Inżynieria sanitarna

Nie mylić z inżynierią sanitarną .

Przykład systemu oczyszczania ścieków.

Inżynieria sanitarna , znana również jako inżynieria zdrowia publicznego lub inżynieria ścieków , to zastosowanie metod inżynieryjnych w celu poprawy warunków sanitarnych społeczności ludzkich, przede wszystkim poprzez usuwanie i usuwanie odpadów ludzkich, a także dostarczanie bezpiecznej wody pitnej . Tradycyjnie gałąź inżynierii lądowej , a obecnie podzbiór inżynierii środowiska , w połowie XIX wieku dyscyplina koncentrowała się na ograniczaniu chorób, które wówczas uważano za spowodowane przez miazmaty . Osiągnięto to głównie poprzez zbieranie i segregację ścieków w szczególności w Londynie i ogólnie w Wielkiej Brytanii. Te i późniejsze ulepszenia regulacyjne zostały zgłoszone w Stanach Zjednoczonych już w 1865 roku.

Zajmuje się również czynnikami środowiskowymi, które nie mają natychmiastowego i jasno rozumianego wpływu na zdrowie publiczne. Obszary poza zakresem inżynierii sanitarnej obejmują kwestie estetyczne, takie jak architektura krajobrazu i ochrona środowiska w odniesieniu do roślin i zwierząt .

Umiejętności w tej dziedzinie są zwykle wykorzystywane do głównego celu zapobiegania chorobom u ludzi poprzez zapewnienie dostaw zdrowej wody pitnej , oczyszczanie ścieków i usuwanie śmieci z obszarów zamieszkałych.

W porównaniu z (na przykład) elektrotechniką lub inżynierią mechaniczną , które zajmują się głównie systemami zamkniętymi , inżynieria sanitarna jest dziedziną bardzo interdyscyplinarną , która może obejmować takie elementy, jak hydraulika , ochrona przeciwpożarowa , hydraulika , bezpieczeństwo życia, modelowanie konstruktywne, informatyka , projektowanie , mikrobiologii , patologii i wielu działów w naukach o środowisku i technologia środowiskowa . W niektórych przypadkach należy również wziąć pod uwagę względy z zakresu nauk społecznych i urbanistyki.

Chociaż inżynieria sanitarna może być najbardziej kojarzona z projektowaniem kanałów ściekowych , oczyszczalni ścieków i oczyszczalni ścieków , centrów recyklingu , publicznych składowisk odpadów i innych obiektów, które są budowane, termin ten odnosi się również do planu działania mającego na celu odwrócenie skutków zanieczyszczenia wody lub gleby zanieczyszczenia na określonym obszarze.

Historia

Dalsze informacje: Historia zaopatrzenia w wodę i urządzeń sanitarnych

Systemy irygacyjne zostały wynalezione pięć do siedmiu tysięcy lat temu jako sposób dostarczania wody społecznościom rolniczym. Akwedukty i systemy nawadniające były jednymi z pierwszych form inżynierii ściekowej. W miarę zagęszczania skupisk ludności wykorzystywano je do usuwania ścieków z osad. Rzymianie jako jedni z pierwszych zademonstrowali skuteczność akweduktu. Średniowiecze było okresem, w którym postęp w gospodarce wodnej został zatrzymany.

Wraz ze wzrostem populacji gospodarowanie odpadami ludzkimi stawało się coraz większym problemem i zagrożeniem dla zdrowia publicznego. Do lat 50. XIX wieku w Londynie do Tamizy odprowadzano codziennie ponad 400 000 ton ścieków - około 150 milionów ton rocznie. Choroby takie jak ospa , błonica , odra , szkarlatyna , tyfus , cholera i dur brzuszny rozprzestrzeniały się za pośrednictwem zanieczyszczonej wody. W XIX wieku duże miasta zaczęły budować systemy kanalizacyjne w celu usuwania ludzkich odchodów z miast i do rzek.

Sanitarne w 1900 roku

W XX wieku wynaleziono proces osadu czynnego . Proces osadu czynnego jest formą oczyszczania wody, która wykorzystuje bakterie do spożywania ludzkich odchodów. Chlor jest używany później w procesie, aby zabić bakterie. W latach pięćdziesiątych raporty dotyczące zdrowia publicznego zawierały plany zaopatrzenia ludności w czystą wodę, najpierw analizując potencjalne zagrożenia. Organizacja uważnie przyjrzała się zanieczyszczeniu wody, a także sposobowi uzdatniania wody pitnej. Priorytetowo potraktowali również znalezienie metod, które byłyby skuteczne, ale niezbyt kosztowne. Koszty sanitarne są głównym problemem wielu innych krajów (nie Stanów Zjednoczonych). Średni koszt domowych systemów wodociągowych i sanitarnych zaczyna się od 50 USD miesięcznie, kiedy wielu obywateli nie zarabia wystarczająco dużo pieniędzy, aby wykorzystać je na rzeczy zbędne.

Na przestrzeni wieków wiele zmieniło się w dziedzinie inżynierii wodno-ściekowej. Postępy w mikrobiologii, chemii i inżynierii drastycznie zmieniły tę dziedzinę. Obecnie inżynierowie zajmujący się ściekami pracują również nad gromadzeniem czystej wody do picia, jej chemiczną obróbką i wykorzystaniem światła UV do zabijania mikroorganizmów. Oczyszczają również zanieczyszczenia wody w ściekach ( ściekach czarnych i szarych ), aby woda ta mogła być bezpieczna do użytku bez narażania ludności i otaczającego ją środowiska. Oczyszczanie ścieków i rekultywacja wody są obszarami zainteresowania w tej dziedzinie.

Szkoda Huizenga

Przed nowoczesnymi formami urządzeń sanitarnych w dzielnicach i miastach ludzie po prostu zostawiali śmieci na ulicy. W 1892 roku był taki problem, że niejaki Harm Huizenga zgłosił się na ochotnika do samodzielnego posprzątania bałaganu. Holender jeździł swoim wozem po ulicach, zbierając śmieci z miasta Chicago. Niewielkie wysiłki, takie jak te, były obecne na początku XX wieku, aż do około 1968 roku. Wnuk Huizenga, Wayne Huizenga, przekształcił pomysł swojego dziadka w biznes, Waste Management. W latach siedemdziesiątych społeczeństwo postrzegało gospodarkę odpadami jako całość jako niezbędną praktykę.

Warunki sanitarne w Stanach Zjednoczonych

Kalifornia/hrabstwa

Na początku lat czterdziestych wiele hrabstw w stanie miało problemy z usuwaniem odpadów, zwłaszcza w rejonie jeziora Tahoe. Mieszkańcy tych miast obawiali się, że złe systemy kanalizacyjne ich miasta spowodują wybuchy chorób, takich jak poliomyelitis , cholera i wirusowe zapalenie wątroby , by wymienić tylko kilka. W szczególności cholera jest największym zagrożeniem dla zdrowia związanym z gospodarką odpadami. Choroba jest wywoływana przez bakterie, zwłaszcza gdy osoba spożywa żywność lub wodę zawierającą bakterie. Na uboższych obszarach jest to bardzo prawdopodobne ze względu na zanieczyszczenie krzyżowe ścieków i wody pitnej.

Powiaty

• Hrabstwo El Dorado ma liczne punkty zbiórki śmieci, niektóre prywatne firmy. Na terenach mieszkalnych głównym źródłem odpadów jest olej. Od tego czasu w hrabstwie El Dorado zbudowano wiele obiektów gospodarki odpadami, zmniejszając ryzyko tych chorób. Od lat pięćdziesiątych hrabstwo wykorzystuje kontakty z firmami, aby zapewnić tanią i skuteczną metodę utrzymywania miast w czystości. Obecnie hrabstwo ma 7 franczyz z różnymi obszarami odbioru, takimi jak El Dorado Disposal i American River Disposal.
• Dolina San Joaquin jest bardzo skoncentrowana na recyklingu. Witryna dotycząca gospodarki odpadami w hrabstwie San Joaquin zawiera wiele wskazówek, jak poddać recyklingowi wszystkie przedmioty nadające się do recyklingu, w nadziei, że ich hrabstwo będzie się do tego stosować. Jedną z rad jest sprawdzenie, czy wszystkie przedmioty w pojemnikach do recyklingu nadają się do recyklingu, ponieważ ładunek może w ogóle nie zostać poddany recyklingowi. Strona internetowa jest bardzo pomocna dla społeczeństwa, ponieważ pomaga w gospodarowaniu odpadami na obszarach mieszkalnych.

Edukacja

Inżynieria

Inżynieria ścieków zwykle nie jest własnym kierunkiem studiów, ale specjalizacją z takich stopni, jak inżynieria środowiska i sanitarna, inżynieria sanitarna, inżynieria lądowa , inżynieria środowiska , inżynieria biochemiczna lub inżynieria chemiczna . Formalna edukacja inżynierów ścieków rozpoczyna się w szkole średniej, a uczniowie uczęszczają na zajęcia takie jak chemia, biologia, fizyka i wyższa matematyka, w tym rachunek różniczkowy. Po ukończeniu szkoły średniej większość zawodów wymaga zaświadczenia od agencji państwowej. Osoby, które chcą awansować w branży, powinny studiować inżynierię sanitarną, inżynierię środowiska i sanitarną, inżynierię lądową, inżynierię mechaniczną , inżynierię środowiska lub stopień inżyniera obiektów . Zdobywanie doświadczenia poprzez staże i pracę na studiach to powszechna droga do awansu.

Edukacja na temat przetwarzania odpadów wymaga zajęć z projektowania systemów, zasad projektowania maszyn, chemii wody i podobnych zajęć. Inne zajęcia mogą obejmować chemię procesów roślinnych i różne kursy obsługi instalacji.

Inżynierowie ścieków mogą awansować w swojej karierze dzięki dodatkowemu wykształceniu i doświadczeniu. Z dodatkową wiedzą i doświadczeniem można zostać kierownikiem całego zakładu. Jednostką akredytującą poświadczającą wykształcenie na stopień i licencję jest Rada Akredytacyjna ds. Inżynierii i Technologii (ABET). Z biegiem czasu niektóre firmy mogą wymagać od inżyniera ścieków kontynuowania nauki, aby nadążyć za wszelkimi zmianami technologicznymi.

Zachęca się do uzyskania tytułu magistra, ponieważ wiele firm wymienia go jako preferencję przy wyborze.

W tej dziedzinie 76 procent zatrudnionych ma tytuł licencjata, 17 procent ma tytuł magistra, a trzy procent ma stopień doktora habilitowanego od 2013 r. Średnia roczna pensja wynosi około 83 360 USD.

Operacje zakładu

Początkowe zatrudnienie w inżynierii ścieków mogą uzyskać osoby z zaawansowanym wykształceniem formalnym lub bez niego. Na przykład Rada Kontroli Zasobów Wodnych Stanu Kalifornia (SWRCB) pokazuje, w jaki sposób poszczególne osoby mogą awansować poprzez kolejne certyfikaty jako Operatorzy Oczyszczania Ścieków. Rada stosuje pięciopoziomowy system klasyfikacji, aby klasyfikować zakłady uzdatniania wody do kategorii IV zgodnie z obsługiwaną populacją i złożonością systemu uzdatniania.

Wymagania certyfikacyjne operatora dla operatorów uzdatniania wody i oczyszczalni ścieków są szczegółowo opisane w prawie stanowym. Aby spełnić wymagania certyfikacyjne, operatorzy muszą złożyć wniosek do SWRCB, posiadać niezbędne doświadczenie zawodowe, spełnić wymagania edukacyjne oraz zdać egzamin na podstawie wiedzy, umiejętności i zdolności opisanych w przepisach. Operatorzy są zobowiązani do odnawiania swoich certyfikatów co trzy lata. Aby kwalifikować się do odnowienia, certyfikowani operatorzy muszą ukończyć określoną liczbę godzin kształcenia ustawicznego po poprzednim wydaniu certyfikatu.

Opis stanowiska i typowe zadania

Ważne typy stanowisk pracy w inżynierii sanitarnej obejmują pracowników sanitarnych , zbieraczy odpadów i inżynierów ścieków.

Inżynierowie zajmujący się ściekami wykorzystują różnorodne umiejętności i muszą posiadać wiedzę z zakresu inżynierii mechanicznej i środowiskowej. Są zobowiązani do wykonywania zadań i wykazywania się wiedzą z zakresu projektowania, matematyki, języka angielskiego, budownictwa, fizyki, chemii, biologii, zarządzania i personelu. Inżynierowie zajmujący się ściekami muszą posiadać umiejętności w zakresie rozwiązywania złożonych problemów, krytycznego myślenia, matematyki, aktywnego słuchania, oceniania, czytania ze zrozumieniem, mówienia, pisania, nauki i analizy systemu. Typowe czynności w pracy obejmują rozwiązywanie problemów, komunikację z kierownictwem i personelem, zbieranie informacji, analizowanie danych, ocenę standardów i przestrzeganie ich oraz komunikowanie się z innymi osobami w terenie.

