Ingeniería Ambiental
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Ingeniería Ambiental
División de la ingeniería que se ocupa del medio ambiente y de la gestión de los recursos naturales y la mitigación de los problemas medioambientales. El ingeniero medioambiental presta especial atención a las reacciones biológicas, químicas y físicas en el aire, la tierra y el agua y a la mejora de la tecnología para los sistemas de gestión integrados, incluidas las medidas de reutilización, reciclaje y recuperación. Los ingenieros medioambientales también participan en la planificación y el desarrollo de políticas de zonificación, reglamentación, legislación y sostenibilidad.
Alcance
La ingeniería medioambiental comenzó con la necesidad de disponer de agua potable aceptable y de gestionar los residuos líquidos y sólidos. Los primeros usos de los términos salud pública y sanidad parecen haberse producido en el siglo XIX, cuando se empezaron a buscar soluciones para eliminar las enfermedades transmitidas por el agua. Más tarde, la urbanización y la industrialización contribuyeron significativamente a la formación de condiciones insalubres en muchas áreas. La reducción de la contaminación atmosférica y del suelo se convirtió en un nuevo reto para el ingeniero medioambiental, seguido de los problemas relacionados con los residuos tóxicos y peligrosos. El ingeniero medioambiental también desempeña un papel decisivo en la mitigación y protección del hábitat de la fauna, la preservación de las especies y el bienestar general de los ecosistemas. Durante el desarrollo de un proyecto o producto, los ingenieros medioambientales realizan un análisis del ciclo de vida (análisis de rentabilidad) de las alternativas que tienen en cuenta los costes de capital y de funcionamiento y mantenimiento a lo largo de la vida del producto. La Ley Nacional de Política Medioambiental y otras leyes, reglamentos y políticas contienen disposiciones para ampliar el análisis de alternativas a fin de reducir los riesgos ecológicos, sanitarios y de seguridad durante el desarrollo. Este proceso abarca los conceptos a menudo denominados ingeniería verde. Véase también Ingeniería verde. La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) tiene un programa de Diseño para el Medio Ambiente (DfE) que incluye una evaluación del ciclo de vida. Este proceso proporciona una herramienta para examinar el impacto medioambiental de los productos a lo largo de todo su ciclo de vida, desde la adquisición de los materiales hasta su fabricación, uso y eliminación. El Diseño para el Medio Ambiente proporciona a los responsables de la toma de decisiones información, herramientas e incentivos para tomar decisiones informadas que integren cuestiones de riesgo, rendimiento y coste. El análisis del ciclo de vida evalúa el impacto sobre la salud humana, los recursos atmosféricos/la calidad del aire, la calidad del agua, la salud ecológica y el consumo de recursos naturales.
Control de la calidad del aire
En general, las fuentes de contaminantes atmosféricos pueden clasificarse como estacionarias, móviles o fugitivas.
Respectivamente, se atribuyen a fuentes puntuales, como las emisiones de chimeneas industriales, a actividades de transporte, como las emisiones de los automóviles, y a fuentes no controladas (fugitivas), como los polvos arrastrados por el viento desde los almacenes. Véase también: Contaminación atmosférica El ingeniero medioambiental desempeña un papel fundamental en el desarrollo de controles de partículas y gases para todas las fuentes de contaminantes atmosféricos. El control de la fuente es el primer método de reducción considerado. Los controles de partículas incluyen cámaras de decantación, separadores de inercia, depuradores húmedos y filtros de tela. Los controles de gases incluyen la absorción, la adsorción, la condensación, la combustión en antorcha y la incineración. Otros ámbitos de actuación son la lluvia ácida, las emisiones fugitivas, el control de olores, la calidad del aire interior y la reducción del ruido. Véase también: Lluvia ácida; Recogida de polvo y niebla; Operaciones de absorción (véase su concepto jurídico) de gases La calidad del aire interior preocupa cada vez más a las autoridades sanitarias y al público. Los higienistas industriales y varias disciplinas de la ingeniería son fundamentales para identificar y controlar la contaminación del aire interior. Los principios de la ingeniería medioambiental pueden utilizarse en las evaluaciones técnicas para identificar los contaminantes del aire y seleccionar los controles de las fuentes. Véase también: Contaminación del aire en interiores Las medidas de control de la calidad del aire interior son muy específicas para cada fuente. Las estrategias básicas de reducción son el control en la fuente, la mejora de la ventilación y los limpiadores de aire. Normalmente, el control de la fuente es la medida de reducción más rentable.
Suministro de agua
Históricamente, el ingeniero medioambiental ha encontrado métodos para suministrar amplias cantidades de agua potable de calidad para uso doméstico, así como agua de calidad para usos comerciales e industriales. Las cuestiones relacionadas con el suministro de agua incluyen las proyecciones de la demanda, los requisitos de calidad, las evaluaciones de las fuentes de agua superficial y subterránea, la producción de agua subterránea, la recogida y el almacenamiento de agua superficial, el tratamiento de agua superficial, el tratamiento de agua salina, la producción de agua no convencional y la distribución de agua tratada. Véase también: Hidrología de las aguas subterráneas; Recursos hídricos; Ingeniería de abastecimiento de agua La planta típica de tratamiento de aguas superficiales utiliza productos químicos para mejorar la eliminación de los sólidos en suspensión y para la desinfección. Los procesos de tratamiento físico incluyen la sedimentación simple y la filtración.
En secuencia, los procesos unitarios son mezcla rápida, coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección. Se necesitan sistemas auxiliares para las instalaciones de alimentación química y para la manipulación de los lodos. Los procesos más especializados incluyen la adsorción de carbono, el intercambio de iones y el ablandamiento (Fig. 2). Véase también: Carbón activado; Ablandamiento del agua; Tratamiento del agua El tratamiento de otras fuentes suele requerir la determinación de la calidad del agua bruta en cada lugar. A menudo, la cantidad de demanda influirá en la selección rentable de los procesos de tratamiento. Los suministros de agua subterránea requieren el desarrollo de pozos y el tratamiento, como la aireación, el ablandamiento y la desinfección. Asimismo, las aguas salobres y salinas requieren la determinación de procesos de tratamiento específicos para cada lugar. Los procesos típicos incluyen la tecnología de membranas, como la ósmosis inversa y la electrodiálisis. Véase también: Agua bruta; Desalinización del agua El sistema de distribución de agua incluye las líneas de servicio y distribución, las tuberías de transmisión y las instalaciones de almacenamiento. Los tanques de almacenamiento elevados con distribución por gravedad y los tanques de almacenamiento en tierra con bombeo de distribución están diseñados para proporcionar la cantidad y la presión necesarias para satisfacer las demandas del sistema.
Eliminación de aguas residuales
Las aguas residuales son la combinación de residuos líquidos y transportados por el agua de los hogares, edificios comerciales, instalaciones industriales e instituciones, junto con cualquier infiltración de agua subterránea y flujo de agua superficial y pluvial que pueda entrar en el sistema de alcantarillado. Como medida mínima, se requiere un tratamiento para los sólidos en suspensión y los elementos orgánicos disueltos. Pueden ser necesarios procesos especiales para lograr la eliminación de contaminantes específicos, como el fósforo de una fuente municipal o los metales pesados de una instalación industrial de revestimiento. Los niveles mínimos de tratamiento se han establecido por reglamento. Por ejemplo, en Estados Unidos, el nivel mínimo de tratamiento de las aguas residuales domésticas es la eliminación del 85% de los elementos orgánicos que requieren oxígeno y de los sólidos en suspensión, seguida de la desinfección. El tratamiento adicional viene dictado por la capacidad de asimilación de la corriente receptora y por los usos del agua aguas abajo. Los procesos físicos se utilizan para eliminar los sólidos en suspensión que pueden dañar o interferir con las unidades de bombeo y tratamiento posteriores. Los tamices eliminan los residuos y otros sólidos de gran tamaño, y los desarenadores por gravedad o aireados capturan la materia arenosa. Normalmente, la sedimentación por gravedad se utiliza para eliminar los sólidos suspendidos más finos (orgánicos).
En aplicaciones especiales, se utilizan la centrifugación, la flotación por aire disuelto y la filtración para eliminar los sólidos en suspensión. Los productos orgánicos disueltos se tratan generalmente con procesos biológicos. Los sistemas más comunes son aeróbicos (con oxígeno) e incluyen procesos de estanque aeróbico, filtro percolador y lodos activados. Los residuos concentrados, como los lodos primarios, o las aguas residuales industriales de alta resistencia, como los residuos de la industria cárnica o cervecera, se consideran para procesos de tratamiento anaeróbico (sin oxígeno). Los lodos, principalmente los procedentes de procesos biológicos, requieren un tratamiento especial. La secuencia de procesos incluye la estabilización, el acondicionamiento, la deshidratación, el secado y la eliminación residual. La aplicación en tierra y el vertido son los medios más practicados para la eliminación final. Los lodos aplicados en tierra y compostados suscitan especial preocupación por la concentración de contaminantes, como los metales pesados, y la presencia de patógenos en estos lodos. Véase también: Sólidos de depuradora De los muchos otros tipos de procesos de tratamiento, uno de los más importantes son los sistemas naturales, que históricamente incluían los sistemas de estanques y, más tarde, diversos modos de aplicación en tierra. Gracias a la tecnología, los humedales naturales y construidos pueden proporcionar efluentes de alta calidad. Véase también: Humedales
Gestión de las aguas pluviales
Aunque el estudio de la gestión de las aguas pluviales incluye todos los elementos del ciclo hidrológico, se centra en la forma en que los seres humanos afectan a la producción, el movimiento y el control de la escorrentía superficial.
En un sistema natural, la tasa de escorrentía superficial está controlada por la tasa de precipitaciones, las condiciones del suelo, la vegetación y la geología del subsuelo. Véase también: Hidrología La urbanización crea grandes áreas impermeables que aumentan la cantidad y la tasa máxima de escorrentía. La lluvia arrastra entonces los materiales depositados directamente a las aguas superficiales, provocando la contaminación de los arroyos. Los elementos orgánicos crean demandas de oxígeno, los nutrientes aceleran la eutrofización de los lagos y los metales pesados se acumulan en los sedimentos del fondo. Véase también: Eutrofización; Contaminación del agua Los ingenieros medioambientales aplican prácticas modernas de gestión de las aguas pluviales para utilizar sistemas naturales y de ingeniería con el fin de minimizar los daños medioambientales.
Un programa completo de gestión de las aguas pluviales contiene muchos elementos, como la infiltración y la detención in situ, los sistemas de recogida y transporte, el control regional de las inundaciones y las mejoras importantes de los canales (véase qué es, su definición, o concepto, y su significado como "canals" en el contexto anglosajón, en inglés) de los arroyos. Véase también: Recarga de aguas subterráneas; Ingeniería fluvial En el pasado, los residuos sanitarios y las aguas pluviales se recogían en el mismo alcantarillado (combinado).
En caso de fuertes lluvias, las alcantarillas se desbordaban, creando problemas de contaminación del agua. Muchas de estas alcantarillas combinadas se han separado, mientras que los desbordamientos restantes se tratan como fuentes puntuales. Las prácticas de gestión de las aguas pluviales se utilizan para reducir los requisitos y los costes de las instalaciones de tratamiento de los desbordamientos del alcantarillado combinado.
Gestión de residuos sólidos
La recogida, el transporte, el tratamiento y la eliminación de los residuos sólidos es un área importante de la ingeniería medioambiental. Los residuos sólidos son aquellos materiales que su propietario considera que no tienen valor y que se desechan. Se generan en casi todas las actividades y su cantidad varía según la fuente, la estación, la geografía y el tiempo. A medida que el terreno se vuelve más limitado y aumenta la reglamentación, el generador y el manipulador de residuos sólidos deben emplear tecnología nueva y mejorada para reducir las cantidades de materiales que requieren eliminación. Además, la recuperación y la reutilización son elementos importantes de la gestión de residuos sólidos. Históricamente, la eliminación de residuos sólidos consistía en el vertido a cielo abierto. Sin embargo, el método moderno de eliminación utiliza vertederos de doble revestimiento con recogida y control de gases y lixiviados. Otros medios de eliminación son el compostaje y diversos procesos de incineración, que también pueden utilizarse para la eliminación conjunta de los lodos del tratamiento de aguas residuales. Estos medios de eliminación suelen requerir controles para los contaminantes creados, como los lixiviados y los olores de las operaciones de compostaje, y las emisiones químicas y de partículas de la combustión de las incineradoras. La recuperación y la reutilización se practican ampliamente. La separación en origen o en instalaciones centrales se utiliza para diversos productos, como el papel, el vidrio, los plásticos, los metales ferrosos y los metales no ferrosos. Además, los combustibles derivados de los residuos pueden utilizarse para la producción de energía, y los residuos de jardín pueden compostarse para producir un acondicionador de humus para el suelo. Véase también: Tecnología de reciclaje Los planes de gestión integrada de residuos sólidos incluyen la recuperación y la reutilización como elementos esenciales. Las técnicas de reducción en origen y la recuperación rentable de los residuos sólidos para su reutilización en la producción industrial mejoran la recuperación y la producción de energía, proporcionan beneficios económicos directos y reducen las necesidades generales de procesamiento y eliminación de residuos sólidos. La reducción en origen es una medida prioritaria de prevención de la contaminación e incluye el diseño, la fabricación o el uso de materiales para reducir la cantidad y/o la toxicidad de los materiales antes de que entren en el proceso de gestión de los residuos sólidos. Algunos ejemplos son la gestión de los residuos orgánicos que no son productos, como los restos de comida y los recortes de jardín, la prolongación de la vida útil de los productos para posponer su eliminación, el diseño de los envases para reducir la cantidad de residuos que hay que eliminar, la reutilización de los productos o envases existentes y la separación y recogida de los materiales de desecho in situ para su reciclaje en las instalaciones de los generadores residenciales, comerciales y manufactureros. Las principales tecnologías de recuperación de energía son las paredes de los hornos de incineración con tubos de caldera integrados (waterwalls); la incineración modular con calderas de recuperación de calor o intercambiadores de calor; los combustibles derivados de los residuos para calderas mixtas o específicas; la pirólisis en combustibles gaseosos, líquidos o sólidos; y la digestión anaeróbica o la recuperación de gas de vertedero para el desarrollo de combustible de metano.
Gestión de residuos peligrosos
Ya sean plaguicidas de las tierras agrícolas, fugas de gasolina de las estaciones de servicio, metales pesados de las soluciones de revestimiento, residuos médicos de los hospitales o residuos radiactivos de las centrales nucleares, los residuos peligrosos están presentes en todo el mundo como subproductos del crecimiento de las naciones en desarrollo. Suponen un riesgo excesivo para la salud y la seguridad de las personas, el valor y el uso de las propiedades y todos los demás componentes del medio ambiente. El tratamiento de los residuos peligrosos incluye el tratamiento de los residuos líquidos, el tratamiento de los residuos sólidos, la solidificación y estabilización, la destrucción térmica y la eliminación en tierra. Las medidas de recuperación se caracterizan por el control de las aguas superficiales, el control de la contaminación atmosférica o el tratamiento in situ. Véase también: Ingeniería de residuos peligrosos Una parte importante de la tecnología para el tratamiento y la eliminación de los residuos peligrosos consiste en el perfeccionamiento o la adaptación de prácticas probadas en el control de la calidad del aire, el tratamiento de las aguas residuales y la gestión de los residuos sólidos. Además, el ingeniero medioambiental debe conocer la hidrogeología para evaluar la disposición subterránea de los residuos peligrosos. En un emplazamiento de tratamiento o eliminación de residuos peligrosos, deben obstruirse las vías de entrada de los residuos en el medio ambiente. Las principales vías son la contaminación de las aguas superficiales por escorrentía o desbordamiento; la contaminación de las aguas subterráneas por fugas o lixiviados; la contaminación del aire por combustión abierta, evaporación o polvos fugitivos; el fuego y la explosión; y los riesgos para la salud por contacto humano. La normativa de la EPA define los residuos peligrosos en listas específicas basadas en características de inflamabilidad, corrosividad, reactividad y un procedimiento analítico conocido como toxicidad EP. Los residuos domésticos, las aguas residuales domésticas y algunos otros residuos están excluidos de esta normativa.
En Estados Unidos, la normativa sobre residuos peligrosos incluye la exigencia de un sistema de manifiesto para el seguimiento de los residuos desde los generadores hasta su almacenamiento, transporte, tratamiento y eliminación. Además del tratamiento y la eliminación, es necesario proporcionar los medios para satisfacer estos controles reglamentarios, así como medios de prevención de la contaminación mediante la reducción de los residuos a través de cambios en los procesos, incluyendo la recuperación y la reutilización. Datos verificados por: Bell Asunto: ingenieria. Asunto: ciencias. Tema: ambiente-y-sostenibilidad. Tema: sostenibilidad. Tema: reciente-sostenibilidad. Asunto: colonizacion. Asunto: imperios. Asunto: historia-francesa. Asunto: imperio-britanico.
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Recursos
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Notas y Referencias
Véase También
Conservación de recursos, Medio ambiente, Ecosistema, Salud pública, Enfermedades transmitidas por el agua Residuos peligrosos; Gestión de residuos radiactivos Centrifugación; Filtración; Flotación Tratamiento de aguas residuales industriales; Sistemas de recogida de aguas residuales; Reutilización de aguas residuales Intercambiador de calor; Sistemas de cogeneración; Pirólisis; Conversión de residuos en energía