Принципы рационального природопользования и малоотходных технологий
Рациональное природопользование, по Н.Ф. Реймерсу, — это система деятельности, призванная обеспечить экономную эксплуатацию природных ресурсов и условий и наиболее эффективный режим их воспроизводства с учетом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей. Только рациональное природопользование может обеспечить условия для устойчивого развития человечества и получение материальных благ, максимальное использование каждого природно-территориаль-ного комплекса и одновременно не допустить негативного влияния процессов природопользования на биосферу. Таким образом, рациональное природопользование — это высокоэффективное хозяйствование, не приводящее к резким изменениям природно-ресурсного потенциала и не ведущее к глубоким переменам в окружающей среде. Совершенствование ресурсных циклов являетсй магистральным путем перехода к рациональному природопользованию и базируется на нескольких общих правилах и принципах, которые можно использовать в любой области природопользования и производства. Дополняя предложения [37], эти принципы можно сформулировать следующим образом: • Принцип системного подхода предусматривает всестороннюю комплексную оценку воздействия производства на окружающую среду и ее ответных реакций. С позиции системного подхода ни один ресурс не может использоваться или охраняться независимо от другого. • Принцип оптимизации природопользования заключается в применении наиболее целесообразных решений об использовании природных ресурсов и природных систем на основе одновременного экологического и экономического подхода, прогноза развития различных отраслей и регионов. • Принцип опережения темпов заготовки сырья темпами выхода конечной продукции основан на снижении количества образующихся в процессе производства отходов, т. е. на более полном использовании и уменьшении количества исходного сырья, затрачиваемого на единицу продукции. • Принцип гармонизации отношений природы и производства заключается в создании и эксплуатации природно-технических систем, обеспечивающих, с одной стороны, высокие производственные показатели, а с другой — поддержание в зоне своего влияния благоприятной экологической обстановки. Гармонизация отношений природы и человека изучается теорией коэволюции. Коэволюция — это взаимосвязанная совместная эволюция человека и природы. Общество может жить и развиваться только внутри биосферы и за счет ее ресурсов, поэтому оно жизненно заинтересовано в ее сохранении. Однако из-за того, что эволюция природы идет очень медленно, а социальная эволюция человека быстро, многие виды не успевают приспособиться и вымирают. Общество должно сознательно ограничить свое воздействие на природу, чтобы обеспечить возможность дальнейшей коэволюции. • Принцип (правило) меры преобразования природных систем. В ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить пределы, позволяющие этим системам сохранить свойство самоподдержания (саморегуляции и самоорганизации), т. е. необходимо учитывать их ассимиляционную емкость, количество изымаемого природного ресурса, структуру экосистемы и другие факторы, обеспечивающие ее функционирование. • Принцип саморегуляции. При создании техногенных комплексов необходимо учитывать, что способностью к саморегуляции и саморазвитию могут обладать не только биологические, но отчасти и рационально созданные производственные и природно-техногенные системы, что позволяет значительно снизить их негативное влияние на биосферу и затраты на поддержание устойчивости. • Принцип комплексного использования природных ресурсов и концентрации производства на базе имеющихся в регионе сырьевых, энергетических, демографических ресурсов заключается в создании территориальных производственных комплексов, которые позволяют более полно использовать природные ресурсы, тем самым снизив количество отходов и вредную нагрузку на окружающую среду. Такие комплексы имеют специализацию, сконцентрированы на определенной территории, обладают единой производственной структурой и совместными усилиями обеспечивают охрану окружающей среды. • Принцип безотходности. Отходы, образующиеся в результате использования одного природного ресурса, должны использоваться или служить сырьем для другого производства. Этот принцип фактически дополняет предыдущий, так как его можно сформулировать и несколько иначе — необходимо создание таких производственных комплексов, в которых образующие их предприятия утилизируют отходы друг друга. Таким образом, рациональное природопользование и экологическая оптимизация промышленности предусматривают создание эколого-производ-ственных комплексов, направленных на комплексное использование и полную утилизацию вовлекаемых в ресурсные циклы веществ (в том числе включение в замкнутый производственный цикл, необходимой для большинства процессов воды) и энергии, подобно тому, как в природе миллионы лет осуществляется