Промышленная экология. Защита атмосферного воздуха

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
ПРОМЫШЛЕННАЯ
ЭКОЛОГИЯ 
ЗАЩИТА АТМОСФЕРНОГО
ВОЗДУХА 
Учебное пособие 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2022 

УДК 628.5(075) 
ББК 28.081я7 
П81 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
канд. географ. наук А. Т. Горшкова 
канд. техн. наук Л. Э. Осипова 
Составитель Надежда Викторовна Шильникова 
П81 
Промышленная экология. Защита атмосферного воздуха : учебное пособие / сост. Н. В. Шильникова; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. 
технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ
, 2022. – 92 с. 
ISBN 978-5-7882-3304-8 
Рассмотрены основные вопросы, термины, цели и задачи промышленной экологии, источники и виды техногенного воздействия на окружающую природную среду. Приведены методы 
очистки вредных выбросов в атмосферу, применяемые устройства, сооружения, технологические процессы. Представлены пути решения экологических проблем на примере производственных процессов и некоторые инновационные инженерные мероприятия по защите окружающей среды. 
Предназначено для студентов по профилю «Безопасность технологических процессов и 
производств», направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» и студентов механических и других специальностей. 
Подготовлено на кафедре промышленной безопасности. 
УДК 628.5(075) 
ББК 28.081я7 
Редактор А. Н. Егоров 
Подписано в печать 30.12.2022 
Формат 60´84 1/16 
Бумага офсетная 
Печать цифровая 
5,35 усл. печ. л. 
5,75 уч.-изд. л. 
Тираж 400 экз. 
Заказ 287/22 
Издательство Казанского национального исследовательского 
технологического университета 
Отпечатано в офсетной лаборатории Казанского национального 
исследовательского технологического университета 
420015, Казань, К. Маркса, 68 
ISBN 978-5-7882-3304-8 
© Шильникова Н. В., составление, 2022 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2022 

СОДЕРЖАНИЕ 
Введение 
........................................................................................................................................... 4 
Глава 1. Основные причины и источники антропогенного воздействия 
на окружающую среду ................................................................................................................ 7 
1.1. Причины негативного воздействия на окружающую среду 
............................ 8 
1.2. Классы опасности предприятий 
................................................................................ 
10 
1.3. Основные виды загрязнений 
...................................................................................... 
13 
1.4. Безотходные, малоотходные и ресурсосберегающие технологии ............. 
20 
Вопросы для самоконтроля 
................................................................................................. 
23 
Глава 2. Промышленные выбросы в атмосферу 
............................................................. 
25 
2.1. Классификации основных источников и видов газовых выбросов 
........... 
25 
2.2. Основные физико-химические свойства пылей. Параметры 
очищаемых газов .................................................................................................................... 
28 
Вопросы для самоконтроля 
............................................................................................. 
37 
Тестовые задания ................................................................................................................ 
38 
Глава 3. Методы очистки выбросов в атмосферу 
........................................................... 
41 
3.1. Классификация методов очистки ............................................................................. 
41 
3.2. Сухие методы очистки газов ...................................................................................... 
42 
3.3. Очистка газов от парообразных и газообразных примесей ......................... 
43 
Вопросы для самоконтроля 
............................................................................................. 
51 
Глава 4. Аппараты очистки выбросов в атмосферу ....................................................... 
53 
4.1. Аппараты для сухой механической очистки газов ............................................ 
53 
4.2. Фильтры для очистки газов 
......................................................................................... 
62 
4.3. Аппараты мокрой очистки газов 
............................................................................... 
72 
Вопросы для самоконтроля 
............................................................................................. 
81 
Тестовые задания ................................................................................................................ 
82 
Глава 5. Каталитическая и термическая очистка газовых выбросов 
...................... 
86 
5.1. Каталитическая очистка газовых выбросов 
......................................................... 
86 
5.2. Термическая очистка газовых выбросов ............................................................... 
89 
Вопросы для самоконтроля 
............................................................................................. 
91 
Список использованной литературы 
................................................................................... 
92 
3 

В В Е Д Е Н И Е
В результате длительной эксплуатации природных ресурсов и активной деятельности различных отраслей промышленности возникла 
необходимость в разумном управлении глобальным техногенезом. Это 
связано с множеством экологических проблем, одной из которых является загрязнение окружающей среды промышленными отходами. 
Для решения этой проблемы используются различные методы, технологии и производственное оборудование, специфика которого изучается 
в рамках дисциплины «Промышленная экология». 
Промышленная экология, понятие о которой возникло в начале 
80-х гг., исследует взаимосвязь промышленного производства и окружающей средой, а также виды негативного воздействия на ее компоненты (атмосферу, гидросферу, литосферу) и способы их защиты от
промышленных загрязнений.
Существует несколько определений понятия «промышленная 
экология». Н. Ф. Реймерс, В. Г. Калыгин и В. В. Денисов рассматривают 
ее как дисциплину, изучающую воздействие промышленности – от отдельных предприятий до техносферы – на природу, а также влияние 
условий природной среды на функционирование предприятий и их комплексов. Р. А. Степень и С. М. Репях определяют промышленную экологию как науку об эколого-экономических системах. А. А. Челноков 
и Л. Ф. Ющенко считают, что современная промышленная экология – 
это самостоятельная наука, изучающая влияние промышленной деятельности на биосферу и определяющая пути перехода техносферы 
в ноосферу без вреда для человеческой цивилизации. В. В. Снакин 
утверждает, что промышленная экология – это научное направление, 
предметом изучения которого является непосредственное отрицательное антропогенное воздействие хозяйственной деятельности на окружающую среду. Большинство специалистов согласны с определением 
В. А. Зайцева, согласно которому промышленная экология рассматривает (изучает) взаимосвязь (и взаимозависимость) материального, 
в первую очередь промышленного, производства, человека и других 
живых организмов. 
Предмет промышленной экологии – изучение способов снижения химических, физических, биологических и других видов загрязнений окружающей среды. 
4 

