Методики инженерной защиты окружающей среды

 
 
 
 
 
 
 
В. В. Ларичкин, И. А. Сажин, В. Г. Ларионов 
 
 
 
 
 
 
МЕТОДИКИ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ 
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
2-е издание 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 
Издательско-торговая корпорация «Дашков и Кƒ» 
2021 
 

УДК 504.75.05 
ББК 20.18 
Л25 
 
Авторы: В. В. Ларичкин - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерных проблем экологии Новосибирского государственного технического университета; И. А. Сажин - кандидат технических 
наук, доцент, доцент кафедры технической теплофизики Новосибирского 
государственного технического университета; В. Г. Ларионов - доктор экономических наук, профессор кафедры организации и планирования производства МГТУ им. Н. Э. Баумана, почетный работник ВПО РФ. 
Рецензенты: Т. А. Коротаева - д.ф.-м.н., с.н.с. Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича Сибирского отделения 
Российской академии наук; Е. Л. Счастливцев - доктор технических наук, 
заведующий лабораторией моделирования геоэкологических систем ФГБУН 
«Институт вычислительных технологий» Сибирского отделения РАН, Кемеровский филиал (КФ ИВТ СО РАН). 
 
Ларичкин, Владимир Викторович. 
Л25   
Методики инженерной защиты окружающей среды : учебное пособие / В. В. Ларичкин, И. А. Сажин, В. Г. Ларионов. - 2-е изд. - М. : 
Издательско-торговая корпорация «Дашков и Кƒ», 2021. - 240 с. : ил. 
ISBN 978-5-394-04126-6. 
В учебном пособии даны общие сведения в области инженерной 
экологии. Рассмотрены примеры формирования статистико-математических моделей для обработки экологических данных и прогнозирования. Выполнены расчеты параметров выбросов загрязняющих веществ 
от нескольких типов источников на основании регламентированных методик. Проведен анализ технологий утилизации, переработки, вторичного использования золошлаковых отходов ТЭС и твердых коммунальных 
отходов. В приложении даны необходимые сведения ряда разделов математики и статистики. Список литературы полностью отображает содержание пособия и нацелен на углубленное изучение проблем инженерной экологии. В пособие включены авторские результаты, полученные при выполнении прикладных научно-исследовательских работ.  
Предлагаемый материал будет полезен студентам старших курсов, магистрантам, обучающимся по направлениям подготовки 20.03.01  
(бакалавриат), 20.04.01 (магистратура) - «Техносферная безопасность» 
(профили - инженерная защита окружающей среды, безопасность технологических процессов и производств), а также аспирантам, специалистам в области прикладной инженерной экологии.  
 
ISBN 978-5-394-04126-6    ‹ Ларичкин В. В., Сажин И. А., Ларионов В. Г., 2019 
2 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Введение ........................................................................................................ 7 
Глава 1. Классификация видов загрязнений  
экологических систем ............................................................................... 10 
1.1. Загрязнения окружающей среды 
......................................................... 10 
1.2. Механическое загрязнение .................................................................. 11 
1.3. Химическое загрязнение 
...................................................................... 13 
1.3.1. Химическое загрязнение атмосферы 
........................................ 15 
1.3.2. Химическое загрязнение вод .................................................... 16 
1.3.3. Химическое загрязнение почв .................................................. 17 
1.3.4. Тяжелые металлы в природных средах 
.................................... 20 
1.3.4.1. Нормирование содержания тяжелых металлов  
в почвах и растениях .............................................................. 25 
1.3.4.2. Мероприятия по мелиорации почв, загрязненных  
тяжелыми металлами ............................................................. 28 
1.3.4.3. Пестициды в природных средах ............................................ 30 
1.3.4.4. Гигиеническая классификация пестицидов 
.......................... 33 
1.3.5. Загрязнение нефтью и нефтепродуктами 
................................. 34 
1.4. Биологическое загрязнение ................................................................. 40 
1.5. Осмофорное загрязнение ..................................................................... 41 
1.6. Шумовое загрязнение 
........................................................................... 43 
1.7. Вибрационное загрязнение .................................................................. 46 
1.8. Электромагнитное загрязнение ........................................................... 49 
1.9. Тепловое загрязнение 
........................................................................... 57 
1.10. Световое загрязнение ......................................................................... 57 
1.11. Радиоактивное загрязнение ............................................................... 59 
1.11.1. Радиационное загрязнение местности и воды 
....................... 61 
1.12. Основные показатели загрязняющих веществ 
................................. 65 
1.13. Санитарно-защитные зоны ................................................................ 67 
Контрольные вопросы  ............................................................................... 69 
Глава 2. Методы обработки экспериментальных данных,  
связанных с экологией. Установление их достоверности.  
Формирование прогноза........................................................................... 70 
2.1. Анализ достоверности экологических данных ограниченного  
объема Байкальского региона 
.............................................................. 73 
3 

2.2. Алгоритм формирования прогноза методами регрессионного  
анализа ................................................................................................... 77 
2.3 Алгоритм уточнения прогнозов регрессионных моделей  
методиками ковариационного анализа ............................................... 80 
2.4. Анализ данных и прогнозирование лесных пожаров  
в Иркутской области 
............................................................................. 83 
Контрольные вопросы  ............................................................................... 86 
Глава 3. Пример расчета областей распространения приземной 
концентрации загрязняющих веществ от выбросов  
нескольких точечных источников ......................................................... 87 
3.1. Алгоритм построения максимальной приземной  
концентрации ЗВ в направлении «восток - запад»  .......................... 87 
3.2. Алгоритм построения максимальной приземной  
концентрации ЗВ в направлении «северо-запад», «юго-восток» ..... 91 
3.3. Алгоритм построения максимальной приземной  
концентрации ЗВ в направлении «север - юг» .................................. 92 
3.4. Интегральная область повышенной приземной  
концентрации ЗВ от ТЭЦ-4  
................................................................. 95 
Приложения к главе 3.................................................................................. 96 
Контрольные вопросы  ............................................................................... 97 
Глава 4. Площадной источник выбросов загрязняющих  
веществ ........................................................................................................ 98 
4.1. Пример расчета приземных зон выбросов загрязняющих  
веществ полигона ТКО на основании регламентированной  
методики  ............................................................................................... 98 
4.2. Формирование исходных данных расчета области загрязнения  
от полигонов твердых коммунальных отходов на примере  
Новосибирской области ..................................................................... 101 
4.3. Реализация методики расчета области загрязнения  
от площадного источника выбросов  ................................................ 103 
4.4. Пример расчета приземных зон выбросов загрязняющих  
веществ от автомобильного транспорта на основании  
регламентированной методики  
......................................................... 106 
Контрольные вопросы  ............................................................................. 107 
4 

Глава 5. Передвижные источники химического загрязнения  ....... 108 
5.1 Летательные аппараты как передвижные источники  
загрязнения атмосферного воздуха  
.................................................. 111 
5.2. Авиационные топлива и продукты сгорания  .................................. 115 
5.3. Требования ИКАО к авиационным топливам. Методика 
расчетовудельных показателях выбросов EI нормируемых ЗВ ..... 122 
5.4. Выбросы загрязняющих веществ от двигателей внутреннего  
сгорания автомобилей в условиях большого города  
...................... 136 
Контрольные вопросы  ............................................................................. 137 
Глава 6. Методы утилизации и переработки промышленных  
и твердых коммунальных отходов (ТКО)  ......................................... 138 
6.1. Краткая история вопроса ................................................................... 138 
6.2. Критерии выбора технологии обезвреживания  
и переработки ТКО  ............................................................................ 140 
6.3. Малоотходные и безотходные технологии  ..................................... 146 
6.4. Современные технологии переработки и утилизации твёрдых  
техногенных отходов электростанций и промышленных  
предприятий ........................................................................................ 147 
6.5. Современное состояние и перспективы модернизации  
процессов переработки и утилизации ТКО в г. Новосибирске  ..... 149 
6.6. Алгоритмы размещения полигонов в г. Новосибирске  
и его окрестностях .............................................................................. 154 
6.7. Конкурентные преимущества материалов на основе ЗШО  
по сравнению с ближайшими аналогами 
.......................................... 156 
6.8. Технико-экономическая эффективность .......................................... 158 
6.9. Перспективные направления переработки золошлаковых  
отходов ТЭС 
........................................................................................ 158 
6.10. Описание прогнозируемых эффектов от использования  
продукции 
............................................................................................ 159 
6.11. Прогнозируемые социально-экономические эффекты  
от использования продукции ............................................................. 160 
Контрольные вопросы  ............................................................................. 160 
 
 
5 

Глава 7. Технологии использования золошлаковых отходов ТЭС  
в народном хозяйстве 
.............................................................................. 161 
7.1. Краткое состояние проблемы использования золошлаковых  
отходов ТЭС в строительстве ............................................................ 161 
7.2. Применение золошлаковых отходов в качестве  
шумопоглощающего заполнителя - керамзита................................ 166 
7.3. Модификация гипсовых вяжущих золошлаковыми отходами ...... 169 
7.4. Разработка способов извлечения алюминия  
из золошлаковых отходов угольных электростанций ..................... 174 
7.5. Перспективы использования золошлаковых (ЗШО)  
отходов ТЭС Павлодарской области в строительстве..................... 179 
7.5.1. Зола ТЭС в легком и ячеистом бетонах .................................. 185 
7.5.2. Технико-экономическая целесообразность  
использования золошлаковых отходов .................................. 187 
Контрольные вопросы  ............................................................................. 188 
Приложения  
............................................................................................. 189 
Приложение 1. Элементы математической статистики,  
корреляционного, регрессионного анализа, ковариационного  
анализа, понятия о временных рядах  
...................................................... 189 
Приложение 2. Элементы корреляционного анализа  
............................ 196 
Приложение 3. Основные сведения о регрессионном анализе  ............ 200 
Приложение 4. Множественная регрессия  
............................................. 211 
Приложение 5. Регрессионные модели с переменной структурой  
(с фиктивными переменными). Элементы ковариационного  
анализа  
....................................................................................................... 220 
Приложение 6. Анализ временных рядов  
............................................... 222 
Приложение 7. Трендовые модели  ......................................................... 224 
Приложение 8. Сезонные (периодические) модели ............................... 225 
Приложение 9. Модели с лагами  
............................................................. 226 
Приложение 10. Цепи Маркова  
............................................................... 229 
Список литературы 
................................................................................. 233 
6 

ВВЕДЕНИЕ 
Промышленная экология - раздел экологии, рассматривающий 
воздействие промышленности, транспорта и других источников искусственного происхождения на природу, а также, влияние природной среды на функционирование промышленных, транспортных комплексов, 
отдельных предприятий, условия жизни населения. Основные задачи 
промышленной экологии - обеспечение экологической безопасности 
окружающей среды, защита населения от воздействия негативных факторов производства, транспорта, изделий. Основные задачи, решаемые в 
рамках инженерной экологии: 
- создание экозащитной техники и технологий,  
- осуществление контроля, регламентных мероприятий в сфере 
энергетики, промышленного производства, их техногенных выбросов, 
сбросов, отходов,  
- реализация контроля состояния окружающей среды в зонах воздействия объектов хозяйственной деятельности.  
Реализация вышеперечисленных задач требует от специалиста - 
эколога широкого спектра знаний и умений в области точных наук, 
компьютерной грамотности, владения современными методами проведения натурных и лабораторных исследований и др. Настоящее учебное 
пособие составлено с целью освещения некоторых актуальных проблем 
в области инженерной экологии, демонстрации спектра существующих 
и перспективных проблем в области обеспечения экологической безопасности производства, транспорта. В разделах пособия приводятся 
общие сведения, обоснование актуальности поставленной проблемы, 
формируются методики решения конкретных экологических задач, проводится анализ полученных результатов. 
В первом разделе изложена классификация видов загрязнения экологических систем. Указано, что загрязнение природной среды, заключающее во внесении в экологическую систему не свойственных ей компонентов или структурных изменений, приводит к разрушению данной 
системы. Загрязнение природной среды результате естественных причин и в результате хозяйственной деятельности. В первом случае это 
наводнение, извержения вулканов, пожары лесов, селевые потоки и т. д. 
Во втором - намеренное и непреднамеренное изменение природной 
7 

