башню; в часы максимального расходования воды потребителями, когда расход, подаваемый насосами, недостаточен, вода 
поступает в водопровод дополнительно из водонапорной башни. 

Водоснабжение промышленных предприятий может быть прямо
точным, оборотным и с последовательным использованием воды. 

Схема прямоточного водоснабжения промышленного предприятия 

содержит насосную станцию, расположенную вблизи водозаборного 
сооружения. Вода для производственных целей подается в цехи по сети. Для хозяйственно-противопожарных нужд населенного пункта и 
предприятия насосная станция подает воду, предварительно очищенную на очистных сооружениях, в самостоятельную сеть. 

Нередко для производственных целей требуется подача воды раз
личного качества и под разными напорами. В этом случае устраивают 
две или несколько самостоятельных сетей. Воду, использованную в 
технологическом процессе, удаляют в канализационную сеть и после 
соответствующей очистки сбрасывают в водоем ниже по течению относительно объекта водоснабжения. На ряде промышленных предприятий (химических, нефтеперерабатывающих, металлургических, теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и пр.) воду применяют для охлаждения, 
поэтому она почти не загрязняется, а только нагревается. Такую производственную воду, как правило, используют вновь, предварительно 
охладив ее. 

Схема оборотного водоснабжения промышленного предприятия в 

дополнение к вышеуказанному содержит специальные сооружения, 
предназначенные для охлаждения воды (брызгательные бассейны или 
градирни). Охлажденную воду по самотечному трубопроводу возвращают на насосную станцию и по напорным трубопроводам направляют в цехи предприятия. При оборотном водоснабжении часть воды 
(3…5 % общего расхода) теряется. Для восполнения потерь воды в систему подают «свежую» воду по трубопроводу. 

Оборотное водоснабжение экономически выгодно, когда промыш
ленное предприятие расположено на значительном расстоянии от источника водоснабжения или на значительном возвышении по отношению к нему, так как в этих случаях при прямоточном водоснабжении 
будут большими затраты электроэнергии на подачу воды. Также выгодно устраивать оборотное водоснабжение, если расход воды в водоеме мал, а потребности в производственной воде велики. 

Схему водоснабжения с последовательным (или повторным) ис
пользованием воды применяют в тех случаях, когда воду, сбрасываемую после одного технологического цикла, можно использовать во 
втором, а иногда и в третьем технологическом цикле промышленного 
предприятия. 

Воду, использованную в нескольких циклах, затем удаляют в кана
лизационную сеть. Применение такой схемы водоснабжения экономически целесообразно, когда необходимо сократить расход свежей воды. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Г л а в а  2 

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД 

Вода играет решающую роль во многих процессах, протекающих в 
природе и в сфере обеспечения жизнедеятельности человека. В промышленности воду используют как сырье, источник энергии, хлад- 
агент, растворитель, среду для транспортировки сырья материала. 
Вследствие антропогенного воздействия природная вода загрязняется различными веществами, что приводит к ухудшению ее качеств, 
включая следующее: 
 уменьшение рН пресных вод в результате их загрязнения серными и азотными кислотами из атмосферы и, как следствие, увеличение 
содержания сульфатов (сульфитов), нитратов (нитритов); 
 увеличение содержания ионов Ca, Mg, Si из-за подмывания карбонатных пород; 
 увеличение ионов тяжелых металлов (свинца, кадмия, ртути, 
мышьяка, цинка, фосфатов, фторидов); 
 увеличение содержания солей в поверхностных и подземных водах из сточных вод; 
 увеличение органических составляющих (пестицидов, продуктов 
их распада, нефтепродуктов); 
 уменьшение содержания кислорода в природных водах; 
 уменьшение прозрачности из-за вирусов, бактерий, механических примесей; 
 опасности загрязнения радиоактивными отходами. 
Все вредные примеси, содержащиеся в сточных водах, подразделяются на водорастворимые и водонерастворимые (механические примеси). Те и другие условно подразделяются на органические и неорганические, утилизируемые и не утилизируемые. 