естественный биогеохимический круговорот. Внедрение таких замкнутых циклов означало бы полностью безотходное производство. Однако в реальной жизни какое-то количество отходов неизбежно, поэтому необходимо стремиться к малоотходным и ресурсосберегающим производствам. Под безотходной (малоотходной) технологией подразумевается такой способ производства, при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырье — производство — потребле- ^ ние — вторичные сырьевые ресурсы». Основные направления развития малоотходных и ресурсосберегающих технологий следующие [37]: — все производственные процессы должны осуществляется при минимальном числе технологических этапов, поскольку на каждом образуются отходы, и теряется сырье; — технологические процессы должны быть непрерывны, что позволяет наиболее эффективно использовать сырье, оборудование и энергию; — мощность технологического оборудования должна быть оптимальной, что определяет максимальный коэффициент полезного действия и минимальные потери; — при разработке технологического оборудования необходимо предусматривать широкое использование автоматических систем, обеспечивающих оптимальное ведение технологических процессов и качество продукции, с минимальным выходом вредных веществ; — выделяющаяся в различных технологических процессах теплота должна быть использована, что позволит сэкономить энергоресурсы и снизить тепловую нагрузку на окружающую среду. Постепенный переход на малоотходные и ресурсосберегающие технологии в производстве приведет к значительному снижению нагрузки на окружающую среду и повышению эффективности природопользования. О колоссальном потенциале малоотходных технологий свидетельствуют следующие цифры: из-за несовершенства технологий извлечения в земных недрах остается до 30% угля, 20 — железной руды, нефти — до 50, а степень ее переработки в России составляет всего 65-70% (в развитых странах до 90%), водопотери в городах и сельском хозяйстве достигают 40-50% и т. д. Если же взять цветные и редкие металлы, то доля полезного компонента составляет лишь сотые и тысячные доли процентов от объема добываемой руды и попутно извлекаемой пустой породы. Остаточные отходы в лучшем случае представляют собой громадные скопления, захламляющие и загрязняющие земную поверхность. По данным Н.Ф. Глазовского, модуль техногенного давления каменного угля на 1 км2 территории в год в некоторых развитых странах близок к 1 000 т, а в бывшей ГДР более 2 500. К сожалению, современный технологический уровень не позволяет в короткие сроки осуществить переход к малоотходному хозяйствованию и ликвидировать негативные последствия развития производства. С учетом этого в различных отраслях промышленности могут реализоваться различные природоохранные мероприятия: — инженерные мероприятия направлены на совершенствование существующих и разработку новых технологических процессов, материалов и машин с целью исключения или смягчения негативных воздействий на природную среду; — технологические мероприятия позволяют изменить показатели и характеристики источников воздействия на биосферу, определяющие их интенсивность; — организационные мероприятия связаны с совершенствованием управления, структуры и функционирования новых или действующих при-родно-промышленных систем; — экологические мероприятия обеспечивают использование потенциала самоочищения или самовосстановления природной среды. 2.6. Законы природопользования Природопользование — молодая наука, но древнейшая отрасль человеческого знания. Основы рационального взаимодействия с биосферой закладывались еще в античный период. Марк Порций Катон (234-149 гг. до н. э.) в книге «Земледелие» привел классификацию пахотных почв Древнего Рима и рассмотрел возможности улучшения их состояния (путем внесения органических удобрений и посева бобовых культур). Были предприняты также попытки улучшить прилегающий к городам ландшафт с помощью складирования различных отходов. Например, в Древнем Риме твердыми отбросами укрепляли берега Тибра (с утрамбовкой мусора). В результате здесь появился холм Коллина-ди-Теста (Холм глиняных горшков), который порос в настоящее время деревьями и кустарниками. Первые письменные законодательные акты по охране биосферы (в современном понимании) в России датируются Х-ХП вв. Так, уже в «Русской Правде» Ярослава Мудрого ограничивалась добыча зверей и птиц. Длительный период эксплуатации человеком ресурсов биосферы и их разнообразие, причастность к природопользованию многих наук привели к накоплению большого количества информации в области природопользования и формированию системы различных законов, принципов, правил. Поэтому, несмотря на относительную «молодость» природопользования как науки, ее междисциплинарность позволила в сравнительно короткие сроки сформировать свой понятийный аппарат и постулаты, которые обобщают наиболее важные сведения и причинно-следственные связи, установленные различными науками в применение к задачам природопользования и взаимодействия человека с биосферой. Эти законы группируются авторами по-разному. От нескольких законов экологии Б. Коммонера (все связано со всем; все должно куда-то деваться; природа «знает» лучше; ничто не дается даром) до законов всеобщей экологии Ю.Н. Куражковского [29] и масштабных обобщений Н.Ф. Реймерса [39]. Большинство специалистов выделяют 10-15 законов, позволяющих сформулировать основные особенности природопользования. С учетом наших дополнений и уточнений формулировок их можно разделить на три группы: — фундаментальные законы биосферы, лимитирующие природопользование; — процессы и причинно-следственные связи в природе, проявляющиеся под воздействием антропогенеза; — основные задачи и тенденции развития современного этапа природопользования в направлении коэволюции и перехода к ноосфере. Первая группа характеризует фундаментальные законы биосферы (для условий Земли постоянные), а две других имеют исторический характер. Эти законы проявляются во взаимодействии общества с природой, поэтому они временны и зависят от этапа развития человечества. Фундаментальным законом, имеющим непосредственное отношение к природопользованию, являетсязакон внутреннего динамического равновесия — вещество, энергия, информация и динамические качества природных систем взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные изменения, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных динамических качеств систем, где эти изменения происходят, или в их иерархии. По мнению Н.Ф. Реймерса, этот закон один из ключевых в природопользовании. Поскольку до тех пор, пока производимые изменения не очень велики, каждая система в соответствии с принципом Ле-Шателье стремится измениться таким образом, чтобы свести к минимуму эффект внешнего воздействия и таким образом восстановить исходное состояние (фактор саморегуляции и самоорганизации). Но как только производимые перемены достигают существенных масштабов, они становятся необратимыми и передаются на другие иерархические уровни, сопряженные системы и биосферу в целом. Другим важным следствием этого закона является тот факт, что взаимодействие вещественно-энергетических, экологических компонентов (энергии, газов, организмов, субстратов) не линейно, т. е. слабое воздействие или изменение одного из показателей может вызвать сильные отклонения в других (и во всей системе в целом). Следствием этого закона является правило интегрального ресурса. В соответствии с ним конкурирующие в сфере использования определенных природных систем отрасли хозяйства неминуемо наносят ущерб друг другу и тем сильнее, чем значительнее они изменяют совместно эксплуатируемый объект (например, водные ресурсы — гидроэнергетика, речной транспорт, рыболовство, орошаемое земледелие, коммунальное хозяйство). Одним из фундаментальных законов, устанавливающих направление и движущие силы эволюции биосферы как материальной основы природопользования, является закон биогенной миграции атомов, сформулированный и названный А.И. Перельманом геохимическим законом В.И. Вернадского. Согласно этому закону миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (Ог, СОг, Н2 и т.д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории. Этот закон устанавливает ведущую и регулирующую роль живого вещества в эволюции Земли и формировании ответных реакций на антропогенное воздействие. Логическим продолжением является следующий закон В.И. Вернадского — все живое вещество Земли физико-химически едино. Этот закон имеет важное следствие: вредное для одной части живого вещества не может быть безразлично для другой его части, или: вредное для одних существ вредно и для других. Поэтому любые физико-химические агенты, смертельные для одних организмов, не могут не оказывать вредного влияния на другие организмы. Вся разница состоит лишь в степени устойчивости видов и разнокачественности особей. По Н.Ф. Реймерсу, менее очевидно, но вполне возможно следующее следствие, заключающееся в том, что внутри глобального живого вещества имеется сложная взаимосвязь, — в данный геологический период существует как бы единая «сеть жизни». Разрывы этой «сети» создают в ней нечто подобное дырам и снижают устойчивость системы в целом. Возможным следствием вышеописанного закона является закон ускорения эволюции — скорость формообразования с ходом геологической истории увеличивается, а средняя продолжительность существования видов снижается. Если принять во внимание закон усложнения организации организмов и природных систем (К.Ф. Рулье) в процессе исторического развития, получается, что высокоорганизованные и более специализированные формы существуют меньшее время, чем низкоорганизованные. Но буферные свойства биологических и биокосных систем тем выше, чем эти системы сложнее. Таким образом, в процессе развития, дифференциации и отмирания экосистем происходит усложнение и ускорение заполнения пробелов в «сети жизни», что повышает устойчивость биосферы в целом. Очевидно, что в условиях постепенной специализации и усложнения экосистем усиливается и проявление закона экологической корреляции. По Н.