Есть образное выражение - человечество живет в эпоху трех "Э": экологии, экономики, энергетики. В сознании у многих экология ассоциируется либо с катастрофами, о которых сообщают средства массовой информации, либо с рекламой типа "хорошая экология -хорошее качество жизни". Выражение "в городе плохая экология" бессмысленно.

Термин "экология" (от греч. oikos - жилище, дом, logos - учение) ввел в научный обиход немецкий биолог Эрнст Геккель более 130 лет назад в 1866 году. В его понимании экология - это наука об отношении отдельных организмов между собой и окружающей средой или наука о взаимодействии живой (биоценоза) и неживой природы. Данное определение характеризует науку экологию, в узком смысле понимания этого слова, как биологическую науку.

С 60-х годов XX столетия узкое понятие экологии вышло за пределы биологии. Толчком этого явилось развитие научно-технического прогресса, безмерное изъятие природных ресурсов и техногенное загрязнение окружающей среды.

В современном понимании экология - это наука о функционировании и развитии экологических систем различных иерархических уровней в природе и обществе в их взаимосвязи. Это
Такая наука, в согласовании с которой должна строиться вся жизнедеятельность человека. Предметом изучения являются экосистемы.

Экосистема - это сложная природная система, объединяющая на основе обмена веществ и энергии совокупность живых организмов (биоценоза) с неживыми компонентами (биотопом). Самой большой системой является биосфера Земли.

Биосфера - это внешняя живая оболочка нашей планеты, находящаяся на границах атмосферы, литосферы, гидросферы. Основоположником учения о биосфере явился великий русский ученый В.И. Вернадский. Он в своем учении: а) обозначил границы и протяженность биосферы; б) раскрыл роль живого вещества в планетарном масштабе; в) показал геологическую силу живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Живое вещество - совокупность всех живых организмов. На долю живого вещества приходится 0,01 % массы биосферы. Живое вещество обладает следующими свойствами: 1) всюдность жизни - способность быстро занимать, осваивать все свободное пространство. Например, площадь листьев деревьев и растений в лесу составляет 40 га на 1 га почвы; 2) движение не только пассивное (по течению), но и активное (против течения); 3) устойчивость при жизни и быстрое разложение при смерти; 4) высокая адаптация к условиям окружающей среды.

Как наука, экология имеет свои основные и фундаментальные законы. Основной закон экологии: развиваются не только организмы, но и экосистемы. Законы развития природы - законы более высокого порядка для человека, чем законы развития общества. Это объективные законы. Законы общества написаны человеком для себя. Они субъективны. "Природа не- признает ошибок, она всегда права, она всегда правдива, всегда серьезна; ошибки и заблуждения исходят от людей", - сказал Гете. Рассмотрим фундаментальные законы экологии, формулировка которых в образной форме дана английским ученым Б. Коммонером.

1-м закон. Все связано со всем. В природе все взаимосвязано, каждая ее часть уникальна.

2-й закон. Все должно куда-то деваться. Какая бы ни была заводская труба, а загрязнители попадут в воздух, воду и почву. Это закон сохранения массы веществ.

3-й закон. Природа знает лучше. О главном критерии эволюционного отбора. Сейчас планету населяет лишь тысячная часть испытанных эволюцией животных и растений, которые находятся в гармонии с природой.

4-й закон. Ничто не дается даром. Все имеет свою цену, за все надо платить, нет и бесплатных природных ресурсов.

5-й закон (но не Б. Коммонера). Закон ограниченности ресурсов (на всех не хватит). Это источник всех форм конкуренции, антагонизма в природе и обществе. Внутри популяций o борьба за пищу, пространство, партнерство и т.д., в человеческом обществе - классовая борьба, расизм, межрелигиозные и межнациональные конфликты. Людей много на планете (более 6 млрд.), и если даже на всех хватит хлеба и зрелищ, то на всех не хватит высоких стандартов благополучия.

С развитием науки и промышленности началось изучение биосферы как системы, состоящей из биоты, окружающей среды и антропогенного фактора (промышленное предприятие). Биосфера стала служить не только источником ресурсов для человека, но и приемником отходов его производства. Мир изменился. Если раньше, до середины XX века, говорили: природа и человек, то сейчас для урбанизированных территорий применяется термин: окружающая среда (ОС) и человек. Например, человек может нарушить правила и добиваться возврата водительских прав. Тут нарушения предполагают ответственность.

Окружающая среда - это природная среда и то, что создано человеческой цивилизацией. Она включает совокупность трех сред: природной, искусственно созданной и социально-экономической.

Когда же природа превратилась в окружающую среду? Для характеристики превращения природы в окружающую среду применим временную шкалу Кэлдера. В качестве единицы измерения на шкале Кэлдера принято: 1 год равен 100 млн. лет. Тогда возраст планеты будет - 46 лет, до 20 лет поверхность Земли была безжизненной, в 45 лет поверхность Земли покрылась растительностью, 8 месяцев назад вымерли динозавры, на прошлой неделе (по Дарвину) обезьяны превратились в человека, 4 часа назад люди начали промышлять охотой, 1 час назад - земледелием, 30 с назад (середина XIX века) человечество стало индустриально мощным, а 3 секунды назад (середина XX века) было замечено, что человек стал оказывать серьезное влияние на облик Земли.

Природа тогда превращается в окружающую среду, когда воздействие человечества на нее становится соизмеримым с возможностями природы к самосохранению.

Важнейшим рычагом воздействия на природу, оказываемого человеком, является его производственная деятельность. Экологический аспект производственной деятельности человека изучает наука промышленная экология.

Промышленная экология - инженерная дисциплина, изучающая взаимодействие живых существ с окружающей средой в условиях антропогенного воздействия. Антропогенный фактор связывают прежде всего с энергетикой, промышленностью, сельским и городским хозяйством.
Предметом изучения промышленной экологии является изучение закономерностей формирования взаимосвязей в системе "окружающая среда - предприятие".
Главными задачами промышленной экологии являются поиск и реализация надежных способов и средств обеспечения условий выживания природы и человека в условиях функционирования природно-промышленного комплекса.

Природно-промышленный комплекс - это структура, возникающая за счет взаимодействия предприятия с природной окружающей средой, включающей как биотическую, так и абиотическую составные части. Примером природно-промышленного комплекса является нефтеперерабатывающий завод, который газообразными, жидкими и твердыми загрязняющими веществами воздействует на атмосферу, гидросферу, литосферу, флору и фауну (биоту). Он территориально огорожен забором. Условно, часть биосферы внутри забора - предмет рассмотрения промышленной экологии; область биосферы вдали от забора, когда влиянием нефтеперерабатывающего завода можно пренебречь, -предмет изучения экологии.
Биотическая составляющая (факторы живой природы) образована растительным и животным сообществом, абиотическая составляющая (факторы неживой природы) включает солнечную радиацию, климат, почвенно-грунтовые условия.

Важным понятием промышленной экологии является производственное предприятие.
Производственное предприятие - организация, осуществляющая производственный процесс, в результате которого получается определенная продукция.

Производственное предприятие занимает определенную территорию, находится в определенном здании, включает в себя вспомогательные службы, имеет различные коммуникации и за счет своей производственной деятельности оказывает влияние на природную окружающую среду.

В основе деятельности любого предприятия лежит производственный процесс - совокупность операций по добыче и переработке исходных материалов (в общем случае - сырья) в определенную продукцию (она может быть конечной продукцией, а может быть и полуфабрикатом, т.е. служить основой для получения другой продукции). Схема взаимосвязи работы предприятия и окружающей средой (рис. 1.2).

По характеру протекания производственные процессы бывают 3-х видов:

1. Непрерывные процессы: к систему непрерывно подаются исходные компоненты и непрерывно удаляются готовые продукты (например, доменный процесс - и домну непрерывно подают руду и шихту, а из домны извлекают расплавленный чугун; процесс может длиться от запуска домны до остановки на ремонт).
2. Периодические - они протекают в 3 стадии: загрузка, протекание технологического процесса и выгрузка; примером периодических процессов является варка стали в мартеновских печах.
3. Комбинированные - включают в себя стадии, которые реализуются по непрерывному и периодическому характеру. Так, рассматривая производственный процесс варки стали из природных железных руд (а не из передельного чугуна), можно видеть, что получение чугуна осуществляется непрерывно, а варка стали в конверторах (или других аппаратах) осуществляется периодически.

Рис. 1.2. Техногенный кругооборот веществ:
С - первичное сырье; Р - рассеивание в окружающей среде; О - отходы; BMP - вторичные материальные ресурсы; ВС - вторичное сырье; НО -неутилизируемые ресурсы

По характеру циклов производственные процессы делятся на три важнейшие группы:
1. Процессы с разомкнутой или открытой схемой, например конверторный способ варки стали
2. Процессы с замкнутой схемой, например система охлаждения резца токарного станка при скоростном резании (охлаждающая эмульсия циркулирует между бачком, резцом и сборником жидкости).
3. Процессы со смешанной схемой, примером которых является получение аммиака синтезом из азота водорода (непрерывное поступление в колонну синтеза аммиака азота и водорода, выделение из колонны синтеза готового аммиака, а не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращаются в колонну синтеза).

С экологической точки зрения наилучшими являются процессы с замкнутым циклом, когда в процессе производства вещества используются многократно и "обслуживающие вещества" (вода, обогревающие газы и т.д.) не выделяются в окружающую среду, а вновь применяются в производственном процессе, а из производственной сферы выделяется только продукция данного процесса.

Важнейшими понятиями промышленной экологии являются: сырье, отходы производства, загрязнители. Эти понятия будут рассмотрены в соответствующих разделах. Далее будут рассмотрены также понятия о качестве среды, ее показателях, представления о природоохранной деятельности, ее принципах и компонентах.