10 Avances En Ingeniería Ambiental

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Nuestro entorno se ha inclinado a nuestra voluntad según lo necesitado durante siglos. Descubra 10 importantes avances en ingeniería ambiental.

La ingeniería ambiental es algo en lo que puedes obtener un título en estos días, pero el campo existió mucho antes de que tuviera un nombre, que comenzó en los albores de la civilización cuando comenzamos a modificar nuestro entorno para satisfacer nuestras necesidades. Implica aplicar prácticas de ciencia e ingeniería a cómo utilizamos e impactamos nuestros recursos naturales. Los ingenieros ambientales modernos trabajan en soluciones para problemas como la reducción de la contaminación y la limpieza, el consumo y las emisiones de energía, la erosión de la tierra, el tratamiento del agua y la gestión de residuos en un esfuerzo por gestionar y mantener adecuadamente la calidad de nuestro suelo, agua y aire. Se esfuerzan por mantener a todos más saludables y felices al ayudarnos a vivir de la tierra de manera más eficiente y menos destructiva.

Los ingenieros ambientales son quizás héroes desconocidos que han ayudado a hacer del mundo moderno lo que es hoy, repleto de alimentos y agua relativamente seguros, aire respirable, entornos de vida en gran parte libres de plagas y consumo de combustible eficiente en energía para ayudar a alimentar prácticamente todo lo que hacemos. La población humana ronda los 7 mil millones y contando. El campo solo aumentará de importancia a medida que ese número crezca.

Ya ha habido algunas innovaciones importantes que ayudaron a que la mayoría de nosotros estemos vivos y bien en este punto. Siga leyendo para averiguar qué tipo de cosas nos han brindado estos administradores de la tierra en el pasado y están trabajando para el futuro.

10. alcantarillas

10 Avances en ingeniería ambiental: avances

Los trabajadores de alcantarillado de Thames Water Utilities inspeccionan una alcantarilla bajo las calles de Londres. © Richard Baker / En imágenes / Corbis

Hace mucho tiempo que deseamos vivir en un entorno sin desperdicios humanos, inicialmente debido al mal olor, y más tarde, una vez que hicimos la conexión, para prevenir brotes de enfermedades graves y mortales. Los sistemas de alcantarillado se ajustan a la ley al transportar grandes cantidades de excrementos humanos fuera de las áreas pobladas, y han evolucionado durante miles de años.

Entre el 2000 y el 4000 a. C., el Imperio mesopotámico (el actual Irak), Mohenjo-Daro (el moderno Pakistán), Egipto, la isla de Creta y las islas Orcadas en Escocia ya tenían sistemas de drenaje y, en algunos casos, Instalaciones sanitarias interiores. Por unos pocos cientos de años antes de Cristo, los griegos tenían sistemas de alcantarillado que transportaban la lluvia y las aguas residuales a las cuencas de recolección que irrigaban y fertilizaban los campos. Los antiguos romanos tenían alcantarillas subterráneas que alimentaban el río Tíber.

Hubo muchos ensayos y errores a lo largo de los años, con brotes de enfermedades que señalaron la necesidad de mantener las salidas de alcantarillado lejos del agua potable. Con el tiempo, también nos enteramos de la necesidad de mantener las alcantarillas, y el pozo de registro nació (o se reinventó, como veremos más adelante). La mayoría también se construyeron para ser periódicamente eliminadas con agua de marea o lluvia.

Desde la antigüedad hasta hace unas pocas décadas, las alcantarillas transportaban principalmente los desechos crudos directamente a los ríos, océanos u otras grandes masas de agua. Los sistemas de alcantarillado modernos son más complejos, lo que lleva a las plantas de tratamiento de aguas residuales donde el agua se trata a través de la filtración y la adición de varios productos químicos para desinfectar y eliminar los contaminantes antes de devolverlos a la naturaleza. Y sin duda seguirán evolucionando.

