Экология

ЭКОЛОГИЯ

Л.Л. НИКИФОРОВ

Рекомендовано УМО по образованию
в области технологии сырья и продуктов животного происхождения
для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 
19.03.03 «Продукты питания животного происхождения» 
для бакалавров по профилям: технология мяса и мясных продуктов; 
технология рыбы и рыбных продуктов; технология молока и молочных 
продуктов, а также по направлению 19.03.01 «Биотехнология» 
и направлению 15.03.02 «Технологические машины и оборудование»

Москва
ИНФРА-М
2019

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 502(075.8)
ББК 20.1я73
 
Н62

Никифоров Л.Л.
Н62  
Экология : учеб. пособие / Л.Л. Никифоров. — М. : ИНФРА-М, 
2019. — 204 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — www.dx.doi.org/ 
10.12737/10303.

ISBN 978-5-16-010377-8 (print)
ISBN 978-5-16-107411-4 (online)
В учебном пособии рассмотрены вопросы промышленной экологии, 
с которыми будущие инженеры будут сталкиваться в трудовой деятельности. Приведены общие сведения об охране окружающей природной среды, основные сведения из нормативных документов. Большое внимание 
уделено защите атмосферного воздуха от выбросов загрязняющих веществ, 
очистке производственных и поверхностных сточных вод, утилизации отходов. 
Соответствует требованиям Федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Предназначено для студентов технических специальностей пищевых 
вузов, также будет полезно инженерно-техническим работникам. 

УДК 502(075.8)
ББК 20.1я73

Утверждено Советом по издательской деятельности МГУПП 
в качестве учебного пособия

Р е ц е н з е н т ы:
Чернуха И.М., доктор технических наук, профессор, заместитель 
директора Всероссийского научно-исследовательского института 
мясной промышленности имени В.М. Горбатова;
Кондратьев П.В., заместитель начальника Департамента Росприроднадзора по Центральному федеральному округу

А в т о р:
Никифоров Л.Л., доктор технических наук, профессор кафедры 
«Экология и БЖД» Московского государственного университета пищевых производств

ISBN 978-5-16-010377-8 (print)
ISBN 978-5-16-107411-4 (online)
© Никифоров Л.Л., 2015

ВВЕДЕНИЕ

Учебная дисциплина «Экология» — обязательная дисциплина 

ФГОС первого уровня высшего профессионального образования 
(бакалавриата).

Основной целью образования по дисциплине «Экология» является 

формирование профессиональной культуры в области охраны окружающей среды, под которой понимается готовность и способность 
личности использовать в профессиональной деятельности приобретенную совокупность знаний, умений, навыков, характер мышления 
иценностные ориентации, при которых вопросы охраны окружающей 
природной среды рассматриваются в качестве приоритетных. 

Окружающий нас природный ландшафт представляет собой сложный взаимосвязанный комплекс, сложную взаимосвязанную систему. 
Вторгаясь в эту систему, человек и его хозяйственная деятельность 
оказывают определенное влияние на эту систему. Апоскольку человек 
есть составная часть природы, то особенно важно, чтобы эта деятельность человека (так называемый антропогенный фактор) не оказывала 
вредное, губительное воздействие на эту природную, очень сложную, 
гармоничную и взаимосвязанную систему. Наука, изучающая взаимоотношения организмов, популяций и видов, а также сообществ со 
средой обитания, и есть экология.

Охрана окружающей природной среды актуальна в связи с интенсификацией пищевых отраслей народного хозяйства. Комплекс мероприятий по защите природы от загрязнения выбросами предприятий включает несколько направлений: разработку законодательных 
инормативных документов; организацию обследования предприятий 
и выявление источников загрязнения; разработку технологии обезвреживания выбросов иоборудования для ее осуществления; повышение эффективности работы очистных сооружений; природоохранное 
образование и т.д. 

Основой системы использования природных ресурсов являются 

следующие положения;
• природа страны иее богатства являются общественным достоянием 

современного и будущего поколений;

• все виды природных ресурсов требуют рационального отношения;
• природные богатства следует использовать как можно полнее, сочетая комплексность, экономичность и дальновидность использования ресурсов с принципами воспроизводства и умножения 
восстановимых богатств природы;

• организация использования природных богатств должна основываться на последних достижениях науки и техники, регулироваться 
в плановом порядке и контролироваться государством.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать: 

виды и классификацию природных ресурсов; условия устойчивого 
состояния экосистем; основные источники и масштабы образования 
отходов производства; основные источники техногенного воздействия на окружающую среду; способы предотвращения и улавливания 
выбросов; методы очистки промышленных сточных вод; принципы 
работы аппаратов обезвреживания и очистки газовых выбросов и стоков производств; правовые основы, правила и нормы экологической 
безопасности; принципы и методы рационального природопользования, мониторинга окружающей среды, экологического контроля 
и экологического регулирования.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь: 

понимать проблемы устойчивого развития, обеспечения экологической безопасности и снижения рисков, связанных с деятельностью 
человека; анализировать ипрогнозировать экологические последствия 
различных видов производственной деятельности; анализировать причины возникновения экологических аварий и катастроф; выбирать 
методы, технологии иаппараты утилизации газовых выбросов, стоков, 
твердых отходов; определять экологическую пригодность выпускаемой 
продукции; оценивать состояние окружающей природной среды на 
производственном объекте.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих общекультурных компетенций:
• владеть культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей 
ее достижения;

• уметь использовать нормативные правовые документы в своей 

деятельности;

• использовать основные положения и методы социальных, гуманитарных и экономических наук при решении социальных и профессиональных задач, способность анализировать социально значимые проблемы и процессы, 

а также профессиональных компетенций: 
• способностью обосновывать нормы расхода сырья и вспомогательных материалов при производстве продукции;

• готовностью осуществлять контроль над соблюдением экологической и биологической безопасности сырья и готовой продукции;

• готовностью осваивать новые виды технологического оборудования при изменении схем технологических процессов, осваивать 
новые приборы и новые методы исследования.

1.

ОРГАНИЗАЦИЯ 
ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

1.1.
БИОсфЕРА — сРЕДА ДЕЯтЕльНОстИ чЕлОВЕкА

В результате взаимодействия и взаимопроникновения живого 

и неживого на планете сформировалась новая оболочка — биосфера. 
Последняя сложилась как сфера распространения жизни ивзаимодействия ее с неживой природой. Все компоненты биосферы оказались 
тесно взаимосвязанными между собой ив настоящее время представляют неразрывное единство, целостную систему. 

В силу диалектического единства биосферы изменение одного ее 

компонента влечет неизбежно изменения других компонентов исистемы в целом. Так, изменение климата в сторону засушливости или 
увлажнения приводит к изменению почвенного покрова, растительности, животного мира. Единство биосферы проявляется и в сложности динамизма, характерной для всех ее компонентов. Динамизм 
олицетворяется в различного рода круговоротах вещества и энергии. 
Они могут иметь планетарные масштабы или ограничиваться территорией небольшой части земной поверхности. Наиболее широким по 
охвату является круговорот воды между сушей и океаном, благодаря 
которому все воды нашей планеты представляют единое целое. Так, 
в атмосферу поступают большие массы воды, испаряющейся с поверхности океана и суши, они переносятся воздушными течениями, 
конденсируются и выпадают на землю в виде осадков. Воды атмосферы, запас которых 14 000 км3, совершают круговорот 10 раз в год. 
Смена русловых вод всех рек земного шара, общий единовременный 
запас которых составляет 1200 кмЗ, происходит 30 раз в течение года.

Еще более сложным и столь же широким является биологический 

круговорот химических элементов. Этот круговорот складывается из 
образования живого вещества (из элементов атмосферы, гидросферы, 
горных пород) и последующих процессов разложения органических 
веществ, в ходе которых элементы снова переходят в минеральную 
форму. Основным источником энергии большого круговорота веществ, происходящего на Земле, является солнечная радиация.

В каждом компоненте биосферы происходят свои круговороты 

веществ, иногда протекающие в течение нескольких суток или даже 
минут. Круговорот веществ— не вполне обратимый замкнутый цикл. 
В результате каждого круговорота компоненты и биосфера в целом не 
возвращаются в прежнее состояние, а приобретают некоторые новые 
свойства.

Проявлением динамизма приповерхностной оболочки нашей планеты является также циркуляция атмосферы. В тесной связи с ней 
находится и перемещение водных масс Мирового океана. Значительные миграции в опpeделенных зонах Земли совершают перелетные 
птицы, морские и пресноводные животные, растения и т.д. Все эти 
явления показывают многообразие форм динамического единства 
и целостности приповерхностной оболочки Земли — биосферы. Без 
глубокого понимания биосферы как сложной равновесной системы 
нельзя понять всех происходящих вней изменений, невозможно определить характер и тенденции ее развития, а стало быть, невозможно 
целенаправленно организовать воздействие общества на природу 
в интересах нынешних и будущих поколений людей.

На определенном этапе эволюции биосферы появляется человек,

человеческое общество. Этот величайший скачок в развитии живого 
связан с трудом как специфической социальной функцией человека. 
Природа почти не дает человеку вготовом виде средств удовлетворения 
его потребностей. Он должен взять их уприроды путем преобразования 
ее вещества и энергии в удобные для себя формы. Всякий необходимый человеку продукт или предмет, который не встречается в природе 
в готовом виде, можно создать путем специальной целесообразной 
производительной деятельности, приспособив различные вещества 
природы к определенным человеческим потребностям. 

Биосфера — «сфера жизни» — оболочка Земли, включающая область распространения живого вещества и само это вещество. В нее 
входят: верхняя часть (до 3 км) литосферы, т.е. твердой оболочки 
Земли; гидросфера — совокупность всех вод Земли и нижняя часть 
атмосферы, т.е. газообразной оболочки Земли до озонового слоя (примерно 25 км).

Биосфера представляет собой сложную взаимосвязанную систему, вторгаясь в которую человек с его хозяйственной деятельностью 
оказывает на нее определенное влияние. А поскольку человек есть 
составная часть биосферы, то особенно важно, чтобы эта деятельность 
человека (так называемый антропогенный фактор) не оказывала вредное, губительное воздействие на эту очень сложную, гармоничную 
и взаимосвязанную систему. 

Человек и его хозяйственная деятельность не должны нарушать 

природное равновесие и ту гармонию, которая существует в мироздании. Количество биомассы на Земле должно быть величиной постоянной исовершать определенный круговорот. Истлевание органических 
веществ— часть векового цикла; сжигая же эти вещества, мы выводим 
их из оборота и нарушаем одно из звеньев экологической системы.

Природоохранная деятельность человека в настоящее время актуальна всвязи синтенсификацией работы пищевой промышленности. 
Комплекс мероприятий по защите окружающей природной среды от 

загрязнения выбросами пищевых предприятий включает несколько 
направлений: разработку законодательных и нормативных документов; организацию обследования предприятий и выявление источников загрязнения; разработку технологии обезвреживания выбросов 
и оборудования для ее осуществления; повышение эффективности 
работы очистных сооружений; природоохранное образование и т.д.

1.2.
ЭкОлОГИЯ И ЕЕ ОсНОВНЫЕ ЗАкОНЫ

Наука, изучающая взаимоотношения организмов, популяций ивидов, а также сообществ со средой обитания, называется экологией. 
Для удобства рассмотрения жизненных процессов в окружающей природой среде введено понятие «экологическая система» (экосистема). 
Экосистема — функциональное единство живых организмов и среды 
обитания. Слово «экология» было введено внауку немецким биологом 
Э. Геккелем в 1866 г. Экология это, по существу, наука о взаимосвязи живой и неживой природы. Как научная дисциплина экология 
утвердилась в1930­е гг. Экология— наука, соприкасающаяся стакими 
смежными науками, как биология, физиология, физика, химия. 

Промышленная экология— наука об эколого­экономических системах, т.е. о совокупностях систем, включающих в себя промышленное 
предприятие и другие объекты хозяйственной деятельности (транспорт, сельское хозяйство, гидротехнические сооружения, городское 
хозяйство) с территорией и всем комплексом живущих на этой территории организмов.

Иначе, понятие «промышленная экология» можно сформулировать 

так: промышленная экология — раздел экологии, изучающий закономерности формирования природно­промышленных комплексов 
и способы обеспечения их экологической безопасности.

 При оптимизации и управлении взаимодействиями в системе 

«человек — окружающая природная среда» необходимо руководствоваться законами, нарушение которых не позволяет достигнуть 
желаемого результата в природопользовании и охране окружающей 
природной среды.

Устойчивое развитие — сбалансированное решение социальноэкономических задач и проблем сохранения окружающей среды 
в целях удовлетворения нужд сегодняшнего поколения людей без 
ущерба способности будущих поколений удовлетворять свои потребности.

Закон константности (В.И. Вернадского). Количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. 
Согласно закону константности любое изменение количества живого 
вещества в одном из регионов биосферы неминуемо влечет за собой 
такую же по размеру его перемену вкаком­либо регионе, но собратным 

знаком. Полярные изменения могут быть использованы в процессах 
управления природой, но следует учитывать, что не всегда происходит адекватная замена. Обычно высокоразвитые виды и экосистемы 
вытесняются другими, стоящими на относительно эволюционно (для 
экосистем — сукцессионно) более низком уровне (и крупные организмы — более мелкими), а полезные для человека формы — менее 
полезными, нейтральными или даже вредными. 

Правило (закон) одного процента. Изменение энергетики природной 

системы в пределах 1% (от немногих десятых до, как исключение, 
единиц процентов) выводит природную систему из равновесного (квазистационарного) состояния. Эмпирически правило одного процента 
подтверждается исследованиями в области мировой климатологии 
идругих геофизических, а также биофизических процессов. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, 
извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза и т.п.), как 
правило, имеют суммарную энергию, не превышающую 1% энергии 
солнечного излучения, падающего на поверхность нашей планеты. Переход энергетики процесса за это значение обычно приводит 
к существенным аномалиям — резким климатическим отклонениям, 
переменам в характере растительности, крупным лесным и степным 
пожарам. 

Закон развития природной системы за счет окружающей ее среды.

Любая природная система может развиваться только за счет использования материально­энергетических иинформационных возможностей окружающей ее среды. Абсолютно изолированное саморазвитие 
невозможно. Закон есть следствие начал термодинамики. Он имеет 
чрезвычайно важное теоретическое и практическое значение благодаря основным своим следствиям.

1. Абсолютно безотходное производство невозможно.
2. Любая более высокоорганизованная биотическая система (например, вид живого), используя ивидоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу для более низкоорганизованных систем 
(благодаря этому вземной биосфере невозможно повторное зарождение жизни — она будет уничтожена существующими организмами).

3. Биосфера Земли как система развивается не только за счет ресурсов планеты, но опосредованно за счет и под управляющим воздействием космических систем (прежде всего Солнечной).

Закон ограниченности природных ресурсов. Все природные ресурсы 

(и условия) Земли конечны. Закон основан на том, что, поскольку 
планета представляет собой естественно ограниченное целое, на ней 
не могут существовать бесконечные части. Следовательно, категория 
«неисчерпаемых» природных ресурсов возникла по недоразумению. 
К этим ресурсам относят, например, энергетические, полагая, что 
солнечная энергия дает практически неисчерпаемый источник полу

чения полезной энергии. Ошибка состоит в том, что не учитываются 
ограничения, накладываемые самой энергетикой биосферы, антропогенное изменение которой сверх допустимого предела по правилу 
одного процента чревато серьезными последствиями. Искусственное 
привнесение энергии в биосферу в наше время достигло уже значений, близких к предельным (отличающихся от них не более чем на 
один математический порядок — в 10 раз).

Закон падения природно-ресурсного потенциала. В рамках одной 

общественно­экономической формации и одного типа технологий 
природные ресурсы становятся все менее доступными и требуют увеличения затрат труда и энергии на их извлечение и транспортировку. 
Примерами могут служить минеральные богатства, истощающиеся 
в густонаселенных и комфортных областях планеты, добываемые из 
все более глубоких пластов, сельскохозяйственное производство, куда 
вкладывается относительно большое количество (до 20% производимой) энергии, гидрогеологическое хозяйство, страдающее от все более 
глубокого залегания (истощения) подземных вод и т.д.

На эффективность освоения ресурсов постоянно воздействуют два 

взаимно погашающих фактора. Содной стороны, снижающий: например, ухудшение горно­геологических ипрочих условий— повышение 
капиталоемкости добычи— увеличение фондоемкости— уменьшение 
национального дохода на единицу фондов; с другой — повышающий: 
внедрение впроизводство достижений НТП— интенсификация производства и рационализация использования природных ресурсов — 
повышение производительности труда.

Закон растущего плодородия (закономерность растущей урожайности 

полей). Агротехнические и другие прогрессивные приемы ведения 
сельского хозяйства, появляющиеся в практике земледелия, ведут 
к росту урожайности полей. При любых ограничениях в энергетике, 
вещественном составе иинформации природных систем рост урожайности в рамках существующих технологий прекращается ичеловечество переходит кновым агроприемам, вновь снимающим ограничения 
и дающим возможность дальнейшего повышения урожайности. При 
этом резко возрастает количество используемой энергии.

Закон снижения энергетической эффективности природопользования.

С ходом исторического времени при получении из природных систем полезной продукции на ее единицу в среднем затрачивается все 
больше энергии. Увеличиваются иэнергетические расходы на одного 
человека. Расход энергии на одного человека (в ккал/сут) вкаменном 
веке был порядка 4 тыс., в аграрном обществе — 12 тыс., в развитых 
индустриальных странах конца ХХ в. — 250 тыс. В течение ХХ в. количество энергии, затрачиваемое на одну единицу сельскохозяйственной 
продукции, в развитых странах мира возросло в 8–10 раз, на одну 
единицу промышленной продукции — в 10–12 раз. Общая энерге

тическая эффективность сельскохозяйственного производства (соотношение вкладываемой и получаемой с готовой продукцией энергии) в промышленно развитых странах примерно в 30 раз ниже, чем 
при примитивном земледелии. Рост энергетических затрат не может 
продолжаться бесконечно, вследствие чего неизбежен переход на новые, энергосберегающие технологии промышленного исельскохозяйственного производства, избежав тем самым термодинамического 
(теплового) и экологического кризисов.

Закон соответствия между уровнем развития производительных сил 

и природно-ресурсным потенциалом. Развитие производительных сил 
происходит относительно постепенно до момента резкого истощения соответствующего природно­ресурсного потенциала, который 
характеризуется как экологический кризис. Кризис разрешается через революционное изменение производительных сил (техническая, 
промышленная революция).

Закон (закономерность) увеличения оборота вовлекаемых природных 

ресурсов. Висторическом процессе развития мирового хозяйства быстрота оборачиваемости вовлеченных природных ресурсов (вторичных, третичных ит.п.) непрерывно возрастает на фоне относительного 
уменьшения объемов их вовлечения в общественное производство 
(относительно темпов роста самого производства).

Закон указывает на увеличение интенсификации цикличности 

производства. В этом процессе требуется все больше энергии для ускорения оборачиваемости вовлеченных природных ресурсов, что служит одной из предпосылок действия закона падения энергетической 
эффективности природопользования.

Правило демографического насыщения. Вглобальной совокупности 

количество народонаселения всегда соответствует максимальной возможности поддержания его жизнедеятельности, включая все аспекты 
сложившихся потребностей человека (анатомо­физиологические или 
биологические, материальные, индивидуальные, этнические, информационные, социальные, общественные, эстетические, духовные 
и др.). По этой причине эколого­социальное давление на природу 
несколько иного рода чем «давление жизни» иных видов (правило 
максимального «давления жизни»), где организмы размножаются 
с интенсивностью, обеспечивающей максимально возможное их 
число.

По Дж. Уайнеру, оптимальная плотность населения — плотность, 

которая гарантирует уровень жизни, соответствующий технологии 
иресурсам данного сообщества, когда количество затрачиваемого труда 
таково, что и уменьшение, и увеличение его ведут к снижению прибыли. Вопросы оптимальной численности населения дискуссионны 
и совсем еще не проработаны. По данным антропологов, до развития 
земледелия и скотоводства на планете проживало 4–8 млн человек.