Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вид на Землю с Аполлона-17
Среда
Окружающая среда в

Экологическая инженерия - это тип работы, который является профессиональной инженерной дисциплиной и основан на широких научных темах, таких как химия , биология , экология , геология , гидравлика , гидрология , микробиология и математика, для создания решений, которые будут защищать, а также улучшать здоровье живых организмов и улучшить качество окружающей среды. [1] [2] Экологическая инженерия - это дисциплина гражданского строительства и химической инженерии .

Экологическая инженерия - это применение научных и инженерных принципов для улучшения и поддержания окружающей среды с целью:

  • защитить здоровье человека,
  • защищать полезные экосистемы природы,
  • и улучшить качество жизни человека, связанное с окружающей средой. [1]

Инженеры-экологи разрабатывают решения для управления сточными водами , борьбы с загрязнением воды и воздуха , переработки, удаления отходов и здравоохранения . [2] [3] Они проектируют муниципальные системы водоснабжения и очистки промышленных сточных вод , [4] [5] и разрабатывают планы по предотвращению заболеваний, передающихся через воду, и улучшению санитарных условий в городских, сельских и рекреационных районах. Они оценивают управление опасными отходамисистемы для оценки серьезности таких опасностей, рекомендаций по лечению и локализации, а также разработки правил для предотвращения несчастных случаев. Они применяют закон об экологической инженерии , например, при оценке воздействия предлагаемых строительных проектов на окружающую среду.

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 загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей и промышленными источниками . [2] [6] [7] [8]

Большинство юрисдикций предъявляют требования к лицензированию и регистрации для квалифицированных инженеров-экологов. [9] [10] [11]

Этимология [ править ]

Слово «окружающая среда» происходит от французского слова «окружающая среда» конца 14 века (глагол), означающего «окружать» или «охватывать». Слово «среда» было использовано Карлайлом в 1827 году для обозначения совокупности условий, в которых живет человек или предмет. Смысл снова изменился в 1956 году, когда он был использован в экологическом смысле, где экология - это отрасль науки, изучающая отношения живых существ с окружающей их средой. [12]

Вторая часть фразы «инженер-эколог» происходит от латинских корней и использовалась во французском языке XIV века как engignour, что означает конструктор военных двигателей, таких как требушеты , аркебузы , длинные луки , пушки , катапульты , баллисты , стремена , доспехи и многое другое. смертоносные или воинственные устройства. Слово «инженер» не использовалось для обозначения общественных работ до 16 века; и, вероятно, он вошел в популярный жаргон как означающий изобретатель общественных работ во времена Джона Смитона .

История [ править ]

Дополнительная информация: История водоснабжения и водоотведения.

Древние цивилизации [ править ]

Экологическая инженерия - это название работы, которая велась с ранних цивилизаций, когда люди научились изменять и контролировать условия окружающей среды для удовлетворения своих потребностей. [3] [13] Когда люди осознали, что их здоровье связано с качеством окружающей среды , они создали системы для его улучшения [3] . Древняя цивилизация долины Инда (3300–1300 гг. До н.э.) имела высокий контроль над своими водными ресурсами . [13] Сооружения для общественных работ, найденные на различных участках в этом районе, включают колодцы, общественные бани, резервуары для хранения воды, систему питьевой воды и общегородскую систему сбора сточных вод. [13] [14]У них также была ранняя система орошения каналов, позволяющая вести крупномасштабное сельское хозяйство. [15]

С 4000 по 2000 год до н.э. многие цивилизации имели дренажные системы, а некоторые - санитарные сооружения, в том числе Месопотамская империя , Мохенджо-Даро , Египет, Крит и Оркнейские острова в Шотландии. [3] У греков также были акведуки и канализационные системы, которые использовали дождевые и сточные воды для орошения и удобрения полей. [3]

Первый акведук в Риме был построен в 312 г. до н.э., и оттуда они продолжили строительство акведуков для ирригации и безопасного городского водоснабжения во время засухи. [3] Они также построили подземную канализационную систему еще в 7 веке до нашей эры, которая впадала в реку Тибр, осушая болота для создания сельскохозяйственных угодий, а также удаляя сточные воды из города. [3] [13]

Современная эпоха [ править ]

С момента падения Рима до XIX века, когда в результате улучшений, все больше и больше усилий было сосредоточено на общественном здравоохранении, изменений не наблюдалось. [13] [16] Современная экологическая инженерия началась в Лондоне в середине 19-го века, когда Джозеф Базалгетт спроектировал первую крупную канализационную систему после Великой Вони . [13] Городская канализационная система перекачивала неочищенные сточные воды в реку Темзу , которая также поставляла большую часть питьевой воды в город, что привело к вспышке холеры . [13] Внедрение систем очистки питьевой воды и сточных вод в промышленно развитых странах сократилось.болезни, передающиеся через воду, от основных причин смерти до редкостей. [17]

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 другой деградации окружающей среды. По мере того, как общество и технологии становились все более сложными, они все чаще оказывали непреднамеренное воздействие на окружающую 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 « Тихой весне» Рэйчел Карсон (1962), считается рождением современного экологического движения [18], которое привело к современной области «экологической инженерии».

