Inżynieria środowiska

Earth seen from Apollo 17
Środowisko
Środowisko w

Inżynieria środowiska to profesjonalna dyscyplina inżynierska , która obejmuje szerokie tematy naukowe , takie jak chemia , biologia , ekologia , geologia , hydraulika , hydrologia , mikrobiologia i matematyka, w celu tworzenia rozwiązań, które będą chronić, a także poprawiać zdrowie żywych organizmów i poprawiać jakość środowiska . Inżynieria środowiska jest subdyscypliną inżynierii lądowej i inżynierii chemicznej . Inżynieria środowiska ze strony inżynierii lądowej koncentruje się głównie na inżynierii sanitarnej.

Inżynieria środowiska to zastosowanie zasad naukowych i inżynieryjnych w celu poprawy i utrzymania środowiska w celu:

  • chronić zdrowie ludzkie,
  • chronić korzystne ekosystemy przyrody,
  • oraz poprawić związaną ze środowiskiem poprawę jakości życia ludzi.

Inżynierowie środowiska opracowują rozwiązania w zakresie gospodarki ściekowej , kontroli zanieczyszczenia wody i powietrza , recyklingu , usuwania odpadów i zdrowia publicznego . Projektują miejskie systemy zaopatrzenia w wodę i systemy oczyszczania ścieków przemysłowych oraz opracowują plany zapobiegania chorobom przenoszonym przez wodę i poprawy warunków sanitarnych na obszarach miejskich, wiejskich i rekreacyjnych. Oceniają gospodarowania odpadami niebezpiecznymi , aby ocenić dotkliwość takich zagrożeń, doradzają w sprawie przetwarzania i ograniczania oraz opracowują przepisy zapobiegające wypadkom. Realizują prawo inżynierii środowiska , m.in. przy ocenie oddziaływania na środowisko planowanych przedsięwzięć budowlanych.

Inżynierowie środowiska badają wpływ postępu technologicznego na środowisko, zajmując się lokalnymi i światowymi problemami środowiskowymi, takimi jak kwaśne deszcze , globalne ocieplenie , zubożenie warstwy ozonowej , zanieczyszczenie wody i zanieczyszczenie powietrza ze spalin samochodowych i źródeł przemysłowych .

Większość jurysdykcji nakłada wymagania licencyjne i rejestracyjne na wykwalifikowanych inżynierów środowiska.

Etymologia

Słowo „środowisko” ma swoje korzenie we francuskim słowie environ (czasownik) z końca XIV wieku, oznaczającym otaczać lub otaczać. Słowo środowisko zostało użyte przez Carlyle'a w 1827 roku w odniesieniu do zespołu warunków, w których żyje osoba lub rzecz. Znaczenie zmieniło się ponownie w 1956 roku, kiedy użyto go w sensie ekologicznym, gdzie ekologia jest gałęzią nauki zajmującą się relacjami żywych istot z ich środowiskiem.

Druga część określenia inżynier środowiska wywodzi się z łacińskich korzeni i była używana w XIV-wiecznym języku francuskim jako engignour, oznaczający konstruktora machin wojskowych, takich jak trebusze , arkebuzy , długie łuki , armaty , katapulty , balisty , strzemiona , zbroje i inne śmiercionośne lub wojownicze urządzenia. Słowo inżynier nie było używane w odniesieniu do robót publicznych aż do XVI wieku; i prawdopodobnie weszło do popularnego języka narodowego jako oznaczające twórcę robót publicznych w czasach Johna Smeatona .

Historia

Dalsze informacje: Historia zaopatrzenia w wodę i urządzeń sanitarnych

Starożytne cywilizacje

Inżynieria środowiska to nazwa pracy wykonywanej od wczesnych cywilizacji, kiedy ludzie nauczyli się modyfikować i kontrolować warunki środowiskowe w celu zaspokojenia potrzeb. Ponieważ ludzie uznali, że ich zdrowie jest związane z jakością ich środowiska , zbudowali systemy, aby je poprawić. Starożytna cywilizacja doliny Indusu (3300 pne do 1300 pne) miała zaawansowaną kontrolę nad swoimi zasobami wodnymi . Struktury robót publicznych znalezione w różnych miejscach w okolicy obejmują studnie, łaźnie publiczne, zbiorniki na wodę, system wody pitnej i ogólnomiejski system odprowadzania ścieków. Mieli także wczesny system nawadniania kanałów , umożliwiający rolnictwo na dużą skalę.

Od 4000 do 2000 pne wiele cywilizacji miało systemy kanalizacyjne, a niektóre miały urządzenia sanitarne, w tym Imperium Mezopotamii , Mohendżo-Daro , Egipt, Kreta i Orkady w Szkocji. Grecy mieli również akwedukty i systemy kanalizacyjne, które wykorzystywały deszcz i ścieki do nawadniania i nawożenia pól.

Pierwszy akwedukt w Rzymie został zbudowany w 312 rpne, a stamtąd kontynuowano budowę akweduktów do nawadniania i bezpiecznego zaopatrzenia w wodę miejską podczas susz. Już w VII wieku p.n.e. zbudowali również podziemny system kanalizacyjny, który wpadał do Tybru, osuszając bagna, tworząc pola uprawne, a także usuwając ścieki z miasta.

Era nowożytna

Od upadku Rzymu do XIX wieku zaobserwowano bardzo niewielkie zmiany, kiedy to ulepszenia przyniosły wzrost wysiłków ukierunkowanych na zdrowie publiczne. Nowoczesna inżynieria środowiska rozpoczęła się w Londynie w połowie XIX wieku, kiedy Joseph Bazalgette zaprojektował pierwszy duży system kanalizacyjny po Wielkim Smronie . Miejski system kanalizacyjny odprowadzał nieoczyszczone ścieki do Tamizy , która dostarczała również większość wody pitnej w mieście, co doprowadziło do wybuchu cholery . Wprowadzenie uzdatniania wody pitnej i oczyszczania ścieków w krajach uprzemysłowionych zmniejszyło choroby przenoszone przez wodę z głównych przyczyn śmierci do rzadkości.

Dziedzina ta pojawiła się jako odrębna dyscyplina akademicka w połowie XX wieku w odpowiedzi na powszechne obawy opinii publicznej dotyczące zanieczyszczenia wody i powietrza oraz innych rodzajów degradacji środowiska. W miarę jak społeczeństwo i technologia stawały się coraz bardziej złożone, w coraz większym stopniu powodowały one niezamierzony wpływ na środowisko naturalne. Jednym z przykładów jest powszechne stosowanie pestycydu DDT do zwalczania szkodników rolniczych w latach po II wojnie światowej . Historia DDT, tak barwnie opowiedziana w Cichej wiośnie Rachel Carson (1962), uważana jest za narodziny współczesnego ruchu ekologicznego , który doprowadził do powstania nowoczesnej dziedziny „inżynierii środowiska”.

Edukacja

Wiele uniwersytetów oferuje programy inżynierii środowiska za pośrednictwem wydziału inżynierii lądowej lub inżynierii chemicznej , a także obejmuje projekty elektroniczne mające na celu rozwój i zrównoważenie warunków środowiskowych. Inżynierowie środowiska w programie inżynierii lądowej często koncentrują się na hydrologii, zarządzaniu zasobami wodnymi, bioremediacji oraz projektowaniu stacji uzdatniania wody i ścieków. Inżynierowie środowiska w programie inżynierii chemicznej zwykle koncentrują się na chemii środowiska, zaawansowanych technologiach uzdatniania powietrza i wody oraz procesach separacji. [ potrzebne źródło ] Niektóre działy inżynierii środowiska obejmują inżynierię zasobów naturalnych i inżynierię rolniczą .

Kursy dla studentów dzielą się na kilka ogólnych klas:

  • inżynierii mechanicznej zorientowane na projektowanie maszyn i systemów mechanicznych do zastosowań środowiskowych, takich jak obiekty uzdatniania wody i ścieków , przepompownie, zakłady segregacji śmieci i inne obiekty mechaniczne.
  • z zakresu inżynierii środowiska lub systemów środowiskowych zorientowane na podejście inżynierii lądowej, w którym konstrukcje i krajobraz są konstruowane w celu wtapiania się w środowisko lub ochrony środowiska.
  • chemii środowiskowej , zrównoważonej chemii lub inżynierii chemicznej środowiska zorientowane na zrozumienie wpływu chemikaliów na środowisko, w tym wszelkie procesy wydobywcze, zanieczyszczenia, a także procesy biochemiczne.
  • technologii środowiskowych ukierunkowane na produkcję absolwentów elektroniki lub elektryczności zdolnych do opracowywania urządzeń i artefaktów zdolnych do monitorowania, pomiaru, modelowania i kontrolowania wpływu na środowisko, w tym monitorowania i zarządzania wytwarzaniem energii ze źródeł odnawialnych .

Program

Następujące tematy składają się na typowy program nauczania w inżynierii środowiska:

  1. masy i energii
  2. Chemia środowiska
    1. Chemia nieorganiczna
    2. Chemia organiczna
    3. Chemia jądrowa
  3. Modele wzrostu
    1. Zużycie zasobów
    2. Wzrost populacji
    3. Rozwój ekonomiczny
  4. Ocena ryzyka
    1. Identyfikacja zagrożenia
    2. Ocena odpowiedzi na dawkę
    3. Ocena ekspozycji
    4. Charakterystyka ryzyka
    5. Porównawcza analiza ryzyka
  5. Zanieczyszczenie wody
    1. Zasoby wodne i zanieczyszczenia
    2. Zapotrzebowanie na tlen
    3. Transport zanieczyszczeń
    4. Oczyszczanie wody i ścieków
  6. Zanieczyszczenie powietrza
    1. Przemysł, transport , emisje komercyjne i mieszkaniowe
    2. Kryteria i toksyczne zanieczyszczenia powietrza
    3. Modelowanie zanieczyszczeń (np. modelowanie dyspersji atmosferycznej )
    4. Kontrola zanieczyszczeń
    5. Zanieczyszczenie powietrza i meteorologia
  7. Globalna zmiana
    1. Efekt cieplarniany i globalna temperatura
    2. Cykl węgla , azotu i tlenu
    3. Scenariusze emisji IPCC
    4. Zmiany oceaniczne ( zakwaszenie oceanów , inne skutki globalnego ocieplenia w oceanach ) i zmiany w stratosferze (zob. Fizyczne skutki zmian klimatu )
  8. Zarządzanie odpadami stałymi i odzyskiwanie zasobów
    1. Szacowanie cyklu życia
    2. Redukcja źródła
    3. Operacje zbierania i przekazywania
    4. Recykling
    5. Konwersja odpadów na energię
    6. składowisko

Bilans masy

Rozważmy substancję chemiczną stworzoną przez człowieka, której los chcemy ustalić w odniesieniu do czasu, położenia, jakiejś fazy materii lub przepływu cieczy. Przedstawiamy zmierzoną zmianę stężenia jako funkcję wszystkich szybkości zmian, które wpływają na tę bryłę materii chemicznej.

Oznacza to, że dla pewnej objętości kontrolnej zmiana stężenia względem zmiany w liniowym czasie niezależnym jest równa sumie zmian zachodzących w (+) i poza (-) tej objętości kontrolnej. Jest to dozwolone z kilku różnych powodów:

(1) Zachowanie masy .

(2) Reprezentacja jako równanie różniczkowe zwyczajne .

(3) Rozwiązanie istnieje.

Chociaż równania różniczkowe mogą być zastraszające, ten wzór na zmianę stężenia dla objętości kontrolnej w czasie jest bardzo wszechstronny, nawet bez rachunku różniczkowego. Weźmy na przykład typowy scenariusz zbiornika zawierającego zanieczyszczenie o określonym stężeniu. Biorąc pod uwagę, że zachodzi reakcja pierwszego rzędu -kC i że zbiornik jest w stanie ustalonym, stężenie ścieków staje się wyrazem stężenia początkowego, stałej reakcji k oraz hydraulicznego czasu retencji (HRT) równego ilorazowi objętości zbiornika przez przepływ.

