Экологическая инженерия — это профессиональная инженерная дисциплина , связанная с наукой об окружающей среде . Он охватывает широкие научные темы, такие как химия , биология , экология , геология , гидравлика , гидрология , микробиология и математика, для создания решений, которые будут защищать, а также улучшать здоровье живых организмов и улучшать качество окружающей среды. [1] [2] Экологическая инженерия — это раздел гражданского строительства и химического машиностроения . Что касается гражданского строительства, то экологическая инженерия сосредоточена в основном на санитарной технике . [3]
Экологическая инженерия применяет научные и инженерные принципы для улучшения и поддержания окружающей среды для защиты здоровья человека, защиты полезных природных экосистем и улучшения качества человеческой жизни, связанного с окружающей средой. [1] Инженеры-экологи разрабатывают решения для управления сточными водами , контроля загрязнения воды и воздуха , переработки , удаления отходов и общественного здравоохранения . [2] [4] Они проектируют системы муниципального водоснабжения и очистки промышленных сточных вод , [5] [6] и разрабатывают планы по предотвращению заболеваний, передающихся через воду , и улучшению санитарных условий в городских, сельских и рекреационных зонах. Они оценивают системы управления опасными отходами , чтобы оценить серьезность таких опасностей, дают рекомендации по обращению и локализации, а также разрабатывают правила для предотвращения несчастных случаев. Они реализуют закон об охране окружающей среды , например, при оценке воздействия на окружающую среду предлагаемых строительных проектов.
Инженеры-экологи изучают влияние технологических достижений на окружающую среду, решая местные и глобальные экологические проблемы, такие как кислотные дожди , глобальное потепление , истощение озонового слоя , загрязнение воды и воздуха от автомобильных выхлопов и промышленных источников . [2] [7] [8] [9]
Большинство юрисдикций предъявляют требования к лицензированию и регистрации для квалифицированных инженеров-экологов. [10] [11] [12]
Слово «экологическая среда» имеет корень от французского слова environ (глагол) конца XIX века, означающего «окружать» или «охватывать». Слово «окружающая среда» было использовано Карлейлем 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 их средой. [13]
Вторая часть словосочетания «инженер-эколог» имеет латинские корни и использовалась во французском языке XIV века как engignour, означающее конструктор 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 16 века; и, вероятно, во времена Джона Смитона оно вошло в популярный жаргон как означающее изобретателя общественных работ .
Экологическая инженерия — это название работы, которая выполнялась со времен ранних цивилизаций, когда люди научились изменять и контролировать условия окружающей среды для удовлетворения своих потребностей. [4] [14] Когда люди осознали, что их здоровье связано с качеством окружающей среды , они создали системы для его улучшения [4] . Древняя цивилизация долины Инда (3300–1300 гг. до н.э.) имела расширенный контроль над своими водными ресурсами . [14] Сооружения общественных работ, обнаруженные на различных объектах в этом районе, включают колодцы, общественные бани, резервуары для хранения воды, систему питьевого водоснабжения и общегородскую систему сбора сточных вод. [14] [15] У них также была ранняя система орошения каналов , позволяющая вести крупномасштабное сельское хозяйство. [16]
С 4000 по 2000 год до нашей эры многие цивилизации имели дренажные системы, а некоторые имели санитарно-технические 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 сточные воды для орошения и удобрения полей. [4]
Первый акведук в Риме был построен в 312 году до нашей эры, и римляне продолжали строить акведуки для орошения и безопасного водоснабжения городов во время засухи. [4] Еще в 7 веке до нашей эры они также построили подземную канализационную систему, которая впадала в реку Тибр, осушая болота для создания сельскохозяйственных угодий, а также удаляя сточные воды из города. [4] [14]
С момента упадка Римской империи до XIX века, когда улучшения привели к усилению усилий, направленных на общественное здравоохранение, было замечено очень мало изменений. [14] [17] Современная экологическая инженерия началась в Лондоне в середине 19-го века, когда Джозеф Базалгетт спроектировал первую крупную канализационную систему после Великой вони . [14] Городская канализационная система передавала неочищенные сточные воды в реку Темзу , которая также поставляла большую часть питьевой воды в город, что привело к вспышке холеры . [14] Внедрение очистки питьевой воды и очистки сточных вод в промышленно развитых странах превратило заболевания, передающиеся через воду, из основных причин смертности в редкие. [18]
Эта область возникла как отдельная академическая дисциплина в середине 20-го века в ответ на широко распространенную обеспокоенность общественности по поводу загрязнения воды и воздуха и других деградаций окружающей среды . По мере того как общество и технологии становились все более сложными, они все чаще оказывали непреднамеренное воздействие на природную среду. Одним из примеров является широкое 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 современной области «экологической инженерии».
