Промышленная экология
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Отраслевая и прикладная экология
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Автор:
Никифоров Леонид Львович
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 322
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-16-014983-7
ISBN-онлайн: 978-5-16-107478-7
Артикул: 315700.08.01
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
В учебном пособии рассмотрены вопросы промышленной экологии, с которыми будущие инженеры 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.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Предназначено для изучения студентами технических специальностей пищевых вузов, а также будет полезно инженерно-техническим работникам.
Тематика:
ББК:
- 201: Человек и окружающая среда. Экология человека. Экология в целом. Охрана природы
- 36: Пищевые производства. Общественное питание. Кулинария
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- 19.03.01: Биотехнология
- 19.03.03: Продукты питания животного происхождения
ГРНТИ:
Скопировать запись
Промышленная экология, 2024, 315700.09.01
Промышленная экология, 2020, 315700.05.01
Экология, 2019, 315700.04.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Л.Л. НИКИФОРОВ 2-е издание, переработанное и дополненное Рекомендовано УМО по образованию в области технологии сырья и продуктов животного происхождения для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 19.03.03 «Продукты питания животного происхождения» для бакалавров по профилям: технология мяса и мясных продуктов; технология рыбы и рыбных продуктов; технология молока и молочных продуктов, а также по направлению 19.03.01 «Биотехнология» и направлению 15.03.02 «Технологические машины и оборудование» Москва ИНФРА-М 2022 УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
УДК 504(075.8) ББК 20.1я73 Н62 Никифоров Л.Л. Н62 Промышленная экология : учебное пособие / Л.Л. Никифоров. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 322 с. — (Выс- шее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/1013725. ISBN 978-5-16-014983-7 (print) ISBN 978-5-16-107478-7 (online) В учебном пособии рассмотрены вопросы промышленной экологии, с которыми будущие инженеры будут иметь дело в процессе своей трудо- вой деятельности. Приведены общие сведения об охране окружающей при- родной среды, основные сведения из нормативных документов. Большое внимание уделено защите атмосферного воздуха от выбросов загрязняю- щих веществ, очистке производственных и поверхностных сточных вод, утилизации отходов. Соответствует требованиям федеральных государственных образова- тельных стандартов высшего образования последнего поколения. Предназначено для изучения студентами технических специальностей пищевых вузов, а также будет полезно инженерно-техническим работни- кам. УДК 504(075.8) ББК 20.1я73 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 Роспри- роднадзора по Центральному федеральному округу ISBN 978-5-16-014983-7 (print) ISBN 978-5-16-107478-7 (online) © Никифоров Л.Л., 2015 © Никифоров Л.Л., 2020, с изменениями
Введение Учебная дисциплина «Экология» — обязательная дисциплина ФГОС первого уровня высшего профессионального образования (бакалавриата). Основной целью образования по дисциплине «Экология» яв- ляется формирование профессиональной культуры охраны окру- жающей 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 образо- вания 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 га- зовых выбросов и стоков производств; правовые основы, правила и нормы экологической безопасности; принципы и методы рацио- нального природопользования, мониторинга окружающей среды, экологического контроля и экологического регулирования. В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь: понимать проблемы устойчивого развития, обеспечения эколо- гической безопасности и снижения рисков, связанных с деятель- ностью 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 экологи- ческую 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, осва- ивать 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. Маль- туса 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 биоло- гических организмов. В качестве самостоятельной науки экология сформировалась к на- чалу 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. Су- качев, 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 удо- влетворить свои немалые потребности в чистом воздухе, воде и фи- зиологически 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 жи- вотные организмы, реакции отдельных особей, популяций и со- обществ на эти факторы, а также механизмы, которые влияют на численность популяций, их структуру, исследует биологическую продуктивность природных сообществ, закономерности функцио- нирования экологических систем. Как учебный предмет, экология делится на четыре основных раздела: 1) аутэкология, или факториальная экология (изучение дей- ствия различных экологических факторов на отдельные, искус- ственно изолированные организмы); 2) экология популяций, или демэкология (исследование жиз- недеятельности 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 Популя- ционная экология Синэко- логия Палеоэко- логия Промыш- ленная экология Сельскохо- зяйственная 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 ко- торых главными являются метод наблюдения, сравнительный метод, исторический метод, экспериментальный метод и модели- рование. 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 наблю- дения и эксперименты занимают самое важное место. Относительно новым методом исследования в современной эко- логии является моделирование, позволяющее изучать сложные объ- екты, явления и процессы путем их упрощенного имитирования (на- турного, математического, логического). Существенным преимуще- ством 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 вы- сокие 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 объеди- няет в научном поиске и нередко координирует усилия специа- листов 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 под- держание надлежащего качества природной среды, без чего невоз- можно 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 воз- никла 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 орга- низмов, относящихся к одному виду, занимающая определенную область, называемую ареалом. Сообщество, или биоценоз, — это совокупность растений и жи- вотных, 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 попу- ляций, 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 стро- ится пирамида питания, состоящая из нескольких трофических (от греч. trophe — питание) уровней. На низшем уровне располагаются автотрофные (самостоятельно питающиеся) организмы, для которых характерны фиксация све- товой энергии и использование простых неорганических соеди- нений 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 по- рядка, 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 последо- вательно 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 упоря- доченный поток вещества и энергии. Когда температура того или иного тела выше температуры окру- жающего 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 термодинамиче- ского равновесия и дальнейшие энергетические процессы оказыва- ются 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, посту- пающий 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. По- лучая ее от Солнца, она, по существу, является открытой системой. Организм извлекает негэнтропию из пищи, используя упорядочен- ность ее химических связей. При этом часть энергии теряется, рас- ходуясь, например, на поддержание жизненных процессов, часть пе- редается организмам последующих пищевых уровней. В начале же этого потока энергии находится процесс питания растений — фото- синтез, при котором повышается упорядоченность деградированных органических и минеральных веществ. По второму началу термодинамики энергия любой системы стремится к состоянию термодинамического равновесия, что рав-
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти