Промышленная экология: принципы, подходы, технические решения

Н.И. АКИНИН





                ПРОМЫШЛЕННАЯ
                ЭКОЛОГИЯ:




ПРИНЦИПЫ, ПОДХОДЫ, ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ
Издание 2-ое, исправленное и дополненное

Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области химической технологии и биотехнологии в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности 280200
«Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»








Издательский Дом
ИНТЕЛЛЕКТ


ДОЛГОПРУДНЫЙ
2011

УДК 504.064.4 (075)
ББК 28.081
Рецензенты:
      А39
Доктор технических наук, профессор РХТУ им. Д.И. Менделеева А.В. Малков
Доктор экономических наук, профессор МГГУ
                                В.А. Умнов

    Н.И. Акинин
А39 Промышленная экология: принципы, подходы, технические решения: Учебное пособие / Н.И. Акинин — 2-е изд., испр. и доп. — Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2011. — 312 с.
      ISBN 978-5-91559-073-0
      В разделах учебного пособия, посвященного вопросам обеспечения экологической безопасности, подробно рассматриваются источники и масштабы загрязнения окружающей среды. Особое внимание уделяется 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 охраны окружающей среды, организационные, технические и экономические методы защиты окружающей среды, оценки экологического риска, экологической экспертизы и мониторинга.
      Пособие адресовано студентам, обучающимся по специальностям 280200 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» и 280102 «Безопасность технологических процессов и производств в химической и нефтехимической промышленности». Учебное пособие может быть использовано для подготовки бакалавров, инженеров и магистров по безопасности технологических процессов и производств, а также по специальности 200503 «Стандартизация и сертификация».
      Содержание учебного пособия «Промышленная экология: принципы, подходы, технические решения» отвечает требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для направления 656500 «Безопасность жизнедеятельности».
                                                     УДК 504.064.4 (075)
                                                     ББК 28.081


    ISBN 978-5-91559-073-0      © 2011, Н.И. Акинин
                                © 2011, ООО Издательский Дом
                                         «Интеллект», оригинал-макет, оформление

            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.............................................17
       1.3. Природные ресурсы и их классификация..........19
       1.4. Источники загрязнения и загрязняющие окружающую среду вещества.....................................22
       1.5. Глобальные экологические проблемы.............30
       1.6. Концепция устойчивого развития................37
       1.7. Воздействие основных видов экономической деятельности на окружающую среду................................42
       1.8. Характеристика выбросов, сбросов вредных веществ и отходов по видам экономической деятельности......52
       Библиографический список...........................65

    Глава 2
    ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ
    ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ПРЕДПРИЯТИЙ И ТРАНСПОРТА..............66

       2.1. Источники загрязнения атмосферы и распространения загрязняющих веществ...............................66
       2.2. Строение и состав атмосферы...................71
       2.3. Характеристика основных источников загрязнения атмосферы и загрязняющих веществ...................75

—1 Оглавление

        2.4. Трансформация загрязняющих веществ в атмосфере — химические и фотохимические процессы.....................81
        2.5. Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере........84
        2.6. Влияние метеорологических параметров и рельефа местности на рассеивание загрязняющих веществ.............86
        2.7. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ с использованием математических моделей...................88
        2.8. Нормирование качества воздуха в Российской Федерации.................................................90
        2.9. Предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу...............................................95
       2.10. Методы очистки газовых выбросов предприятий и транспорта..............................................97
       2.11. Мероприятия по защите воздушного бассейна на промышленных предприятиях..............................102
            2.11.1. Пылеулавливание..............................102
            2.11.2. Газоочистка..................................111
            2.11.3. Новые конструкции воздушных фильтров-пылегазоуловителей.........................119
       2.12. Очистка газовых выбросов энергетических установок и двигателей внутреннего сгорания........................130
            2.12.1. Основные экологические мероприятия в области
                 энергетики.....................................130
            2.12.2. Мероприятия по снижению загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом.............................133
        Библиографический список................................138

    Глава 3
    ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД.................................................139

        3.1. Основные свойства воды и экологические проблемы гидросферы..............................................139
        3.2. Особенности загрязнения водных объектов углеводородами нефти....................................142
        3.3. Нормирование качества воды.........................144
        3.4. Характеристика сточных вод химических предприятий....151
        3.5. Снижение и предотвращение воздействия сточных вод химических предприятий на водную среду..................154

Оглавление —I 5

    3.6. Методы очистки и обезвреживания производственных сточных вод.............................................162
        3.6.1. Механические методы очистки..................162
        3.6.2. Физико-химические методы очистки.............169
        3.6.3. Химические методы очистки....................172
        3.6.4. Электрохимические методы очистки ............187
        3.6.5. Биологические методы очистки.................199
    Библиографический список................................205

Глава 4
ОХРАНА НЕДР И ЗЕМЕЛЬ. ОБРАЩЕНИЕ С ОТХОДАМИ..................206

    4.1. Химическая промышленность как источник образования отходов.................................................208
    4.2. Нормирование вредных веществ в почве...............210
    4.3. Принципы обращения с отходами. Утилизация отходов......213
    4.4. Методы переработки твердых отходов.................216
    4.5. Способы размещения твердых и жидких отходов на поверхности и в подземных горизонтах земли...........220
        4.5.1. Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов................................221
        4.5.2. Способы размещения твердых и жидких отходов в подземных горизонтах земли........................224
        4.5.3. Использование промышленных отходов в качестве заполнителя при рекультивации карьеров .............226
        4.5.4. Размещение радиоактивных отходов ............227
        4.5.5. Требования безопасности при организации хранилищ.227
    4.6. Рекультивация промышленно используемых земель......229
    4.7. Методы и средства снижения техногенного воздействия на ландшафт и почву.....................................231
    Библиографический список................................231

Глава 5
РЕСУРСО- И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ МАЛООТХОДНЫХ ПРОИЗВОДСТВ...........................232

    5.1. Энерго- и ресурсоэффективность.........................232
        5.1.1. Нормативы допустимых физических воздействий на окружающую среду.................................232
        5.1.2. Взаимосвязь энерго- и ресурсоэффективности...239
        5.1.3. Принципиальные пути рационального использования ресурсов............................................242
        5.1.4. Наилучшие доступные технологии...............246

—1 Оглавление

       5.2. Принципы создания малоотходных производств........248
       5.3. Экологический риск................................252
           5.3.1. Источники экологического риска и подходы к его оценке............................................253
           5.3.2. Схема экологической оценки риска ...........254
           5.3.3. Влияние неопределенности на процессы экологической оценки риска......................................258
           5.3.4. Модели для расчета экологического риска.....259
       Библиографический список...............................265

    Глава 6
    ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ...............................266

       6.1. Оценка воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду....................................267
       6.2. Экологическиймониторинг...........................277
       6.3. Экологический контроль............................285
       6.4. Экологический аудит...............................288
       Библиографический список...............................292

    Глава 7
    ЭКОНОМИКА ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ..............................293

       7.1. Виды экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей природной среды...................................................293
       7.2. Базовые нормативы платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов................297
       7.3. Определение массы загрязняющих веществ, поступающих в окружающую среду. Корректировка размеров платежей природопользователей...................................301
       7.4. Экологическое страхование.........................306
       Библиографический список...............................310

    Заключение................................................311

            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.

—1 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 Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для направления 656500 «Безопасность жизнедеятельности». Пособие адресовано, прежде всего, студентам, обучающимся по специальности 280102 «Безопасность технологических процессов и производств в химической и нефтехимической промышленности».
       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 дипломных работ.

ГЛАВА

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.
       Промышленная экология — научное направление, предметом которого является отрицательное воздействие хозяйственной дея

¹⁰ -V

Глава 1. Предмет, задачи и объекты промышленной экологии

    тельности 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. К консументам 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.