Многие университеты предлагают программы экологической инженерии либо на факультете гражданского строительства , либо на факультете химического машиностроения , а также включают электронные проекты по развитию и балансированию условий окружающей среды. Инженеры-экологи в программе гражданского строительства часто сосредотачиваются на гидрологии, управлении водными ресурсами, биоремедиации и проектировании станций очистки воды и сточных вод. Инженеры-экологи в программе химического машиностроения, как правило, сосредотачиваются на химии окружающей среды, передовых технологиях очистки воздуха и воды, а также процессах разделения. [20] [ нужна ссылка ] Некоторые подразделения экологической инженерии включают инженерию природных ресурсов и сельскохозяйственную инженерию .
Курсы для студентов делятся на несколько широких классов:
Следующие темы составляют типичную учебную программу по экологической инженерии: [21]
Инженеры-экологи оценивают водный баланс внутри водосбора и определяют доступные запасы воды, воду, необходимую для различных нужд в этом водоразделе, сезонные циклы движения воды через водосбор, а также разрабатывают системы хранения, очистки и транспортировки воды для различных целей. .
Вода очищается для достижения целевых показателей качества воды для конечного использования. В случае питьевого водоснабжения воду обрабатывают, чтобы свести к минимуму риск передачи инфекционных заболеваний , риск неинфекционных заболеваний и создать приятный вкус воды. Системы водораспределения [22] [23] спроектированы и построены так, чтобы обеспечить достаточное давление воды и скорость потока для удовлетворения различных потребностей конечного пользователя, таких как бытовое использование, пожаротушение и орошение .
Существует множество технологий очистки сточных вод . Линия очистки сточных вод может состоять из системы первичного осветлителя для удаления твердых и плавающих материалов, системы вторичной очистки, состоящей из аэрационного бассейна с последующей флокуляцией и осаждением , или системы активного ила и вторичного осветлителя, системы третичного биологического удаления азота и заключительный процесс дезинфекции . Система аэротенка/активного ила удаляет органический материал за счет роста бактерий (активный ил). Вторичный осветлитель удаляет из воды активный ил. Третичная система, хотя и не всегда включается из-за затрат, становится все более распространенной для удаления азота и фосфора и дезинфекции воды перед сбросом в поверхностный водоток или водосток океана. [24]
Ученые разработали модели рассеивания загрязнения воздуха , чтобы оценить концентрацию загрязняющего вещества на рецепторе или влияние на общее качество воздуха выхлопных газов транспортных средств и выбросов промышленных дымовых газов . В некоторой степени эта область пересекается с желанием снизить выбросы углекислого газа и других парниковых газов в результате процессов сгорания.
Инженеры-экологи применяют научные и инженерные принципы для оценки вероятности какого-либо неблагоприятного воздействия на качество воды, качество воздуха, качество среды обитания , флору и фауну , сельскохозяйственный потенциал, дорожное движение , экологию и шум. Если воздействия ожидаются, они затем разрабатывают меры по смягчению последствий для ограничения или предотвращения таких воздействий. Примером меры по смягчению последствий может быть создание водно-болотных угодий в близлежащем месте, чтобы смягчить засыпание водно-болотных угодий, необходимых для строительства дороги, если изменить маршрут дороги невозможно.
В Соединенных Штатах практика экологической оценки была официально начата 1 января 1970 года, в день вступления в силу Закона о национальной экологической политике (NEPA). С тех пор более 100 развивающихся и развитых стран либо запланировали принятие конкретных аналогичных законов, либо приняли процедуры, используемые в других странах. NEPA применимо ко всем федеральным агентствам в Соединенных Штатах. [25]
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) — одно из многих агентств, которые работают с инженерами-экологами для решения ключевых проблем. Важным компонентом миссии EPA является защита и улучшение качества воздуха, воды и окружающей среды в целом, чтобы избежать или смягчить последствия вредного воздействия.
{{cite report}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )