Промышленная экология (основы инженерных расчетов)

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский  
технологический университет 

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

(ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЕТОВ) 

Учебное пособие 

2-е издание, дополненное

Казань 
Издательство КНИТУ 
2021 

УДК 628.5(075) 
ББК 28.081я7

П81

Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 

Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. В. А. Староверов 
канд. хим. наук Н. В. Степанова 

П81 

Авторы: Л. В. Ряписова, С. В. Фридланд, О. А. Сольяшинова,  
С. Н. Савельев, В. О. Дряхлов, И. Г. Шайхиев 
Промышленная экология (основы инженерных расчетов) : учебное пособие / 
Л. В. Ряписова, С. В. Фридланд, О. А. Сольяшинова [и др.]; 
Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – 2-е изд., 
доп. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2021. – 224 с. 

ISBN 978-5-7882-3088-7

Содержит основные расчеты процессов загрязнения окружающей среды, рассеивания 
и нормативов предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу, 
экономической эффективности мероприятий по очистке газопылевых выбросов, работы 
комплекса очистных сооружений, а также ущерба от загрязнения поверхности 
земли твердыми отходами, сточных вод и атмосферы.  
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 
20.03.01 «Техносферная безопасность», 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы 
в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», 18.03.01 «Химическая 
технология», 27.03.01 «Стандартизация и метрология»; специальности 18.05.01 «Химическая 
технология энергонасыщенных материалов и изделий» и другим, по дисциплине «
Экология», а также может быть использовано инженерами-технологами, занимающимися 
проблемами защиты окружающей среды. 
Подготовлено на кафедре инженерной экологии. 

ISBN 978-5-7882-3088-7
© Ряписова Л. В., Фридланд С. В., 
Сольяшинова О. А., Савельев С. Н., 
Дряхлов В. О., Шайхиев И. Г., 2021

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2021

УДК 628.5(075) 
ББК 28.081я7

2 

С О Д Е Р Ж А Н И Е

ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 6 

1. АТМОСФЕРА И ЕЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ............................................................ 10 

1.1. Расчет рассеивания и нормативов предельно допустимых выбросов 
вредных веществ в атмосферу ........................................................................ 10 

1.2. Расчет экономической эффективности мероприятий по очистке 
газопылевых выбросов .................................................................................... 35 

1.3. Укрупненная оценка ущерба от загрязнения атмосферы ..................... 43 

1.4. Принципы определения базовых нормативов платы за загрязнение 
окружающей природной среды ...................................................................... 54 

1.5. Порядок определения массы загрязнений, 
поступающих в окружающую природную среду ......................................... 55 

1.6. Расчет платы за выбросы в атмосферу загрязняющих веществ 
от стационарных источников ......................................................................... 57 

1.7. Расчет платы за выбросы в атмосферу загрязняющих веществ 
от передвижных источников .......................................................................... 59 

2. ГИДРОСФЕРА И ЕЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ........................................................... 63 

2.1. Расчет платы за сбросы загрязняющих веществ в поверхностные 
и подземные водные объекты ......................................................................... 64 

2.2. Методы очистки сточных вод ................................................................. 67 

2.3. Расчет и анализ работы комплекса очистных сооружений .................. 69 

2.4. Биологическая очистка сточных вод: аппаратурное оформление 
и примеры расчетов ......................................................................................... 77 

2.5. Укрупненная оценка ущерба при загрязнении сточных вод ................ 89 

2.6. Механическая очистка сточных вод. Расчеты аппаратов ..................... 99 

3. ЛИТОСФЕРА И ЕЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ........................................................... 130 

3.1. Расчет платы за размещение отходов ................................................... 132 

3.2. Укрупненная оценка ущерба от загрязнения поверхности земли 
твердыми отходами ....................................................................................... 135 

4. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ РЕЗЕРВУАРОВ И
ИЗ РЕАКТОРА ПРИ РЕГЕНЕРАЦИИ КАТАЛИЗАТОРА УСТАНОВОК
КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ................................................................ 141 

4.1. Расчет выбросов углеводородов от испарения из резервуаров ......... 141 

4.2. Расчет выбросов при регенерации катализатора установок 
каталитического крекинга ............................................................................ 146 

5. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ 
ИЗ ОБОРУДОВАНИЯ РАЗЛИЧНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 
НАЗНАЧЕНИЯ ................................................................................................... 150 

