Gröna samhällen som West Village vid UC Davis i Kalifornien verkar som ett ultramodernt koncept, men mänskligheten har funnit sätt att arbeta med miljön i århundraden. © Billy Hustace/Corbis Miljöteknik är något som du kan få en examen i dessa dagar, men fältet är ett som existerade långt innan det fick ett namn, började i början av civilisationen när vi började modifiera vår miljö för att möta våra behov. Det handlar om att tillämpa vetenskapliga och tekniska metoder för hur vi använder och påverkar våra naturresurser. Moderna miljöingenjörer arbetar med lösningar på frågor som föroreningar och sanering, energiförbrukning och utsläpp, landerosion, vattenbehandling och avfallshantering i ett försök att korrekt hantera och bibehålla kvaliteten på vår jord, vatten och luft. De strävar efter att hålla alla friskare och lyckligare genom att hjälpa oss att leva utanför marken mer effektivt och mindre destruktivt.
Miljöingenjörer är kanske osunga hjältar som har hjälpt till att göra den moderna världen till vad den är idag, fylld med relativt säker mat och vatten, luft som andas, i stort sett pestfria livsmiljöer och energieffektiv bränsleförbrukning för att hjälpa till med i stort sett allt vi gör. Den mänskliga befolkningen är cirka 7 miljarder och räknas. Fältet kommer bara att öka i betydelse när det antalet växer.
Det har redan skett några stora innovationer som hjälpte till att få de flesta av oss till den här punkten levande och bra. Läs vidare för att ta reda på vilken typ av saker dessa jordens förvaltare har gett oss tidigare, och jobbar på för framtiden.
Innehåll
Thames Water Utilities avloppsarbetare inspekterar ett avlopp under Londons gator. © Richard Baker/In Pictures/Corbis Vi har länge velat leva i en miljö fri från mänskligt avfall, initialt på grund av den illaluktande lukten, och senare, när vi väl hade anslutit, för att förhindra allvarliga och dödliga sjukdomsutbrott. Avloppssystem passar räkningen genom att transportera stora mängder mänskliga avföringar bort från befolkade områden, och de har utvecklats i tusentals år.
Mellan 2000 och 4000 f.v.t. det mesopotamiska riket (dagens Irak), Mohenjo-Daro (dagens Pakistan), Egypten, ön Kreta och Orkneyöarna i Skottland hade redan dräneringssystem - och, i vissa fall, sanitetsanläggningar inomhus. Vid några hundra år f.v.t. grekerna hade avloppssystem som transporterade regn och avloppsvatten till uppsamlingsbassänger som bevattnade och gödslade åkrar. De gamla romarna hade underjordiska avlopp som matades in i floden Tiber.
Det har varit många prövningar och misstag genom åren, med sjukdomsutbrott som påpekar behovet av att hålla avloppsutlopp borta från dricksvatten. Över tid, vi fick också veta om behovet av att underhålla avlopp, och brunnshålet föddes (eller uppfanns igen, som vi får se senare). De flesta konstruerades också för att periodiskt spolas ut med tidvatten eller regnvatten.
Från antiken till bara några decennier sedan, avlopp transporterade främst råavfall direkt till floder, hav eller andra stora vattendrag. Moderna avloppssystem är mer komplexa, som leder till avloppsreningsverk där vattnet behandlas via filtrering och tillsats av olika kemikalier för att desinficera och avlägsna föroreningar innan det återvänder till naturen. Och utan tvekan kommer de att fortsätta utvecklas.
Ruinerna av den Claudianska akvedukten, byggd 313 f.v.t., nära Rom, Italien. © Bettmann/CORBIS Vi behöver vatten för att leva, så det är ingen slump att många gamla civilisationer uppstod runt naturliga vattenkällor. Men de gamla grekerna och romarna hittade ett sätt att motverka, eller åtminstone avleda, naturen med uppfinningen av akvedukter. Akvedukter användes för att transportera stora mängder vatten från en plats till en annan, ibland över så långt som 96,6 kilometer. De använde tyngdkraften för att flytta vatten nedför via konstgjorda ledningar konstruerade vid en stadigt fallande lutning.
Akvedukterna var huvudsakligen gjorda av material som betong, cement, tegel och sten. De kommer ofta från källor i kuperade områden, men dammar och reservoarer byggdes också för att mata dem från floder eller bäckar. När vi tänker på akvedukter, arkaderna, eller överjordiska stenbroar som stöds av valv, kommer att tänka på. Men akvedukterna bestod också av kortare väggar, täckta markgravar, underjordiska tunnlar och rör för att underlätta vattnets färd över en mängd olika landskap.
En akvedukts destination var en distributionstank kallad castellum, som vanligtvis var på en hög punkt i staden. Det skickade vatten till mindre castella, från vilken den flödade via murverk eller rör för att mata fontäner, bad, offentliga dricksbassänger och ibland även privata bostäder.
Roms första akvedukt byggdes 312 f.v.t. Vid tiden för byggandet av Aqua Traiana av kejsaren Trajanus omkring år 109 v.t. de romerska akvedukterna tog dagligen in hundratals miljoner liter vatten i staden. Dessa vattenvägar tillät romerska städer att stödja mycket större befolkningar än de skulle ha kunnat enbart med naturliga vattenkällor.
Biofiltreringsdamm nära Mombasa, Kenya. Nilkål i dammen tar bort föroreningar från vattnet så att den kan användas som ett fiskodling. © Chinch Gryniewicz; Ecoscene/CORBIS Biofiltrering är processen för att leda luft eller vatten genom en porös, fuktigt material som innehåller mikroorganismer för att avlägsna lukt och föroreningar. Föroreningarna bryts ned till basiska föreningar som vatten eller koldioxid, tillsammans med andra godartade biomassaprodukter, allt som biprodukter av mikrobernas metaboliska processer. Biofiltreringssystem används för att behandla avloppsvatten och industriella gasformiga utsläpp, samt utsläpp från komposteringsverksamhet, bland andra applikationer. De har använts sedan 1950 -talet för att avlägsna skadliga lukter, men ser nu utbredd användning för avlägsnande av industriella föroreningar också.
Olika bakteriestammar, tillsammans med fukt, pH- och temperaturkontroll, kan användas för att effektivt bryta ned olika målföroreningar. Till skillnad från traditionella filter, biofilter förstör skadliga ämnen snarare än att bara filtrera bort dem, men de kan bara fungera med biologiskt nedbrytbara föroreningar. Biofiltrering används främst för att förstöra giftiga utsläpp som bränslegenererade kolväten och vissa typer av flyktiga organiska föreningar (VOC).
VOC skapas och frigörs under produktion av en mängd olika produkter som innehåller organiska kemikalier, inklusive färger, städtillbehör, kosmetika och bränslen. De är tekniskt kolföreningar som reagerar med syrehaltiga molekyler i atmosfären när de utsätts för solljus, som leder till bildning av ozonhaltig smog.
West Village på UC Davis campus är det största communitynätet med noll energi (ZNE) i USA - det genererar lika mycket energi som det förbrukar, och använder biosvalar för att fånga upp regnvatten. © Billy Hustace/Corbis Bioswales är fläckar av vegetation som består av gräs, blommor, träd eller andra växter som absorberar dagvattenavrinning, hjälper till att bryta ner eller ta bort föroreningar innan det rinner obehandlat i någon närliggande vattenmassa, eller i avloppssystem. Bioswales kan användas för att bilda kanaler som styr flödet av och filtrerar vattnet, eller de kan placeras i remsor (ibland kallade biofiltreringsremsor eller filterremsor) för att fånga upp vatten som rinner över i tunna ark från asfalterade områden. Vissa biosvalar inkluderar också andra mekanismer för att ytterligare styra och filtrera avrinning, såsom underavlopp och infiltrationsgravar.
Bioswales tar bort föroreningar som tungmetaller, olja, fett och sediment från avrinning. De kyler också vatten som har värmts upp under färd över trottoaren innan det når naturliga vattendrag, där varmare vatten kan skada djurlivet. De kan användas på parkeringsplatser istället för stormavlopp, och, i stadsområden som inte har mycket växtskydd, de kan hjälpa till att förhindra att avlopp rinner över på grund av att det kommer för mycket nederbörd direkt i avloppet.
Vegetationen varierar beroende på region, och tyvärr, bioswales är inte idealiska för torra klimat. Men på platser som kan stödja dem, bioswales kan göra mycket nytta. De ser också ut som små anlagda parker i vissa fall, som är mer estetiskt tilltalande än betongdräneringsstrukturer. Bioswales kan till och med sluta skydda små former av vilda djur som fjärilar och fåglar. De är en win-win för naturen.
Toyotas Prius var den första hybridbilen som var kommersiellt tillgänglig. Här, Toyota visar upp Aqua-en hybrid bensinelektrisk subkompakt halvkombi-i företagets utställningslokal i Tokyo den 8 maj, 2013. © KAZUHIRO NOGI/AFP/Getty Images Hybridbilar uppfanns långt tidigare än de flesta av oss föreställer oss. I slutet av 1800- och början av 1900 -talet de tävlade tillsammans med gas, elektriska och till och med ångdrivna bilar för dominans. Självklart, gasfordon som vann dagen. Men när frågor om bränsleeffektivitet och utsläpp blev allt viktigare, hybrider återkom. Nyare hybridprototyper utvecklades från 1970 -talet, men de flesta kom aldrig ut på marknaden. Den första kommersiellt tillgängliga hybrid var Toyota Prius, introducerades i Japan 1997 och i USA 2001. Många fler har sedan kommit ut.
Vi syftar här på hybridelektriska fordon (HEV) som använder förbränningsmotorer och elmotorer (även kallade motorgeneratorer) tillsammans för att ge bättre gassträcka än standardbilar.
Du måste fortfarande fylla på dem med bensin, men elmotorn leder till vinster i bränsleeffektiviteten genom att låta förbränningsmotorn stängas av under tomgång via automatisk start/avstängning. Det ger också extra kraft medan bilen accelererar eller går uppför genom elmotordrift/assistans, möjliggör installation av en mindre, effektivare gasmotor. Vissa hybrider använder regenerativ bromsning. Medan motorn applicerar motstånd mot drivlinan och saktar ner bilen, energi från hjulet vrider motorn och genererar elektricitet, som lagras i metallhydridbatteriet (NiMH) för senare användning. Några av de dyrare hybriderna kan också fungera i endast elektrisk läge i några miles, även om andra stängs av om de inte har gas.
Beroende på märke och modell, hybridelektriska bilar kan få mycket bättre gassträcka än traditionella fordon i jämförelsevis storlek.
Hearst Tower, den första ockuperade gröna kommersiella byggnaden med LEED -certifiering. © Ramin Talaie/Corbis Byggnader blir certifierat gröna. När vi har blivit mer medvetna om vilken effekt våra byggnader har på miljön och på oss direkt, organisationer har utvecklat frivilliga metoder för att värdera byggnaders miljöpåverkan och effektivitet, bostäder och andra liknande strukturer. Dessa inkluderar Building Research Establishment Environmental Assessment Method (BREEAM) och Leadership in Energy and Environmental Design (LEED). BREEAM startades 1990 av BRE Trust och har varit den dominerande bedömningsstandarden i U.K. LEED är en amerikansk standard som skapades av U.S. Green Building Council 1998. BREEAM och LEED är de mest använda metoderna världen över just nu, men andra växer fram, som Green Star - skapad av Green Building Council of Australia (GBCA) 2003 - liksom CASBEE i Japan och Estidama i Abu Dhabi.
Bedömningar sker både under konstruktion och efter färdigställande. Befintliga strukturer eller kommersiella inre utrymmen kan också klassas. Standarderna kan skräddarsys för olika regioner eller konstruktionstyper, och byggnader är betygsatta på olika saker, inklusive energieffektivitet, vatteneffektivitet, markanvändning, förorening, avfall och inomhusmiljökvalitet.
Förekomsten av sådana bedömningsenheter hjälper till att föra miljövänliga konstruktions- och driftsmetoder till mainstream, vilket är särskilt viktigt eftersom byggnader tydligen bidrar med mer än 20 procent av utsläppen av växthusgaser i vissa områden [källa:HVN Plus]. Att bli grön kan också minska energin, vatten och andra kostnader och förbättra hälsan hos människor som arbetar i strukturerna. Som en extra bonus, bra betyg kan kvalificera en byggnad för skatterabatter och andra monetära incitament, och kan öka fastighets- och hyresvärden.
Användning av en komposttoalett demonstreras vid en yoga -retreat i Goa, Indien i februari 2012. Krukor med material för att täcka avfall och hjälp med nedbrytning förvaras bredvid latrin. © EyesWideOpen/Getty Images Ecosan (ekologiska sanitära) system inkluderar olika utföranden av miljövänliga toaletter eller latriner som i allmänhet kräver lite eller inget vatten, samtidigt som man isolerar avfall på ett sätt som förhindrar lukt och sjukdomar. I många fall, det resulterande avfallet kan till och med komposteras och användas som gödningsmedel eller bränsle. Vissa mönster separerar omedelbart urin och avföring (urinavledningssystem). Vissa kräver att täcka avfallet med sågspån, lut, sand eller annat material för att eliminera lukt, ta bort fukt och hjälp med nedbrytning för bortskaffande eller kompostering. Sådana system är idealiska för platser där vatten är knappt, eftersom de vanligtvis inte kräver någon anslutning till ett VVS- eller avloppssystem.
Ett varumärke-EcoSan-introducerades år 2000. Det är en fristående toalett; lyftning av locket får avfall att ta sig igenom en lindad transportör under 25 eller så dagar, hela tiden förångas och ventileras det flytande avfallet och bryts ner det fasta avfallet med hjälp av biologiska processer. Torr, luktfri materia deponeras så småningom endast 5 till 10 procent av sin ursprungliga massa i en behållare för avlägsnande och återanvändning.
En ekostoalett som beskrivs av Unicef India liknar ett stort uthus med en betongbunker under varje toalett. Golvtoaletterna har separata hål för vätskor (som avleds till krukor utanför) och fasta ämnen, plus ett rengöringsvattenbassäng och ett hål för användare att släppa en handfull kalk, sågspån, aska eller något liknande efter deponering av fast avfall för att hjälpa till med sönderdelning, fuktreducering och luktkontroll.
Det finns andra ekosan -toalettkonstruktioner och produkter som varierar i pris, funktionalitet och komplexitet.
NEWater -fabriken i Singapore, bilden här, använder ultraviolett strålning för att desinficera vatten. © ROSLAN RAHMAN/AFP/Getty Images Ultraviolett bakteriedödande bestrålning (UVGI) avlägsnar vatten, luft och ytor på skadliga mikroorganismer som virus och bakterier. Solljus gör detta naturligt till viss del. Vi vet att UV -ljus skadar vår hud och ögon; det dödar eller inaktiverar också vissa mikroorganismer.
UVGI -system använder koncentrerat UV -ljus för att göra det på ett kontrollerat sätt, avger kortvågig ultraviolett-B- och ultraviolett-C-strålning vid vissa våglängder, nämligen i det bakteriedödande området mellan 200 och 320 nanometer-ofta via en lågtrycks kvicksilverlampa. UV -ljuset skadar cellerna eller DNA från de drabbade mikroorganismerna, döda dem eller göra dem oförmögna att replikera. UV -ljus i det högre 320 till 400 nanometerintervallet är inte effektivt mot bakterier.
UVGI har införlivats i ventilationskanaler, värme- och luftkonditioneringssystem och luftdesinfektionsenheter. Det har också använts i hela rum, helst när de är lediga eller alla är i skyddsutrustning. Vissa system avger UV-ljus i områden nära taket för att desinficera luften ovanför människors huvuden i samband med vertikala luftflödesmekanismer. Högeffektiva partikelfilter (HEPA) filter eller andra typer av filtrering kan användas tillsammans med UVGI för att ta bort andra föroreningar som UV inte dödar.
Tung forskning om UVGI gjordes från 1930 -talet till 1970 -talet på sjukhus och skolor, men trots dess visade effekt, UVGI övergavs mestadels, delvis på grund av genombrott inom immunisering, antibiotika framsteg och säkerhetshänsyn kring UV -strålning.
Den ökande förekomsten av antibiotikaresistenta bakterier (inklusive läkemedelsresistenta tuberkulosstammar) och rädslan för bioterror har förnyat intresset för UVGI. Det är mest accepterat för vattendesinfektion, men luft- och ytdesinfektionsanvändningar fortsätter att vinna mark. År 2003, Centers for Disease Control (CDC) godkände användningen på sjukhus tillsammans med luftreningssystem för att kontrollera spridningen av TB.
Denna gård i Kenya håller träd som växer tillsammans med grödor för att upprätthålla ett jordbruksproduktivt landskap. © Wendy Stone/Corbis Agroforestry är samtidig skötsel av träd och buskar med grödor och/eller boskap för effektivare, integrerad och miljömässigt hållbar markanvändning. Används korrekt, det ökar produktmångfalden, jordbruksproduktion och mark- och vattenkvalitet och minskar erosion, föroreningar och känslighet för hårda väderförhållanden. Det kan också användas för att skydda vilda djur, skydda vattendrag och hantera koldioxidutsläpp mer effektivt. Allt detta kan bidra till ökade inkomster för bönder och en bättre miljö.
Olika jordbruksmetoder kan användas beroende på tillgänglig mark och resurser. Den ena är grödodling - odling av grödor tillsammans med trädrader som ek, aska, valnöt, pekannötter eller andra nötträd. Grödorna och nötterna kan skördas och säljas medan träden mognar och fortsätter att producera nötter. Ett annat är skogsbruk, använda trädkronor för att ge rätt skugganivå för grödor som ormbunkar, svamp och ginseng. Dessa kan också säljas innan träden är klara för skörd. En tredje är skapandet av flodskogsbuffertar - grupper av träd, buskar och gräs planteras som en buffert för att förhindra föroreningar och erosion av banker och vattenvägar. Liknande, träd och buskar kan planteras i konfigurationer som kallas vindskydd som skyddar grödor från vindskador och erosion och skyddar djur från skada. Vindskador kan öka bi pollinering och hantera snöspridning över grödor eller vägar. En annan jordbruksmetod är silvopasture, använda träd för att skydda boskap och gräs och andra växter de äter. I samtliga fall, gröda, djur och träd samexisterar symbiotiskt tillsammans, och bonden kan koncentrera sig på att skörda allt som är klart vid den tiden.
I vissa länder, statlig politik kväver dessa metoder, delvis på grund av kopplingar mellan de byråer som hanterar de olika berörda posterna. Men det blir allt större uppmärksamhet åt agroskog som en hållbar jordbruksmetod. I USA., 1990 års Farm Bill ledde till skapandet av USDA National Agroforestry Center.
På detta foto av Makanis test av Wing 7 i Alameda, Kalifornien i slutet av 2011, du kan se de energigenererande turbinerna monterade på strukturen. © Makani Power, A. Dunlap, 2011 När vi tänker på att utnyttja vindkraften för att tillhandahålla el, de flesta av oss tänker nog på väderkvarnar. Väldigt få tror drakar. Men en uppstart i San Francisco-området, som grundades 2006 och kallades Makani Power, har arbetat med att använda drakliknande vindkraftverk kopplade till tetrar för att generera vindkraft på stora höjder, där det finns starkare och stadigare vind än vi har på marknivå. Makani betyder vind på hawaiiska, tillfälligtvis.
Tetrarna kan nå upp till 2, 000 fot (609,6 meter) över marken, och de är både upphängningsmetoden och metoden för att överföra ström tillbaka till basen. Drakarna själva är cirka hundra fot långa och gjorda av kolfiber. De har fyra propellrar och har sensorer och GPS -enheter på vingarna som överför data som kan användas för att optimera deras flygning. De flyger faktiskt i slingor snarare än att sväva. Och de är tillräckligt lätta för att hålla höjden i vindar långsammare än 15 miles per timme (MPH).
Turbinerna har enligt uppgift potential att generera dubbelt så mycket kraft, kanske ännu mer, till hälften av kostnaden för moderna marknära vindkraftverk. Kostnaderna är konkurrenskraftiga med kolförbränning, och tar mindre plats än andra energiproduktionsmetoder.
Drakarna - fortfarande några år från kommersiell tillgänglighet - kommer sannolikt att användas längs strandlinjer, eller i havet fäst vid bojar. Makani Power har fått finansiering från Google och Advanced Research Projects Agency för Department of Energy (ARPA-E), och det är tänkt att förvärvas av Google X, laboratoriet arbetar med projekt som Google Glass och självkörande bilar.
Som invånare på denna planet, Jag är mycket intresserad av vad vi kan göra för att korrekt använda och bevara våra naturresurser. Dels för att det är rätt att göra, och delvis för att jag gillar att leva och andas. Jag föredrar också min mat, luft och vatten som inte är förorenat av sjukdomar och föroreningar. Jag älskar att ha rent rinnande vatten som kommer rakt in i mitt hus och fungerande badrumsfaciliteter utan skadliga lukter.
Det här är ganska uppenbara saker, men hur ofta tänker vi på hur vi uppnådde vårt nuvarande hygieniska tillstånd? Jag tänkte bara lite på det innan jag undersökte den här artikeln. Jag är tacksam för alla våra moderna sanitära bekvämligheter och forskarna och ingenjörerna tidigare och nuvarande som har gjort dem möjliga. Låt oss vara kolerafria, människor!