Aplikacje

Zaopatrzenie w wodę i uzdatnianie

Inżynierowie środowiska oceniają bilans wodny w zlewni i określają dostępne zaopatrzenie w wodę, wodę potrzebną do różnych potrzeb w tym zlewni, sezonowe cykle ruchu wody przez zlewnię i opracowują systemy przechowywania, uzdatniania i transportu wody do różnych zastosowań .

Woda jest uzdatniana w celu osiągnięcia celów jakości wody dla zastosowań końcowych. W przypadku w wodę pitną woda jest uzdatniana w celu zminimalizowania ryzyka przeniesienia chorób zakaźnych , ryzyka chorób niezakaźnych oraz stworzenia smacznego smaku wody. Systemy dystrybucji wody są projektowane i budowane w celu zapewnienia odpowiedniego ciśnienia i natężenia przepływu wody w celu zaspokojenia różnych potrzeb użytkowników końcowych, takich jak użytkowanie domowe, gaszenie pożarów i nawadnianie .

Oczyszczanie ścieków

Oczyszczalnia ścieków , Australia

Istnieje wiele technologii oczyszczania ścieków . System oczyszczania ścieków może składać się z osadnika wstępnego do usuwania substancji stałych i pływających, systemu oczyszczania wtórnego składającego się z basenu napowietrzającego, po którym następuje flokulacja i sedymentacja lub systemu osadu czynnego i osadnika wtórnego, trzeciorzędowego systemu biologicznego usuwania azotu oraz ostateczny proces dezynfekcji . Zbiornik napowietrzający/system osadu czynnego usuwa materię organiczną poprzez wzrost bakterii (osad czynny). Odstojnik wtórny usuwa osad czynny z wody. System trzeciorzędowy, choć nie zawsze uwzględniany ze względu na koszty, staje się coraz bardziej powszechny w usuwaniu azotu i fosforu oraz dezynfekcji wody przed odprowadzeniem do strumienia wód powierzchniowych lub ujścia oceanu.

Zarządzanie zanieczyszczeniem powietrza

Naukowcy opracowali modele dyspersji zanieczyszczeń powietrza , aby ocenić stężenie substancji zanieczyszczającej w receptorze lub wpływ spalin samochodowych i przemysłowych kominów na ogólną jakość powietrza . W pewnym stopniu ta dziedzina pokrywa się z dążeniem do zmniejszenia dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych z procesów spalania.

Ocena oddziaływania na środowisko i łagodzenie skutków

Główny artykuł: Ocena oddziaływania na środowisko
Zanieczyszczenie wody

Inżynierowie środowiska stosują zasady naukowe i inżynieryjne, aby ocenić, czy mogą wystąpić jakiekolwiek negatywne skutki dla jakości wody, jakości powietrza, jakości siedlisk, flory i fauny , wydajności rolnictwa, ruchu ulicznego , ekologii i hałasu. Jeśli spodziewane są skutki, opracowują środki łagodzące, aby ograniczyć takie skutki lub im zapobiec. Przykładem środka łagodzącego byłoby utworzenie terenów podmokłych w pobliskiej lokalizacji w celu złagodzenia wypełniania terenów podmokłych niezbędnych do rozwoju dróg, jeśli nie jest możliwe przekierowanie drogi.

W Stanach Zjednoczonych praktyka oceny środowiskowej została formalnie zapoczątkowana 1 stycznia 1970 r., Data wejścia w życie ustawy National Environmental Policy Act (NEPA). Od tego czasu ponad 100 krajów rozwijających się i rozwiniętych albo zaplanowało konkretne analogiczne prawa, albo przyjęło procedury stosowane gdzie indziej. NEPA ma zastosowanie do wszystkich agencji federalnych w Stanach Zjednoczonych.

Agencje regulacyjne

Agencja Ochrony Środowiska

Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) jest jedną z wielu agencji, które współpracują z inżynierami środowiska w celu rozwiązania kluczowych problemów. Ważnym elementem misji EPA jest ochrona i poprawa jakości powietrza, wody i środowiska w celu uniknięcia lub złagodzenia skutków szkodliwych skutków.

Zobacz też

Wspomnienia

Dalsza lektura

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Environmental_engineering&oldid=1138300212 ”