5.1. Выбросы загрязняющих веществ из резервуаров 
нефтеперерабатывающих, нефтедобывающих предприятий 
и магистральных нефтепроводов ................................................................. 150 

5.2. Выбросы паров нефтей и бензинов ...................................................... 154 

5.3. Выбросы паров индивидуальных веществ ........................................... 156 

5.4. Выбросы паров многокомпонентных жидких смесей известного 
состава ............................................................................................................ 157 

5.5. Выбросы газов из водных растворов .................................................... 158 

5.6. Выбросы паров нефтепродуктов (кроме бензинов) ............................ 159 

5.7. Выбросы паров нефтепродуктов из резервуаров нефтебаз, ТЭЦ, 
котельных, складов ГСМ .............................................................................. 160 

5.8. Выбросы паров нефтепродуктов из резервуаров автозаправочных 
станций ........................................................................................................... 161 

5.9. Примеры расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу .... 163 

Контрольные вопросы и задания ...................................................................... 179 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. 180 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................................ 181 

ПРИЛОЖЕНИЯ .................................................................................................. 184 

Приложение 1. Нормативы платы за выбросы загрязняющих веществ 
в атмосферный воздух, в поверхностные и подземные водные объекты; 
нормативы платы за размещение отходов; коэффициенты, 
учитывающие экологические факторы ....................................................... 184 

Приложение 2. Константы уравнения Антуана для некоторых 
веществ ........................................................................................................... 202 

Приложение 3. Значения константы Генри Kг  для водных растворов 
некоторых газов ............................................................................................. 204 

Приложение 4. Значения средней молекулярной массы (М.м) паров 
нефтей и углеводородов бензиновой фракции ........................................... 205 

Приложение 5. Физико-химические свойства некоторых газов и 
жидкостей ....................................................................................................... 206 

Приложение 6. Атомные массы некоторых элементов ............................. 207 

Приложение 7. Значения опытного коэффициента  Kt .............................. 207 

Приложение 8. Значения опытных коэффициентов Kр ............................. 209 

Приложение 9. Значения опытного коэффициента Kв ............................... 211 

Приложение 10. Значения опытного коэффициента Kоб ........................... 211 

Приложение 11. Компонентный состав растворителей, лаков, красок, 
грунтовок, эмалей .......................................................................................... 212 

Приложение 12. Значения концентраций паров нефтепродуктов 
в резервуаре C1, удельных выбросов У2, У3 и опытных  
коэффициентов Kнп ........................................................................................ 216 

Приложение 13. Количество выделяющихся паров 
бензинов автомобильных при хранении в одном  
резервуаре (Gхр , т/год) .................................................................................. 218 

Приложение 14. Концентрации загрязняющих веществ (% мас.) 
в парах различных нефтепродуктов* .......................................................... 219 

Приложение 15. Концентрации паров нефтепродуктов (С, г/м3) 
в выбросах паровоздушной смеси при заполнении резервуаров  
и баков автомашин ........................................................................................ 220 

Приложение 16. Давление насыщенных паров углеводородов, Па ......... 221 

Приложение 17. Средняя молекулярная масса углеводородов М.мi 
и коэффициенты пересчета Ki/5 ................................................................... 221 

Приложение 18. Предельно допустимые концентрации (ПДК) 
и ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) 
загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест ........... 222 

5 

В В Е Д Е Н И Е

В настоящее время состояние окружающей природной среды 
требует принятия мер для предотвращения возможных отрицательных 
нагрузок на биосферу. Располагая детальной информацией о состоянии 
биосферы, можно оценивать, насколько благоприятны или неблагоприятны 
те или иные факторы для ведения хозяйства, принимать меры по 
уменьшению влияния вредных воздействий на жизнь и деятельность 
людей. 
Длительное время наблюдения проводились лишь за изменениями 
состояния природной среды, обусловленными естественными причинами. 
На современном этапе воздействие хозяйственной деятельности 
человека (антропогенная деятельность) на окружающую среду характеризуется 
огромными масштабами изменений ландшафта, загрязнением 
атмосферы и мирового океана. Возрастает энергоемкость предприятий, 
выпускается новая продукция и увеличивается объем выпуска 
твердых, жидких и газообразных продуктов на функционирующих производствах. 

Для того чтобы выделить антропогенные изменения на фоне 
естественных, возникла необходимость в организации специальных 
наблюдений за изменением состояния биосферы под влиянием антропогенной 
деятельности. 
Наблюдением за происходящими в окружающей природной 
среде физическими, химическими, биологическими процессами, за 
уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов, 
последствиями его влияния на растительный и животный мир, обеспечением 
заинтересованных организаций и населения текущей и экстренной 
информацией об изменениях в окружающей природной среде, 
а также предупреждением и прогнозированием ее состояния занимается 
система экологического мониторинга. 
Воздушная среда является наиболее подвижной из всех природных 
сред. Именно поэтому загрязняющие вещества быстро распространяются 
на большие расстояния. По этой же причине те вещества, которые 
способны существовать в атмосфере в течение длительного времени 
без изменения, обнаруживаются повсеместно на нашей планете и 
относятся к веществам, приводящим к загрязнению в глобальном масштабе. 

Роль атмосферного воздуха в формировании планетарных про-

цессов настолько велика, что он стал первым объектом систематических 
наблюдений, проводимых после Стокгольмской конференции по 
окружающей среде (1972 г.) в рамках так называемой «глобальной системы 
мониторинга окружающей среды» – ГСМОС (GEMS). Именно 
ГСМОС позволяет получать информацию об изменениях климата и об 
опасностях, связанных с нарушениями функционирования озонового 
«экрана» Земли, а также о закономерностях функционирования биогеоценозов 
и о влиянии на них антропогенных изменений состава атмосферы. 
На региональном и локальном уровнях необходимость систематических 
наблюдений за загрязнением воздушной среды во всех странах 
считается одной из важнейших задач рационального природопользования. 
В этих случаях мониторинг атмосферного воздуха рассматривают 
как информационную систему, служащую основой для принятия 
экологически значимых управленческих решений, направленных на 
улучшение качества среды обитания и на уменьшение вреда, наносимого 
биоте и абиотической составляющей. 

Давно осознано влияние качества атмосферного воздуха на здо-

ровье и благополучие человека. Количество воздуха, проходящего 
в сутки через легкие человека без всякой предварительной очистки, составляет 
13–15 кг, что в 6–7 раз превышает количество потребляемой 
в пищу и для питья воды. Эти цифры указывают на необходимость контроля 
качества воздушной среды как среды обитания человека. Особенно 
важной эта проблема становится в современных городах, степень 
загрязненности воздуха которых автомобильным транспортом и промышленностью 
может быть очень высокой. 

Почва – наименее подвижная природная среда, которая в отличие 

от воздуха и воды непосредственно не поступает в организм человека, 
поэтому, как долгое время считалось, антропогенное загрязнение этой 
среды не представляет прямой опасности для человека. Эта концепция 
относительной безопасности загрязнения почв предполагает безграничную 
очистительную их способность, обеспечиваемую микроорганизмами. 


Вместе с тем резко возрастающие антропогенные нагрузки на 

почву приводят к уменьшению способности почвы к самоочищению и 
накоплению в них персистентных ксенобиотиков – таких, как полициклические 
ароматические углеводороды, полихлорированные бифенилы 
и другие представители пестицидов (например, ДДТ). Особое место 
в ряду токсикантов занимают тяжелые металлы. Таким образом, почва 

выступает как долговременный, а порой и мощный источник вторичного 
загрязнения веществами, оказывающимися в итоге либо в питьевой 
воде, либо в сельскохозяйственных продуктах. 
Один из недостатков национальной системы мониторинга состоит 
в недооценке значимости изучения загрязненности почв методами 
мониторинга. Такая недооценка идеологически подкреплялась, 
с одной стороны, убежденностью в относительной безопасности загрязненных 
почв, а с другой – традиционным отношением к земле как 
к чему-то безграничному и никому не принадлежащему. А между тем, 
по данным МЧС, площадь сильно загрязненных земель уже к 1992 г. 
составила 74,3 млн га, в том числе чрезвычайно опасный уровень загрязнения 
отмечен на 0,7 млн га. 
Одна из важнейших задач общегосударственной системы наблюдения 
и контроля (ОГСНК) за состоянием объектов окружающей среды 
состоит в комплексном подходе к их изучению, при котором загрязнение 
атмосферного воздуха, поверхностных и грунтовых вод рассматривается 
в тесной связи с загрязнением почв. Только при таком подходе 
возникает целостная картина, дающая возможность переходить от пассивного 
мониторинга к активному, предусматривающему принятие 
экологически значимых решений, обеспечивающих управление качеством 
природных сред. 
Часть первая данного учебного пособия посвящена расчетам и 
анализу состояния атмосферы и приземных территорий. Мониторинг и 
оценку площадей, включаемых в санитарно-защитные зоны, невозможно 
произвести без расчетов, включающих определение концентраций 
загрязняющих веществ в приземном слое при выбросах их из различных 
источников. 
В части второй рассматриваются методы очистки сточных вод от 
различных загрязнителей, методики расчета предотвращенного ущерба 
в результате внедрения природоохранных мероприятий, а также расчеты, 
необходимые для проектирования сооружений и аппаратов. 
В части третьей приводятся расчеты платы за размещение отходов, 
укрупненной оценки ущерба от загрязнения поверхности Земли 
твердыми отходами. 
Часть четвертая посвящена расчетам выбросов углеводородов от 
испарения из резервуаров и выбросов из реактора при регенерации катализатора 
установок каталитического крекинга. 

В части пятой рассматриваются расчеты выбросов загрязняющих 
веществ в атмосферу из оборудования различного технологического 
назначения. 
Приложения к книге содержат справочные данные, необходимые 
для проведения расчетов при решении типовых задач и примеров. 
Данное учебное пособие разработано на основании многолетней 
работы по проведению семинарских занятий по дисциплине «Экология». 

Авторы будут благодарны читателям за критические замечания, 
направленные на улучшение содержания книги. 

9 

1 .  А Т М О С Ф Е Р А  И  Е Е  З А Г Р Я З Н Е Н И Е

1 . 1 .  Р а с ч е т  р а с с е и в а н и я  и  н о р м а т и в о в  п р е д е л ь н о  
д о п у с т и м ы х  в ы б р о с о в  в р е д н ы х  в е щ е с т в  
в  а т м о с ф е р у  

Одним из следствий техногенного влияния на окружающую 
среду в ряде стран в настоящее время является заметное ухудшение состояния 
атмосферного воздуха. Наиболее крупнотоннажные (млн т в 
год) глобальные загрязнения атмосферы образуют СО2 (2×104), 
пыль (250), СО (200), SO2 (150), углеводороды (> 50), NOx (50). 
Различают первичные выбросы, поступающие в атмосферу непосредственно 
от источников загрязнений, и вторичные выбросы, которые, 
являясь продуктами превращений первичных выбросов, могут 
быть более токсичными и опасными. Для нормальных условий жизни 
(жизнеобеспечения) создаются санитарно-защитные зоны. 
Санитарно-защитная зона отделяет промышленные узлы от жилых 
районов и препятствует загрязнению воздушного бассейна городов 
вредными веществами, выбрасываемыми в атмосферу промышленными 
предприятиями. В пределах санитарно-защитной зоны в результате 
рассеивания вредных веществ в атмосфере их концентрации 
должны удовлетворять санитарным нормам. 
При нормировании используются специальные показатели – так 
называемые ПДК. 
Предельно допустимой концентрацией (ПДК) вредного вещества (
мг/м3, мкг/м3) называется такая максимальная его концентрация в 
атмосферном воздухе, которая не оказывает отрицательного влияния 
на организм человека в продолжение всей его жизни и на последующие 
поколения. 

ПДК – это интегрированный показатель. Различают ПДК рабочей 
зоны, в воздухе населенных мест, максимально разовую, среднесуточную. 

ПДК в воздухе населенных мест установлена для максимального 
разового и среднесуточного значений. 
ПДК рабочей зоны (ПДКр.з.) – это такая максимальная концентрация 
вредного вещества, которая при ежедневной работе в течение 8 ч 
(но не более 41 ч в неделю) всего рабочего стажа не может вызвать заболевания 
или отклонения в состоянии здоровья в процессе работы или 
в отдаленные сроки жизни настоящего и будущего поколений. 
ПДК максимально разовая (ПДКм.р.) – это максимальное количество 
вредных выбросов в атмосферу в течение 30 минут, которое не 
приводит к превышению их концентрации в населенном пункте среднесуточной 
ПДК. 
ПДК среднесуточная (ПДКс.с.) – это максимальная концентрация 
вредного вещества в атмосфере, которая при воздействии на организм 
человека в течение всей его жизни не оказывает на него вредного влияния, 
включая отдаленные последствия. 
По величине эти показатели располагаются: 

ПДКс.с.< ПДК м.р. < ПДК р.з.

Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного 
воздуха выбросами вредных веществ от промышленных предприятий 
(заводов, ТЭС, котельных и т. д.) определяется по наибольшей рассчитанной 

величине 
приземной 
концентрации 
вредных 
веществ 
(Сmax, мг/м3). 
Величина Сmax определяется на некотором расстоянии от места 
выброса при наиболее неблагоприятных метеорологических условиях. 
Значение Сmax каждого вредного вещества не должна превышать предельно 
допустимой концентрации данного вредного вещества, т. е. 
должно соблюдаться условие Сmax £ ПДК. При одновременном совместном 
присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих 
суммацией действия, их безразмерная суммарная концентрация 
не должна превышать единицу при расчете: 

,            
     (1.1) 
1

2

2

1

1
£
+
×××
+
+

n

n
ПДК
С
ПДК
С
ПДК
C

где С1, С2, …, Сn – концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе 
в одной и той же точке местности, мг/м3; ПДК1, ПДК2, …, ПДКn – 
ПДК соответствующих вредных веществ, мг/м3. 
Величина Сmax для выброса нагретой газовоздушной смеси из 
одиночного источника с круглым устьем определяется по формуле 

 
      (1.2) 

Максимальная приземная концентрация вредных веществ для 
выброса холодной газовоздушной смеси из одиночного источника 
с круглым устьем определяется по формуле 

 (1.3) 

В формулах (1.2) и (1.3) А
– коэффициент, зави-

сящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий 
условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ 
в атмосферном воздухе. 
Так, для России и стран ближнего зарубежья коэффициент А принимается: 
для субтропической зоны Средней Азии (лежащей южнее 
40° с. ш.) и Забайкалья (Бурятия и Читинская область) – 250; для европейской 
части России (районы южнее 50° с. ш., районы Нижнего Поволжья, 
Кавказ,), Дальнего Востока, Сибири, стран ближнего зарубежья (
Молдова, Казахстан, Киргизия, Таджикистан, Узбекистан) – 200; 
для европейской части России и части Урала в зоне от 50° до 52° с. ш. 
(за исключением перечисленных выше районов, попадающих в эту 
зону) – 180; для европейской части РФ (за исключением центра) и части 
Урала севернее 52° с. ш., а также Украины (для расположенных на 
Украине источников высотой менее 200 м в зоне от 50° до 52° с. ш. – 
180, а южнее 50° с. ш. – 200) – 160, для Центра европейской части России (
Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская и 
Ивановская области) – 140. 
Величина М – количество вредных веществ, выбрасываемых 
в атмосферу (г/с), может определяться расчетом в технологической 

2 3
maх
i

AMFmn
C
H
V T
h
=
×
D

×
=

i
maх
V
H
АМFnD
С
8
3
/
4
h

÷
÷

ø

ö

ç
ç

è

æ
×
×
г
мг
с
3
1
3
2
С
!

части проекта или приниматься в соответствии с действующими для 
данного производства или процесса нормативами. 
Безразмерный коэффициент F, учитывающий скорость оседания 
вредных веществ в атмосферном воздухе, для газообразных вредных веществ 
и мелкодисперсных аэрозолей принимается равным 1; для пыли и 
золы, если средний эксплуатационный коэффициент очистки равен 90 % 
и более, F = 2; при 75–90 % F = 2,5; менее 75 % F = 3; если выбросы 
сопровождаются выделениями водяного пара и имеет место его конденсация, 
а также коагуляция влажных пылевых частиц, то F = 3. 
Безразмерные коэффициенты m и n учитывают условия выхода 
газовоздушной смеси из устья источника. 
Безразмерный коэффициент h учитывает рельеф местности (для 
ровной и слабопересеченной местности h = 1). 
Коэффициент m определяется в зависимости от величины параметра 
ƒ ( м/ с2 °С) по формулам 

         
     при ƒ < 100,                (1.4) 

или 

        
     при ƒ ³ 100; 
       (1.5) 

 
(1.6) 

где W – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника 
выброса, м/с; D – диаметр источника выброса, м. 
Выбросы, для которых значение ƒ ³ 100, относятся к холодным, 
а ƒ< 100 – к нагретым. 
Значение параметра ƒе  для холодных выбросов рассчитывается 
по формуле 

, 
(1.7) 

где 
 – см. формулу (1.14).

3
34
,0
1,0
67
,0
1
f
f
m
+
+
=

3
47
,1

f
m =

,
10
2

2
3
T
H
D
W
f
D
=

(
)

3
800
e
m
f
V ¢
=

¢
m
V