Inżynierowie ścieków wykonują te czynności, łącząc swoją wiedzę i umiejętności w celu wykonania zadań. Zadania te mają na celu zrozumienie programów komputerowego wspomagania projektowania oraz prowadzenie studiów pod kątem budowy obiektów, systemów zaopatrzenia w wodę i systemów zbierania. Potrafi projektować układy maszyn do odbioru ścieków, a także elementy składowe układu. Mogą przeprowadzić analizę przepływu wody, a następnie wybrać projekty i wyposażenie w oparciu o normy rządowe i branżowe. Niektóre są zaangażowane w określony obszar zainteresowania, taki jak zbiórka odpadów lub konserwacja urządzeń kanalizacyjnych i wód burzowych odwadniające na danym obszarze. Inne obejmują szerszy zakres działań, które mogą obejmować konserwację publicznego zaopatrzenia w wodę , program zbierania odpadów z podwórek mieszkalnych, utylizację odpadów niebezpiecznych , strategie recyklingu, a nawet programy społecznościowe, w których osoby fizyczne lub firmy „adoptują” obszar i albo utrzymują go samodzielnie, albo przekazać środki na ten cel.

Inżynierowie zajmujący się ściekami mogą również mapować cechy topograficzne i geograficzne Ziemi, aby określić najlepsze sposoby zbierania, projektować systemy rur i systemów pompowych oraz projektować procesy oczyszczania zebranych ścieków.

Typowi pracodawcy

Inżynierowie zajmujący się ściekami pracują dla firm prywatnych, władz stanowych i lokalnych oraz okręgów specjalnych.

Współczesne wyzwania

Niedobór wody

Zarządzający wodą stają przed nowymi wyzwaniami i potrzebą nowych technologii, ponieważ poziom wody spada z powodu coraz częstszych i przedłużających się susz. Technologie, takie jak sonarowe , są wykorzystywane w studniach do określania objętości wody, którą mogą pomieścić. Na przykład United States Geological Survey i stan Nowy Jork współpracowały przy mapowaniu podziemnych warstw wodonośnych od lat 80. Dziś mają dokładne mapy tych warstw wodonośnych, aby pomóc w gospodarce wodnej.

W przyszłości w regionach najbardziej dotkniętych niedoborem wody mogą być potrzebne instalacje odsalania . Odsalanie to proces oczyszczania wody poprzez odparowanie. Woda odparowuje i przechodzi przez membrany. Woda jest następnie schładzana i skrapla się, umożliwiając jej przepływ z powrotem do głównej linii wodnej lub na morze.

Zmiana klimatu

Oczyszczanie ścieków przyczynia się do globalnego ocieplenia na wiele sposobów. Jednym z czynników przyczyniających się do globalnego ocieplenia są oczyszczalnie ścieków i emitowane przez nie gazy cieplarniane . Niektóre z tych gazów to dwutlenek węgla, metan i podtlenek azotu. Gazy te powstają w wyniku rozkładu materiału organicznego z bakterii beztlenowych. Bakterie te oczyszczają resztki odpadów. Nawet jeśli w wyniku rozkładu bakterii beztlenowych powstają te gazy, procent gazów cieplarnianych wytwarzanych przez inne urządzenia jest nadal większy niż udział bakterii beztlenowych. Ponadto zużycie energii przez te maszyny jest bardzo wysokie. Dlatego wiele obiektów jest poddawanych renowacji w celu wykorzystania wyższych poziomów bakterii beztlenowych w porównaniu z innymi typami urządzeń.

Wpływ zmian klimatu na inżynierię sanitarną różni się w zależności od regionu i zastosowanych tam rozwiązań sanitarnych. W Arktyce topnienie wiecznej zmarzliny spowodowało uszkodzenia rur i innej infrastruktury. W północno-wschodnich Stanach Zjednoczonych zwiększone opady przytłoczyły starzejącą się infrastrukturę, która nie jest przystosowana do radzenia sobie z ogromną ilością wody pochodzącej z intensywnych opadów. W zachodnich Stanach Zjednoczonych przedłużająca się susza zmniejszyła dostępność wody. To skłoniło niektóre oczyszczalnie ścieków do rozszerzenia recyklingu i odzyskanej wody programy. Zmiany klimatu wpłynęły również na rury rozprowadzające wodę. Stres fizyczny związany z warunkami związanymi ze zmianą klimatu, takimi jak ekstremalne opady deszczu lub susza, zwiększa szybkość korozji rur, zwiększając koszty instalacji.