Необходимо уменьшать объем сточных вод и производить очистку 
водных стоков. 
Меры предотвращения загрязнений: 
 разработка и внедрение безводных технологических процессов; 
 усовершенствование существующих технологий; 
 разработка и внедрение современного оборудования; 
 внедрение аппаратов воздушного охлаждения; 
 повторное использование очищенных стоков в оборотных и 
замкнутых процессах. 
В производстве образуются следующие виды сточных вод: 
 бытовые; 
 атмосферные (ливневые); 
 промышленные; 
На сброс токсичных веществ в гидрографическую сеть существуют 
достаточно жесткие нормативы: 
 предельно допустимые концентрации (ПДК) на сброс в рыбохозяйственные водоемы; 
 предельно допустимые концентрации (ПДК) на сброс в городскую канализацию (культурно-бытовое использование); 
 ПДК на сброс в хвостохранилища (шламоотстойники) предприятий. 

Т а б л и ц а  2.1 

Предельно допустимые концентрации веществ в водных объектах 

№ 
п/п 
Анализируемые 
показатели 
ПДК 
(рыбхоз)* 
ПДК 
(культ.-быт.)** 

1 
Прозрачность, см 
– 
Не ниже 20 

2 
Взвешенные вещества, 
мг/л 
0,25 
0,75 мг/дм3 к фону 

3 
Сухой остаток, мг/л 
1000 
1000 

4 
рН 
6,5…8,5 
6,5…8,5 

5 
БПК5, мг О2/л 
2 
4 

6 
ХПК, мг О2/л 
15 
30 

7 
Раств. кислород О2, мг/л 
4 
Не менее 4 

8 
Хлориды Cl–, мг/л 
300 
350 

П р о д о л ж е н и е  т а б л .  2.1 

№ 
п/п 
Анализируемые 
показатели 
ПДК 
(рыбхоз)* 
ПДК 
(культ.-быт.)** 

9 
Сульфаты 
2
4
SO  , мг/л 
100 
500 

10 
Фосфаты, мг/л 
0,61 
 (по фосфат-иону) 
3,5 
 (по фосфат-иону) 

11 
Ион аммония 
4
NH , мг/л 
0,4  
(по азоту) 
1,5 
 (по азоту) 

12 
Нитрит-ион 
2
NO , мг/л 
0,02 
 (по азоту) 
1  
(по азоту) 

13 
Нитрат-ион 
3
NO , мг/л 
9  
(по азоту) 
10,16  
(по азоту) 

14 
Железо общее Fe, мг/л 
0,1 
0,3 

15 
Марганец Mn, мг/л 
0,01 
0,1 

16 
Медь Cu, мг/л 
0,001 
1 

17 
Цинк Zn, мг/л 
0,01 
1 

18 
Свинец Pb, мг/л 
0,006 
0,01 

19 
Хром Cr3+, мг/л 
0,07 
– 

20 
Хром Cr6+, мг/л 
0,02 
0,05 

21 
Хром общий Cr, мг/л 
– 
0,05 

22 
Алюминий Al, мг/л 
0,04 
0,2 

23 
Никель Ni, мг/л 
0,01 
0,02 

24 
Кадмий Cd, мг/л 
0,005 
0,001 

25 
Кобальт Co, мг/л 
0,01 
0,1 

26 
Сульфиды, мг/л 
0,005 
0,05 

27 
АПАВ, мг/л 
0,1 
0,5 

28 
Нефтепродукты, мг/л 
0,05 
0,3 

29 
Фенол, мг/л 
0,001 
0,001 

30 
Формальдегид, мг/л 
0,1 
0,05 

31 
Мышьяк, мг/л 
0,05 
0,01 

32 
Кальций, мг/л 
180 
- 

33 
Магний, мг/л 
40 
50 

34 
Калий, мг/л 
50 

35 
Селен, мг/л 
0,002 
0,01