Санитарная инженерия , также известная как инженерия общественного здравоохранения или инженерия сточных вод , представляет собой применение инженерных методов для улучшения санитарии человеческих сообществ, в первую очередь путем обеспечения удаления и утилизации человеческих отходов, а также в дополнение к поставке безопасной питьевой воды . Традиционно являясь отраслью гражданского строительства , а теперь подвидом инженерии окружающей среды , в середине 19-го века дисциплина сосредоточилась на снижении заболеваемости, которая тогда считалась вызванной миазмами . Это было достигнуто в основном путем сбора и разделения потока сточных вод в Лондоне в частности, и Великобритании в целом. [1] Эти и более поздние нормативные улучшения были зарегистрированы в Соединенных Штатах еще в 1865 году. [2]
Она также касается экологических факторов, которые не оказывают немедленного и четко понимаемого воздействия на общественное здоровье. Области, находящиеся за пределами сферы действия санитарной инженерии, включают эстетические проблемы, такие как ландшафтный дизайн и охрана окружающей среды , поскольку это касается растений и животных .
Навыки в этой области обычно применяются для достижения основной цели — профилактики заболеваний среди людей путем обеспечения поставок здоровой питьевой воды , очистки сточных вод и удаления мусора из населенных пунктов.
По сравнению с (например) электротехникой или машиностроением , которые в первую очередь занимаются закрытыми системами , санитарная инженерия является очень междисциплинарной областью, которая может включать такие элементы, как сантехника , противопожарная защита , гидравлика , безопасность жизнедеятельности, конструктивное моделирование, информационные технологии , проектирование, микробиология , патология и многие разделы в области наук об окружающей среде и экологических технологий . В некоторых случаях необходимо также учитывать соображения, которые относятся к области социальных наук и городского планирования.
Хотя санитарная инженерия чаще всего ассоциируется с проектированием канализационных систем , очистных сооружений и сооружений по очистке сточных вод , центров переработки отходов , общественных свалок и других объектов, которые строятся, этот термин в равной степени применим и к плану действий по устранению последствий загрязнения воды или почвы в определенной области.
Системы орошения были изобретены пять-семь тысяч лет назад как средство подачи воды в общества, основанные на сельском хозяйстве. Акведуки и ирригационные системы были одними из первых форм инженерии сточных вод. По мере того, как населенные пункты становились более плотными, они использовались для удаления сточных вод из поселений. Римляне были одними из первых, кто продемонстрировал эффективность акведука. Темные века ознаменовали период, когда прогресс в управлении водными ресурсами остановился. [3]
По мере роста населения управление человеческими отходами становилось все более серьезной проблемой и угрозой общественному здоровью. К 1850-м годам в Лондоне более 400 000 тонн сточных вод ежедневно сбрасывалось в Темзу — около 150 миллионов тонн в год. [4] Такие болезни, как оспа , дифтерия , корь , скарлатина , тиф , холера и брюшной тиф , распространялись через загрязненную воду. [5] В 19 веке крупные города начали строить канализационные системы для удаления человеческих отходов из городов в реки.
В 1900-х годах был изобретен процесс с использованием активированного ила . [6] Процесс с использованием активированного ила — это форма очистки воды, которая использует бактерии для потребления человеческих фекалий. Хлор используется позже в этом процессе для уничтожения бактерий. В 1950-х годах в отчетах общественного здравоохранения были представлены планы по снабжению населения чистой водой, в первую очередь изучая потенциальные опасности. Организация внимательно изучала загрязнение воды, а также то, как обрабатывается питьевая вода. Они также отдавали приоритет поиску методов, которые были бы эффективными, но не слишком дорогими. [7] Стоимость санитарии является основной проблемой для многих зарубежных стран (не Соединенных Штатов). Средняя стоимость домашних систем водоснабжения и санитарии начинается от 50 долларов в месяц, когда многие граждане не зарабатывают достаточно денег, чтобы тратить их на ненужные вещи. [8]
За прошедшие столетия многое изменилось в области инженерии сточных вод. Достижения в области микробиологии, химии и инженерии радикально изменили эту область. Сегодня инженеры по сточным водам также работают над сбором чистой воды для питья, ее химической обработкой и использованием ультрафиолетового света для уничтожения микроорганизмов. Они также очищают загрязненную воду в сточных водах ( черные и серые воды ), чтобы сделать эту воду безопасной для использования, не подвергая опасности население и окружающую среду вокруг нее. Очистка сточных вод и рекультивация воды являются областями, вызывающими озабоченность в этой области.
До появления современных форм санитарии в районах и городах люди просто оставляли свой мусор на улице. В 1892 году это было настолько серьезной проблемой, что человек по имени Харм Хейзенга вызвался убрать беспорядок самостоятельно. Голландец ездил по улицам на своей тележке, собирая мусор города Чикаго. Подобные попытки предпринимались в течение всего начала 1900-х годов, примерно до 1968 года. Внук Хейзенги, Уэйн Хейзенга, превратил идею своего деда в бизнес, Waste Management. К семидесятым годам управление отходами в целом стало рассматриваться общественностью как необходимая практика. [9]
В начале 1940-х годов во многих округах штата возникли проблемы с утилизацией отходов, особенно в районе озера Тахо. Жители этих городов опасались, что плохая канализационная система их города вызовет вспышки таких заболеваний, как полиомиелит , холера и гепатит , и это лишь некоторые из них. Холера, в частности, является самым большим риском для здоровья, связанным с утилизацией отходов. Болезнь вызывается бактериями, особенно когда человек потребляет пищу или воду, содержащую бактерии. В более бедных районах это чрезвычайно вероятно из-за перекрестного загрязнения отходов и питьевой воды.
Инженерия сточных вод обычно не является самостоятельным курсом обучения, а специализацией таких степеней, как экологическая и санитарная инженерия, санитарная инженерия, гражданское строительство , экологическая инженерия , биохимическая инженерия или химическая инженерия . Формальное образование для инженеров по сточным водам начинается в старшей школе, где студенты изучают такие предметы, как химия, биология, физика и высшая математика, включая исчисление. После окончания средней школы большинство рабочих мест требуют сертификации от государственного агентства. Те, кто хочет продвинуться в отрасли, должны получить степень в области санитарной инженерии, экологической и санитарной инженерии, гражданского строительства, машиностроения , экологической инженерии или инженерии объектов . Получение опыта посредством стажировок и работы во время учебы в колледже является распространенным путем к продвижению по службе.
Обучение по переработке отходов требует курсовой работы по проектированию систем, принципам проектирования машин, химии воды и подобных курсов. Другие курсы могут включать химию процессов на заводах и различные курсы по эксплуатации заводов.
Инженеры по очистке сточных вод могут продвигаться по карьерной лестнице за счет дополнительного образования и опыта. С дополнительными знаниями и опытом можно стать менеджером целого завода. Аккредитационным органом, удостоверяющим образование для получения степени и лицензии, является Аккредитационный совет по инжинирингу и технологиям (ABET). Со временем некоторые компании могут потребовать от инженера по очистке сточных вод продолжить свое образование, чтобы идти в ногу с любыми изменениями в технологиях.
Получение степени магистра приветствуется, поскольку многие компании указывают ее в качестве предпочтительного условия при отборе. [12] [13]
По состоянию на 2013 год 76 процентов работающих в этой области имеют степень бакалавра, 17 процентов — степень магистра и три процента — докторскую степень. [14] Средняя годовая зарплата составляет приблизительно 83 360 долларов США. [15]
Начальную работу в области инженерии сточных вод могут получить как имеющие, так и не имеющие высшего формального образования. Например, Калифорнийский государственный совет по контролю за водными ресурсами (SWRCB) показывает, как люди могут продвигаться по карьерной лестнице, проходя сертификацию в качестве операторов по очистке сточных вод. [16] Совет использует пятиуровневую систему классификации для классификации водоочистных сооружений по категориям IV в зависимости от обслуживаемого населения и сложности системы очистки. [ необходима ссылка ]
Требования к сертификации операторов для операторов водоочистки и операторов очистки сточных вод подробно описаны в государственном законодательстве. Чтобы соответствовать требованиям сертификации, операторы должны подать заявку в SWRCB, иметь необходимый опыт работы, соответствовать образовательным требованиям и сдать экзамен на основе знаний, навыков и способностей, описанных в правилах. Операторы обязаны обновлять свои сертификаты каждые три года. Чтобы иметь право на обновление, сертифицированные операторы должны пройти определенное количество часов непрерывного образования после предыдущей выдачи сертификата. [17]
Важные типы работ, связанных с сантехникой, включают в себя санитарных рабочих , сборщиков отходов и инженеров по очистке сточных вод. [ необходима ссылка ]
Инженеры по очистке сточных вод используют различные навыки и должны обладать знаниями в области машиностроения и экологии. Они должны выполнять задачи и демонстрировать знания в области дизайна, математики, английского языка, строительства, физики, химии, биологии, управления и персонала. Инженеры по очистке сточных вод должны обладать навыками решения сложных проблем, критического мышления, математики, активного слушания, суждения, понимания прочитанного, говорения, письма, науки и системного анализа. [14] Типичные рабочие действия включают решение проблем, общение с руководством и персоналом, сбор информации, анализ данных, оценку стандартов и их соблюдение, а также общение с другими в этой области. [ необходима ссылка ]
Инженеры по сточным водам выполняют эти виды деятельности, объединяя свои знания и навыки для выполнения задач. Эти задачи заключаются в понимании программ автоматизированного проектирования и проведении исследований для строительства объектов, систем водоснабжения и систем сбора. Они могут проектировать системы для оборудования для сбора сточных вод, а также компоненты системы. Они могут выполнять анализ потока воды, а затем выбирать проекты и оборудование на основе государственных и отраслевых стандартов. [18] Некоторые из них занимаются определенной областью, такой как сбор отходов или обслуживание объектов сточных вод и систем ливневой канализации в пределах области. Другие охватывают более широкий спектр деятельности, который может включать обслуживание общественного водоснабжения , программу сбора отходов жилых дворов, утилизацию опасных отходов , стратегии переработки и даже общественные программы, в которых отдельные лица или предприятия «усыновляют» область и либо поддерживают ее самостоятельно, либо жертвуют средства на это. [ необходима ссылка ]
Инженеры по очистке сточных вод также могут составлять топографические и географические карты Земли, чтобы определить наилучшие способы сбора, проектировать системы трубного и насосного сбора, а также проектировать процессы очистки собранных сточных вод. [ необходима ссылка ]
Инженеры по очистке сточных вод работают в частных компаниях, государственных и местных органах власти, а также в специальных округах.
Менеджеры по управлению водными ресурсами сталкиваются с новыми проблемами и потребностью в новых технологиях, поскольку уровень воды снижается из-за все более частых и продолжительных засух. Такие технологии, как гидролокационное картирование, используются в скважинах для определения объема воды, который они могут удерживать. Например, Геологическая служба США и штат Нью-Йорк работали вместе над картированием подземных водоносных горизонтов с 1980-х годов. [19] Сегодня у них есть подробные карты этих водоносных горизонтов, которые помогают в управлении водными ресурсами.
Опреснительные установки могут потребоваться в будущем для регионов, наиболее пострадавших от нехватки воды . Опреснение — это процесс очистки воды путем испарения. Вода испаряется и проходит через мембраны. Затем вода охлаждается и конденсируется, что позволяет ей либо течь обратно в главный водопровод, либо в море. [20]
Умная санитария: Достижения в области сенсорных технологий, аналитики данных и автоматизации позволяют разрабатывать умные системы санитарии, которые могут контролировать качество воды, обнаруживать утечки, оптимизировать процессы очистки и повышать общую эффективность. Инженерам-сантехникам необходимо использовать эти технологии для повышения производительности и надежности инфраструктуры санитарии. [21]
Очистка сточных вод способствует глобальному потеплению многими способами. Одним из факторов, способствующих глобальному потеплению, являются очистные сооружения и их выбросы парниковых газов . Некоторые из этих газов - углекислый газ, метан и закись азота . Эти газы возникают из-за разложения органического материала анаэробными бактериями. Эти бактерии очищают оставшиеся отходы. Даже если разложение анаэробных бактерий производит эти газы, процент парниковых газов, которые производит другое оборудование, все равно больше, чем вклад анаэробных бактерий. Кроме того, потребление энергии этим оборудованием очень велико. Вот почему многие объекты проходят реконструкцию для использования более высоких уровней анаэробных бактерий по сравнению с другими типами оборудования. [22]
Влияние изменения климата на санитарную инженерию различается в зависимости от региона и применяемых там санитарных решений. В Арктике таяние вечной мерзлоты привело к повреждению труб и другой инфраструктуры. [23] На северо-востоке США повышенное количество осадков перегрузило стареющую инфраструктуру, не приспособленную для обработки огромного объема воды от сильных осадков. [24] На западе США продолжительная засуха снизила доступность воды. Это привело к тому, что некоторые очистные сооружения расширили программы по переработке и восстановлению воды . [25] Изменение климата также повлияло на водопроводные трубы. Физическая нагрузка от условий, связанных с изменением климата, таких как экстремальные ливни или засуха, увеличивает скорость коррозии труб, что увеличивает стоимость объекта. [26]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )