Экологическая безопасность

Н.И. АКИНИН

2019

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ 
БЕЗОПАСНОСТЬ

ПРИНЦИПЫ, ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ, 
НОРМАТИВНО-ПРАВОВАЯ БАЗА

Третье, переработанное и дополненное издание

Допущено Федеральным учебно-методическим объединением 
по УГСМ 18.00.00 “Химические технологии” в качестве учебного 
пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению 
подготовки “Энерго- и ресурсосберегающие процессы 
в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии”

© 2018, Í.È. Àêèíèí
© 2019, ÎÎÎ Èçäàòåëüñêèé Äîì
«Èíòåëëåêò», îðèãèíàë-ìàêåò,
îôîðìëåíèå

ISBN 978-5-91559-262-8

Ðåöåíçåíòû:
Äîêòîð òåõíè÷åñêèõ íàóê,
ïðîôåññîð ÐÕÒÓ èì. Ä.È. Ìåíäåëååâà
À.Â. Ìàëêîâ

Äîêòîð ýêîíîìè÷åñêèõ íàóê, ïðîôåññîð ÐÃÃÓ
Â.À. Óìíîâ

ÓÄÊ 504.064.4 (075)
ÁÁÊ 28.081
À39

ÓÄÊ 504.064.4 (075)
ÁÁÊ 28.081

Í.È. Àêèíèí
Ýêîëîãè÷åñêàÿ áåçîïàñíîñòü. Ïðèíöèïû, òåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ, íîðìàòèâíî-ïðàâîâàÿ áàçà: Ó÷åáíîå ïîñîáèå / Í.È. Àêèíèí – 3-å èçä. ïåðåðàá. è äîï. – Äîëãîïðóäíûé: Èçäàòåëüñêèé

Äîì «Èíòåëëåêò», 2019. – 288 ñ.

ISBN 978-5-91559-262-8

 ðàçäåëàõ ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ, ïîñâÿùåííîãî âîïðîñàì îáåñïå÷åíèÿ
ýêîëîãè÷åñêîé áåçîïàñíîñòè, ïîäðîáíî ðàññìàòðèâàþòñÿ èñòî÷íèêè è
ìàñøòàáû çàãðÿçíåíèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû. Îñîáîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ
ïðåäïðèÿòèÿì õèìè÷åñêîé è íåôòåõèìè÷åñêîé îòðàñëåé ïðîìûøëåííîñòè, à òàêæå îöåíêå îáóñëîâëåííûõ èõ äåÿòåëüíîñòüþ ìåñòíûõ è ðåãèîíàëüíûõ ýêîëîãè÷åñêèõ ïðîáëåì.  ïîñîáèè îáñóæäàþòñÿ òàêæå
âîïðîñû íîðìàòèâíî-ïðàâîâîãî îáåñïå÷åíèÿ îõðàíû îêðóæàþùåé ñðåäû, îðãàíèçàöèîííûå, òåõíè÷åñêèå è ýêîíîìè÷åñêèå ìåòîäû çàùèòû
îêðóæàþùåé ñðåäû, îöåíêè ýêîëîãè÷åñêîãî ðèñêà, ýêîëîãè÷åñêîé ýêñïåðòèçû è ìîíèòîðèíãà.
 Ïîñîáèå àäðåñîâàíî ñòóäåíòàì, îáó÷àþùèìñÿ ïî íàïðàâëåíèÿì ïîäãîòîâêè 18.03.02, 18.04.02 “Ýíåðãî- è ðåñóðñîñáåðåãàþùèå ïðîöåññû â
õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè, íåôòåõèìèè è áèîòåõíîëîãèè” è 20.03.01,
20.04.01 “Òåõíîñôåðíàÿ áåçîïàñíîñòü”. Ó÷åáíîå ïîñîáèå ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ ïîäãîòîâêè áàêàëàâðîâ è ìàãèñòðîâ ïî íàïðàâëåíèþ
ïîäãîòîâêè 05.03.06, 05.04.06 “Ýêîëîãèÿ è ïðèðîäîïîëüçîâàíèå”.
 Ñîäåðæàíèå äàííîãî ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ îòâå÷àåò òðåáîâàíèÿì Ôåäåðàëüíûõ Ãîñóäàðñòâåííûõ îáðàçîâàòåëüíûõ ñòàíäàðòîâ âûñøåãî îáðàçîâàíèÿ óêðóïí¸ííîé ãðóïïû íàïðàâëåíèÿ ïîäãîòîâêè 20.00.00
“Òåõíîñôåðíàÿ áåçîïàñíîñòü è ïðèðîäîîáóñòðîéñòâî”.

