Технология защиты окружающей среды (теоретические основы)

ТЕХНОЛОГИЯ ЗАЩИТЫ 
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

(ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ)

Москва

ИНФРА-М

2022

А.Г. ВЕТОШКИН
К.Р. ТАРАНЦЕВА

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Допущено

Учебно-методическим объединением вузов

по университетскому политехническому образованию 

в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся 

по направлению 20.03.01 «Техносферная безопасность»

Под редакцией А.Г. Ветошкина

УДК 502(075.8)
ББК 26.23я73
 
В39

© Ветошкин А.Г., 
 
Таранцева К.Р., 2015

В39

Рецензенты:

Л.М. Хурнова — канд. биол. наук, доц., руководитель Пензенского 

филиала НОУ ВПО «Академия МНЭПУ»;

П.П. Кукин – канд. техн. наук, 

профессор РГТУ им. К.Э. Циолковского (МАТИ)

Ветошкин А.Г., Таранцева К.Р.
Технология защиты окружающей среды (теоретические основы): 

учебное пособие / Под ред. А.Г. Ветошкина. — Москва :  ИНФРА-М, 
2022. — 362 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).— DOI 
10.12737/7201.

ISBN 978-5-16-009259-1 (print)

ISBN 978-5-16-102442-3 (online)

Рассмотрены основные направления инженерной защиты окружа
ющей 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. 

Для студентов, обучающихся по профилю подготовки «Инженер
ная защита окружающей среды» направления подготовки 20.03.01 
(280700) «Техносферная безопасность», а также в качестве дополнительной литературы по дисциплине «Экология» для студентов других 
направлений подготовки.

ББК 26.23я73

ISBN 978-5-16-009259-1 (print)

ISBN 978-5-16-102442-3 (online)

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ВВЕДЕНИЕ

Развитие цивилизации и современный научно-технический про
гресс (НТП) непосредственным образом связаны с природопользованием, т. е. с глобальным использованием природных ресурсов.

Природопользование — отрасль материального производства и на
ука, 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 охране окружающей среды.

Технология защиты окружающей 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 (теоретичес
кие 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, ле
жащих в основе очистки отходящих газов, сточных вод и утилизации твердых отходов;

• приобретение практических навыков расчета параметров физико
химических процессов очистки промышленных выбросов в атмосферу и стоков в гидросферу.

Место курса «Технология защиты окружающей среды (теорети
ческие основы)» в профессиональной подготовке бакалавра по профилю «Инженерная защита окружающей среды» 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 «Техника защиты окружающей среды», «Промышленная экология», при изучении которых применяются знания курсов «Физика», «Химия», «Гидравлика и теплотехника». В основе этих 
курсов 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 и основные физико-химические процессы, лежащие в основе утилизации твердых промышленных отходов;

• уметь объяснить с научной точки зрения явления, процессы, про
текающие при очистке газовых выбросов в атмосфере, сточных 
вод в гидросфере, при переработке и утилизации твердых отходов 
в литосфере; правильно выбрать метод и способ очистки атмосферы, гидросферы, защиты литосферы при сбросе и захоронении 
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.

1. Характеристика загрязнений окружающей среды и основные 

методы ее защиты.

2. Очистка воздуха от аэрозольных примесей.
3. Очистка газовых выбросов.
4. Рассеивание выбросов в атмосфере.
5. Защита гидросферы.
6. Защита литосферы от отходов.
7. Защита окружающей среды от энергетических воздействий.
В результате изучения этих разделов выясняется место и роль дан
ной 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 сущ

ности 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 
понимают совокупность естественных и измененных природных условий обитания человека и производственной деятельности общества.

В процессе бытовой и производственной деятельности человечес
кое 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 НТП и необходимостью решения возникающих социально-экономических задач.

Геохимическое воздействие человека на природу определяется 

тремя обстоятельствами:
• синтезом множества (более миллиона) веществ, отсутствующих 

в естественных условиях и обладающих качествами, не свойственными природным соединениям;

• 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, нефтеперерабатывающих и других заводов, автомобильного и авиационного транспорта;

• интенсификацией производства сельскохозяйственной продук
ции, 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 ускоря
ющимися 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 меро

приятий, 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 антропоген
ное 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 других изделий, 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 загрязне
ния», 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, данные о которых  приведены 
в табл. В.1.

В современных условиях общественное воспроизводство требует 

вовлечения в хозяйственный оборот больших объемов сырья и энергии. В России, например, до 1990 г. 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 1,0…1,5% от массы вещества, поступившего на переработку.

В связи с этим в дальнейшем необходимо внедрение технологи
ческих процессов, дающих минимальные выбросы, при которых 
самоочищающая способность природы в достаточной степени будет 
препятствовать возникновению необратимых экологических изменений.

Под безотходной технологией понимается идеальная модель произ
водства, 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 — 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.

