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. исслед. 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 предложены 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 химической технологии, нефтехимии и технологии», магистров направления подготовки 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 организмов и среды их обитания, т. е. предметом изучения промышленной экологии 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 техногенного кругооборота веществ по аналогии с его биогеохимическим кругооборотом 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 способные 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 глобальным изменениям. Антропогенное воздействие – любой вид хозяйственной деятельности человека в его отношении к природе, техногенное –
целенаправленный процесс технической деятельности человека в биосфере. Понятие «промышленная безопасность» может быть синонимично понятию «химическая безопасность» – совокупность определенных 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, ката
строфы, пожары, землетрясения, ураганы, оползни) и антропогенные 
(вызванные человеком);

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

Физическое, в свою очередь, делится на тепловое, световое, шумо
вое, 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 неха
рактерных 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 выделениях 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 естественных 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 процессов на природную среду через разработку малоотходных технологий, 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 гармонично 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 → возврат отходов в производство.

2. Малоотходность технологий и производств.

3. Замкнутость производственных циклов, что позволяет сохранить 

в чистоте природную среду и уменьшить потребление природных ресурсов.

4. Возможность вторичной переработки (рекуперации) отходов до 

такой степени, чтобы сделать их допустимыми для разложения и включения в естественные круговороты.

Главная задача промышленной экологии – это сохранение высокого 

качества окружающей среды и здоровья населения. Комплексное решение 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 Декларации 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 назначе
ния 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 ком
плексов (ТПК) с возможно более полной замкнутой структурой материальных потоков и отходов производства внутри их.

Безотходная технология – экологическая стратегия промышлен
ного 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 предопределяет замкнутость производственного цикла, что по существу 
и составляет основу безотходной технологии. Принцип безотходной 
технологии затрагивает все звенья производственной деятельности: 
разработку новых технологических рецептов, аппаратурное оформление, экономических, экологических мероприятий и т. д. По официальному определению, данному на международном семинаре по малоотходной 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 которым 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 безопасный продукт или исходное сырье. Согласно второму подходу полностью безотходную технологию нельзя создать ни практически, ни 
теоретически, т. е. полностью безотходная технология – идеальная система, к которой должен стремиться всякий реальный технологический 
цикл, и чем больше будет это приближение, тем меньшим будет экологически 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 допустимых 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 выбрасываемых 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 оптимизации, полученному с помощью функции желательности или технологического 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 нейтрализованных 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 материальных и энергетических ресурсов; ka – коэффициент соответствия 
экологическим требованиям производства в зависимости от величины 
kб и мощности разделяют на три категории: безотходные (kб ≥ 0,97), малоотходные (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 методы и организационные формы проведения экологического контроля 
(мониторинга) в стране и на местах. При рассмотрении методов не следует 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 влиянием жизнедеятельности человека – службы экологического мониторинга. 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 (хроматографиче
ские, 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 эколо
гического 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 разви
тию и размещению производственных сил страны и отраслей хозяйства;

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

– документация по созданию новой техники, технологии, материалов 

и веществ;

– проекты нормативно-правовой, инструктивно-методической нор
мативно-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 деятельности в области охраны окружающей среды». Кроме того, в целом 
ряде регионов Российской Федерации (Томской, Свердловской, Кемеровской областях, городах Москве и Саратове, Алтайском крае и др.) введен экологический аудит или соответствующими местными законодательными актами, или постановлениями глав администраций. Необходимость реализации процедуры экологического аудита на территории вызвана множеством причин, главные из которых следующие: реализация 
регионального плана действий по охране окружающей среды, исполнение Указа Президента РФ «О концепции перехода Российской Федерации