13.7: Вплив промислових екосистем на навколишнє середовище

Практика промислової екології в антросфері, безумовно, має глибокий потенційний вплив на атмосферу, гідросферу, геосферу та біосферу. Антросферні впливи можуть варіюватися від високо локалізованих ефектів до глобальних наслідків, таких як потепління теплиць або стратосферне виснаження озону. Величина наслідків може бути незначною, а можуть бути катастрофічними. До відносно недавнього часу вплив людської діяльності на навколишнє середовище викликав відносно невелике занепокоєння, що призвело до зневаги, що є причиною багатьох екологічних проблем, які існують навіть сьогодні. Однак належна практика промислової екології вимагає врахування різних впливів антросферної діяльності на навколишнє середовище.

Розглянемо види впливу, які промислова діяльність може мати на природні екологічні сфери. Один з найбільш очевидних впливів на атмосферу через викиди в атмосферу забруднюючих газів, парів летких сполук і частинок. Виділений вуглекислий газ та пари, такі як фторовані вуглеводні, мають високий потенціал, щоб спричинити потепління теплиць. Частинки затьмарюють видимість і викликають несприятливі наслідки для здоров'я у людей, які повинні дихати повітрям, в якому вони містяться. Хлорфторуглеці призводять до стратосферного руйнування озону, а вуглеводні та оксиди азоту, що виділяються в атмосферу, можуть спричинити утворення фотохімічного смогу. Промислова діяльність часто використовує велику кількість води для охолодження та інших цілей. Вода може забруднюватися або надмірно нагріватися при використанні для охолодження (теплового забруднення).

Багато галузей промисловості вимагають великої кількості матеріалів, які забираються з Землі видобувними галузями. Це може призвести до порушення роботи геосфери від видобутку, днопоглиблення та перекачування нафти. Інший серйозний вплив на геосферу виникає через необхідність утилізації відходів. Для звалищ утилізації відходів може знадобитися дефіцитна земля, а геосфера може забруднитися забруднюючими речовинами від утилізації відходів.

На біосферу найбільше впливає виробнича діяльність при виділенні токсичних речовин. Інші наслідки для біосфери можуть бути непрямими внаслідок несприятливого впливу на атмосферу, гідросферу або геосферу.

Промислові системи значною мірою залежать від використання викопного палива, тому багато наслідків для навколишнього середовища обумовлені видобутком та спалюванням викопного палива. Викиди діоксиду вуглецю в теплиці, викиди кислотних газів, смогоутворюючі вуглеводні та оксиди азоту та погіршення якості атмосфери від частинок, що виділяються при спалюванні викопного палива, - все це атмосферні ефекти, пов'язані зі спалюванням викопного палива. Видобувна діяльність з видобутку вугілля має потенціал для викиду кислотної шахтної води в гідросферу, видобуток нафти може виділяти розсоли або призвести до розливів океанської нафти, кислотні опади можуть підкислювати ізольовані озера, а вода, що використовується як охолоджуюча вода на електростанціях, може стати термічно забрудненою. Геосфера може бути порушена видобутком викопного палива, особливо при поверхневому видобутку вугілля. Вугілля видобувається з деяких районів Західної Вірджинії шляхом відсікання цілих вершин гір, що знаходяться над вугільними пластами, і скидання розкривного навантаження в долини нижче, щоб дістатися до вугілля. Вплив на біосферу від використання викопного палива може бути прямим (на думку приходять птахи, покриті смолою від розливів нафти), але частіше непрямі, такі як підкислені водойми від кислотних дощів, що виникають внаслідок викидів діоксиду сірки при спалюванні вугілля.

Сільськогосподарську діяльність, безумовно, слід розглядати як частини антросфери, а сучасні сільськогосподарські практики є частиною великих сільськогосподарських промислових систем. Велика кількість парникового метану виділяється в атмосферу від дії аноксичних бактерій в рисових порах і в кишечнику жуйних тварин. Сільськогосподарські методи «Slash and Burn», що практикуються в деяких тропічних країнах, виділяють парникові гази вуглекислий газ в атмосферу і знищують здатність лісів секвеструвати атмосферний вуглекислий газ шляхом фотосинтезу. Величезна кількість води проходить через зрошувальні системи. Частина цієї води випаровується і втрачається з гідросфери. Вода, яка повертається в гідросферу з зрошуваних полів, набирає значну кількість солі з землі і добрив, внесених в землю, тому солоність води може стати проблемою. Підземні водоносні горизонти сильно виснажуються при перекачуванні великої кількості води для поливу. Виробництво білка з тваринництва вимагає набагато більше води в цілому, ніж виробництво еквівалентної кількості білка з зерна. Відходи тварин з величезних відгодівлі худоби є горезвісними забруднювачами води, додаючи до води біохімічну потребу в кисні, що виснажують кисень (БПК, див. Глава 9, розділ 9.3) та потенційно токсичні неорганічні сполуки азоту. Порушення геосфери від вирощування сільськогосподарських культур величезне. Вирощування худоби на їжу тягне за собою набагато більший ступінь обробітку землі, ніж вирощування зернових злаків. Сільськогосподарське виробництво замінює цілі, різноманітні біологічні екосистеми штучними екосистемами, що викликає серйозне порушення природного стану біосфери. Ще однією сільськогосподарською діяльністю, яка впливає на біосферу, є втрата видового різноманіття при вирощуванні сільськогосподарських культур і худоби. На додаток до втрати цілих видів організмів, кількість штамів організмів, вирощених всередині видів, як правило, сильно зменшується в сучасній сільськогосподарській практиці. Очевидно, що ті сорти сільськогосподарських культур і тваринництва, які найбільшпродуктивні, - це ті, які будуть використовуватися для виробництва зернових, м'ясних, молочних продуктів. Однак якщо щось трапиться, наприклад, певний сорт стає сприйнятливим до знову мутованого вірусу, альтернативні стійкі сорти можуть більше не бути доступними. Нарешті, вирощування трансгенних культур та худоби (див. Розділ 12.12, «Сільське застосування генетично модифікованих організмів») обіцяє глибокі та потенційно непередбачені наслідки для біосфери.

Проектування промислових екосистем для мінімізації впливу на навколишнє середовище

З обговорення вище очевидно, що промислова діяльність, яка широко визначається як сільське господарство, має високий потенціал для негативного впливу на атмосферу, гідросферу, біосферу та геосферу. Однак властиві природі промислових екосистем заходи та системи, призначені для мінімізації таких впливів.

Для мінімізації впливу промислових екосистем на геосферу може бути вжито кілька заходів. Оскільки більшість сировини, необхідної для виробництва, спочатку доводиться видобувати з геосфери, переробка матеріалів, властивих добре спроектованим промисловим екосистемам, мінімізує вплив на геосферу. Вибір матеріалів також може бути важливим. Як приклад, видобуток міді, щоб зробити мідний дріт колись широко використовувався для передачі сигналів зв'язку, включає риття великих отворів у землі та оголення мінералів, які, як правило, виділяють метали та кислі забруднювачі. Діоксид кремнію, що використовується в волоконно-оптичних кабелів, які зараз в значній мірі замінюють мідь, просто отримують з піску. Вплив порушення геосфери для виробництва харчових продуктів та волокон можна мінімізувати деякими методами збереження та сільськогосподарськими практиками, розглянутими в главі 11.

Добре спроектовані промислові екосистеми виділяють в атмосферу набагато менше шкідливого матеріалу, ніж звичайні промислові системи. Промислові викиди в атмосферу помітно зменшуються в останні роки внаслідок вдосконалення технологій, більш жорсткого регулювання та вимог до випуску інформації про викиди в атмосферу. Один з основних класів промислових забруднювачів атмосфери складався з парів летких органічних сполук (ЛОС). Вони були значно зменшені шляхом зміни умов, в яких вони використовуються для зниження викидів, і за допомогою таких заходів, як фільтри з активованим вугіллям для уловлювання парів. Практика промислової екології виходить за рамки такого роду заходів і спроб знайти замінники, такі як склади на водній основі, так що летючі органічні сполуки навіть не потрібно використовувати.

Роки регулювання призвели до значно зниження викидів забруднювачів води від промислових операцій. Ці знижені рівні були обумовлені значною мірою складними операціями з очищення води, які застосовуються до води перед її випуском з заводу. Бажаними, якими б не були ці заходи «кінця труби», практика промислової екології виходить за рамки такого контролю забруднення, мінімізуючи використання води та запобігаючи її забрудненню в першу чергу. Одним із способів гарантувати, що забруднювачі води не виділяються з промислової операції, є повна рециркуляція води в системі - відсутність води, відсутність забруднювачів води.

У минулі роки багато небезпечних твердих і рідких відходів були неналежним чином утилізовані на ділянках в геосфері, що породило велику кількість «небезпечних відходів», що є предметом діяльності Суперфонду в США. Практика промислової екології спрямована на повне усунення будь-яких таких відходів, які потребують утилізації. В ідеалі такі відходи просто являють собою матеріальні ресурси, які не використовуються належним чином, факт, який може служити орієнтиром для запобігання таких відходів.

Витрата енергії тягне за собою потенціал завдати екологічної шкоди різним сферам навколишнього середовища. Першочерговим завданням у належній практиці промислової екології є максимально ефективне використання найменш забруднюючих джерел енергії. Більш ефективні електродвигуни в промислових операціях дозволяють значно знизити споживання електроенергії. Правильне проектування будівель для зменшення витрат на опалення та охолодження також може зменшити споживання енергії. Багато промислових операцій вимагають тепла (технологічного тепла в промисловій мові) і пара. Замість того, щоб генерувати їх окремо, вони можуть вироблятися в комбінованих силових циклах разом з виробленням електроенергії, тим самим значно підвищуючи загальну ефективність використання енергії.