Малоотходная технология представляет собой промежуточную 

ступень безотходной и отличается от нее тем, что обеспечивает получение готового продукта с отходами, не полностью утилизируемыми. Отходы представляют собой побочные продукты промышленного производства, выделяющиеся в процессе производства основных 
видов продукции и характеризующиеся определенными физикохимическими свойствами. Отходы производства и потребления, пригодные для переработки в товарную продукцию, относятся к вторичным материальным ресурсам.

Т а б л и ц а  В . 1

Образование токсичных промышленных отходов

Страна
млн т/г
кг/год/чел.

ФРГ
5,0…10,0
80…160

Финляндия
0,4
80…100

Франция
2,0…17,0
40…140

Нидерланды
1,0..2,0
70…100

Великобритания
4,0…7,0
70…120

США
57
250…300

Раздел 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ 

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ  
И ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ  
ЕЕ ЗАЩИТЫ

1.1. Показатели качества окружающей среды

Загрязнением окружающей среды можно назвать изменение качес
тва среды, способное вызвать отрицательные последствия. Считается, что одинаковые агенты оказывают 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 промышленным предприятием, хотя последняя может быть более токсичной в силу своего сложного состава.

Классифиция загрязнений приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Классификация видов загрязнений окружающей среды

Загрязнение
Характеристика

Механическое
Засорение среды агентами, оказывающими лишь механическое воздействие без химико-физических последствий

Химическое
Изменение химических свойств среды, оказывающих 
отрицательное воздействие на экосистемы и технологические устройства

Физическое:

тепловое  
(термальное)

Повышение температуры среды в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящими 
газами и водой. Может возникать и как вторичный 
результат изменения химического состава среды

световое
Нарушение естественной освещенности местности в 
результате действия искусственных источников света. 
Может приводить к аномалиям в жизни растений и 
животных

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

Загрязнение
Характеристика

электромагнитное
Изменение электромагнитных свойств среды (линии 
электропередачи, радио и телевидение, работа некоторых промышленных установок и др.) приводит к 
глобальным и местным географическим аномалиям и 
изменениям в тонких биологических структурах

Радиационное
Превышение естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ

Биологическое:
Проникание в экосистемы и технологические устройства видов животных и растений, не свойственных 
данным сообществам и устройствам

биотическое
Распространение определенных, как правило нежелательных, биогенных веществ (выделений, мертвых 
тел и др.) на территории, где они ранее не наблюдались

микробиологическое

Появление необычайно большого количества микроорганизмов, связанное с их массовым размножением 
на антропогенных субстратах или в средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека;
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 и, следовательно, 
биологическому загрязнению.

Существуют верхняя и нижняя критические границы параметров 

окружающей среды, достижение которых угрожает наступлением 
необратимых сдвигов в биологической системе и ее отдельных звеньях. Некоторые вещества (например, большинство тяжелых металлов) в значительном количестве являются сильными ядами, а в малых дозах они необходимы, так как уменьшение их содержания в 
организме человека ниже критического значения 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.

Основная задача защиты окружающей среды — защита природ
ной среды от отходов и рациональное исполь зование ее ресурсов. 
В соответствии с Законом Российской Федерации «Об охране окру
Окончание табл. 1.1

жающей среды» под нормированием качества окружающей среды 
подразумевается деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий на нее. Закон нормирует загрязнение 
окружающей среды как разновидность 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 Минздравом России и Минприроды России.

Нормативы в области охраны окружающей среды — это установ
ленные нормативы качества окружающей среды и нормативы допустимого воздействия на нее, при соблюдении которых обеспечивается устойчивое функционирование естественных экологических систем и сохраняется биологическое разнообразие.

Нормативы качества окружающей среды — нормативы, которые 

установлены в соответствии с физическими, химическими, биологическими и иными показателями для оценки состояния окружающей среды и при соблюдении которых обеспечивается благоприятная окружающая среда.

В научно-технической литературе для показателей качества окру
жающей среды используют термин «индекс качества среды» (лучшему качеству соответствует больший индекс) и термин «индекс загрязнения среды» (большему загрязнению соответствует больший индекс). 
Можно считать, что индекс качества равен 1/индекс загрязнения.

Для оценки загрязнения окружающей среды используют следу
ющие нормативы:
• предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ, 

в том числе радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов — 
нормативы, которые установлены в соответствии с показателями 
предельно допустимого содержания химических веществ, в том 
числе радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов в окружающей среде и несоблюдение которых может привести к загрязнению окружающей среды, деградации естественных экологических систем;

• допустимые физические воздействия — нормативы, которые уста
новлены в соответствии с уровнями допустимого воздействия 
физических факторов на окружающую среду и при соблюдении 
которых обеспечиваются нормативы качества окружающей среды.
Критериями качества окружающей среды в настоящее время слу
жат ПДК, являющиеся гигиеническими нормами. В СССР были научно обоснованы и установлены гигиенические нормативы более чем