Промышленная экология

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

Г. Р. Патракова, М. А. Рузанова, А. Г. Кутузов

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

Учебное пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2020

УДК 628.5(075)
ББК 28.081я7

П20

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. И. А. Якушев

д-р техн. наук Б. А. Снигерев

П20

Патракова Г. Р.
Промышленная экология : учебное пособие / Г. Р. Патракова, 
М. А. Рузанова, А. Г. Кутузов; Минобрнауки России, Казан. нац. ис-
след. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 108 с.

ISBN 978-5-7882-2837-2

Системно изложен материал, раскрывающий основные понятия и принципи-

альные научные положения дисциплин «Промышленная экология» и «Экология». 
Представлены примеры решения и варианты задач, в конце каждой темы предло-
жены вопросы для проверки знаний по дисциплине «Промышленная экология».

Предназначено для бакалавров направления подготовки 20.03.01 «Техно-

сферная безопасность», 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в хи-
мической технологии, нефтехимии и технологии», магистров направления подго-
товки 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», а также для слушателей 
курсов переподготовки системы послевузовского образования.

Подготовлено на кафедре химической кибернетики.

ISBN 978-5-7882-2837-2
© Патракова Г. Р., Рузанова М. А., 

Кутузов А. Г., 2020

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 628.5(075)
ББК 28.081я7

В В Е Д Е Н И Е

Для изучения состояния и прогнозирования изменений эколого-эко-

номических систем, а также для управления их развитием возникло новое 
научное направление − промышленная экология. Промышленная экология 
рассматривает взаимосвязь и взаимозависимость материального, в первую 
очередь промышленного, производства, человека и других живых орга-
низмов и среды их обитания, т. е. предметом изучения промышленной эко-
логии являются эколого-экономические системы. 

Промышленная экология − новая быстроразвивающаяся отрасль, це-

лью которой является охрана окружающей среды путем рационального 
и комплексного использования сырьевых и энергетических ресурсов 
в цикле: 
первичные 
сырьевые 
ресурсы – производство – потребле-

ние − вторичные сырьевые ресурсы и в конечном итоге создание техноген-
ного кругооборота веществ по аналогии с его биогеохимическим круго-
оборотом в природных экологических системах.

Для решения этих сложнейших задач необходимы специалисты с хо-

рошей химической, экологической и технологической подготовкой, не 
только понимающие важность стоящих перед ними проблем, но и способ-
ные их решать.

1 .  О Б Щ И Е  В О П Р О С Ы  Э К О Л О Г И И

1 . 1 .  З а г р я з н е н и е  и  е г о  в и д ы

Антропогенное воздействие – прямое или косвенное влияние чело-

веческого общества на природу, приводящее к локальным или глобаль-
ным изменениям. Антропогенное воздействие – любой вид хозяйствен-
ной деятельности человека в его отношении к природе, техногенное –
целенаправленный процесс технической деятельности человека в био-
сфере. Понятие «промышленная безопасность» может быть синони-
мично понятию «химическая безопасность» – совокупность определен-
ных свойств объектов окружающей среды и создаваемых условий, при 
которых удерживаются на разумно низком, минимально возможном 
уровне риска возникновение аварий на опасных производственных объектах, 
прямое и косвенное воздействие вредных веществ на окружающую 
среду и человека и исключение последствий влияния химически 
вредных веществ для настоящего и последующих поколений [1].

Загрязнения природной среды – это поступление в природную 

среду твердых, жидких и газообразных веществ, биологических агентов, 
различных видов энергии в количествах, превышающих допустимый 
уровень для живых организмов.

Загрязнения делят:
– по происхождению – природные (стихийные бедствия, катастрофы, 
пожары, землетрясения, ураганы, оползни) и антропогенные 
(вызванные человеком);

– по продолжительности – постоянное и временное; 
– по масштабу – локальное, региональное, глобальное.
– по видам и источникам – физическое, химическое, биологическое, 
механическое, биотическое.

Физическое, в свою очередь, делится на тепловое, световое, шумовое, 
электромагнитное, радиоактивное. 

Химическое загрязнение – это изменение свойств окружающей 

среды из-за поступления в нее веществ, несвойственных ей. Среди химически 
загрязняющих атмосферу веществ наиболее распространенными 
являются газообразные вещества, такие как оксид углерода, 

диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, пыль, сероводород, сероуглерод, 
аммиак, хлор и его соединения, ртуть. К химическим загрязнителям 
гидросферы относят нефть, сточные воды промышленных 
предприятий, содержащие фенолы, соли тяжелых металлов, нитраты, 
сульфаты, поверхностно-активные вещества, к химическим загрязнителям 
литосферы – нефть, пестициды, твердые и жидкие отходы химических 
производств.

Биологическое загрязнение – это привнесение в экосистемы нехарактерных 
для них видов живых организмов, негативно влияющих на 
здоровье людей и животных. Это бывает случайно или механически. 
Формой биологического загрязнения является микробиологическое загрязнение – 
появление большого количества болезнетворных микроорганизмов, 
связанное с массовым их размножение. 

Биотическое загрязнение – это появление новых видов биогенов, 

несвойственных для данной территории. Источники – минеральные 
и органические удобрения – скапливаются в среде нечистот, в выделе-
ниях отмерших организмов. 

Механическое загрязнение – это загрязнение бытовыми и производ-

ственными отходами (строительный, бытовой мусор, упаковки и т. п.). 

Процесс неуклонного внедрения систем (технологических, управ-

ленческих) позволяет повышать эффективность использования есте-
ственных ресурсов и условий наряду с улучшением качества природной 
среды на локальном, региональном и глобальном уровне.

Экологизация технологий или производств – это мероприятия по 

предотвращению отрицательного воздействия производственных про-
цессов на природную среду через разработку малоотходных техноло-
гий, аппаратов и оборудования, дающих на выходе минимум вредных 
выбросов.

Экологизированные технологии – это производственные процессы, 

которые не нарушают естественные круговороты в природе, сводят до 
минимума поступление загрязняющих веществ в биосферу и гармо-
нично вписываются в природные условия [5]. В их основу должны быть 
положены следующие принципы:

1. Пространственная компактность: каждое предприятие должно 

занимать компактную территорию, а его цеха или отделы работать по 
принципу: создание экологически чистой продукции → ее сбыт → воз-
врат отходов в производство.

2. Малоотходность технологий и производств.

3. Замкнутость производственных циклов, что позволяет сохранить 

в чистоте природную среду и уменьшить потребление природных ре-
сурсов.

4. Возможность вторичной переработки (рекуперации) отходов до 

такой степени, чтобы сделать их допустимыми для разложения и вклю-
чения в естественные круговороты.

Главная задача промышленной экологии – это сохранение высокого 

качества окружающей среды и здоровья населения. Комплексное реше-
ние этой задачи возможно лишь при владении специалистом того или 
иного производства знаниями в области экологии, позволяющими ему 
правильно оценивать промышленные технологии с позиции охраны 
окружающей среды, т. е. обладать экологическим мышлением [5].

1 . 2 .  Э к о л о г и з и р о в а н н ы е т е х н о л о г и и

Малоотходные технологии и замкнутые циклы – одна из радикаль-

ных мер защиты окружающей среды от загрязнений. Согласно Декла-
рации о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов (
принятой в Женеве в 1979 г.) определены четыре основных
направления развития технологий:

1. Создание бессточных технологических систем разного назначения 
на базе существующих методов очистки и повторно-последовательного 
использования нормативно очищенных стоков.

2. Разработка и внедрение систем переработки промышленных 

и бытовых отходов, которые рассматриваются как вторичные материальные 
ресурсы (ВМР).

3. Разработка технологических процессов получения традиционных 

видов продукции новыми методами, при которых достигается максимально 
возможный перенос вещества и энергии на готовую продукцию.

4. Разработка и создание территориально-производственных комплексов (
ТПК) с возможно более полной замкнутой структурой материальных 
потоков и отходов производства внутри их.

Безотходная технология – экологическая стратегия промышленного 
производства, включающая комплекс мероприятий, обеспечивающих 
минимальные потери природных ресурсов при максимальной экономической 
эффективности.

Критерием безотходной технологии является такое комплексное 

использование сырья и энергии, при котором процесс производства 
продукции не сопровождается загрязнением окружающей среды. 
При этом техногенный круговорот сырья, продукции и отходов пред-
определяет замкнутость производственного цикла, что по существу 
и составляет основу безотходной технологии. Принцип безотходной 
технологии затрагивает все звенья производственной деятельности: 
разработку новых технологических рецептов, аппаратурное оформле-
ние, экономических, экологических мероприятий и т. д. По официаль-
ному определению, данному на международном семинаре по малоот-
ходной технологии в Ташкенте в 1984 г., «безотходная технология – это
такой способ осуществления производства продукции, при котором 
наиболее рационально и комплексно используют сырье и энергию 
в цикле сырьевые ресурсы – производство – потребление – вторичные 
ресурсы и таким образом, что любые воздействия на окружающую 
среду не нарушают ее нормального функционирования». 

К концепции безотходной технологии существует два подхода.

Один основан на законе сохранения вещества, в соответствии с кото-
рым сырье всегда может быть преобразовано в ту или иную продукцию. 
Следовательно, можно создать такой технологический цикл, в котором 
все экологически опасные вещества будут преобразовываться в без-
опасный продукт или исходное сырье. Согласно второму подходу пол-
ностью безотходную технологию нельзя создать ни практически, ни 
теоретически, т. е. полностью безотходная технология – идеальная си-
стема, к которой должен стремиться всякий реальный технологический 
цикл, и чем больше будет это приближение, тем меньшим будет эколо-
гически опасный вред [2]. В этом отношении более реальной является 
так называемая малоотходная технология – такой способ производства 
продукции, когда вредное воздействие на окружающую среду доведено 
до санитарно-гигиенических норм и соответствующих предельно допу-
стимых концентраций (уровней) ПДК (ПДУ). 

Иногда используют понятие «экологически чистая технология», 

подразумевая такой метод производства продукции, при котором сырье 
и энергию применяют настолько рационально, что объемы выбрасыва-
емых в окружающую среду загрязняющих веществ и отходов сведены 
к минимуму. 

Таким образом, приняв, что полностью безотходная технология –

это 
идеальная 
модель 
производства, 
можно 
утверждать, 
что 

и малоотходная технология требует определенных корректирующих 
коэффициентов, оценивающих степень их приближения к безотходной. 

Имеется ряд подходов к определению безотходности производств: 

экспериментальная оценка, оценки по сырьевому и энергетическому 
балансам, полноте использования энергии, общему параметру оптими-
зации, полученному с помощью функции желательности или техноло-
гического профиля, а также экономическим путем при сопоставлении 
затрат на производство продукции. 

Общий баланс относительной токсичности массы (ОТМ) вредных 

веществ [5]: 

∑ (Mc + (Mв) – ∑MH – ∑Mp = 0,
( 1.1 )

где Mc + Mв – масса отходов, поступающих в окружающую среду со 
сточными водами и газовыми выбросами; MH – масса нейтрализован-
ных отходов; Mр – масса рассеянных отходов.

Относительную экологичность типового процесса, технологиче-

ской линии, цеха определяют по формуле 

А = ∑( Mc + Mв)– ∑ MH 100 %.
(1.2)

∑( Mc + Mв)

При А → 0 процесс является безотходным. 

Методология оценки категории безотходности химических произ-

водств предполагает, что коэффициент безотходности: kб = φ (kм, kэ, ka),
где kм и kэ– коэффициенты полноты использования соответственно ма-
териальных и энергетических ресурсов; ka – коэффициент соответствия 
экологическим требованиям производства в зависимости от величины 
kб и мощности разделяют на три категории: безотходные (kб ≥ 0,97), ма-
лоотходные (0,80—0,90 < kб< 0,90—0,97) и рядовые (kб ≤ 0,80). 

1 . 3 .  К о н т р о л ь  к а ч е с т в а  о к р у ж а ю щ е й  с р е д ы

При обосновании требований к параметрам биосферы необходимо 

знать оценку разных факторов и состояние элементов окружающей среды 
до и после вредного воздействия. При этом большое значение имеют ме-
тоды и организационные формы проведения экологического контроля 
(мониторинга) в стране и на местах. При рассмотрении методов не сле-
дует забывать, что состояние биосферы изменяется под влиянием как 
естественных, так и антропогенных (техногенных) воздействий. 

Контролем естественных изменений состояния природной среды 

занимаются геофизические службы, контролем изменений под влия-
нием жизнедеятельности человека – службы экологического монито-
ринга. В общем случае под мониторингом понимается комплексная система 
наблюдений, оценки и прогноза изменений окружающей среды 
под влиянием антропогенных воздействий. 

В зависимости от области применения измерительную аппаратуру 

делят на три основные группы: 

1 – приборы (весовые, радиоизотопные, оптические, индукционные 

и др.) для контроля запыленности атмосферного воздуха и воздуха рабочей 
зоны; 

2 – приборы (весовые, оптические, электрические, лазерные и др.) 

для измерения содержания и дисперсного состава пыли в аспирационных (
вентиляционных) выбросах; 

3 – приборы для анализа воздуха и водных сред (хроматографические, 
масс-спектрометрические, спектральные, электрохимические). 

Существует классификация систем мониторинга по учитываемым 

факторам и источникам воздействий, реакциям основных составляющих 
биосферы на эти воздействия, методам наблюдения и т. п.

Наиболее представительна Единая государственная система экологического 
мониторинга (ЕГСЭМ), сочетающего как геофизические, 
биологические, так и техногенные аспекты [5].

Рассмотрим организационные формы проведения экологического 

контроля. 

1. Государственная экологическая экспертиза (ГЭЭ). Проводится 

с целью установления правильности определения заказчиком хозяйственной 
и (или) иной деятельности, возможных экологических и связанных 
с ними социальных и экономических последствий ее осуществления, 
а также полноты и достаточности предусмотренных им мер по 
предотвращению отрицательных экологических последствий. Проводят 
ГЭЭ специально уполномоченные на это экспертные государственные 
органы – Министерство природных ресурсов (МПР) России. Главные 
задачи ГЭЭ: рассмотрение представленной документации в соответствии 
с нормами и правилами проведения экспертизы; подготовка 
заключения для представления его на рассмотрение органов (лиц), принимающих 
решение о возможности и сроках реализации намеченных 
мероприятий; контроль за выполнением условий принятых к реализации 
проектов, прошедших ГЭЭ и получивших положительное заключение [
3].

Объектами экологической экспертизы являются:
– все виды предплановой и предпроектной документации по развитию 
и размещению производственных сил страны и отраслей хозяйства;

– технико-экономические расчеты (обоснования), проекты строительства, 
реконструкции, расширения, технического перевооружения и ликвидации 
хозяйственных объектов и комплексов;

– документация по созданию новой техники, технологии, материалов 

и веществ;

– проекты нормативно-правовой, инструктивно-методической нормативно-
технической документации, регламентирующей природопользование 
при ведении хозяйственной деятельности;

– материалы, характеризующие экологическую ситуацию в регионе, 

которая формируется под воздействием различных видов текущей хозяйственной 
деятельности.

Цели экологической экспертизы: обеспечение научно обоснованного 

определения соответствия проектных решений современным экологическим 
требованиям перед их утверждением в компетентных государственных 
органах; предупреждение возможных негативных воздействий на экосистему 
планируемых, проектируемых и функционирующих объектов 
в процессе их реализации; поддержание динамичного природного равновесия 
и благоприятного состояния окружающей среды при реализации 
народно-хозяйственных планов независимо от объекта экологической 
экспертизы.

2. Экологический аудит. Это систематический документально 

оформленный процесс проверки объективно получаемых данных для 
того, чтобы определить, соответствуют ли его критериям определенные 
виды деятельности, события, условия или информация о них [3].

В настоящее время на федеральном уровне действует Постановление 

Правительства Российской Федерации № 168 от 26 февраля 1996 года 
«Об утверждении Положения о лицензировании отдельных видов дея-
тельности в области охраны окружающей среды». Кроме того, в целом 
ряде регионов Российской Федерации (Томской, Свердловской, Кеме-
ровской областях, городах Москве и Саратове, Алтайском крае и др.) вве-
ден экологический аудит или соответствующими местными законода-
тельными актами, или постановлениями глав администраций. Необхо-
димость реализации процедуры экологического аудита на территории вы-
звана множеством причин, главные из которых следующие: реализация 
регионального плана действий по охране окружающей среды, исполне-
ние Указа Президента РФ «О концепции перехода Российской Федерации