Образование [ править ]

Многие университеты предлагают программы экологической инженерии на факультете гражданского строительства или химического машиностроения, а также включают электронные проекты для разработки и балансировки условий окружающей среды. Инженеры-экологи в программе гражданского строительства часто сосредотачиваются на гидрологии, управлении водными ресурсами, биоремедиации и проектировании водоочистных сооружений. Инженеры-экологи в программе химического машиностроения, как правило, сосредотачиваются на химии окружающей среды, передовых технологиях очистки воздуха и воды и процессах разделения. [ необходима цитата ] Некоторые подразделения экологической инженерии включают разработку природных ресурсов исельскохозяйственная техника .

Курсы для студентов делятся на несколько широких классов:

  • Механические инженерные курсыориентированные на проектирование машин и механических систем для окружающей среды использованиятакие как водные и очистных сооружений, насосных станций, мусора сегрегации растений и других механических средств.
  • Курсы по экологической инженерии или экологическим системам, ориентированные на подход к гражданскому строительству, при котором конструкции и ландшафт создаются так, чтобы сливаться с окружающей средой или защищать ее.
  • Курсы по экологической химии , устойчивой химии или экологической химической инженерии, ориентированные на понимание воздействия химических веществ в окружающей среде, включая любые горнодобывающие процессы, загрязняющие вещества, а также биохимические процессы.
  • Курсы по экологическим технологиям, ориентированные на выпускников-электронщиков или электриков, способных разрабатывать устройства и артефакты, способные отслеживать, измерять, моделировать и контролировать воздействие на окружающую среду, включая мониторинг и управление производством энергии из возобновляемых источников .

Учебный план [ править ]

Следующие темы составляют типичную учебную программу по экологической инженерии: [19]

  1. Передача массы и энергии
  2. Экологическая химия
    1. Неорганическая химия
    2. Органическая химия
    3. Ядерная химия
  3. Модели роста
    1. Потребление ресурсов
    2. Рост населения
    3. Экономический рост
  4. Оценка рисков
    1. Идентификация опасности
    2. Оценка доза-реакция
    3. Оценка воздействия
    4. Характеристика риска
    5. Сравнительный анализ рисков
  5. Загрязнение воды
    1. Водные ресурсы и загрязнители
    2. Потребность в кислороде
    3. загрязнителя транспорт
    4. Очистка воды и сточных вод
  6. Загрязнение воздуха
    1. Промышленность, транспорт , коммерческие и бытовые выбросы
    2. Критерии и токсичные загрязнители воздуха
    3. Моделирование загрязнения (например, моделирование атмосферной дисперсии )
    4. Контроль загрязнения
    5. Загрязнение воздуха и метеорология
  7. Глобальное изменение
    1. Парниковый эффект и глобальная температура
    2. Круговорот углерода , азота и кислорода
    3. Сценарии выбросов МГЭИК
    4. Изменения в океане ( 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. Инкассо и переводные операции
    4. Переработка отходов
    5. Преобразование отходов в энергию
    6. Свалка

Массовый баланс [ править ]

Рассмотрим искусственное химическое вещество, судьбу которого мы хотим выяснить в зависимости от времени, положения, какой-либо фазы вещества или потока жидкости. Мы представляем измеренное изменение концентрации как функцию всех скоростей изменения, которые влияют на этот сгусток химического вещества.

Это означает, что для некоторого контрольного объема изменение концентрации в зависимости от изменения в линейно независимом времени равно сумме любых изменений, происходящих в (+) и вне (-) этого контрольного объема. Это разрешено по нескольким причинам:

(1) Сохранение массы .

(2) Представление в виде обыкновенного дифференциального уравнения .


(3) Решение существует.

Хотя дифференциальные уравнения могут быть пугающими, эта формула для изменения концентрации контрольного объема за время очень универсальна даже без расчетов. Возьмем, к примеру, общий сценарий резервуара, содержащего объем с загрязнением определенной концентрации. Учитывая, что имеет место реакция первого порядка -kC и что резервуар находится в устойчивом состоянии, концентрация сточных вод становится выражением начальной концентрации, константы реакции k и гидравлического времени удерживания ( HRT ), которое равно коэффициенту объема резервуара по потоку.

Приложения [ править ]

Водоснабжение и очистка [ править ]

Инженеры-экологи оценивают водный баланс в пределах водосбора и определяют доступное водоснабжение, воду, необходимую для различных нужд в этом водоразделе, сезонные циклы движения воды через водораздел, и они разрабатывают системы для хранения, обработки и транспортировки воды для различных целей. .

Вода обрабатывается для достижения целевых показателей качества воды для конечных пользователей. В случае питьевого водоснабжения вода обрабатывается, чтобы свести к минимуму риск передачи инфекционных заболеваний , риск неинфекционных заболеваний и придать воде приятный вкус. Системы распределения воды [20] [21] спроектированы и построены для обеспечения адекватного давления воды и скорости потока для удовлетворения различных потребностей конечных пользователей, таких как бытовое использование, пожаротушение и орошение .

Очистка сточных вод [ править ]

Станция очистки сточных вод , Австралия

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 резервуара аэрации с последующими флокуляцией и осаждением или системы активного ила и вторичного осветлителя, системы третичного биологического удаления азота и заключительная дезинфекцияпроцесс. Система аэротенков / активного ила удаляет органический материал за счет роста бактерий (активный ил). Вторичный осветлитель удаляет активный ил из воды. Третичная система, хотя и не всегда включаемая из-за затрат, становится все более распространенной для удаления азота и фосфора и для дезинфекции воды перед сбросом в поверхностный водный поток или сток океана. [22]

Управление загрязнением воздуха [ править ]

Ученые разработали модели рассеивания загрязнения воздуха, чтобы оценить концентрацию загрязняющего вещества на рецепторе или влияние выхлопных газов транспортных средств и промышленных дымовых газов на общее качество воздуха . В некоторой степени эта область перекрывает стремление снизить выбросы углекислого газа и других парниковых газов в результате процессов горения.

Оценка воздействия на окружающую среду и смягчение его последствий [ править ]

Основная статья: Оценка воздействия на окружающую среду
Загрязнение воды

Инженеры-экологи применяют научные и инженерные принципы для оценки вероятности каких-либо неблагоприятных воздействий на качество воды, качество воздуха, качество среды обитания , флору и фауну , сельскохозяйственные мощности, транспорт , экологию и шум. Если воздействия ожидаются, они затем разрабатывают смягчающие меры для ограничения или предотвращения таких воздействий. Примером меры по смягчению воздействия может быть создание водно-болотных угодий в близлежащем месте для смягчения засыпки водно-болотных угодий, необходимых для строительства дороги, если невозможно изменить маршрут дороги.

В Соединенных Штатах практика экологической оценки была официально начата 1 января 1970 года, когда вступил в силу Закон о национальной экологической политике (NEPA). С того времени более 100 развивающихся и развитых стран либо разработали конкретные аналогичные законы, либо приняли процедуры, используемые в других странах. NEPA распространяется на все федеральные агентства США. [23]

Регулирующие органы [ править ]

Агентство по охране окружающей среды [ править ]

Агентство США по охране окружающей среды (EPA) является одним из многих учреждений , которые работают с инженерами для решения экологических ключевых вопросов. Важным компонентом миссии EPA является защита и улучшение качества воздуха, воды и окружающей среды в целом, чтобы избежать или смягчить последствия вредных воздействий.


См. Также [ править ]

  • Моделирование атмосферной дисперсии
  • Биофильтрация
  • Гражданское строительство
  • Экологическая санитария
  • Экологическая инженерия
  • Инженерная геология
  • Экологический дизайн
  • Закон об экологической инженерии
  • Экологическая инженерия
  • Состояние окружающей среды
  • Оценка воздействия на окружающую среду
  • Управление окружением
  • Восстановление окружающей среды
  • Наука об окружающей среде
  • Экологические исследования
  • Геопрофессии
  • Гидротехника
  • Гидрология
  • Список экологических степеней
  • Список инженеров-экологов
  • Сантехника
  • Очистка воды
  • Моделирование качества воды

Ассоциации [ править ]

  • Американская академия инженеров-экологов и ученых
  • Ассоциация инженеров окружающей среды и профессоров естественных наук
  • Ассоциация экологов
  • Моделирование атмосферной дисперсии
  • Конфедерация европейских обществ экологической инженерии
  • Институт экологического менеджмента и оценки
  • Общество инженеров-экологов

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б "Карьера в области инженерии окружающей среды и науки об окружающей среде" . Американская академия инженеров-экологов и ученых . Проверено 23 марта 2019 .
  2. ^ a b c "Архитектура и инженерные специальности" . Справочник профессионального обзора . Бюро статистики труда. 20 февраля 2019 . Проверено 23 марта 2019 года .
  3. ^ a b c d e f g «10 достижений в области экологической инженерии» . HowStuffWorks . 2014-05-18 . Проверено 23 марта 2019 .
  4. ^ Бейчок, Милтон Р. (1967). Водные отходы нефтяных и нефтехимических заводов (1-е изд.). Джон Вили и сыновья. LCCN 67019834 . 
  5. ^ Tchobanoglous, G .; Бертон, Флорида и Стенсел, HD (2003). Разработка сточных вод (повторное использование очистных сооружений) / Metcalf & Eddy, Inc. (4-е изд.). Книжная компания Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-041878-3.
  6. ^ Тернер, DB (1994). Рабочая тетрадь оценок атмосферной дисперсии: введение в моделирование дисперсии (2-е изд.). CRC Press. ISBN 978-1-56670-023-8.
  7. ^ Beychok, MR (2005). Основы диспергирования дымовых газов (4-е изд.). авторская публикация. ISBN 978-0-9644588-0-2.
  8. ^ Центр информации о карьере. Агробизнес, окружающая среда и природные ресурсы (9-е изд.). Справочник Macmillan. 2007 г.
  9. ^ «Стать сертифицированным Советом по экологической инженерии» . Американская академия инженеров-экологов и ученых . Проверено 23 марта 2019 .
  10. ^ "Информация об экологическом экзамене NCEES PE" . NCEES . Проверено 23 марта 2019 .
  11. ^ «Профессиональные инженерные учреждения» . Инженерный совет . Проверено 23 марта 2019 .
  12. ^ "Окружающая среда | Поиск по этимологическому словарю в Интернете" . www.etymonline.com . Проверено 14 декабря 2020 .
  13. ^ a b c d e f g Мейсон, Мэтью. «Экологическая инженерия: почему это важно для нашего будущего» . Наука об окружающей среде . Проверено 23 марта 2019 .
  14. ^ Янсен, М. (октябрь 1989 г.). «Водоснабжение и канализация в Мохенджо-Даро». Мировая археология . 21 (2): 177–192. DOI : 10.1080 / 00438243.1989.9980100 . JSTOR 124907 . PMID 16470995 .  
  15. ^ Ангелакис, Андреас Н .; Роуз, Джоан Б. (2014). Глава 2: «Технологии санитарии и очистки сточных вод в цивилизации Хараппы / долины Инда (ок. 2600-1900 гг. До н.э.)». Эволюция технологий санитарии и сточных вод на протяжении веков . Издание IWA. Стр. 25–40. ISBN 9781780404851.
  16. ^ «Финансирование - Экологическая инженерия» . Национальный научный фонд США . Проверено 1 июля 2013 .
  17. ^ «Инфекции, передающиеся через воду» . Encyclopedia.com . Проверено 23 марта 2019 .
  18. ^ Radniecki, Тайлер. «Что такое экологическая инженерия?» . Инженерный колледж . Государственный университет Орегона . Проверено 23 марта 2019 .
  19. ^ Мастерс, Гилберт (2008). Введение в экологическую инженерию и науку . Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-148193-0.
  20. ^ Системы распределения питьевой воды: оценка и снижение рисков . Национальная академия прессы. 2006. ISBN 978-0-309-10306-0. Дата обращения 6 октября 2019 .
  21. ^ "Водораспределительные сети CE370" (PDF) . Университет нефти и полезных ископаемых имени короля Фахда . Дата обращения 6 октября 2019 .
  22. Перейти ↑ Sims, J. (2003). Активный ил, Экологическая энциклопедия . Детройт.
  23. ^ Энциклопедия Макгроу-Хилла наук об окружающей среде и инженерии (3-е изд.). McGraw-Hill, Inc. 1993.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Дэвис, М.Л. и Д.А. Корнуэлл, (2006) Введение в экологическую инженерию (4-е изд.) McGraw-Hill ISBN 978-0072424119 
  • Национальные академии наук, инженерии и медицины (2019). Экологическая инженерия в 21 веке: решение серьезных проблем (доклад). Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. DOI : 10.17226 / 25121 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )