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]
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 .
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, обнаруженные 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]
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».
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 химии окружающей среды, 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:
Типичную учебную программу по экологической инженерии составляют следующие темы: [21]
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 и расхода воды для удовлетворения различных потребностей конечного пользователя, таких как бытовое использование, тушение пожаров и орошение .
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 органический материал 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]
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.
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]
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) является одним из многих агентств, которые работают с инженерами-экологами для решения критических проблем. Важным компонентом миссии EPA является защита и улучшение качества воздуха, воды и окружающей среды в целом для предотвращения или смягчения последствий вредного воздействия.
{{cite report}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )