Ingeniería ambiental

La ingeniería ambiental es un nombre para el trabajo que se ha realizado desde las primeras civilizaciones, a medida que las personas aprendieron a modificar y controlar las condiciones ambientales para satisfacer sus necesidades. ^{[ 4 ] [ 14 ]} A medida que las personas reconocieron que su salud estaba relacionada con la calidad de su entorno , construyeron sistemas para mejorarlo ^{[ 4 ]} . La antigua civilización del valle del Indo (3300 a. C. a 1300 a. C.) tenía un control avanzado sobre sus recursos hídricos . ^{[ 14 ]} Las estructuras de obras públicas encontradas en varios sitios de la zona incluyen pozos, baños públicos, tanques de almacenamiento de agua, un sistema de agua potable y un sistema de recolección de aguas residuales para toda la ciudad. ^{[ 14 ] [ 15 ]} También tenían un sistema primitivo de irrigación por canales que permitía la agricultura a gran escala. ^{[ 16 ]}

Entre el 4000 y el 2000 a. C., muchas civilizaciones contaban con sistemas de drenaje y algunas con instalaciones sanitarias, como el Imperio mesopotámico , Mohenjo-Daro , Egipto, Creta y las Islas Orcadas en Escocia. ^{[ 4 ]} Los griegos también tenían acueductos y sistemas de alcantarillado que utilizaban agua de lluvia y aguas residuales para irrigar y fertilizar los campos. ^{[ 4 ]}

El primer acueducto de Roma se construyó en el año 312 a. C., y los romanos continuaron construyendo acueductos para el riego y el suministro seguro de agua potable en las ciudades durante las sequías. ^{[ 4 ]} También construyeron un sistema de alcantarillado subterráneo ya en el siglo VII a. C. que desembocaba en el río Tíber, drenando marismas para crear tierras de cultivo y eliminando las aguas residuales de la ciudad. ^{[ 4 ] [ 14 ]}

Se observaron muy pocos cambios desde la decadencia del Imperio Romano hasta el siglo XIX, cuando las mejoras vieron un aumento de los esfuerzos centrados en la salud pública en los centros urbanos densamente poblados. ^{[ 14 ] [ 17 ]} La ingeniería ambiental moderna comenzó en Londres a mediados del siglo XIX cuando Joseph Bazalgette diseñó el primer gran sistema de alcantarillado después del Gran Hedor . ^{[ 14 ]} El sistema de alcantarillado de la ciudad transportaba aguas residuales sin tratar al río Támesis , que también suministraba la mayor parte del agua potable de la ciudad, lo que provocó un brote de cólera . ^{[ 14 ]} La introducción del tratamiento de agua potable y de aguas residuales en los países industrializados redujo las enfermedades transmitidas por el agua de las principales causas de muerte a rarezas. ^{[ 18 ]}

Este campo surgió como disciplina académica independiente a mediados del siglo XX en respuesta a la creciente preocupación pública por la contaminación del agua y del aire, así como por otros tipos de degradación ambiental a escala nacional. A medida que la sociedad y la tecnología se volvieron más complejas, produjeron cada vez más efectos no deseados en el medio ambiente. Un ejemplo de ello es la aplicación generalizada del pesticida DDT para controlar las plagas agrícolas en los años posteriores a la Segunda Guerra Mundial . La historia del DDT, narrada vívidamente en Primavera silenciosa (1962) de Rachel Carson, se considera el origen del movimiento ambientalista moderno , ^{[ 19 ]} que dio lugar a la disciplina autónoma de la «ingeniería ambiental».

Con la creciente capacidad de la población humana para impactar el medio ambiente global, la disciplina de la ingeniería ambiental reconoció su papel en la solución de los grandes desafíos del siglo XXI. ^{[ 20 ]} Cinco áreas de oportunidad, donde los ingenieros ambientales están en una posición única para impactar positivamente el medio ambiente global, incluyen:

1. Suministro sostenible de alimentos, agua y energía.
2. Frenar el cambio climático y adaptarse
3. Diseñando un futuro sin contaminación ni residuos.
4. Crear ciudades eficientes, saludables y resilientes.
5. Fomentar decisiones y acciones informadas

En el informe también se identificó un sexto gran reto: la formación de la futura fuerza laboral.

Partiendo de este informe, Daniel B. Oerther y sus colegas definieron la Ingeniería Ambiental 3.0 como aquella que considera simultáneamente "la salud, la seguridad y el bienestar del público, así como la salud del planeta del que depende toda la vida". ^{[ 21 ]} Como ejemplo de investigación convergente , la ingeniería ambiental moderna se define como aquella que utiliza "disciplinas de ingeniería para desarrollar soluciones a problemas de salud planetaria ". ^{[ 22 ]}

Los siguientes temas conforman un plan de estudios típico en ingeniería ambiental: ^{[ 24 ]}

1. Transferencia de masa y energía
2. Química ambiental
   1. Química inorgánica
   2. Química orgánica
   3. Química nuclear
3. Modelos de crecimiento
   1. consumo de recursos
   2. crecimiento demográfico
   3. Crecimiento económico
4. Evaluación de riesgos
   1. Identificación de peligros
   2. Evaluación de la relación dosis-respuesta
   3. Evaluación de la exposición
   4. Caracterización del riesgo
   5. Análisis comparativo de riesgos
5. contaminación del agua
   1. Recursos hídricos y contaminantes
   2. demanda de oxígeno
   3. Transporte de contaminantes
   4. Tratamiento de agua y aguas residuales
6. contaminación del aire
   1. Emisiones industriales, de transporte , comerciales y residenciales
   2. Criterios y contaminantes atmosféricos tóxicos
   3. Modelización de la contaminación (por ejemplo, modelización de la dispersión atmosférica )
   4. Control de la contaminación
   5. Contaminación atmosférica y meteorología
7. Cambio global
   1. Efecto invernadero y temperatura global
   2. Ciclo del carbono , el nitrógeno y el oxígeno
   3. Escenarios de emisiones del IPCC
   4. Cambios oceánicos ( acidificación de los océanos , otros efectos del calentamiento global en los océanos ) y cambios en la estratosfera (véase Impactos físicos del cambio climático ).
8. Gestión de residuos sólidos y recuperación de recursos
   1. evaluación del ciclo de vida
   2. Reducción de la fuente
   3. Operaciones de recogida y transferencia
   4. Reciclaje
   5. Conversión de residuos en energía
   6. Vertedero

Los ingenieros ambientales evalúan el balance hídrico dentro de una cuenca hidrográfica y determinan el suministro de agua disponible, el agua necesaria para diversas necesidades en esa cuenca, los ciclos estacionales del movimiento del agua a través de la cuenca y desarrollan sistemas para almacenar, tratar y transportar agua para diversos usos.

El agua se trata para alcanzar los objetivos de calidad del agua para los usos finales. En el caso del suministro de agua potable , el agua se trata para minimizar el riesgo de transmisión de enfermedades infecciosas , el riesgo de enfermedades no infecciosas y para crear un sabor agradable al paladar. Los sistemas de distribución de agua ^{[ 25 ] [ 26 ]} se diseñan y construyen para proporcionar la presión y el caudal de agua adecuados para satisfacer las diversas necesidades de los usuarios finales, como el uso doméstico, la extinción de incendios y el riego .

Existen numerosas tecnologías para el tratamiento de aguas residuales . Un sistema de tratamiento de aguas residuales puede constar de un sistema de clarificación primaria para eliminar materiales sólidos y flotantes, un sistema de tratamiento secundario compuesto por un tanque de aireación seguido de floculación y sedimentación o un sistema de lodos activados y un clarificador secundario, un sistema terciario de eliminación biológica de nitrógeno y un proceso de desinfección final . El sistema de tanque de aireación/lodos activados elimina la materia orgánica mediante el crecimiento de bacterias (lodos activados). El clarificador secundario elimina los lodos activados del agua. El sistema terciario, aunque no siempre se incluye debido a los costos, se está volviendo más común para eliminar nitrógeno y fósforo y desinfectar el agua antes de su descarga a un curso de agua superficial o a un emisario submarino. ^{[ 27 ]}

Los científicos han desarrollado modelos de dispersión de la contaminación atmosférica para evaluar la concentración de un contaminante en un receptor o el impacto en la calidad del aire general de las emisiones de los gases de escape de los vehículos y de las chimeneas industriales . En cierta medida, este campo coincide con el objetivo de reducir las emisiones de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero procedentes de los procesos de combustión.

Los ingenieros ambientales aplican principios científicos y de ingeniería para evaluar si es probable que se produzcan impactos adversos en la calidad del agua, la calidad del aire, la calidad del hábitat , la flora y la fauna , la capacidad agrícola, el tráfico , la ecología y el ruido. Si se prevén impactos, desarrollan medidas de mitigación para limitarlos o prevenirlos. Un ejemplo de medida de mitigación sería la creación de humedales en una zona cercana para compensar el relleno de humedales necesario para la construcción de una carretera, si no es posible desviar su trazado.

En Estados Unidos, la práctica de la evaluación ambiental se inició formalmente el 1 de enero de 1970, fecha de entrada en vigor de la Ley Nacional de Política Ambiental (NEPA). Desde entonces, más de 100 países, tanto en desarrollo como desarrollados, han planificado leyes análogas específicas o han adoptado procedimientos utilizados en otros lugares. La NEPA es aplicable a todas las agencias federales de Estados Unidos. ^{[ 28 ]}

La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) es una de las muchas agencias que colaboran con ingenieros ambientales para resolver problemas críticos. Un componente esencial de la misión de la EPA es proteger y mejorar la calidad del aire, el agua y el medio ambiente en general para evitar o mitigar las consecuencias de los efectos nocivos.