Основные направления промышленной экологии включают 
в себя все виды защиты окружающей природной среды: 
– очистку газовых выбросов;
– очистку производственных стоков;
– переработку и утилизацию промышленных отходов (твердых
и жидких); 
– переход на более экологически чистые источники энергии;
– снижение вредных выбросов транспортных средств.
Рациональное природопользование, которое позволяет удовлетворять потребности людей, должно сопровождаться комплексной защитой компонентов природной среды. 
Службы Росгидромета провели оценку качества атмосферного 
воздуха по федеральным округам и отдельным субъектам Российской 
Федерации и выявили неблагоприятную тенденцию. Средняя за год 
концентрация одного или нескольких загрязняющих веществ в воздухе 
многократно превышает безопасный уровень – предельно допустимую 
концентрацию (ПДК). Загрязнение атмосферного воздуха оказывает 
одно из самых вредных воздействий на человека, способствуя росту заболеваемости и смертности населения. 
Увеличение масштабов и видов загрязнений окружающей природной среды промышленными объектами требует применения эффективных способов ее защиты. Для этого необходимо современное продуктивное оборудование для очистки промышленных загрязнений 
и квалифицированные специалисты. 
Цели изучения промышленной экологии: 
– формирование представления о теоретических основах дисциплины; 
– изучение основных источников и видов загрязнителей окружающей среды; 
– изучение инженерных методов и средств защиты атмосферы,
гидросферы и литосферы от техногенных воздействий; 
– усвоение теоретических знаний и практических умений и навыков, необходимых для выбора и расчета систем защиты окружающей 
среды. 
Основные задачи промышленной экологии: 
– изучение системы понятий, основных проблем, принципов
и методических приемов промышленной экологии; 
5 

– определение и ранжирование отраслей промышленности по
степени загрязнения и источникам загрязнения окружающей среды; 
– своевременное выявление и корректировка конкретных технологических процессов, отрицательно влияющих на природные и антропогенные системы; 
– поиск путей снижения вредных выбросов промышленными источниками, основные концепции экологически безопасных производств; 
– непрерывность и преемственность экологического образования
на стадиях профессиональной подготовки. 
Главная задача промышленной экологии – снизить загрязнение 
окружающей среды путем модернизации производственных процессов. 
Поиск путей рационального использования природных ресурсов позволит предотвратить их излишнее потребление и последующее образование загрязнителей биосферы. В этой связи выделяется важность законодательного регулирования в сфере нормирования промышленных загрязнений. 
В целом, адекватная реализация задач промышленной экологии 
имеет огромное значение в сфере практического применения. 

Гл а в а  1 . О С Н О В Н Ы Е  П Р И Ч И Н Ы  И  И СТО Ч Н И К И
А Н Т Р О П О Г Е Н Н О Г О  В О З Д Е Й СТ В И Я  
Н А  О К Р У Ж А Ю ЩУ Ю  С Р Е ДУ  
Активное развитие науки, промышленности, энергетики, сельского хозяйства и других отраслей сопровождается быстрым ростом 
различного воздействия на окружающую среду, что приводит к негативным последствиям для экосистем. Одной из основных проблем является загрязнение, поэтому защита окружающей среды становится важнейшей задачей человечества. 
Загрязнение окружающей среды – это любое внесение в экологическую систему несвойственных ей живых или неживых компонентов, 
физических или структурных изменений, которые нарушают круговорот веществ, потоки энергии и информации и приводят к снижению 
продуктивности системы или ее гибели. 
Деятельность человека является причиной антропогенного загрязнения окружающей среды. В результате этой деятельности биосфера изменяется или деградирует, происходит ее разрушение из-за несбалансированности биохимических процессов. Техногенная нагрузка 
негативно влияет на фауну и флору. Качество атмосферы, поверхностных водоемов, подземных вод и почвенного покрова ухудшается. Различные источники загрязняющих веществ могут выделять одинаковые 
по составу и характеру вредные вещества. 
В некоторых регионах, особенно в крупных промышленных центрах, уровни загрязнения окружающей среды значительно превышают 
допустимые санитарные нормы. 
В отличие от естественного загрязнения окружающей среды (извержения вулканов, лесные и степные пожары, ветровая эрозия, пыльные бури, космическая пыль и т. п.), которое происходит периодически, антропогенное загрязнение является постоянным негативным 
фактором. 
Снижение антропогенной нагрузки на окружающую среду возможно только при системном подходе, который предполагает комплексное решение экологических проблем во всех сферах материального производства. 
7 

1.1. Причины негативного воздействия на окружающую среду 
Основные причины загрязнения окружающей среды включают: 
– использование преимущественно внутренних по отношению
к биосфере источников энергии (органическое топливо); 
– применение любых нерациональных хозяйственных циклов;
– использование синтетических веществ;
– выделение вредных и токсичных веществ, превышающих их
предельно допустимые концентрации (ПДК). 
На степень загрязнения природной среды влияют техногенные 
системы с высоким уровнем экологического риска. 
Техногенная система – это совокупность объектов хозяйственной 
деятельности человека различного назначения: промышленные объекты, транспортные магистрали, буровые скважины, сельскохозяйственные комплексы и др. 
К числу опасных отраслей промышленности относятся химическая, нефтехимическая, электроэнергетика, нефтеперерабатывающая 
и добывающая отрасли, машиностроение, приборостроение. 
Негативное воздействие на окружающую среду оказывают следующие отрасли: угольная, газовая, лесная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная, легкая, пищевая, сельское хозяйство, а также жилищно-коммунальное хозяйство, транспорт и металлургия. 
Черная и цветная металлургия считаются лидерами по выбросам 
вредных веществ. Их доля составляет примерно 40 % общероссийских 
валовых выбросов вредных веществ, из которых по твердым веществам – до 26 %, а по газообразным – до 34 %. 
Если в регионах или городах работают предприятия черной металлургии, они являются основными загрязнителями этих территорий. 
Выбросы пыли в расчете на 1 тонну полученного чугуна составляют 
4,5 кг, сернистого газа – 2,7 кг, марганца – от 0,6 до 0,1 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу выбрасываются соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, а также пары ртути, цианистый водород и смолистые вещества. Кроме того, предприятия черной металлургии сбрасывают до 12 % загрязненных сточных вод, что составляет более четверти 
всех токсичных отходов отечественной промышленности. 
При работе обогатительных фабрик, тепловых электростанций 
(ТЭС), сажевых, магнезитовых и цементных заводов выброс пыли 
8 

измеряется миллионами тонн в год. Сжигание каменного угля дает 
93,6 млн тонн пыли, производство цемента – 53,37 млн тонн. 
Загрязнение окружающей среды напрямую связано с развитием 
химического производства. Химическое загрязнение биосферы происходит из различных источников, разными способами и веществами. Такое воздействие является наиболее токсичным, быстрым и далеко распространяющимся в окружающей среде. 
Учитывая потенциальные возможности загрязнения биосферы, 
предприятия разделяют на три группы: 
– с преобладанием химических технологических процессов;
– механических технологических процессов;
– предприятия, где осуществляется добыча и химическая переработка сырья. 
Каждое промышленное предприятие использует для своей деятельности сырье и природные ресурсы, а возвращает в окружающую 
природную среду отходы производственных процессов (рис. 1.1). 
Рис. 1.1. Загрязнение промышленным предприятием природной среды 
9 

1.2. Классы опасности предприятий 
Критерии отнесения объектов к различным категориям риска 
определяются исходя из установленных законодательством в области 
охраны окружающей среды категорий объектов, оказывающих на нее 
негативное воздействие. Для установления целесообразности и приоритетности разработки нормативов предельно допустимых выбросов 
(ПДВ) рассчитывают категорию опасности предприятий (КОП). 
Категория опасности присваивается предприятию в зависимости от массы и вида загрязняющих веществ (ЗВ), выбрасываемых в атмосферу, по коэффициенту КОП, который определяют по формуле: 
#
"!
 
КОП = % & 𝑀!
)
,
ПДК!
!$%
где n – количество загрязняющих веществ, выбрасываемых предприятием; Мi – масса годового выброса i-го вещества, т/год; ПДКi – среднесуточная ПДК i-го вещества, мг/м³; αi – безразмерный коэффициент, 
позволяющий привести степень вредности i-го вещества к вредности 
диоксида серы, т. е. αi – коэффициент, зависящий от класса опасности 
данного вещества: 
Класс опасности веществ по ГОСТ 12.1.007-76 
1 
2 
3 
4 
Коэффициент αi 
1,7 
1,3 
1,0 
0,9 
&!
Среднесуточная концентрация (ПДКсс) – это средняя из числа 
концентраций, выявленных в течение суток, или отбираемая непрерывно в течение 24 часов. 
Значения КОП рассчитываются при условии, когда 
ПДК! > 1. При
&!
ПДК! < 1 КОП не рассчитывают, а приравнивают к нулю. 
При отсутствии среднесуточных значений ПДК для расчета КОП 
могут использоваться значения максимальных разовых ПДК либо 
уменьшенные в 10 раз значения ПДК воздуха рабочей зоны. 
10