À39

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7

Глава 1. Предмет, задачи и объекты промышленной экологии
9

1.1. Основные понятия и принципы экологии . . . . . . . . . . . . . .
9
1.2. Промышленная экология и другие области научного знания .
16
1.3. Природные ресурсы и их классификация . . . . . . . . . . . . . .
18
1.4. Источники загрязнения и загрязняющие окружающую среду
вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
1.5. Глобальные экологические проблемы . . . . . . . . . . . . . . . .
28
1.6. Концепция устойчивого развития . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
1.7. Воздействие основных видов экономической деятельности на
окружающую среду . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39
1.8. Анализ выбросов и сбросов вредных веществ в окружающую
природную среду . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57

Глава 2. Загрязнение атмосферы. Методы очистки газовых
выбросов предприятий и транспорта . . . . . . . . . . . . . . .
58
2.1. Источники загрязнения атмосферы и распространения загрязняющих веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
2.2. Строение и состав атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
2.3. Характеристика основных источников загрязнения атмосферы
и загрязняющих веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
2.4. Трансформация загрязняющих веществ в атмосфере — химические и фотохимические процессы . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
2.5. Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере . . . . . . . .
74
2.6. Влияние метеорологических параметров и рельефа местности
на рассеивание загрязняющих веществ . . . . . . . . . . . . . . .
76

Оглавление

2.7. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ с использованием математических моделей . . . . . . . . . . . . . . .
78
2.8. Нормирование качества воздуха в Российской Федерации . .
80
2.9. Предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ в
атмосферу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84
2.10. Методы очистки газовых выбросов предприятий и транспорта
86
2.11. Мероприятия по защите воздушного бассейна на промышленных предприятиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
2.11.1. Пылеулавливание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
2.11.2. Газоочистка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
100
2.11.3. Новые конструкции воздушных фильтров-пылегазоуловителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
108
2.12. Очистка газовых выбросов энергетических установок и двигателей внутреннего сгорания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
121
2.12.1. Основные экологические мероприятия в области
энергетики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
121
2.12.2. Мероприятия по снижению загрязнения атмосферного
воздуха автотранспортом . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
124
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
127

Глава 3. Загрязнение природных вод. Методы очистки
сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
128

3.1. Основные свойства воды и экологические проблемы гидросферы
128
3.2. Особенности загрязнения водных объектов углеводородами
нефти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
131
3.3. Нормирование качества воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
133
3.4. Характеристика сточных вод химических предприятий . . . .
138
3.5. Снижение и предотвращение воздействия сточных вод химических предприятий на водную среду . . . . . . . . . . . . . . . .
141
3.6. Методы очистки и обезвреживания производственных сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
147
3.6.1. Механические методы очистки . . . . . . . . . . . . . . . .
148
3.6.2. Физико-химические методы очистки . . . . . . . . . . . . .
154
3.6.3. Химические методы очистки . . . . . . . . . . . . . . . . . .
157
3.6.4. Электрохимические методы очистки . . . . . . . . . . . . .
170
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
187

Глава 4. Охрана недр и земель. Обращение c отходами . . . . .
188

4.1. Химическая промышленность как источник образования
отходов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
189
4.2. Нормирование вредных веществ в почве . . . . . . . . . . . . . .
191
4.3. Принципы обращения с отходами. Утилизация отходов . . . .
194

Оглавление
5

4.4. Методы переработки твердых отходов . . . . . . . . . . . . . . . .
197
4.5. Способы размещения твердых и жидких отходов на поверхности и в подземных горизонтах Земли . . . . . . . . . . . . . .
201
4.5.1. Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов . . . . . . . . . . . . . . . . . .
201
4.5.2. Способы размещения твердых и жидких отходов в подземных горизонтах земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
204
4.5.3. Использование промышленных отходов в качестве заполнителя при рекультивации карьеров. . . . . . . . . . .
206
4.5.4. Размещение радиоактивных отходов . . . . . . . . . . . . .
207
4.5.5. Требования безопасности при организации хранилищ .
208
4.6. Рекультивация промышленно-используемых земель . . . . . . .
209
4.7. Методы и средства снижения техногенного воздействия на
ландшафт и почву . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
211
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
211

Глава 5. Ресурсо- и энергоэффективность. Принципы
создания малоотходных производств . . . . . . . . . . . . . . .
212

5.1. Энерго- и ресурсоэффективность . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
212
5.1.1. Нормативы допустимых физических воздействий на
окружающую среду . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
212
5.1.2. Взаимосвязь энерго- и ресурсоэффективности . . . . . .
219
5.1.3. Принципиальные пути рационального использования
ресурсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
221
5.1.4. Наилучшие доступные технологии . . . . . . . . . . . . . .
225
5.2. Принципы создания малоотходных производств . . . . . . . . .
227
5.3. Экологический риск . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
230
5.3.1. Источники экологического риска и подходы к его оценке
231
5.3.2. Схема экологической оценки риска . . . . . . . . . . . . . .
232
5.3.3. Влияние неопределенности на процессы экологической
оценки риска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
234
5.3.4. Модели для расчета экологического риска . . . . . . . . .
237
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
242

Глава 6. Экологическое регулирование . . . . . . . . . . . . . . . . .
243

6.1. Оценка воздействия хозяйственной и иной деятельности на
окружающую среду . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
244
6.2. Экологический мониторинг . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
254
6.3. Экологический контроль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
261
6.4. Экологический аудит . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
263
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
267

Оглавление

Глава 7. Экономика природопользования . . . . . . . . . . . . . . .
269

7.1. Виды экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей природной среды. . . . . .
269
7.2. Базовые нормативы платы за выбросы, сбросы загрязняющих
веществ, размещение отходов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
273
7.3. Определение массы загрязняющих веществ, поступающих
в окружающую среду, корректировка размеров платежей
природопользователей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
276
7.4. Экологическое страхование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
281
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
285

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
286

ВВЕДЕНИЕ

В современном обществе вопросы обеспечения экологической
безопасности играют очень серьезную роль. Постоянно растет разнообразие производственных процессов, в технологические циклы
вовлекаются все новые и новые вещества. Задача возможно более
полного использования полезных компонентов природных ресурсов
становится актуальной и для инженеров-технологов, и для специалистов в области промышленной экологии и экологического управления. При этом развитие диалога между всеми заинтересованными сторонами, детальный учет всех угроз и выгод, неизменно сопровождающих производственную деятельность, предполагает информирование специалистов об особенностях проблем, стоящих перед коллегами, и способах их решения.
Поэтому в учебном пособии, описывающем основные принципы, подходы и технические решения промышленной экологии, достаточно подробно рассмотрены источники и масштабы загрязнения окружающей среды и деградации природных ресурсов. Особое
внимание уделено предприятиям химической и нефтехимической
отраслей промышленности, а также оценке обусловленных их деятельностью местных и региональных экологических проблем. В пособии обсуждаются также вопросы нормативно-правового обеспечения природоохранной деятельности, организационные, технические и экономические методы защиты окружающей среды. В связи с усилением внимания к современным рыночным инструментам
экологического регулирования в настоящее издание включены разделы, описывающие подходы, применяемые при оценке экологического риска, планировании и реализации программ экологического
мониторинга, проведении процедур оценки воздействия на окружающую среду и экологического аудита.

Введение

Каждая глава сопровождается списком литературы. Большинство
из рекомендованных студентам изданий было выпущено в недавнее
время и отражает современный взгляд на обсуждаемые проблемы,
тем не менее, есть ряд фундаментальных трудов, без которых трудно представить развитие промышленной экологии с 70-х гг. XX в.
до сегодняшнего дня.
Содержание учебного пособия «Промышленная экология: принципы, подходы, технические решения» отвечает требованиям Федеральных Государственных образовательных стандартов высшего образования укрупненной группы направления подготовки 20.00.00
«Техносферная безопасность и природообустройство». Пособие адресовано, прежде всего, студентам, обучающимся по направлениям
подготовки 18.03.02, 18.04.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» и
20.03.01, 20.04.01 «Техносферная безопасность». Учебное пособие
может быть использовано для подготовки бакалавров и магистров
по направлению подготовки 05.03.06, 05.04.06 «Экология и природопользование».
Необходимо отметить, что пособие построено таким образом,
что в нем изложены материалы, которые студенты могут использовать не только при изучении курса промышленной экологии, но и
при подготовке курсовых и выпускных квалификационных работ.
Ограниченный объем данного учебного пособия не позволяет
рассмотреть с достаточной полнотой весь комплекс вопросов обеспечения экологической безопасности.
Хочется отметить значительную помощь в подготовке учебного пособия к изданию А. Н. Шушпанова, аспиранта РХТУ им.
Д. И. Менделеева.
Автор будет крайне признателен коллегам за предложения, замечания и рекомендации, которые могут возникнуть в процессе
изучения данного пособия.

Г Л А В А
1

ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ И ОБЪЕКТЫ
ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ

1.1.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ ЭКОЛОГИИ

Термин «экология» (от греч. oikos — дом, жилище
и logos — наука) был предложен немецким естествоиспытателем
Эрнстом Геккелем почти полтора столетия назад (в 1866 г.). Широкое распространение это понятие получило позднее, в XX в. В буквальном смысле слова экология — это наука об организмах «у себя дома», наука об условиях существования живых организмов,
их взаимодействии между собой и со средой обитания, окружающей их.
Основная функциональная единица в экологии — экологическая система (экосистема). Экосистема — это природный комплекс (био — косная система), образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания (косной, например атмосфера,
или биокосной — почва, водоем и т.п.), связанными между собой
обменом вещества и энергии. Термин был предложен английским
геоботаником Артуром Тэнсли в 1935 г. Согласно его представлениям, экосистема есть целостное образование, включающее не только
организм, но и весь комплекс факторов среды в самом широком
смысле.
В течение второй половины XX в. экология развивалась как междисциплинарное системное научное направление. Возникнув на почве биологии, она включает в себя концепции и инструменты математики, физики, химии и других наук. В то же время, экология
имеет и гуманитарный оттенок, поскольку от поведения человека,
от системы принятия решений во многом зависит судьба биосферы,
а вместе с ней и человеческой цивилизации.

Глава 1. Предмет, задачи и объекты промышленной экологии

Промышленная экология — научное направление, предметом
которого является отрицательное воздействие хозяйственной деятельности человека на окружающую среду; основные разделы промышленной экологии включают мониторинг, регулирование, предотвращение и контроль воздействия на окружающую среду, как на
уровне отдельного производства, так и на территориальном уровне.
Основной функциональной единицей в промышленной экологии является эколого-экономическая система. Эколого-экономическая система рассматривается как совокупность взаимодействия
объектов деятельности человека (антропогенной деятельности) и
природы.
С тем чтобы понять особенности этого сложного взаимодействия, рассмотрим основные законы, в соответствии с которыми
функционируют экологические системы.
Экологические системы состоят из ряда основных материальноэнергетических компонентов — энергии, атмосферы, воды, почвы,
а также живых организмов. Экологические компоненты обеспечивают круговорот веществ. Живые организмы представлены автотрофами-продуцентами, гетеротрофами-консументами и редуцентами.
Продуценты — автотрофные (питающие себя сами) организмы, производящие органические вещества из неорганических составляющих. Продуценты служат первым звеном пищевой цепи и
экологической пирамиды. Типичные продуценты — зеленые растения, которые из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза
производят первичное органическое вещество и кислород.
Консументы — гетеротрофные организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые продуцентами, но в ходе потребления не доводящие разложение органических веществ
до простых минеральных составляющих. Кконсументам относятся
все животные, часть микроорганизмов, паразитические и насекомоядные растения. В экосистемах консументы играют роль управляющего звена. Различают консументы первого, второго и других
порядков.
Редуценты — гетеротрофные организмы, превращающие в ходе
жизнедеятельности органические остатки в неорганические вещества. Типичными редуцентами являются бактерии и грибы.
Продуценты, консументы и редуценты входят в состав трофической цепи (а точнее — сети) — цепи взаимосвязанных видов,
последовательно извлекающих органическое вещество и энергию
из исходного пищевого вещества. Каждое предыдущее звено цепи
питания является пищей для следующего звена. Пример пищевой
сети представлен на рис. 1.1.