Экология техносферы: практикум

ЭКОЛОГИЯ
ТЕХНОСФЕРЫ

ПРАКТИКУМ

С.А. Медведева, С.С. Тимофеева

Рекомендовано научно-методическим советом
по экологии и природопользованию
Сибирского регионального учебно-методического центра
в качестве учебного пособия 
для студентов высших технических учебных заведений

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва                                        2020

ИНФРА-М

УДК 504.064(075.8)
ББК 20.18я73
 
М42

Медведева С.А.
М42  
Экология техносферы: практикум : учеб. пособие / С.А. Медведева, 
С.С. Тимофеева. — М. : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2020. — 200 с. — (Высшее образование).

ISBN 978-5-00091-718-3 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015594-4 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-108022-1 (ИНФРА-М, online)

В практикуме рассмотрены методы и методики количественной оценки 
загрязняющих окружающую среду веществ, оценки их опасности и нормирования. Представлены методики анализа экологического риска и экономического регулирования экологической безопасности техносферы, 
используемые при оценке влияния промышленных объектов на окружающую среду.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения по направлению подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность», квалификация «бакалавр».
Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по профилям подготовки «Безопасность технологических процессов и производств», «Охрана природной среды и ресурсосбережение», 
«Безопасность жизнедеятельности в техносфере», изучающих дисциплину 
«Экология техносферы».

УДК 504.064(075.8)
ББК 20.18я73

Р е ц е н з е н т ы:
Корчевин Н.А. — доктор химических наук, профессор, заведующий 
кафедрой химии Иркутского государственного университета путей 
сообщения; 
Стом Д.И. — доктор химических наук, профессор кафедры зоологии беспозвоночных и гидробиологии Иркутского государственного 
университета

ISBN 978-5-00091-718-3 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015594-4 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-108022-1 (ИНФРА-М, online)

© Медведева С.А., 
Тимофеева С.С., 2014
© ФОРУМ, 2014

Введение

Техносферу, созданную человечеством в ходе цивилизационного
процесса, можно рассматривать как видовую реализованную нишу
человечества, которая по многим пространственным и потоковым параметрам совпадает с биосферой, экологическая емкость которой ограничена.
Поэтому неизбежны конкурентные отношения между активными
компонентами техносферы и биосферы, между общественным производством и планетарной биотой.
Хотя эти отношения намного сложнее, чем межвидовые взаимоотношения в природе, многие их черты выглядят как конкурентное
вытеснение биосферы, тем более что техносфера активно развивается
в условиях действия закона о неустранимости отходов и (или) побочных воздействий производств.
В окружающем нас мире возникли новые условия взаимодействия живой и неживой материи:
• взаимодействие человека с техносферой;
• взаимодействие техносферы с биосферой (природой) и человеком.
В обществе возникла потребность в защите природы и человека
от негативного влияния техносферы.
Решение задач обеспечения безопасности человека в техносфере
приводит к одновременному решению задач охраны природы от губительного влияния техносферы.
Настоящее пособие посвящено основам практической деятельности обеспечения экологической безопасности взаимодействия в системе «человек—техносфера—природа», методам контроля и рациональным подходам к решению проблем экологии техносферы.

В практикуме подобраны практические работы, которые позволяют студентам получить углубленные знания в области экологии техносферы.
Практикум предназначен для студентов разных форм обучения по
направлению подготовки 280700 «Техносферная безопасность», квалификации «бакалавр» по профилям подготовки «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», «Охрана окружающей природной среды» и «Безопасность технологических процессов и производств» и
др., а также для специалистов различных предприятий, выполняющих экологическое обоснование хозяйственной деятельности.

4
Введение

Общие методические указания
по выполнению практических работ

Для выполнения практических работ студентам выдаются необходимые задания и методические указания и в случае необходимости — дополнительные справочные и нормативные материалы.
Приведенные в пособии практические работы рассчитаны на
двухчасовые занятия в аудитории. Работы должны выполняться студентами индивидуально по заданию преподавателя. При выполнении
каждой практической работы студент должен сначала ознакомиться с
теоретическим материалом и общими методическими рекомендациями выполнения работы, изучить алгоритм расчета задачи, используя
выданное задание.
По результатам выполненной практической работы студент должен оформить отчет по форме, представленной ниже.

Отчет
по практической работе
(указываются тема работы и номер задания)
1. Цель и задачи работы.
2. Краткое описание сущности методики исследований, принципов
измерения.
3. Задание.
4. Расчетные формулы и расчеты.
5. Графики.
6. Таблицы с результатами исследований.
7. Выводы по работе.

Работу выполнил
студент группы ___________________________________ Ф.И.О.

Проверил _________________________________________Ф.И.О.

При оформлении расчетной части отчета необходимо указать определяемую величину, привести общую расчетную формулу с последующей расшифровкой всех составляющих формулы и указанием их
количественных значений и размерности; подставить значения составляющих в формулу и привести конечный результат. Недостающие исходные данные, принятые самостоятельно, приводятся с необходимым обоснованием их значений. Выводы по работе должны содержать основные расчетные значения определяемых величин и
отвечать дополнительным требованиям к содержанию выводов в каждой работе.
Отчеты оформляются в соответствии с требованиями стандарта.
Оформленный отчет по работе представляется преподавателю на проверку. Защита проводится в установленном преподавателем порядке.

6
Общие методические указания...

Практическая работа 1
РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ОБЪЕКТОВ ТЕХНОСФЕРЫ
В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ

Цель работы: научиться оценивать качество атмосферного воздуха, осуществлять количественный контроль выбросов предприятием
загрязняющих веществ.

Общие положения

Атмосфера является составной частью окружающей среды. Окружающая среда — это среда обитания и деятельности человечества, окружающий человека природный и созданный им материальный мир.
Окружающая среда включает природную и искусственную (техногенную) среду, т. е. совокупность элементов среды, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих
аналогов в девственной природе (здания, сооружения и т. п.).
Общественное производство изменяет окружающую среду, воздействуя прямо или косвенно на все ее элементы. Это воздействие и его
негативные последствия особенно усилились в эпоху современной научнотехнической революции (НТР), когда масштабы человеческой
деятельности, охватывающей почти всю географическую оболочку
Земли, стали сравнимы с действием глобальных природных процессов.
Однако и окружающая среда влияет на жизнь людей и развитие
общества в целом. Окружающая среда может также нести в себе угрозу. Загрязненный воздух, инфекции, передающиеся с водой, токсичные химические вещества и природные катастрофы представляют собой только часть тех угроз для человечества, которые таит в себе окружающая среда. Жизненно важно для человека и планеты в целом
сохранять благоприятную окружающую среду.
Законодательное определение понятия «благоприятная окружающая среда» дано в ст. 1 Федерального закона от 10.01.2002 г. № 7ФЗ
«Об охране окружающей среды»: «Благоприятная окружающая среда — окружающая среда, качество которой обеспечивает устойчивое
функционирование естественных экологических систем, природных
и природноантропогенных объектов».
Право на благоприятную окружающую среду, гарантированное
Конституцией РФ (принята 12.12.1993 г.), обеспечивается системой
природоохранных нормативов, а критерием соблюдения этого права
является соответствие качества окружающей среды природоохранным нормативам.
Нормированием качества среды называется установление пределов, в которых допускается изменение ее естественных свойств. Этот
вид экологического сопровождения деятельности предприятия заключается в разработке и согласовании проекта нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу и получении разрешения на выброс.
Цель нормирования — государственное регулирование выбросов в
атмосферу, стимулирование предприятий к снижению объемов и токсичности ЗВ, выбрасываемых в атмосферу, и создание условий для
поддержания качества атмосферного воздуха в районе расположения
объекта на нормативном уровне.
В действующей природоохранной нормативнотехнической документации в области защиты атмосферы от загрязнения приняты следующие понятия.
Источник выделения ЗВ — объект, в котором происходит образование ЗВ (установка, аппарат, емкость для хранения, двигатель, свалка отходов и т. п.).
Источник загрязнения атмосферы (источник выброса) — объект, от
которого загрязняющее вещество поступает в атмосферу (труба, вентиляционная шахта, аэрационный фонарь, открытая стоянка транспорта и т. п.).
На практике, как правило, существуют разные сочетания источников загрязнения атмосферы (выброса) и источников выделения ЗВ.
Все источники загрязнения атмосферы (источники выброса) подразделяются в соответствии с классификацией и имеют следующие
определения:
точечный источник — источник в виде трубы или вентиляционной шахты с размерами сечения, близкими друг к другу (трубы круглого, квадратного, прямоугольного сечения и т. п.);
линейный источник — источник в виде канала для прохода загрязненного газа (воздуха) с поперечным сечением, имеющим значительную протяженность (длину): в несколько раз большую, чем ширина

8
Практическая работа 1

(высота), например, ряд открытых, близко расположенных в одну линию оконных фрамуг, либо аэрационные фонари и т. д.;
плоскостной источник — источник, имеющий значительные геометрические размеры площадки, по которой относительно равномерно происходит выделение загрязнений, и в том числе как результат
рассредоточения на площадке большого числа источников (бассейн,
открытая стоянка автотранспорта и т. п.).
Отнесение источника загрязнения (выброса) к точечному, линейному или плоскостному типу производится с целью определения математического аппарата, который используется при расчете рассеивания загрязнения в атмосфере в соответствии с методикой расчета
концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД86) (утв. Госкомгидрометом СССР
4 августа 1986 г. № 192).
Концентрация является основным параметром при нормировании
примесей в атмосферном воздухе. Концентрация — это масса (мг) вещества в единице объема (м3) воздуха при его нормальном состоянии.
Основной критерий качества атмосферного воздуха — предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющего вещества.
ПДК (мг/м3) — это максимальная концентрация загрязняющего
вещества в атмосфере, которая не оказывает вредного воздействия на
здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его
потомства. В настоящее время для ряда веществ, для которых не определены ПДК, установлены ориентировочно безопасные уровни воздействия на здоровье человека (ОБУВ).
Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны предприятия, как правило, бывает выше, чем за ее пределами. В связи с этим
для каждого вещества устанавливается два нормативных значения:
ПДК в воздухе рабочей зоны (ПДКр.з) и ПДК в атмосферном воздухе
(ПДКа.в) ближайшего населенного пункта.
ПДКр.з — это такая концентрация ЗВ, которая при работе не более 41 часа в неделю в течение всего рабочего стажа не вызывает заболеваний у работающих и их детей (ГОСТ 12.1.005—88 «Общие санитарногигиенические требования к воздуху рабочей зоны»).
ПДКа.в — это предельно допустимая концентрация ЗВ, которая
на протяжении всей жизни человека не оказывает вредного влияния
на его здоровье и окружающую среду в целом. ПДК в атмосферном
воздухе населенных мест различают максимально разовые (ПДКм.р)
и среднесуточные (ПДКс.с) (ГН 2.1.6.1338—03 «Предельно допустимые

Практическая работа 1
9

концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе
населенных мест», прил. А).
Среднесуточная ПДКс.с — это такая концентрация примеси в атмосфере, определяемая по среднесуточной пробе (отбирается в течение
24 ч с равными интервалами, но не менее четырех раз в сутки и рассчитывается как среднее арифметическое значение), которая не должна
оказывать вредных воздействий на человека в течение всей его жизни.
Максимальная разовая ПДКм.р — эта дополнительная к ПДКс.с
норма для веществ, обладающих запахом или раздражающим действием, для оценки критических подъемов концентраций, т. е. такая концентрация вещества, которая при вдыхании в течение 20—30 мин не
должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека. Понятно, что ПДКм.р будет больше, чем ПДКс.с, для токсичных веществ.
При оценке опасности загрязнения атмосферы используется неравенство

С/ПДК ≤ 1,

где С — фактическая концентрация загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы (пространство до 2 м от поверхности земли),
мг/м3;
ПДК — максимально разовая предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м3.
Если значение этого соотношения больше единицы, то существует опасность загрязнения.
Если в воздухе присутствуют одновременно несколько загрязняющих веществ, обладающих однонаправленным действием, то соотношение должно удовлетворять условию

С1/ПДК1 + С2/ПДК2 + ... + Сп/ПДКn ≤ 1,

где С1, С2, ..., Сn — фактические концентрации вредных веществ в одной и той же точке местности, мг/м3;
ПДК1, ПДК2, ..., ПДКn — предельно допустимые концентрации
этих веществ, мг/м3.
При одновременном совместном присутствии в атмосферном
воздухе нескольких веществ, обладающих суммацией действия
(прил. Б), для каждой группы рассчитывается безразмерная (приведенная концентрация) по уравнению

Q = С1/ПДК1 + С2/ПДК2 + ... + Сn/ПДКn,

где С1, С2, ..., Сn — расчетная концентрации ЗВ в одной и той же точке
местности, мг/м3;

10
Практическая работа 1

ПДК1, ПДК2, ..., ПДКn — максимально разовые предельно допустимые концентрации этих веществ, мг/м3.
Приведенная концентрация С рассчитывается по формуле

С = С1 + С2 (ПДК1/ПДК2) + ... + Сn (ПДК1/ПДКn),

где С1 — концентрация вещества 1, к которому осуществляется приведение;
ПДК1 — его предельно допустимая концентрация;
С2, ..., Сn, ПДК2, ..., ПДКn — соответственно, концентрация и
ПДК веществ, входящих в группу суммации.
При загрязнении атмосферы выбросами группы источников и
площадных (рассеянных) источников приземная концентрация ЗВ в
любой точке местности при наличии ряда источников определяется
как сумма концентраций веществ от отдельных источников при заданных направлении и скорости ветра

С = С1 + С2 + С3 + ... + Сn,

где С1, С2 + С3 + ... + Сn — концентрации ЗВ, соответственно, от первого, второго источников, расположенных с наветренной стороны при
рассматриваемом направлении ветра.
Для того чтобы определить концентрацию ЗВ в любой точке местности, необходимо всю совокупность рассматриваемых источников
привести к единым координатам, совмещая их с направлением ветра,
определить концентрацию ЗВ с учетом координат и просуммировать
полученные концентрации.
Для источников выброса, имеющих различные параметры, сначала осуществляется расчет для каждого из источников максимальных
приземных концентраций и опасных скоростей ветра.
Изменение концентрации ЗВ, выбрасываемых одиночным точечным источником (труба), на заветренной стороне зависит от высоты
точечного источника и интенсивности турбулентного перемешивания
потока выброса. На определенном расстоянии от трубы (Хм) образуется область максимальной концентрации ЗВ (См), причем См тем меньше, чем сильнее турбулентность и чем выше труба. Турбулентное перемешивание приводит к рассеиванию газовой струи ЗВ, в результате
чего образуется так называемый факел распространения ЗВ (рис. 1.1).
Начальная точка соприкосновения струи с поверхностью земли
является началом зоны загрязнения. Далее, по мере распространения
факела, концентрация ЗВ начинает нарастать вследствие того, что из
газовой струи выпадают ЗВ, достигающие поверхности земли, котоПрактическая работа 1
11