10 Avanços em Engenharia Ambiental

A engenharia ambiental é algo que você pode obter um diploma hoje em dia, mas o campo já existia muito antes de ter um nome, iniciado no início da civilização, quando começamos a modificar nosso ambiente para atender às nossas necessidades. Envolve a aplicação de práticas de ciência e engenharia à forma como utilizamos e impactamos nossos recursos naturais. Engenheiros ambientais modernos trabalham em soluções para questões como redução e limpeza da poluição , consumo de energia e emissões, erosão da terra, tratamento de água e gestão de resíduos em um esforço para gerenciar e manter adequadamente a qualidade do nosso solo, água e ar. Eles se esforçam para manter todos mais saudáveis ​​e felizes, ajudando-nos a viver da terra de forma mais eficiente e menos destrutiva.

Os engenheiros ambientais talvez sejam heróis desconhecidos que ajudaram a tornar o mundo moderno o que é hoje, repleto de alimentos e água relativamente seguros, ar respirável, ambientes de vida amplamente livres de pragas e consumo de combustível com eficiência energética para ajudar a alimentar praticamente tudo o que fazemos. A população humana é de cerca de 7 bilhões e contando. O campo só aumentará em importância à medida que esse número crescer.

Já houve algumas inovações importantes que ajudaram a maioria de nós a chegar a este ponto viva e bem. Continue lendo para descobrir que tipo de coisas esses mordomos da terra forneceram para nós no passado e estão trabalhando para o futuro.

1. Esgotos
2. Aquedutos
3. Sistemas de Biofiltração
4. Bioswales
5. Veículos híbridos
6. LEED, BREEAM, Green Star e outros programas de certificação
7. Sistemas Ecosan
8. Irradiação Germicida Ultravioleta
9. Agrofloresta
10. Energia Eólica de Alta Altitude de Pipas

Há muito desejamos viver em um ambiente livre de dejetos humanos, inicialmente por causa do mau cheiro e, depois, uma vez que fizemos a conexão, para evitar surtos graves e mortais de doenças. Os sistemas de esgoto são adequados ao transportar grandes quantidades de excremento humano para longe das áreas povoadas, e eles vêm evoluindo há milhares de anos.

Entre 2000 e 4000 AC, o Império Mesopotâmico (atual Iraque), Mohenjo-Daro (atual Paquistão), Egito, a ilha de Creta e as Ilhas Orkney na Escócia já tinham sistemas de drenagem - e, em alguns casos, instalações sanitárias interiores. Por algumas centenas de anos aC, os gregos tinham sistemas de esgoto que transportavam chuva e águas residuais para bacias de coleta que irrigavam e fertilizavam os campos. Os antigos romanos tinham esgotos subterrâneos que alimentavam o rio Tibre.

Houve muitas tentativas e erros ao longo dos anos, com surtos de doenças apontando a necessidade de manter as saídas de esgoto longe da água potável. Com o tempo, também soubemos da necessidade de manter os esgotos, e o bueiro nasceu (ou reinventado, como veremos mais adiante). A maioria também foi construída para ser periodicamente lavada com água da maré ou da chuva.

Desde os tempos antigos até algumas décadas atrás, os esgotos transportavam principalmente resíduos brutos diretamente para rios, oceanos ou outros grandes corpos de água. Os sistemas de esgoto modernos são mais complexos, levando a estações de tratamento de esgoto onde a água é tratada por meio de filtração e adição de vários produtos químicos para desinfetar e remover contaminantes antes de retornar à natureza. E, sem dúvida, eles continuarão a evoluir.

Precisamos de água para viver, então não é coincidência que muitas civilizações antigas surgiram em torno de fontes naturais de água. Mas os antigos gregos e romanos encontraram uma maneira de frustrar, ou pelo menos desviar, a natureza com a invenção de aquedutos. Aquedutos foram usados ​​para transportar grandes quantidades de água de um lugar para outro, às vezes até 60 milhas (96,6 quilômetros). Eles usaram a força da gravidade para mover a água para baixo através de condutos artificiais construídos em um declive constante.

Os aquedutos eram feitos principalmente de materiais como concreto, cimento, tijolo e pedra. Eles muitas vezes se originam em nascentes em áreas montanhosas, mas barragens e reservatórios também foram construídos para alimentá-los de rios ou córregos. Quando pensamos em aquedutos, vêm à mente as arcadas, ou pontes de pedra sobre o solo sustentadas por arcos. Mas os aquedutos também eram formados por paredes mais curtas, trincheiras cobertas no nível do solo, túneis subterrâneos e tubos para facilitar o deslocamento da água por uma ampla variedade de paisagens.

O destino de um aqueduto era um tanque de distribuição chamado castellum, que geralmente ficava em um ponto alto da cidade. Ele enviava água para castela menor, de onde corria por meio de dutos de alvenaria ou canos para alimentar fontes, banhos, bebedouros públicos e às vezes até residências particulares.

O primeiro aqueduto de Roma foi construído em 312 aC Na época da construção do Aqua Traiana pelo imperador Trajano por volta de 109 dC, os aquedutos romanos traziam centenas de milhões de galões de água para a cidade diariamente. Essas vias fluviais permitiram que as cidades romanas suportassem populações muito maiores do que seriam capazes apenas com fontes naturais de água.

A biofiltração é o processo de passagem de ar ou água através de um material poroso e úmido contendo microrganismos para remover odores e contaminantes. Os contaminantes são degradados em compostos básicos como água ou dióxido de carbono, juntamente com outros produtos benignos de biomassa , todos como subprodutos dos processos metabólicos dos micróbios. Os sistemas de biofiltração são usados ​​para tratar efluentes e emissões gasosas industriais, bem como emissões de operações de compostagem, entre outras aplicações. Eles têm sido usados ​​desde a década de 1950 para remover odores nocivos, mas agora estão sendo amplamente utilizados para a remoção de contaminantes industriais também.

Diferentes cepas de bactérias, juntamente com controle de umidade, pH e temperatura, podem ser usadas para degradar efetivamente vários contaminantes alvo. Ao contrário dos filtros tradicionais, os biofiltros destroem substâncias nocivas em vez de apenas filtrá-las, mas só funcionam com contaminantes biodegradáveis. A biofiltração é usada principalmente para destruir emissões tóxicas, como hidrocarbonetos gerados por combustível e certos tipos de compostos orgânicos voláteis (VOCs).

Os VOCs são criados e liberados durante a produção de uma ampla variedade de produtos que contêm produtos químicos orgânicos, incluindo tintas, produtos de limpeza, cosméticos e combustíveis. São compostos tecnicamente de carbono que reagem com moléculas contendo oxigênio na atmosfera quando expostas à luz solar, levando à formação de smog contendo ozônio.

Bioswales são manchas de vegetação compostas de grama, flores, árvores ou outras plantas que absorvem o escoamento de águas pluviais, ajudando a degradar ou remover poluentes antes que eles fluam sem tratamento para quaisquer corpos d'água próximos ou para sistemas de esgoto. Os bioswales podem ser usados ​​para formar canais que direcionam o fluxo e filtram a água, ou podem ser colocados em tiras (às vezes chamadas de tiras de biofiltração ou tiras de filtro) para capturar a água que flui em folhas finas de áreas pavimentadas. Alguns bioswales também incluem outros mecanismos para direcionar e filtrar ainda mais o escoamento, como drenos inferiores e trincheiras de infiltração.

Bioswales remove contaminantes como metais pesados, óleo, graxa e sedimentos do escoamento. Eles também resfriam a água que aqueceu enquanto atravessava o pavimento antes de atingir corpos d'água naturais, onde a água mais quente pode prejudicar a vida selvagem . Eles podem ser usados ​​em estacionamentos no lugar de bueiros e, em áreas urbanas que não têm muita cobertura vegetal, podem ajudar a evitar que os esgotos transbordem devido ao excesso de chuva caindo diretamente no ralo.

A vegetação varia de região para região e, infelizmente, biovalas não são ideais para climas áridos. Mas em lugares que podem apoiá-los, bioswales podem fazer muito bem. Eles também parecem pequenos parques paisagísticos em alguns casos, que são esteticamente mais agradáveis ​​do que estruturas de drenagem de concreto. Os bioswales podem até acabar abrigando pequenas formas de vida selvagem, como borboletas e pássaros. Eles são um ganha-ganha para a natureza.

Os carros híbridos foram inventados muito antes do que a maioria de nós imagina. No final do século 19 e início do século 20, eles competiram ao lado de carros a gás, elétricos e até a vapor pelo domínio. É claro que os veículos movidos apenas a gasolina ganharam o dia. Mas à medida que as questões de eficiência de combustível e emissões se tornaram cada vez mais importantes, os híbridos ressurgiram. Protótipos híbridos mais recentes foram desenvolvidos a partir da década de 1970, mas a maioria nunca chegou ao mercado. O primeiro híbrido comercialmente disponível foi o Toyota Prius, lançado no Japão em 1997 e nos Estados Unidos em 2001. Desde então, muitos outros foram lançados.

Estamos nos referindo aqui a veículos elétricos híbridos (HEVs) que usam motores de combustão e motores elétricos (também chamados de geradores de motor) em conjunto para produzir melhor quilometragem do que os carros padrão.

Você ainda precisa abastecê-los com gasolina, mas o motor elétrico leva a ganhos de eficiência de combustível, permitindo que o motor de combustão desligue enquanto estiver em marcha lenta por meio de partida/desligamento automático. Ele também fornece potência adicional enquanto o carro está acelerando ou subindo ladeiras por meio de acionamento/assistência do motor elétrico, permitindo a instalação de um motor a gasolina menor e mais eficiente. Alguns híbridos usam frenagem regenerativa. Enquanto o motor está aplicando resistência ao trem de força e desacelerando o carro, a energia da roda está girando o motor e gerando eletricidade, que é armazenada na bateria de hidreto de metal (NiMH) para uso posterior. Alguns dos híbridos mais caros também podem operar no modo somente elétrico por alguns quilômetros, embora outros sejam desligados se não tiverem gás.

Dependendo da marca e do modelo, os carros híbridos elétricos podem ter um consumo de combustível muito melhor do que os veículos tradicionais de tamanho comparativo.

Os edifícios estão se tornando certificadamente verdes. À medida que nos tornamos mais conscientes do efeito que nossos edifícios têm sobre o meio ambiente e sobre nós diretamente, as organizações desenvolveram métodos voluntários para avaliar o impacto ambiental e a eficiência de edifícios, casas e outras estruturas semelhantes. Estes incluem o Método de Avaliação Ambiental do Estabelecimento de Pesquisa de Edifícios (BREEAM) e Liderança em Energia e Design Ambiental ( LEED ). BREEAM was started in 1990 by the BRE Trust and has been the dominant assessment standard in the U.K. LEED is a U.S. standard created by the U.S. Green Building Council in 1998. BREEAM and LEED are the most commonly used methods worldwide at the moment, but others are springing up, like Green Star -- created by the Green Building Council of Australia (GBCA) in 2003 -- as well as CASBEE in Japan and Estidama in Abu Dhabi.

Assessments take place both during design and after completion. Existing structures or commercial interior spaces can also be rated. The standards can be tailored to different regions or construction types, and buildings are rated on various things, including energy efficiency, water efficiency, land use, pollution, waste and indoor environmental quality.

A existência de tais entidades de avaliação ajuda a trazer práticas de construção e operacionais ecologicamente corretas para o mainstream, o que é especialmente importante porque os edifícios aparentemente contribuem com mais de 20% das emissões de gases de efeito estufa em algumas áreas [fonte: HVN Plus ]. Tornar-se verde também pode reduzir os custos de energia, água e outros e melhorar a saúde das pessoas que trabalham nas estruturas. Como um bônus adicional, boas classificações podem qualificar um edifício para descontos de impostos e outros incentivos monetários e podem aumentar os valores da propriedade e do aluguel.

Os sistemas Ecosan (saneamento ecológico) incluem vários projetos de banheiros ou latrinas ecologicamente corretos que geralmente requerem pouca ou nenhuma água, enquanto isolam os resíduos de uma maneira que evita odores e doenças. Em muitos casos, os resíduos resultantes podem até ser compostados e usados ​​como fertilizante ou combustível. Alguns projetos separam imediatamente a urina e as fezes (sistemas de desvio de urina). Alguns exigem a cobertura dos resíduos com serragem, lixívia, areia ou outro material para eliminar o odor, remover a umidade e ajudar na decomposição para descarte ou compostagem. Esses sistemas são ideais para locais onde a água é escassa, pois geralmente não requerem conexão com um sistema de encanamento ou esgoto.

Uma marca - EcoSan - foi lançada em 2000. É um banheiro autônomo; Levantar a tampa faz com que os resíduos passem por um transportador em espiral por mais de 25 dias, ao mesmo tempo em que evaporam e ventilam os resíduos líquidos e decompõem os resíduos sólidos usando processos biológicos. Matéria seca e inodora apenas 5 a 10 por cento de sua massa original é eventualmente depositada em um receptáculo para remoção e reaproveitamento.

Um banheiro ecosan descrito pela Unicef ​​India é semelhante a um grande banheiro externo com um bunker de concreto embaixo de cada banheiro. Os vasos sanitários ao nível do piso têm orifícios separados para líquidos (que são desviados para vasos externos) e sólidos, além de uma bacia de água de limpeza e um orifício para os usuários deixarem um punhado de cal, serragem, cinzas ou algo semelhante após depositar resíduos sólidos para ajudar com decomposição, redução de umidade e controle de odor.

Existem outros métodos e produtos de construção de banheiros ecosan que variam em preço, funcionalidade e complexidade.

A irradiação germicida ultravioleta (UVGI) livra a água, o ar e as superfícies de microorganismos nocivos, como vírus e bactérias. A luz do sol faz isso naturalmente até certo ponto. Sabemos que a luz UV danifica nossa pele e nossos olhos; também mata ou inativa alguns microorganismos.

Os sistemas UVGI usam luz UV concentrada para fazê-lo de maneira controlada, emitindo radiação ultravioleta-B e ultravioleta-C de ondas curtas em certos comprimentos de onda, principalmente na faixa germicida entre 200 e 320 nanômetros - geralmente por meio de uma lâmpada de mercúrio de baixa pressão. A luz UV danifica as células ou o DNA dos microrganismos afetados , matando-os ou tornando-os incapazes de se replicar. A luz UV na faixa superior de 320 a 400 nanômetros não é eficaz contra germes.

O UVGI foi incorporado em dutos de ventilação, sistemas de aquecimento e ar condicionado e unidades de desinfecção do ar. Também foi usado em salas inteiras, de preferência enquanto elas estão desocupadas ou todos estão com equipamentos de proteção. Alguns sistemas emitem luz UV em áreas próximas ao teto para desinfetar o ar acima da cabeça das pessoas em conjunto com mecanismos de fluxo de ar vertical. Filtros de ar particulado de alta eficiência (HEPA) ou outros tipos de filtragem podem ser usados ​​juntamente com o UVGI para remover outros contaminantes que o UV não elimina.

Pesquisas pesadas sobre UVGI foram feitas da década de 1930 até a década de 1970 em hospitais e escolas, mas apesar de sua eficácia demonstrada, a UVGI foi abandonada, em parte devido a avanços na imunização, avanços em antibióticos e preocupações de segurança sobre a radiação UV.

A crescente prevalência de germes resistentes a antibióticos (incluindo cepas de tuberculose resistentes a medicamentos) e o medo do bioterrorismo renovou o interesse em UVGI. É mais comumente aceito para desinfecção de água, mas os usos de desinfecção do ar e da superfície continuam ganhando terreno. Em 2003, os Centros de Controle de Doenças (CDC) sancionaram seu uso em hospitais em conjunto com sistemas de purificação do ar para ajudar a controlar a propagação da tuberculose.

A agrofloresta é o manejo simultâneo de árvores e arbustos com culturas e/ou pecuária para um uso da terra mais eficiente, integrado e ambientalmente sustentável. Aplicado corretamente, aumenta a diversidade de produtos, a produção agrícola e a qualidade do solo e da água e diminui a erosão, poluição e suscetibilidade a condições climáticas adversas. Também pode ser usado para abrigar a vida selvagem, proteger bacias hidrográficas e gerenciar as emissões de carbono de forma mais eficaz. Tudo isso pode resultar em maior renda para os agricultores e um ambiente melhor.

Vários agrossilviculturamétodos podem ser empregados dependendo da terra e dos recursos disponíveis. Um deles é o cultivo de becos – cultivos ao lado de fileiras de árvores como carvalho, freixo, nogueira, noz-pecã ou outras nogueiras. As colheitas e as nozes podem ser colhidas e vendidas enquanto as árvores amadurecem e continuam a produzir nozes. Outra é a agricultura florestal, usando as copas das árvores para fornecer o nível certo de sombra para culturas como samambaias, cogumelos e ginseng. Estes também podem ser vendidos antes que as árvores estejam prontas para a colheita. Um terceiro é a criação de matas ciliares – grupos de árvores, arbustos e gramíneas são plantados como proteção para evitar a poluição e erosão de margens e cursos d’água. Da mesma forma, árvores e arbustos podem ser plantados em configurações chamadas quebra-ventos que protegem as plantações dos danos causados ​​pelo vento e da erosão e protegem os animais contra danos. Quebra-ventos podem aumentar a abelhapolinização e gerenciar a propagação de neve sobre plantações ou estradas. Outro método agroflorestal é a silvicultura, usando árvores para abrigar o gado e as gramíneas e outras plantas que eles comem. Em todos os casos, culturas, animais e árvores coexistem simbioticamente, e o agricultor pode se concentrar em colher o que estiver pronto no momento.

Em alguns países, as políticas governamentais reprimem essas práticas, em parte por causa de desconexões entre as agências que tratam dos diferentes itens envolvidos. Mas há uma atenção crescente sendo dada à agrossilvicultura como um método de cultivo sustentável. Nos EUA, o Farm Bill de 1990 levou à criação do USDA National Agroforestry Center.

Quando pensamos em aproveitar o poder do vento para fornecer eletricidade, a maioria de nós provavelmente pensa em moinhos de vento. Muito poucos pensam pipas. Mas uma start-up da área de São Francisco, fundada em 2006, chamada Makani Power, vem trabalhando no uso de turbinas eólicas semelhantes a pipas presas a cordas para gerar energia eólica em grandes altitudes, onde há ventos mais fortes e constantes do que temos ao nível do solo. Makani significa vento em havaiano, aliás.

As amarras podem atingir até 2.000 pés (609,6 metros) acima do solo e são o método de suspensão e o método de transmissão de energia de volta à base. As próprias pipas têm cerca de trinta metros de comprimento e são feitas de fibra de carbono. Eles têm quatro hélices e incorporam sensores e unidades de GPS nas asas que transmitem dados que podem ser usados ​​para otimizar seu voo. Eles realmente voam em loops em vez de pairar. E eles são leves o suficiente para manter a altitude em ventos inferiores a 15 milhas por hora (MPH).

As turbinas supostamente têm o potencial de gerar o dobro de energia, talvez até mais, pela metade do custo das modernas turbinas eólicas ao nível do solo. Os custos são competitivos com a queima de carvão e ocupam menos espaço do que outros métodos de geração de energia.

The kites -- still a few years away from commercial availability -- are likely to be used along shorelines, or in the ocean attached to buoys. Makani Power has received funding from Google and the Advanced Research Projects Agency for the Department of Energy (ARPA-E), and it is slated to be acquired by Google X, the laboratory working on projects like Google Glass and self-driving cars.

Author's Note: 10 Advancements in Environmental Engineering

As an inhabitant of this planet, I'm very interested in what we can do to properly use and conserve our natural resources. Partially because it's the right thing to do, and partially because I like living and breathing. I also prefer my food, air and water uncontaminated by disease and pollutants. I love having clean running water that comes straight into my house and working bathroom facilities free of noxious odors.

This is all pretty obvious stuff, but how often do we think about how our current hygienic state of being was attained? I only gave it scant thought before researching this article. I am thankful for all of our modern sanitary conveniences and the scientists and engineers past and present who have made them possible. Let's stay cholera-free, people!

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