Engenharia Ambiental - Environmental engineering

Engenharia ambiental é uma disciplina profissional de engenharia que abrange tópicos científicos amplos como química , biologia , ecologia , geologia , hidráulica , hidrologia , microbiologia e matemática para criar soluções que irão proteger e também melhorar a saúde dos organismos vivos e melhorar a qualidade do meio ambiente . A engenharia ambiental é uma subdisciplina da engenharia civil e da engenharia química .

Engenharia ambiental é a aplicação de princípios científicos e de engenharia para melhorar e manter o meio ambiente para:

proteger a saúde humana,
proteger os ecossistemas benéficos da natureza,
e melhorar a melhoria da qualidade de vida humana relacionada ao meio ambiente.

Engenheiros ambientais desenvolvem soluções para gerenciamento de águas residuais , controle de poluição da água e do ar , reciclagem , eliminação de resíduos e saúde pública . Eles projetam sistemas municipais de abastecimento de água e de tratamento de águas residuais industriais , e projetam planos para prevenir doenças transmitidas pela água e melhorar o saneamento em áreas urbanas, rurais e recreativas. Eles avaliam os sistemas de gerenciamento de resíduos perigosos para avaliar a gravidade de tais perigos, aconselhar sobre o tratamento e contenção e desenvolver regulamentos para prevenir acidentes. Eles implementam a lei de engenharia ambiental , como na avaliação do impacto ambiental dos projetos de construção propostos.

Os engenheiros ambientais estudam o efeito dos avanços tecnológicos no meio ambiente, abordando questões ambientais locais e mundiais, como chuva ácida , aquecimento global , redução da camada de ozônio , poluição da água e poluição do ar por escapamentos de automóveis e fontes industriais .

A maioria das jurisdições impõe requisitos de licenciamento e registro para engenheiros ambientais qualificados.

Etimologia

A palavra ambiental tem sua raiz na palavra francesaambiente do final do século XIV (verbo), que significa circundar ou englobar. A palavra ambiente foi usada por Carlyle em 1827 para se referir ao agregado de condições em que uma pessoa ou coisa vive. O significado mudou novamente em 1956, quando foi usado no sentido ecológico, onde Ecologia é o ramo da ciência que lida com a relação dos seres vivos com seu ambiente.

A segunda parte da frase ambiental origina engenheiro de raízes latinas e foi usado no francês do século 14 como engignour, ou seja, um construtor de motores militares, como trabucos , arcabuzes , arcos longos , canhões , catapultas , ballistas , estribos , armadura , bem como outras engenhocas mortais ou belicosas. A palavra engenheiro não foi usada para fazer referência a obras públicas até o século 16; e provavelmente entrou no vernáculo popular como significando um inventor de obras públicas durante a época de John Smeaton .

História

Civilizações antigas

Engenharia ambiental é um nome para o trabalho que vem sendo feito desde as primeiras civilizações, à medida que as pessoas aprendem a modificar e controlar as condições ambientais para atender às necessidades. À medida que as pessoas reconheciam que sua saúde estava relacionada à qualidade de seu meio ambiente , elas construíam sistemas para melhorá-lo. A antiga Civilização do Vale do Indo (3300 aC a 1300 aC) tinha avançado controle sobre seus recursos hídricos . As estruturas de obras públicas encontradas em vários locais na área incluem poços, banhos públicos, tanques de armazenamento de água, um sistema de água potável e um sistema de coleta de esgoto em toda a cidade. Eles também tinham um sistema de irrigação de canal inicial , permitindo a agricultura em grande escala.

De 4000 a 2000 AC, muitas civilizações tinham sistemas de drenagem e algumas tinham instalações de saneamento, incluindo o Império Mesopotâmico , Mohenjo-Daro , Egito, Creta e as Ilhas Orkney na Escócia. Os gregos também tinham aquedutos e sistemas de esgoto que usavam a chuva e as águas servidas para irrigar e fertilizar os campos.

O primeiro aqueduto em Roma foi construído em 312 AEC e, a partir daí, eles continuaram a construir aquedutos para irrigação e abastecimento de água urbana segura durante as secas. Eles também construíram um sistema de esgoto subterrâneo já no século 7 aC, que alimentava o rio Tibre, drenando pântanos para criar terras agrícolas e também removendo o esgoto da cidade.

Era moderna

Muito pouca mudança foi vista desde a queda de Roma até o século 19, onde as melhorias viram esforços crescentes focados na saúde pública. A engenharia ambiental moderna começou em Londres em meados do século 19, quando Joseph Bazalgette projetou o primeiro grande sistema de esgoto após o Grande Fedor . O sistema de esgoto da cidade transportava esgoto bruto para o rio Tamisa , que também fornecia a maior parte da água potável da cidade, levando a um surto de cólera . A introdução do tratamento de água potável e de esgoto nos países industrializados reduziu as doenças transmitidas pela água das principais causas de morte a raridades.

O campo surgiu como uma disciplina acadêmica separada durante a metade do século 20 em resposta à preocupação pública generalizada sobre a poluição da água e do ar e outras degradações ambientais. À medida que a sociedade e a tecnologia se tornaram mais complexas, elas produziram cada vez mais efeitos indesejados no ambiente natural. Um exemplo é a ampla aplicação do pesticida DDT para controlar pragas agrícolas nos anos que se seguiram à Segunda Guerra Mundial . A história do DDT vividamente contada em Silent Spring (1962), de Rachel Carson , é considerada o nascimento do movimento ambientalista moderno, que levou ao campo moderno da "engenharia ambiental".

Educação

Muitas universidades oferecem programas de engenharia ambiental através do departamento de engenharia civil ou engenharia química e também incluem projetos eletrônicos para desenvolver e equilibrar as condições ambientais. Engenheiros ambientais em um programa de engenharia civil geralmente se concentram em hidrologia, gestão de recursos hídricos, biorremediação e projeto de estação de tratamento de água e esgoto. Engenheiros ambientais em um programa de engenharia química tendem a se concentrar em química ambiental, tecnologias avançadas de tratamento de ar e água e processos de separação. Algumas subdivisões da engenharia ambiental incluem engenharia de recursos naturais e engenharia agrícola .

Os cursos para alunos se enquadram em algumas classes amplas:

Cursos de engenharia mecânica voltados para o projeto de máquinas e sistemas mecânicos para uso ambiental, comoinstalações de tratamento de água e esgoto , estações de bombeamento, usinas de segregação de lixo e outras instalações mecânicas.
Cursos de engenharia ambiental ou sistemas ambientais orientados para uma abordagem de engenharia civil em que as estruturas e a paisagem são construídas para se misturar ou proteger o meio ambiente.
Cursos de química ambiental , química sustentável ou engenharia química ambiental voltados para a compreensão dos efeitos dos produtos químicos no meio ambiente, incluindo quaisquer processos de mineração, poluentes e também processos bioquímicos.
Cursos de tecnologia ambiental voltados para a formação de graduados eletrônicos ou elétricos capazes de desenvolver dispositivos e artefatos capazes de monitorar, medir, modelar e controlar impactos ambientais, incluindo monitoramento e gerenciamento da geração de energia a partir de fontes renováveis .

Currículo

Os seguintes tópicos constituem um currículo típico em engenharia ambiental:

Transferência de massa e energia
Química ambiental
Modelos de crescimento
Avaliação de risco
1. Identificação de perigo
2. Avaliação dose-resposta
3. Avaliação de exposição
4. Caracterização de risco
5. Análise comparativa de risco
Poluição da água
1. Recursos hídricos e poluentes
2. Demanda de oxigênio
3. Transporte de poluentes
4. Tratamento de água e esgoto
Poluição do ar
1. Emissões industriais, de transporte , comerciais e residenciais
2. Critérios e poluentes atmosféricos tóxicos
3. Modelagem de poluição (por exemplo, modelagem de dispersão atmosférica )
4. Controle de poluição
5. Poluição do ar e meteorologia
Mudança global
1. Efeito estufa e temperatura global
2. Ciclo de carbono , nitrogênio e oxigênio
3. Cenários de emissões do IPCC
4. Mudanças oceânicas ( acidificação dos oceanos , outros efeitos do aquecimento global nos oceanos ) e mudanças na estratosfera (ver Impactos físicos das mudanças climáticas )
Gestão de resíduos sólidos e recuperação de recursos
1. Avaliação do ciclo de vida
2. Redução de fonte
3. Operações de coleta e transferência
4. Reciclando
5. Conversão de resíduos em energia
6. Aterro

Balanço de Massa

Considere um produto químico feito pelo homem cujo destino desejamos em relação ao tempo, posição, alguma fase da matéria ou fluxo de um líquido. Representamos a mudança medida na concentração como uma função de todas as taxas de mudança que afetam aquele aglomerado de matéria química.

${\ displaystyle V {dC \ over dt} = \ sum ({d ^ {b} m \ over dt ^ {b}})}$

O que significa que para algum volume de controle, a mudança na concentração versus mudança no tempo independente linear é igual à soma de todas as mudanças que estão ocorrendo em (+) e fora (-) desse volume de controle. Isso é permitido por alguns motivos diferentes:

(1) Conservação de massa .

{\ displaystyle totalmass = mass_ {a} + mass_ {b} + mass_ {c} ... mass_ {n}}

(2) Representação como uma equação diferencial ordinária .

${\ displaystyle a_ {0} (x) y + a_ {1} (x) y '+ a_ {2} (x) y' '+ \ cdots + a_ {n} (x) y ^ {(n)} + b (x) = 0,}$

(3) Existe uma solução.

Embora as equações diferenciais possam ser intimidantes, esta fórmula para uma mudança na concentração de um volume de controle por tempo é muito versátil, mesmo sem cálculos. Considere, por exemplo, o cenário comum de um tanque contendo um volume com um contaminante de uma certa concentração. Dado que há uma reação de primeira ordem -kC ocorrendo e que o tanque está em estado estacionário, a concentração do efluente torna-se uma expressão da concentração inicial, da constante de reação k e do tempo de retenção hidráulica ( HRT ) que é igual ao quociente do volume do tanque pelo fluxo.

${\ displaystyle C = C_ {0} / (1+ \ tau * k)}$

Formulários

Abastecimento e tratamento de água

Os engenheiros ambientais avaliam o balanço hídrico dentro de uma bacia hidrográfica e determinam o abastecimento de água disponível, a água necessária para as várias necessidades daquela bacia hidrográfica, os ciclos sazonais do movimento da água através da bacia hidrográfica e desenvolvem sistemas para armazenar, tratar e transportar água para diversos usos .

A água é tratada para atingir os objetivos de qualidade da água para os usos finais. No caso de um abastecimento de água potável , a água é tratada para minimizar o risco de transmissão de doenças infecciosas , o risco de doenças não infecciosas e para criar um sabor de água palatável. Os sistemas de distribuição de água são projetados e construídos para fornecer pressão de água adequada e taxas de fluxo para atender às várias necessidades do usuário final, como uso doméstico, supressão de incêndio e irrigação .

Tratamento de água poluída

Estação de tratamento de esgoto , Austrália

Existem inúmeras tecnologias de tratamento de águas residuais . Um trem de tratamento de águas residuais pode consistir em um sistema clarificador primário para remover materiais sólidos e flutuantes, um sistema de tratamento secundário consistindo em uma bacia de aeração seguida por floculação e sedimentação ou um sistema de lodo ativado e um clarificador secundário, um sistema de remoção de nitrogênio biológico terciário e um processo final de desinfecção . O sistema de bacia de aeração / lodo ativado remove material orgânico através do cultivo de bactérias (lodo ativado). O clarificador secundário remove a lama ativada da água. O sistema terciário, embora nem sempre incluído devido aos custos, está se tornando mais prevalente para remover o nitrogênio e o fósforo e para desinfetar a água antes da descarga em um córrego superficial ou emissário oceânico.

Gestão da poluição do ar

Os cientistas desenvolveram modelos de dispersão da poluição do ar para avaliar a concentração de um poluente em um receptor ou o impacto na qualidade geral do ar de escapamentos de veículos e emissões de chaminés de gases de combustão industriais . Até certo ponto, esse campo se sobrepõe ao desejo de diminuir o dióxido de carbono e outras emissões de gases de efeito estufa dos processos de combustão.

Avaliação e mitigação do impacto ambiental

Poluição da água

Os engenheiros ambientais aplicam princípios científicos e de engenharia para avaliar se há probabilidade de haver quaisquer impactos adversos à qualidade da água, qualidade do ar, qualidade do habitat , flora e fauna , capacidade agrícola, tráfego , ecologia e ruído. Se os impactos são esperados, eles desenvolvem medidas de mitigação para limitar ou prevenir tais impactos. Um exemplo de medida de mitigação seria a criação de áreas úmidas em um local próximo para mitigar o preenchimento das áreas úmidas necessárias para o desenvolvimento de uma estrada se não for possível redirecionar a estrada.

Nos Estados Unidos, a prática de avaliação ambiental foi formalmente iniciada em 1º de janeiro de 1970, data de vigência da National Environmental Policy Act (NEPA). Desde aquela época, mais de 100 nações em desenvolvimento e desenvolvidas planejaram leis análogas específicas ou adotaram procedimentos usados em outros lugares. NEPA é aplicável a todas as agências federais nos Estados Unidos.

Agências reguladoras

Agência de Proteção Ambiental

A Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) é uma das muitas agências que trabalham com engenheiros ambientais para resolver problemas importantes. Um componente importante da missão da EPA é proteger e melhorar a qualidade do ar, da água e do meio ambiente em geral, a fim de evitar ou mitigar as consequências dos efeitos prejudiciais.

Veja também

Associações

Referências

Leitura adicional

Davis, ML e DA Cornwell, (2006) Introdução à engenharia ambiental (4ª ed.) McGraw-Hill ISBN 978-0072424119
Academias Nacionais de Ciências, Engenharia e Medicina (2019). Engenharia Ambiental para o Século 21: Enfrentando os Grandes Desafios (Relatório). Washington, DC: The National Academies Press. doi : 10.17226 / 25121 .CS1 maint: vários nomes: lista de autores ( link )

Languages

In other projects