Ф. Реймерсу, в экосистеме, как и в любом другом природно-системном образовании, особенно в биотическом сообществе, все входящие в нее виды живого вещества и абиотические компоненты функционально соответствуют друг другу. Выпадение одной части системы неминуемо ведет к изменению или выпадению всех тесно связанных с ней других частей и функциональному изменению всего целого в соответствии с законом внутреннего динамического равновесия. Согласно экологическому закону минимума Ю. Либиха при совокупном воздействии нескольких факторов решающее влияние на биологические процессы оказывает тот из них, который находится в минимуме. Таким образом, выносливость организма (экосистемы) определяется или лимитируется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, дальнейшее снижение потенциала которого ведет к гибели организма или деструкции экосистемы. Роль таких факторов могут выполнять температура, свет, вода, содержание химических элементов и т.д. В системах с неустойчивым состоянием, когда поступление в них различных веществ и энергии меняется незакономерно, лимитирующими попеременно или одновременно могут становиться различные факторы. Этот закон уточняется законом толерантности В. Шелфорда, в соответствии с которым лимитирующим фактором процветания организма (или экосистемы) может стать как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору (иначе говоря, много плохо и мало плохо, все хорошо в меру). Например, при определенном количестве осадков максимальной биологической продуктивности можно добиться только в соответствующем интервале температур, и наоборот. Одним из ведущих законов, проявившихся в процессе эксплуатации человеком природных ресурсов, является закон ограниченности (исчерпаемо-сти) природных ресурсов, который основан на том, что Земля как планета представляет ограниченное целое и на ней не могут существовать бесконечные части. Частным проявлением и близким по смыслу к предыдущему является закон убывающего естественного плодородия, который устанавливает, что вследствие постоянного изъятия с урожаем полезных компонентов и длительного выращивания монокультур происходит нарушение процессов почвообразования, накопление токсичных веществ и снижение плодородия угодий. Согласно закону необратимости взаимодействия «человек— биосфера», сформулированному П. Дансеро, даже часть возобновимых природных ресурсов (животных, растений) может стать исчерпаемой, невозобновляе-мой, если человек в результате нерационального природопользования сделает невозможным их жизнедеятельность и воспроизводство. В результате разрушительной деятельности человека за последние 400 лет с лица Земли исчезло более 160 видов только млекопитающих и птиц. Этот процесс привел к установлению Н.Ф. Реймерсом закона эволюцнонно-экологической необратимости — экосистема, потерявшая часть элементов или сменившаяся другой, в результате дисбаланса компонентов не может вернуться к своему первоначальному состоянию и к ней нужно подходить как к новому индивидуальному природному образованию. Закон падения ресурсного потенциала — в рамках одной общественно-экономической формации (способа производства) и одного типа технологий природные ресурсы делаются все менее доступными и требуют увеличения затрат труда и энергии на их извлечение и транспортировку. Законом, дополняющим данную формулировку, является закон снижения энергетической эффективности, в котором отражается факт увеличения затрат на получение единицы продукции с течением времени и исчерпанием природных ресурсов. Его ярким проявлением являются современные проблемы с обеспечением мировой экономики нефтью. Несмотря на то, что как 10, 20, 30 и более лет назад обеспеченность нефтью оценивалась в 30-50 лет, цены на нее растут ввиду исчерпания легкодоступных залежей и введения в эксплуатацию месторождений с высокой стоимостью извлечения или доставки. Поэтому энергетическая эффективность нефтедобычи постоянно падает. Если в начале прошлого века, затратив условно 1 баррель нефти, можно было добыть 100 баррелей, то к концу 30-х гг. это соотношение снизилось до 1 : 80, в 60-х — 1 : 40, в настоящее время — 1 : 20, а в ближайшем будущем ожидается 1:5. Закон соответствия между уровнем развития производственных сил и природно-ресурсным потенциалом устанавливает, что развитие производственных сил происходит относительно постоянно до момента истощения природно-ресурсного потенциала,, который характеризуется как социально-экономический или экологический кризис. Кризис разрешается через революционное изменение производственных сил (промышленная, аграрная, научно-техническая революция). В частности, формирующийся вследствие удорожания нефти энергетический кризис может быть разрешен введением новых источников