stringtranslate.com

Экологическая инженерия

Экологическая инженерия — это профессиональная инженерная дисциплина , связанная с наукой об окружающей среде . Она охватывает такие широкие научные темы, как химия , биология , экология , геология , гидравлика , гидравлика , микробиология и математика, для создания решений, которые будут защищать и улучшать здоровье живых организмов и улучшать качество окружающей среды. [1] [2] Экологическая инженерия — это поддисциплина гражданского строительства и химической инженерии . В то время как со стороны гражданского строительства, экологическая инженерия в основном сосредоточена на санитарной инженерии . [3]

Экологическая инженерия применяет научные и инженерные принципы для улучшения и поддержания окружающей среды для защиты здоровья человека, защиты полезных экосистем природы и улучшения качества жизни человека, связанного с окружающей средой. [1] Инженеры-экологи разрабатывают решения для управления сточными водами , контроля загрязнения воды и воздуха , переработки отходов , утилизации отходов и общественного здравоохранения . [2] [4] Они проектируют муниципальные системы водоснабжения и очистки промышленных сточных вод , [5] [6] и разрабатывают планы по предотвращению заболеваний, передающихся через воду , и улучшению санитарии в городских, сельских и рекреационных районах. Они оценивают системы управления опасными отходами , чтобы оценить серьезность таких опасностей, консультируют по обработке и локализации и разрабатывают правила для предотвращения несчастных случаев. Они реализуют закон об экологической инженерии , например, при оценке воздействия на окружающую среду предлагаемых строительных проектов.

Инженеры-экологи изучают влияние технологических достижений на окружающую среду, решая локальные и мировые экологические проблемы, такие как кислотные дожди , глобальное потепление , истощение озонового слоя , загрязнение воды и воздуха выхлопными газами автомобилей и промышленными источниками . [2] [7] [8] [9]

Большинство юрисдикций предъявляют требования к лицензированию и регистрации для квалифицированных инженеров-экологов. [10] [11] [12]

Этимология

Слово environmental имеет корни во французском слове environ (глагол), которое возникло в конце 19 века и означает «окружать» или «заключать в себя». Слово environment использовал Карлейль в 1827 году для обозначения совокупности условий, в которых живет человек или вещь. Значение снова изменилось в 1956 году, когда оно стало использоваться в экологическом смысле, где экология — это отрасль науки, изучающая взаимоотношения живых существ с окружающей средой. [13]

Вторая часть фразы инженер-эколог происходит от латинских корней и использовалась во французском языке XIV века как engignour, что означает конструктора военных машин, таких как требушеты , аркебузы , длинные луки , пушки , катапульты , баллисты , стремена , доспехи , а также другие смертоносные или воинственные приспособления. Слово инженер не использовалось для обозначения общественных работ до XVI века; и, вероятно, вошло в народный язык как обозначение изобретателя общественных работ во времена Джона Смитона .

История

Древние цивилизации

Экологическая инженерия — это название работы, которая велась с ранних цивилизаций, когда люди учились изменять и контролировать условия окружающей среды для удовлетворения своих потребностей. [4] [14] Когда люди осознали, что их здоровье связано с качеством окружающей среды , они построили системы для ее улучшения [4] . Древняя цивилизация долины Инда (3300 г. до н. э. — 1300 г. до н. э.) имела расширенный контроль над своими водными ресурсами . [14] Общественные сооружения, найденные в различных местах в этом районе, включают колодцы, общественные бани, резервуары для хранения воды, систему питьевой воды и общегородскую систему сбора сточных вод. [14] [15] У них также была ранняя система орошения каналов , позволявшая заниматься крупномасштабным сельским хозяйством. [16]

В период с 4000 по 2000 год до н. э. многие цивилизации имели дренажные системы, а некоторые имели санитарные сооружения, включая Месопотамскую империю , Мохенджо-Даро , Египет, Крит и Оркнейские острова в Шотландии. [4] У греков также были акведуки и канализационные системы, которые использовали дождевую и сточную воду для орошения и удобрения полей. [4]

Первый акведук в Риме был построен в 312 г. до н. э., и римляне продолжали строить акведуки для орошения и безопасного водоснабжения городов во время засух. [4] Они также построили подземную канализационную систему еще в 7 веке до н. э., которая впадала в реку Тибр, осушая болота для создания сельскохозяйственных угодий, а также удаляя сточные воды из города. [4] [14]

Современная эпоха

Очень мало изменений было замечено с упадка Римской империи до 19 века, когда улучшения привели к увеличению усилий, направленных на общественное здравоохранение. [14] [17] Современная экологическая инженерия началась в Лондоне в середине 19 века, когда Джозеф Базалгетт спроектировал первую крупную канализационную систему после Великого смрада . [14] Городская канализационная система перекачивала неочищенные сточные воды в реку Темзу , которая также снабжала большую часть питьевой воды города, что привело к вспышке холеры . [14] Внедрение очистки питьевой воды и очистки сточных вод в промышленно развитых странах сократило количество заболеваний, передающихся через воду, с основных причин смерти до редких. [18]

Эта область возникла как отдельная академическая дисциплина в середине 20-го века в ответ на широко распространенную общественную обеспокоенность загрязнением воды и воздуха и другими экологическими проблемами . По мере того, как общество и технологии становились все более сложными, они все чаще оказывали непреднамеренное воздействие на природную среду. Одним из примеров является широко распространенное применение пестицида ДДТ для борьбы с сельскохозяйственными вредителями в годы после Второй мировой войны . История ДДТ, ярко рассказанная в книге Рэйчел Карсон « Безмолвная весна » (1962), считается рождением современного экологического движения , [19] которое привело к появлению современной области «экологической инженерии».

Образование

Многие университеты предлагают программы по экологической инженерии либо через факультет гражданского строительства , либо через факультет химической инженерии , а также включая электронные проекты для разработки и балансировки условий окружающей среды. Инженеры-экологи в программе гражданского строительства часто фокусируются на гидрологии, управлении водными ресурсами, биоремедиации и проектировании очистных сооружений для воды и сточных вод. Инженеры-экологи в программе химической инженерии, как правило, фокусируются на экологической химии, передовых технологиях очистки воздуха и воды и процессах разделения. [20] [ необходима цитата ] Некоторые подразделения экологической инженерии включают инженерию природных ресурсов и сельскохозяйственную инженерию .

Курсы для студентов делятся на несколько основных классов:

Учебный план

Типичную учебную программу по экологической инженерии составляют следующие темы: [21]

  1. Передача массы и энергии
  2. Химия окружающей среды
    1. Неорганическая химия
    2. Органическая химия
    3. Ядерная химия
  3. Модели роста
    1. Потребление ресурсов
    2. Рост населения
    3. Экономический рост
  4. Оценка риска
    1. Идентификация опасности
    2. Оценка зависимости реакции от дозы
    3. Оценка воздействия
    4. Характеристика риска
    5. Сравнительный анализ рисков
  5. Загрязнение воды
    1. Водные ресурсы и загрязняющие вещества
    2. Потребность в кислороде
    3. Перевозка загрязняющих веществ
    4. Очистка воды и сточных вод
  6. Загрязнение воздуха
    1. Выбросы в промышленности, на транспорте , в коммерческих и жилых помещениях
    2. Критерии и токсичные загрязнители воздуха
    3. Моделирование загрязнения (например, моделирование атмосферной дисперсии )
    4. Контроль загрязнения
    5. Загрязнение воздуха и метеорология
  7. Глобальные изменения
    1. Парниковый эффект и глобальная температура
    2. Круговорот углерода , азота и кислорода
    3. Сценарии выбросов МГЭИК
    4. Океанические изменения ( закисление океана , другие последствия глобального потепления для океанов ) и изменения в стратосфере (см. Физические последствия изменения климата )
  8. Управление твердыми отходами и восстановление ресурсов
    1. Оценка жизненного цикла
    2. Сокращение источника
    3. Операции по сбору и передаче
    4. Переработка
    5. Преобразование отходов в энергию
    6. Свалка

Приложения

Водоснабжение и очистка воды

Инженеры-экологи оценивают водный баланс в пределах водосбора и определяют доступный запас воды, количество воды, необходимое для различных нужд в этом водосборе, сезонные циклы движения воды через водосбор, а также разрабатывают системы для хранения, очистки и транспортировки воды для различных целей.

Вода обрабатывается для достижения целевых показателей качества воды для конечного использования. В случае питьевого водоснабжения вода обрабатывается для минимизации риска передачи инфекционных заболеваний , риска неинфекционных заболеваний и для создания приятного вкуса воды. Системы распределения воды [22] [23] спроектированы и построены для обеспечения адекватного давления воды и расхода для удовлетворения различных потребностей конечного пользователя, таких как бытовое использование, пожаротушение и орошение .

Очистка сточных вод

Очистные сооружения сточных вод, Австралия

Существует множество технологий очистки сточных вод . Система очистки сточных вод может состоять из первичной системы отстойника для удаления твердых и плавающих материалов, вторичной системы очистки, состоящей из аэротенка с последующей флокуляцией и осаждением или системой активированного ила и вторичного отстойника, третичной системы биологического удаления азота и процесса окончательной дезинфекции . Система аэротенка/активированного ила удаляет органические материалы путем выращивания бактерий (активный ил). Вторичный отстойник удаляет активированный ил из воды. Третичная система, хотя и не всегда включена из-за затрат, становится все более распространенной для удаления азота и фосфора и дезинфекции воды перед сбросом в поверхностный водный поток или океанский сброс. [24]

Управление загрязнением воздуха

Ученые разработали модели рассеивания загрязнения воздуха для оценки концентрации загрязняющего вещества в рецепторе или воздействия на общее качество воздуха выхлопных газов транспортных средств и промышленных дымовых газов . В некоторой степени эта область пересекается с желанием сократить выбросы углекислого газа и других парниковых газов в результате процессов сгорания.

Оценка воздействия на окружающую среду и смягчение последствий

Загрязнение воды

Инженеры-экологи применяют научные и инженерные принципы для оценки вероятности неблагоприятного воздействия на качество воды, воздуха, качество среды обитания , флору и фауну , сельскохозяйственную мощность, движение транспорта , экологию и шум. Если ожидается воздействие, они разрабатывают меры по смягчению последствий для ограничения или предотвращения такого воздействия. Примером меры по смягчению последствий может служить создание водно-болотных угодий в близлежащем месте для смягчения заполнения водно-болотных угодий, необходимого для развития дороги, если невозможно изменить маршрут дороги.

В Соединенных Штатах практика оценки воздействия на окружающую среду была официально начата 1 января 1970 года, в день вступления в силу Закона о национальной политике в области охраны окружающей среды (NEPA). С того времени более 100 развивающихся и развитых стран либо запланировали конкретные аналогичные законы, либо приняли процедуру, используемую в других местах. NEPA применим ко всем федеральным агентствам в Соединенных Штатах. [25]

Регулирующие органы

Агентство по охране окружающей среды

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) является одним из многих агентств, которые работают с инженерами-экологами для решения критических проблем. Важнейшим компонентом миссии EPA является защита и улучшение качества воздуха, воды и окружающей среды в целом для предотвращения или смягчения последствий вредного воздействия.

Смотрите также

Ассоциации

Ссылки

  1. ^ ab "Карьера в области инженерии окружающей среды и наук об окружающей среде". Американская академия инженеров и ученых-экологов . Архивировано из оригинала 24.02.2021 . Получено 23.03.2019 .
  2. ^ abc "Архитектурные и инженерные профессии". Справочник по перспективам профессий . Бюро статистики труда. 20 февраля 2019 г. Получено 23 марта 2019 г.
  3. ^ Махамуд-Лопес, Мануэль Мария; Менендес-Агуадо, Хуан Мария (сентябрь 2005 г.). «Экологическая инженерия в горном инженерном образовании». Европейский журнал инженерного образования . 30 (3): 329–339. дои : 10.1080/03043790500114490. ISSN  0304-3797. S2CID  109093239.
  4. ^ abcdefg "10 достижений в области инженерной защиты окружающей среды". HowStuffWorks . 2014-05-18 . Получено 2019-03-23 ​​.
  5. ^ Бейчок, Милтон Р. (1967). Водные отходы нефтяных и нефтехимических заводов (1-е изд.). John Wiley & Sons. LCCN  67019834.
  6. ^ Tchobanoglous, G.; Burton, FL & Stensel, HD (2003). Водоочистка (очистка, утилизация, повторное использование) / Bailey Alatoree Inc (4-е изд.). McGraw-Hill Book Company. ISBN 978-0-07-041878-3.
  7. ^ Тернер, ДБ (1994). Рабочая тетрадь оценок атмосферной дисперсии: введение в моделирование дисперсии (2-е изд.). CRC Press. ISBN 978-1-56670-023-8.
  8. ^ Бейчок, М. Р. (2005). Основы рассеивания дымовых газов (4-е изд.). Автор-издатель. ISBN 978-0-9644588-0-2.
  9. ^ Центр информации о карьере. Агробизнес, окружающая среда и природные ресурсы (9-е изд.). Справочник Macmillan. 2007.
  10. ^ "Станьте сертифицированным специалистом по инженерной охране окружающей среды". Американская академия инженеров и ученых по охране окружающей среды . Архивировано из оригинала 2021-01-18 . Получено 2019-03-23 .
  11. ^ "Информация об экзамене NCEES PE по охране окружающей среды". NCEES . Получено 23.03.2019 .
  12. ^ "Профессиональные инженерные институты". Инженерный совет . Получено 23.03.2019 .
  13. ^ "environ | Поиск в этимологическом словаре онлайн". www.etymonline.com . Получено 14.12.2020 .
  14. ^ abcdefg Мейсон, Мэтью. «Экологическая инженерия: почему она жизненно важна для нашего будущего». Наука об окружающей среде . Получено 23.03.2019 .
  15. ^ Янсен, М. (октябрь 1989 г.). «Водоснабжение и отвод сточных вод в Мохенджо-Даро». World Archaeology . 21 (2): 177–192. doi :10.1080/00438243.1989.9980100. JSTOR  124907. PMID  16470995.
  16. ^ Angelakis, Andreas N. ; Rose, Joan B. (2014). "Глава 2: "Технологии санитарии и очистки сточных вод в цивилизации Хараппы/долины Инда (ок. 2600-1900 до н. э.)". Эволюция технологий санитарии и очистки сточных вод на протяжении веков . IWA Publishing. стр. 25–40. ISBN 9781780404851.
  17. ^ "Финансирование - Экологическая инженерия". Национальный научный фонд США . Получено 01.07.2013 .
  18. ^ "Водные инфекции". Encyclopedia.com . Получено 23.03.2019 .
  19. ^ Раднецки, Тайлер. «Что такое экологическая инженерия?». Инженерный колледж . Университет штата Орегон . Получено 23.03.2019 .
  20. ^ "Что такое экологическая инженерия?". Гражданская и экологическая инженерия . 2012-07-04 . Получено 2023-01-27 .
  21. ^ Мастерс, Гилберт (2008). Введение в экологическую инженерию и науку . Верхняя Сэддл-Ривер, Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-148193-0.
  22. ^ Системы распределения питьевой воды: оценка и снижение рисков. National Academies Press. 2006. doi :10.17226/11728. ISBN 978-0-309-10306-0. Получено 6 октября 2019 г. .
  23. ^ "Water Distribution Networks CE370" (PDF) . Университет нефти и полезных ископаемых имени короля Фахда . Получено 6 октября 2019 г. .
  24. ^ Симс, Дж. (2003). Активированный ил, Экологическая энциклопедия . Детройт.
  25. ^ Энциклопедия экологической науки и техники McGraw-Hill (3-е изд.). McGraw-Hill, Inc. 1993. ISBN 9780070513969.

Дальнейшее чтение