среды, вследствие хозяйственной деятельности (строительство городов, 
дорог, предприятий по добыче полезных ископаемых и т. п.) с совокупным воздействием нескольких загрязнителей (химических, физических, 
биологических и т. д.).  
Во втором разделе рассмотрены методы обработки экспериментальных данных малого и большого объемов, связанных с экологией. 
Предложены способы установления их достоверности. Сформирован 
прогноз конкретного стихийного бедствия. Проведен анализ и сравнение полученных результатов с известными исследованиями.  
Третий, четвертый разделы посвящены применению регламентированной методики к расчету параметров областей приземной концентрации загрязняющих веществ от нескольких точечных источников, 
площадного источника. Найдены границы распространения выбросов 
загрязняющих веществ. Полученные данные соответствуют результатам 
натурных измерений.  
В пятом разделе рассмотрены воздушные суда, как подвижный источник выбросов загрязняющих веществ. Двигатели внутреннего сгорания и силовые установки летательных аппаратов в процессе работы 
производят выбросы загрязняющих веществ, содержащих окиси углерода, азота, серы, сажу и другие. Расход топлива современного среднемагистрального самолета составляет несколько тонн. Процессы прогрева силовых установок, руления на взлетно-посадочной полосе при взлете и приземлении характеризуются значительными выбросами загрязняющих веществ в атмосферу аэропорта. 
Методы утилизации, переработки, вторичного использования золо-шлаковых отходов ТЭС, твердых коммунальных отходов рассмотрены в шестом и седьмом разделах. Приведены примеры внедрения безотходных технологий. Использование золо-шлаковых отходов ТЭС в 
строительстве позволяет получить материалы с уникальными свойствами, реализовать новые технологии. В настоящее время внедрены и совершенствуются процессы получения редкоземельных элементов, золота, алюминия из золо-шлаковых отходов ТЭС. 
В приложении приведены необходимые сведения ряда разделов 
математики и статистики. Рассмотрены вопросы формирования моделей 
корреляционного, регрессионного, ковариационного анализа. Приведе8 

ны: алгоритм матричного применения метода наименьших квадратов, 
процесс верификации модели, порядок применения предпосылок  
Гаусса - Маркова, диагностика наличия гетероскедастичности, автокорреляции отклонений, способы их устранения. Дана методика прогнозирования с наперед заданной доверительной вероятностью. Вниманию 
читателей предложены некоторые другие сведения математического  
характера, способствующие пониманию содержания данного учебного 
пособия. 
 
 
9 

Глава 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ  
ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ 
1.1. Загрязнения окружающей среды 
Загрязнение природной среды - это внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, их 
ассимиляцию, в результате чего данная система разрушается [8, 15, 17, 
34, 41, 68]. 
Загрязнение природной среды бывает в результате естественных 
причин и в результате хозяйственной деятельности. В первом случае это 
наводнение, извержения вулканов, пожары лесов, селевые потоки и т. д. 
Во втором, намеренное и непреднамеренное изменение природной среды, вследствие хозяйственной деятельности (строительство городов, 
дорог, предприятий по добыче полезных ископаемых и т. п.) с совокупным воздействием нескольких загрязнителей (химических, физических, 
биологических и т. д.).  
Различают следующие виды загрязнений экологических систем 
[43]: 
1. Ингредиентное загрязнение:  
а) неорганическое (минеральное), например, продукты сгорания 
топлива, отходы химических производств и т. д.,  
б) органическое, например, пестициды и т. д. 
2. Энергетическое - шумовое, тепловое, световое, радиационное, 
электромагнитное загрязнения. 
3. Биоценотическое – различные формы дискомфорта, нарушение 
баланса популяций живых организмов. 
4. Деструктивное загрязнение – вырубка лесов, эрозия почв,  
зарегулирование рек и превращение проточных водоемов в застойные, 
урбанизация населенных пунктов, дорожное строительство, степные  
и т. п. 
Загрязнения, обусловленные хозяйственной деятельностью человека, классифицируют по следующим видам: механическое, химическое, биологическое, осмофорное, шумовое, вибрационное, электромагнитное, тепловое, световое и радиоактивное. 
10