энергии— водородная энергетика, термоядерная и др., что приведет к новой научно-технической революции. Последние законы проявляют действие другого — закона о неизбежном увеличении наукоемкое™ общественного развития, что делает опережающее развитие науки одним из основных факторов устойчивого развития человечества. Закон совокупности действия природных факторов (или закон физиологических взаимодействий) — величина урожая зависит не от отдельного, пусть даже лимитирующего фактора, но от всей совокупности экологических факторов одновременно. Влияние каждого фактора различно и может быть подсчитано. Закон предельной урожайности (правило территориального экологического равновесия), описанный К. Праттом, устанавливает, что повышение урожайности имеет тенденцию к замедлению, по мере того как необоснованно растет количество вносимых удобрений. Следующий закон подчеркивает, что климатические зоны — это не только природные зоны, но и зоны природопользования, включающего в себя и хозяйственную деятельность, и здравоохранение. Каждому типу климата соответствует определенный связанный с ним комплекс общих особенностей развития природных процессов и систем. Поэтому устойчивость и продуктивность экосистем определяется соответствием их видового состава условиям жизни и степенью развитости этих систем. Это особенно ярко проявляется в сельском хозяйстве. Например, на Северном Кавказе по степени уменьшения устойчивости хозяйственного использования и усиления преобразования природных ландшафтов (проявляющегося в изменении рельефа, гидрологического режима, химизма почвенных растворов, содержаний и соотношений химических элементов в почвах) применяемые агротех-нологии образуют следующий ряд: Пастбищные луговостепные < Богарные однолетние < Орошаемые однолетние < Пастбищные на полупустынях < Виноградные < Садовые < Чайные < Рисовые. Как видим, наиболее «капризными» и особенно значительно трансформирующими ландшафты региона являются интродуцированные или выращиваемые на краю ареала сельскохозяйственные культуры (рис и чай), требующие повышенного внимания и затрат со стороны человека. Вообще в практике природопользования очень важно знать и предвидеть результаты интеграции различных природных ландшафтообразующих факторов: климата, геологии, геоморфологии, гидрологии, почвообразования, растительного покрова, ветровой эрозии и их взаимодействие с различными видами природопльзования. В связи с этим целесообразно привести несколько законов развития эколого-геохимических изменений в ландшафтах под влиянием антропогенной деятельности [2]: 1. Изменения, происшедшие в определенной части (ярусе) ландшафта, скажутся во всех частях этого ландшафта за счет связей между ними. Поэтому нельзя техногенным путем произвести изменения только в одной части ландшафта. Причем, как подчеркивал Ю.Н. Куражковский, соотношение воздействия различных факторов можно изобразить в виде пирамиды, в основании которой лежит климат, выше — геология, гидрология, почвы, растительность и животный мир. Изменение каждой ступени этой пирамиды (ландшафтообразующего фактора) коренным образом меняет состояние вышележащих ступеней и лишь частично сказывается на нижележащих. 2. Коренные изменения ландшафтно-геохимической обстановки (смена одного ландшафта другим) сказываются в соседних ландшафтах, при отсутствии непосредственного воздействия на них, за счет связей между ландшафтами. 3. Резкое изменение ландшафтно-геохимических условий существования живых организмов приводит к изменению соотношения концентраций ряда химических элементов в этих организмах, часто сопровождается болезнями. К законам, характеризующим новый этап социально-экономического развития общества и взаимоотношений с биосферой, который Ю.Н. Куражков-ский называет протоноосферой, относятся следующие. Закон снижения природоемкости готовой продукции — удельное содержание природного вещества в усредненной единице продукции неуклонно снижается (современная тенденция). Закон увеличения темпов оборота вовлекаемых природных ресурсов — в процессе развития мирового хозяйства быстрота оборачиваемости вовлеченных ресурсов непрерьшно возрастает на фоне относительного уменьшения объемов их вовлечения в общественное производство. Закон растущей урожайности — прогрессивные агротехнические приемы ведения сельского хозяйства, появляющиеся в практике земледелия, ведут к увеличению урожайности угодий. Закон ограничения потребностей общества — в результате того, что эволюция природы идет очень медленно, а социальная эволюция человека — быстро, многие виды живых организмов не успевают приспособиться и вымирают. Общество должно сознательно ограничить воздействие на природу, чтобы обеспечить возможность дальнейшей коэволюции.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Принципы рационального природопользования и малоотходных технологий» з дисципліни «Основи природокористування: екологічні, економічні та правові аспекти»
