Промышленная экология

ПРОМЫШЛЕННАЯ 
ЭКОЛОГИЯ

Л.Л. НИКИФОРОВ

2-е издание, переработанное и дополненное

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебного пособия для учебных заведений, 
реализующих программу среднего профессионального образования по укрупненной 
группе специальностей 19.02.00 «Промышленная экология и биотехнологии» 
(протокол № 6 от 06.04.2020) 

Москва
ИНФРА-М
2021

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 504(075.32)
ББК 20.1я723
 
Н62

Никифоров Л.Л.
Н62  
Промышленная экология : учебное пособие / Л.Л. Никифоров. — 
2-е изд., перераб. и доп. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 322 с. — (Среднее профессиональное образование). 

ISBN 978-5-16-016376-5

В учебном пособии рассмотрены вопросы промышленной экологии, 
с которыми будущие специалисты будут иметь дело в процессе своей 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.
Предназначено для студентов учреждений среднего профессионального 
и высшего образования, обучающихся по укрупненной группе специальностей и направлений 19.00.00 «Промышленная экология и биотехнологии».

УДК 504(075.32)
ББК 20.1я723

Р е ц е н з е н т ы:
И.М. Чернуха, доктор технических наук, профессор, заместитель 
директора Федерального научного центра пищевых систем имени 
В.М. Горбатова Российской академии наук;
П.В. Кондратьев, заместитель начальника Департамента Росприроднадзора по Центральному федеральному округу

ISBN 978-5-16-016376-5

© Никифоров Л.Л., 2015
© Никифоров Л.Л., 2020, 
с изменениями

Введение

Основной целью образования по дисциплине «Экология» является формирование профессиональной культуры охраны окружающей среды, под которой понимается готовность и способность 
личности использовать в профессиональной деятельности приобретенную совокупность знаний, умений, навыков, характер мышления 
и ценностные ориентации, при которых вопросы охраны окружающей природной среды рассматриваются в качестве приоритета.
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. А поскольку 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 интенсифи кацией пищевых отраслей народного хозяйства. Комплекс мероприятий по защите природы от загрязнения выбросами 
предприятий включает несколь ко направлений: разработка законодательных и нормативных документов; организация обследования 
предприятий и выявление источников загрязнения; разработка 
технологии обезвреживания выбросов и оборудования для ее осуществления; повышение эффективности работы очистных сооружений; природоохранное образование и т.д.
Основой системы использования природных ресурсов являются 
следую щие положения;
— природа страны и ее богатства являются общественным достоянием современного и будущих поколений;
— все виды природных ресурсов требуют рационального отношения;
— природные богатства следует использовать как можно 
полнее, сочетая комплексность, экономичность и дальновидность 
использования ре сурсов с принципами воспроизводства и умножения восстановимых богатств природы;
— организация использования природных богатств должна 
основывать ся 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 и прогнозировать экологические 
последствия различных видов производственной деятельности; 
анализировать причины возникновения экологических аварий 
и катастроф; выбирать методы, технологии и аппараты 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;

и профессиональных компетенций:
— способность обосновывать нормы расхода сырья и вспомога
тельных материалов при производстве продукции;

— готовность осуществлять контроль за соблюдением экологи
ческой и биологической безопасности сырья и готовой продукции;

— готовностью осваивать новые виды технологического обо
рудования при изменении схем технологических процессов, осваивать новые приборные техники и новые методы исследования.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. ПРЕДМЕТ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ

Сейчас слово экология стало весьма популярным, этот термин 
нередко употребляют в сочетании с такими словами, как «общество», «культура», «семья», «здоровье» и т.д. Наиболее часто применяют это слово, указывая на неблагополучное состояние окружающей нас природы.
Любой натуралист-исследователь растительного и животного 
миров — всегда не только ботаник или зоолог, но и эколог, поскольку невозможно изучать тот или иной организм в отрыве от его 
местообитания. Поэтому великими экологами прошлого можно назвать шведа К. Линнея, француза Ж.Б. Ламарка, англичан Т. Мальтуса и Ч. Дарвина.
Первым трудом по экологии считают работу Ч. Дарвина «Происхождение видов». Сформулированный им вывод о постоянной 
борьбе за существование в природе принадлежит к числу центральных положений экологии. В 1866 г. вышел в свет фундаментальный труд немецкого зоолога Э. Геккеля «Всеобщая морфология 
организмов». В нем впервые дано общее определение экологии 
как суммы знаний по совокупности взаимоотношений животного 
с окружающей его средой, как органической, так и неорганической. 
Ученый отнес экологию к биологическим наукам и наукам о природе, которых, прежде всего, интересуют все стороны жизни биологических организмов.
В качестве самостоятельной науки экология сформировалась к началу XX в. При этом наряду с зарубежными учеными в ее развитие 
и становление внесли огромный вклад наши соотечественники: К.А. 
Тимирязев, В.В. Докучаев, В.И. Вернадский, Н.И. Вавилов, В.Н. Сукачев, С.С. Шварц, Г.Ф. Морозов, А.В. Яблоков, Н.Ф. Реймерс 
и другие. Так, крупнейший русский ученый В.И. Вернадский создал 
учение о биосфере, указав при этом, какую огромную роль играют 
живые организмы в геохимических процессах на нашей планете.
Истинное значение экологии по-настоящему стали осознавать 
лишь на закате XX в., когда возрастание численности населения 
планеты и резко усилившееся воздействие человека на природную 
среду, приведшее к ее деградации, поставили со всей остротой 
вопрос быть или не быть человеческой цивилизации. Чтобы удовлетворить свои немалые потребности в чистом воздухе, воде и физиологически здоровой пище, человеку надо знать не только, как 

устроена и как функционирует природная среда, но и как сделать ее 
союзником для себя, сведя в то же время до минимума наносимый 
ей вред. Эти проблемы как раз и изучает экология.
Она изучает влияние факторов среды на растительные и животные организмы, реакции отдельных особей, популяций и сообществ на эти факторы, а также механизмы, которые влияют 
на численность популяций, их структуру, исследует биологическую 
продуктивность природных сообществ, закономерности функционирования экологических систем.
Как учебный предмет, экология делится на четыре основных 
раздела:
1)  аутэкология, или факториальная экология (изучение действия различных экологических факторов на отдельные, искусственно изолированные организмы);
2) экология популяций, или демэкология (исследование жизнедеятельности отдельных популяций, определение характера 
и причин их изменений, происходящих в результате внешних 
и внутренних воздействий);
3) экология сообществ, или синэкология (изучение сообществ, 
их взаимоотношений с окружающей средой);
4) основы учения о биосфере, или экология биосферы.
На риc. 1.1 представлено более широкое толкование предмета.

Глобальная экология

Экология

Классическая экология

Аутэкология

Популяционная 
экология

Синэкология

Палеоэкология

Промышленная 
экология

Сельскохозяйственная 
экология

Экология 
ландшафтов

Медицинская 
экология

Прикладная экология

Экология 
человека

Экология 
семьи

Экология 
народов

Социальная экология

Рис. 1.1. Современное толкование предмета «экология»

При изучении многообразных процессов, которые происходят 
в живой природе, экология использует много методов, среди которых главными являются метод наблюдения, сравнительный 
метод, исторический метод, экспериментальный метод и моделирование. В частности, исторический метод изучает закономерности 
появления и развития организмов, становления их структуры 
и функции. В лабораторных опытах исследуется влияние разных 
условий на организмы, устанавливается их реакция на заданные 
воздействия. В процессе изучения отношений организмов со средой 
обитания в искусственно созданных условиях можно достаточно 
глубоко разобраться в происходящих явлениях природы.
В то же время очевидно, что взаимосвязи живых организмов 
с окружающей их средой, которая характеризуется множеством 
элементов и явлений, могут быть изучены наиболее полно лишь 
в природных условиях. Именно вследствие этого натурные наблюдения и эксперименты занимают самое важное место.
Относительно новым методом исследования в современной экологии является моделирование, позволяющее изучать сложные объекты, явления и процессы путем их упрощенного имитирования (натурного, математического, логического). Существенным преимуществом экспериментов на модели является то, что при этом могут быть 
воспроизведены такие крайние положения (например, температура), 
которые в ряде случаев не могут быть воссозданы на самом объекте.
Экология — наука, использующая для своего развития данные 
самых разных дисциплин. Она тесно переплетается с целым рядом 
смежных наук: биологией (ботаникой и зоологией), географией, 
геологией, физикой, химией, генетикой, математикой, медициной, 
агрономией, архитектурой и многими другими. Изучая самые высокие уровни интеграции живой материи и в процессе познания 
переходя от популяции какого-либо одного вида к сообществам 
и экосистемам и, наконец, к биосфере в целом, экология объединяет в научном поиске и нередко координирует усилия специалистов и ученых многих направлений.
Сегодня экология перестала быть чисто естественной биологической наукой, это — комплексная социоестественная наука. В ее 
предмет практически вовлечены все стороны жизнедеятельности 
человека. Накапливая экологическое знание, постепенно меняя 
свои представления о существующем порядке в природе, человек 
начинает понимать: порядок этот не случаен, он необходим для существования и развития самой человеческой цивилизации.
Следует осознать, что человек для природы — всего лишь один 
из многочисленных порожденных ею видов живых существ. Война, 

которую человек фактически ведет с природой, заранее проигранная 
война: кто бы ни победил в ней — человек обречен. Выходом из создавшегося положения является мирное сосуществование человеческого общества и природы, при котором должна быть разумно 
перестроена жизнь и отдельного человека, и общества в целом.
Все это определяет стратегическую задачу экологии: на основе 
познания законов природы, используя все достижения научно-технического прогресса, создать научную базу для гармонизации взаимоотношений человеческого общества и природы и разработать 
практические рекомендации, направленные на оздоровление и поддержание надлежащего качества природной среды, без чего невозможно нормальное существование всего ныне живущего на Земле 
и жизни как таковой в перспективе.

1.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭКОЛОГИИ

В буквальном смысле слово «экология» (от греч. оikos — жилище, 
местообитание) означает «наука о доме». Как наука, экология возникла в начале ХХ в., а в широкий обиход слово «экология» вошло 
в 60-х гг. ХХ в., когда стали говорить об экологическом кризисе 
как кризисе во взаимоотношениях человека со средой его обитания.
Основные понятия экологии — «популяция», «сообщество», 
«местообитание», «экологическая ниша», «экосистема».
Популяцией (от лат. populus — народ) называется группа организмов, относящихся к одному виду, занимающая определенную 
область, называемую ареалом.
Сообщество, или биоценоз, — это совокупность растений и животных, населяющих участок среды обитания.
Местообитание (среда обитания) — это экологическая ниша, 
или область, в которой обитают отдельные виды фауны, флоры 
и другие живые организмы.
Совокупность условий, необходимых для существования популяций, носит название экологической ниши. Экологическая ниша 
определяет положение вида в цепях питания.
Совокупность сообщества и среды называется экологической 
системой (экосистемой) или биогеоценозом.
Примерами экосистемы являются озеро, лес и т.п., при этом 
экосистемы очень различны. Всю биосферу можно рассматривать 
как совокупность экосистем — от океана, в котором преобладают 
мелкие организмы, но плотность биомассы велика, до высокого леса 
с крупными деревьями, но меньшей общей плотностью биомассы.
Выделяют два, дополняющих друг друга, подхода к изучению 
экологической системы: аналитический, когда изучают отдельные 

части системы, и синтетический, когда рассматривают всю систему 
в целом. В зависимости от характера питания в экосистеме строится пирамида питания, состоящая из нескольких трофических 
(от греч. trophe — питание) уровней.
На низшем уровне располагаются автотрофные (самостоятельно 
питающиеся) организмы, для которых характерны фиксация световой энергии и использование простых неорганических соединений для синтеза сложных органических веществ. К этому уровню 
относятся, прежде всего, растения.
Более высокий уровень занимают гетеротрофные (питающиеся 
другими) организмы, использующие в пищу биомассу растений, 
для которых характерны утилизация, перестройка и разложение 
сложных веществ.
На самом высоком уровне располагаются гетеротрофы второго порядка, питающиеся гетеротрофами первого порядка, т.е. животными.
Пирамида питания определяет круговорот веществ в биосфере, 
который выглядит следующим образом (риc. 1.2).

Рис. 1.2. Круговорот веществ в биосфере

Экология показала, что живой мир — не простая совокупность 
существ, а единая система, связанная цепочками питания и дру

гими взаимодействиями. Каждый организм может существовать 
только при условии постоянной тесной связи со средой. При этом 
отдельные организмы приспосабливаются к физической среде 
и совместным действием в рамках экосистемы приспосабливают 
геохимическую среду к своим биологическим потребностям.
Поток солнечной энергии, воспринимаемый молекулами живых 
клеток, преобразуется в энергию химических связей. Создаваемые 
таким образом (при фотосинтезе) химические вещества последовательно переходят от одних организмов к другим: от растений — 
к растительноядным животным (заяц), от них — к плотоядным 
животным первого порядка (лиса), затем второго порядка (волк) 
и т.д. Этот переход рассматривается как последовательный упорядоченный поток вещества и энергии.
Когда температура того или иного тела выше температуры окружающего воздуха, т.е. имеет место некоторый градиент (перепад) 
температур, общая температура системы «тело — среда» стремится 
к равновесию. При этом тело будет отдавать тепло до тех пор, пока 
его температура не сравняется с температурой окружающей среды. 
В конечном итоге энергия любого живого тела может быть рассеяна 
в тепловой форме, после чего наступает состояние термодинамического равновесия и дальнейшие энергетические процессы оказываются невозможными. О такой системе говорят, что она находится 
в состоянии максимальной энтропии. Таким образом, энтропия, 
являясь мерой неупорядоченности системы, отражает возможности 
превращения энергии. Если бы поток солнечной энергии, поступающий к Земле, только рассеивался и не передавался телам, то 
жизнь была бы невозможной.
Организмы способны выполнять работу против уравновешивания 
температуры с окружающей средой именно за счет образования 
сложно организованных упорядоченных молекулярных структур. 
Очевидно, что для работы против градиента экологическая система 
должна получать соответствующую энергетическую дотацию. Получая ее от Солнца, она, по существу, является открытой системой. 
Организм извлекает негэнтропию из пищи, используя упорядоченность ее химических связей. При этом часть энергии теряется, расходуясь, например, на поддержание жизненных процессов, часть передается организмам последующих пищевых уровней. В начале же 
этого потока энергии находится процесс питания растений — фотосинтез, при котором повышается упорядоченность деградированных 
органических и минеральных веществ.
По второму началу термодинамики энергия любой системы 
стремится к состоянию термодинамического равновесия, что рав

нозначно максимальной энтропии. В такое состояние живой организм перейдет, если лишить его возможности извлекать упорядоченность (энергию) из окружающей среды.
Следовательно, жизнь должна рассматриваться как процесс непрерывного извлечения некоторой экологической системой энергии 
из окружающей среды, преобразования и рассеивания этой энергии 
при передаче от одного пищевого звена к другому.
Главную роль в создании кислорода атмосферы и органических 
веществ играет фотосинтез, который протекает по схеме:

углекислый газ + вода + солнечная энергия (в присутствии ферментов, связанных с хлорофиллом) = глюкоза + кислород.

Этот процесс преобразования части солнечной энергии в органическое вещество путем фотосинтеза называют «работой зеленых растений». Так производятся не только углеводы (глюкоза), 
но и аминокислоты, белки и другие жизненно важные соединения.
Эволюция форм жизни связана с тем, что в течение длительного 
периода геологического времени часть продуцируемого органического 
вещества не разлагалась. Преобладание органического синтеза вело 
к увеличению концентрации кислорода в атмосфере. Около 300 млн 
лет тому назад появился большой избыток органической продукции, 
что способствовало образованию ископаемых горючих веществ, 
за счет которых человек совершил промышленную революцию.
Три функции биологического сообщества — продукция, потребление и разложение — тесно связаны друг с другом. Хотя мы считаем микроорганизмы «примитивными», человек не может существовать без микробов. Разложение, следовательно, происходит благодаря энергетическим превращениям в организме и между ними. 
Этот процесс абсолютно необходим для жизни, так как без него все 
питательные вещества оказались бы связанными в мертвых телах 
и никакая новая жизнь не могла бы возникать.
Сбалансированность продуцирования и разложения — основное 
условие существования всего живого в биосфере. Отставание утилизации вещества, произведенного автотрофами, не только обеспечивает построение биологических структур, но и обусловливает существование кислородной атмосферы. В настоящее время человек 
(разумеется, неосознанно) начинает ускорять процессы разложения 
в биосфере, сжигая органическое вещество, запасенное в виде ископаемых горючих веществ (угля, нефти, газа), и интенсифицируя 
сельскохозяйственную деятельность, которая повышает скорость 
разложения гумуса. В результате увеличивается содержание углекислого газа в атмосфере, который поглощает инфракрасное излу