9. Acueductos.

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Ruinas del acueducto claudiano, construido en 313 a. C., E., cerca de Roma, Italia. © Bettmann / CORBIS

Necesitamos agua para vivir, por lo que no es una coincidencia que muchas civilizaciones antiguas surgieron alrededor de fuentes naturales de agua. Pero los antiguos griegos y romanos encontraron una manera de frustrar, o al menos desviar, la naturaleza con la invención de los acueductos. Los acueductos se utilizaron para transportar grandes cantidades de agua de un lugar a otro, a veces hasta 60 millas (96,6 kilómetros). Utilizaron la fuerza de la gravedad para mover el agua cuesta abajo a través de conductos hechos por el hombre construidos en una pendiente en constante caída.

Los acueductos fueron hechos principalmente de materiales como hormigón, cemento, ladrillo y piedra. A menudo se originaban en manantiales en zonas montañosas, pero también se construyeron presas y embalses para alimentarlos desde ríos o arroyos. Cuando pensamos en acueductos, las arcadas o puentes de piedra sobre el suelo sostenidos por arcos, vienen a la mente. Pero los acueductos también estaban formados por paredes más cortas, trincheras cubiertas a nivel del suelo, túneles subterráneos y tuberías para facilitar el viaje del agua a través de una amplia variedad de paisajes.

El destino de un acueducto era un tanque de distribución llamado castellum, que generalmente se encontraba en un punto alto de la ciudad. Enviaba agua a una castella más pequeña, desde donde fluía a través de conductos o tuberías de mampostería para alimentar fuentes, baños, bebederos públicos y, a veces, incluso residencias privadas.

El primer acueducto de Roma se construyó en 312 aC. En el momento de la construcción del Aqua Traiana por el Emperador Trajano, alrededor del año 109 a. C., los acueductos romanos traían diariamente a la ciudad cientos de millones de galones de agua. Estas vías fluviales permitieron a las ciudades romanas mantener poblaciones mucho más grandes de lo que hubieran podido con solo las fuentes naturales de agua.

8. Sistemas de biofiltración.

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Estanque de biofiltración cerca de Mombasa, Kenia. La col del Nilo en el estanque elimina las impurezas del agua para que pueda ser utilizada como piscifactoría. © Chinch Gryniewicz; Ecosceno / CORBIS

La biofiltración es el proceso de pasar aire o agua a través de un material poroso y húmedo que contiene microorganismos para eliminar olores y contaminantes. Los contaminantes se degradan a compuestos básicos como el agua o el dióxido de carbono, junto con otros productos de biomasa benignos, todos como subproductos de los procesos metabólicos de los microbios. Los sistemas de biofiltración se utilizan para tratar las aguas residuales y las emisiones gaseosas industriales, así como las emisiones de las operaciones de compostaje, entre otras aplicaciones.Se han utilizado desde la década de 1950 para eliminar los olores nocivos, pero ahora también están viendo un uso generalizado para la eliminación de contaminantes industriales.

Se pueden utilizar diferentes cepas de bacterias, junto con el control de la humedad, el pH y la temperatura, para degradar eficazmente los diversos contaminantes objetivo. A diferencia de los filtros tradicionales, los biofiltros destruyen sustancias dañinas en lugar de solo filtrarlos, pero solo pueden trabajar con contaminantes biodegradables. La biofiltración se usa principalmente para destruir emisiones tóxicas como los hidrocarburos generados por combustible y ciertos tipos de compuestos orgánicos volátiles (COV).

Los VOC se crean y liberan durante la producción de una amplia variedad de productos que contienen químicos orgánicos, como pinturas, productos de limpieza, cosméticos y combustibles. Técnicamente, son compuestos de carbono que reaccionan con las moléculas que contienen oxígeno en la atmósfera cuando se exponen a la luz solar, lo que lleva a la formación de ozono que contiene smog.

7. Bioswales

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El West Village del campus de UC Davis, la comunidad de energía neta (ZNE) más grande de los EE. UU., Genera tanta energía como consume y utiliza bioswales para capturar el agua de lluvia. © Billy Hustace / Corbis

Los bioswales son parches de vegetación compuesta de pasto, flores, árboles u otras plantas que absorben la escorrentía de las aguas pluviales y ayudan a degradar o eliminar los contaminantes antes de que fluyan sin ser tratados a cuerpos de agua cercanos o a los sistemas de alcantarillado. Bioswales se puede usar para formar canales que dirigen el flujo y filtran el agua, o se pueden colocar en tiras (a veces llamadas tiras de biofiltración o tiras de filtro) para atrapar el agua que fluye sobre láminas delgadas de las áreas pavimentadas. Algunas bioswales también incluyen otros mecanismos para dirigir y filtrar la escorrentía, como los desagües y las trincheras de infiltración.

Bioswales elimina contaminantes como metales pesados, aceites, grasas y sedimentos de la escorrentía. También enfrían el agua que se ha calentado mientras viajaba por el pavimento antes de que alcanzara cuerpos naturales de agua, donde el agua más caliente podría dañar la vida silvestre. Se pueden usar en estacionamientos en lugar de desagües pluviales y, en áreas urbanas que no tienen mucha cobertura vegetal, pueden ayudar a evitar que las alcantarillas se desborden debido a que hay demasiadas precipitaciones directamente en el desagüe.

La vegetación variará según la región y, desafortunadamente, las bioswales no son ideales para los climas áridos. Pero en lugares que pueden apoyarlos, Bioswales puede hacer mucho bien. También parecen pequeños parques paisajísticos en algunos casos, que son más agradables estéticamente que las estructuras de drenaje de concreto. Bioswales puede incluso albergar pequeñas formas de vida silvestre como mariposas y aves. Son un ganar-ganar para la naturaleza.

6. Vehículos híbridos

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El Prius de Toyota fue el primer automóvil híbrido disponible comercialmente. Aquí, Toyota muestra el Aqua, un hatchback subcompacto de gasolina y electricidad, en la sala de exhibición de la compañía en Tokio el 8 de mayo de 2013. © KAZUHIRO NOGI / AFP / Getty Images

Los coches híbridos se inventaron mucho antes de lo que la mayoría de nosotros imaginamos. A finales del siglo XIX y principios del XX, compitieron junto a los coches a gas, eléctricos e incluso a vapor por el dominio. Por supuesto, los vehículos sólo de gas ganaron el día. Pero a medida que los problemas de eficiencia de combustible y emisiones se volvieron cada vez más importantes, los híbridos resurgieron. Los prototipos híbridos más nuevos se desarrollaron a partir de la década de 1970, pero la mayoría nunca llegó al mercado. El primer híbrido disponible comercialmente fue el Toyota Prius, introducido en Japón en 1997 y en los Estados Unidos en 2001. Desde entonces, han salido muchos más.

Nos referimos aquí a los vehículos híbridos eléctricos (HEV, por sus siglas en inglés) que usan motores de combustión y motores eléctricos (también llamados generadores de motor) en conjunto para producir un mejor rendimiento de combustible que los autos estándar.

Aún tiene que llenarlos con gasolina, pero el motor eléctrico conduce a ganancias en la eficiencia del combustible al permitir que el motor de combustión se apague mientras está en ralentí a través del arranque / apagado automático. También proporciona potencia adicional mientras el automóvil está acelerando o subiendo a través del motor eléctrico / asistencia, lo que permite la instalación de un motor de gasolina más pequeño y eficiente. Algunos híbridos utilizan frenado regenerativo. Mientras el motor aplica resistencia al tren de transmisión y reduce la velocidad del automóvil, la energía de la rueda gira el motor y genera electricidad, que se almacena en la batería de hidruro metálico (NiMH) para su uso posterior. Algunos de los híbridos más caros también pueden operar en modo eléctrico solamente por unas pocas millas, aunque otros se apagarán si no tienen gas.

Dependiendo de la marca y el modelo, los autos híbridos eléctricos pueden obtener un millaje de gasolina mucho mejor que los vehículos tradicionales de tamaño comparativo.

5. LEED, BREEAM, Green Star y otros programas de certificación

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Hearst Tower, el primer edificio comercial verde ocupado con certificación LEED. © Ramin Talaie / Corbis

Los edificios se están certificando como verdes. A medida que nos hemos vuelto más conscientes del efecto que tienen nuestros edificios en el medio ambiente y directamente en nosotros, las organizaciones han desarrollado métodos voluntarios para calificar el impacto ambiental y la eficiencia de los edificios, hogares y otras estructuras similares. Estos incluyen el Método de Evaluación Ambiental del Establecimiento de Investigación de Edificios (BREEAM) y el Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental (LEED). BREEAM se inició en 1990 por BRE Trust y ha sido el estándar de evaluación dominante en el Reino Unido. LEED es un estándar de EE. UU. Creado por el US Green Building Council en 1998. BREEAM y LEED son los métodos más utilizados en todo el mundo actualmente, pero otros están surgiendo, como Green Star, creada por el Green Building Council of Australia (GBCA) en 2003, así como CASBEE en Japón y Estidama en Abu Dhabi.

Las evaluaciones tienen lugar tanto durante el diseño como después de su finalización. Las estructuras existentes o espacios interiores comerciales también pueden ser calificados.Los estándares se pueden adaptar a diferentes regiones o tipos de construcción, y los edificios se clasifican en varios aspectos, incluida la eficiencia energética, el uso eficiente del agua, el uso del suelo, la contaminación, los residuos y la calidad ambiental en interiores.

La existencia de dichas entidades de evaluación ayuda a incorporar prácticas de construcción y operación amigables con el medio ambiente, lo cual es especialmente importante ya que los edificios aparentemente contribuyen con más del 20 por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero en algunas áreas [fuente: HVN Plus]. Ir verde también puede reducir los costos de energía, agua y otros y mejorar la salud de las personas que trabajan en las estructuras. Como un bono adicional, las buenas calificaciones pueden calificar un edificio para la devolución de impuestos y otros incentivos monetarios, y pueden aumentar los valores de propiedad y alquiler.

4. Ecosan Systems

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El uso de un inodoro de compostaje se demuestra en un retiro de yoga en Goa, India, en febrero de 2012. Las ollas con material para cubrir los desechos y la ayuda en la descomposición se guardan al lado de la letrina. © EyesWideOpen / Getty Images

Los sistemas Ecosan (saneamiento ecológico) incluyen varios diseños de inodoros o letrinas amigables con el medio ambiente que generalmente requieren poca o ninguna agua, mientras que aíslan los desechos de manera que eviten los olores y las enfermedades. En muchos casos, los residuos resultantes pueden incluso compostarse y utilizarse como fertilizante o combustible. Algunos diseños separan inmediatamente la orina y las heces (sistemas de desviación de orina). Algunos requieren cubrir los desechos con aserrín, lejía, arena u otro material para eliminar el olor, eliminar la humedad y ayudar con la descomposición para la eliminación o el compostaje. Tales sistemas son ideales para lugares donde el agua es escasa, ya que generalmente no requieren conexión a un sistema de plomería o alcantarillado.

Una marca, EcoSan, se introdujo en el año 2000. Es un inodoro independiente; Al levantar la tapa, los residuos pasan a través de un transportador enroscado durante aproximadamente 25 días, mientras se evaporan y ventilan los residuos líquidos y descomponen los residuos sólidos mediante procesos biológicos. La materia seca e inodora, solo el 5 a 10 por ciento de su masa original se deposita eventualmente en un recipiente para su remoción y reutilización.

Un inodoro ecosan descrito por Unicef ​​India es similar a una casa grande con un bunker de concreto debajo de cada inodoro. Los inodoros a nivel del piso tienen orificios separados para líquidos (que se desvían a ollas afuera) y sólidos, además de un depósito de agua de limpieza y un orificio para que los usuarios dejen caer un puñado de cal, aserrín, ceniza o algo similar después de depositar los residuos sólidos para ayudar Con descomposición, reducción de humedad y control de olores.

Existen otros métodos y productos de construcción de inodoros ecosan que varían en precio, funcionalidad y complejidad.

3. Irradiación germicida ultravioleta

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La planta NEWater en Singapur, que se muestra aquí, utiliza radiación ultravioleta para desinfectar el agua. © ROSLAN RAHMAN / AFP / Getty Images

La irradiación germicida ultravioleta (UVGI) elimina el agua, el aire y las superficies de microorganismos dañinos como virus y bacterias. La luz del sol hace esto naturalmente hasta cierto punto. Sabemos que la luz UV daña nuestra piel y ojos; También mata o inactiva algunos microorganismos.

Los sistemas UVGI utilizan la luz UV concentrada para hacerlo de manera controlada, emitiendo radiación ultravioleta B de onda corta y radiación C ultravioleta a ciertas longitudes de onda, es decir, en el rango germicida entre 200 y 320 nanómetros, a menudo a través de una lámpara de mercurio de baja presión. La luz UV daña las células o el ADN de los microorganismos afectados, matándolos o haciéndolos incapaces de replicarse. La luz UV en el rango más alto de 320 a 400 nanómetros no es eficaz contra los gérmenes.

UVGI se ha incorporado a los conductos de ventilación, sistemas de calefacción y aire acondicionado y unidades de desinfección del aire. También se ha usado en habitaciones enteras, preferiblemente mientras están desocupadas o todos están en equipo de protección. Algunos sistemas emiten luz UV en áreas cercanas al techo para desinfectar el aire sobre las cabezas de las personas en conjunto con los mecanismos de flujo de aire vertical. Se pueden usar filtros de aire de partículas de alta eficiencia (HEPA) u otros tipos de filtración junto con UVGI para eliminar otros contaminantes que los UV no matarán.

La investigación exhaustiva sobre UVGI se realizó desde la década de 1930 hasta la década de 1970 en hospitales y escuelas, pero a pesar de su eficacia demostrada, la UVGI se abandonó en su mayoría, en parte debido a avances en inmunización, avances en antibióticos y preocupaciones sobre la seguridad de la radiación UV.

La creciente prevalencia de gérmenes resistentes a los antibióticos (incluidas las cepas de tuberculosis farmacorresistentes) y el temor al bioterrorismo ha renovado el interés en el UVGI. Es más comúnmente aceptado para la desinfección del agua, pero los usos de desinfección del aire y de la superficie continúan ganando terreno. En 2003, los Centros para el Control de Enfermedades (CDC) aprobaron su uso en hospitales junto con sistemas de limpieza de aire para ayudar a controlar la propagación de la TB.

2. Agroforestería

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Esta granja en Kenia mantiene los árboles creciendo junto a los cultivos para mantener un paisaje agrícola productivo. © Wendy Stone / Corbis

La agrosilvicultura es el manejo simultáneo de árboles y arbustos con cultivos y / o ganado para un uso más eficiente, integrado y ambientalmente sostenible de la tierra. Aplicado adecuadamente, aumenta la diversidad de productos, la producción agrícola y la calidad del suelo y del agua y disminuye la erosión, la contaminación y la susceptibilidad a las condiciones climáticas adversas. También se puede utilizar para albergar la vida silvestre, proteger las cuencas hidrográficas y gestionar las emisiones de carbono de manera más eficaz. Todo esto puede agregar mayores ingresos para los agricultores y un mejor ambiente.

Se pueden emplear varios métodos agroforestales dependiendo de la tierra y los recursos disponibles. Uno es el cultivo en callejones: cultivos que crecen junto a hileras de árboles como el roble, el fresno, el nogal, la pacana u otros árboles de nueces. Los cultivos y las nueces se pueden cosechar y vender mientras los árboles maduran y continúan produciendo nueces.Otro es el cultivo forestal, que utiliza las copas de los árboles para proporcionar el nivel adecuado de sombra para cultivos como helechos, hongos y ginseng. Estos también pueden venderse antes de que los árboles estén listos para la cosecha. Un tercero es la creación de amortiguadores de bosques ribereños: se plantan grupos de árboles, arbustos y pastos como un amortiguador para prevenir la contaminación y la erosión de los bancos y vías fluviales. De manera similar, los árboles y los arbustos se pueden plantar en configuraciones llamadas cortavientos que protegen los cultivos del daño y la erosión del viento y protegen a los animales del daño. Los rompevientos pueden aumentar la polinización de las abejas y gestionar la propagación de la nieve en cultivos o carreteras. Otro método agroforestal es silvopasture, usando árboles para albergar ganado y las hierbas y otras plantas que comen. En todos los casos, los cultivos, los animales y los árboles coexisten simbióticamente, y el agricultor puede concentrarse en cosechar lo que esté disponible en ese momento.

En algunos países, las políticas gubernamentales sofocan estas prácticas, en parte debido a las desconexiones entre las agencias que tratan con los diferentes elementos involucrados. Pero cada vez se presta más atención a la agrosilvicultura como método de cultivo sostenible. En los EE. UU., El Proyecto de Ley Agrícola de 1990 condujo a la creación del Centro Nacional de Agroforestería del USDA.

1. Energía eólica a gran altitud de las cometas

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En esta foto de la prueba de Makani del Ala 7 en Alameda, California, a fines de 2011, puedes ver las turbinas generadoras de energía montadas en la estructura. © Makani Power, A. Dunlap, 2011

Cuando pensamos en aprovechar el poder del viento para proporcionar electricidad, la mayoría de nosotros probablemente pensamos en los molinos de viento. Muy pocos piensan las cometas. Pero una empresa de nueva creación en el área de San Francisco fundada en 2006 llamada Makani Power ha estado trabajando en el uso de turbinas eólicas tipo kite conectadas a amarres para generar energía eólica a grandes alturas, donde hay vientos más fuertes y más constantes que los que tenemos a nivel del suelo. Makani significa viento en Hawai, por cierto.

Los amarres pueden alcanzar hasta 2.000 pies (609.6 metros) sobre el suelo, y son tanto el método de suspensión como el método para transmitir energía de vuelta a la base. Las cometas son alrededor de cien pies de largo y están hechas de fibra de carbono. Tienen cuatro hélices e incorporan sensores y unidades de GPS en las alas que transmiten datos que pueden utilizarse para optimizar su vuelo. En realidad vuelan en bucles en lugar de flotar. Y son lo suficientemente ligeros para mantener la altitud en vientos más lentos que 15 millas por hora (MPH).

Según se informa, las turbinas tienen el potencial de generar el doble de energía, quizás incluso más, a la mitad del costo de las turbinas eólicas modernas a nivel del suelo. Los costos son competitivos con los de la quema de carbón y ocupan menos espacio que otros métodos de generación de energía.

Es probable que las cometas, aún a unos pocos años de la disponibilidad comercial, se usen a lo largo de las costas o en el océano unido a boyas. Makani Power ha recibido fondos de Google y de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para el Departamento de Energía (ARPA-E), y está programada para ser adquirida por Google X, el laboratorio que trabaja en proyectos como Google Glass y autos autosuficientes.

Toneladas de cuentas de Mardi Gras obstruyen los desagües pluviales de NOLA

Toneladas de cuentas de Mardi Gras obstruyen los desagües pluviales de NOLA

Los trabajadores de la ciudad han extraído 46 toneladas de las cuentas de colores de las cuencas obstruidas de Nueva Orleans. WordsSideKick.com analiza cómo están solucionando el problema.


Nota del autor: 10 avances en ingeniería ambiental

Como habitante de este planeta, estoy muy interesado en lo que podemos hacer para usar y conservar adecuadamente nuestros recursos naturales. Parcialmente porque es lo correcto, y parcialmente porque me gusta vivir y respirar. También prefiero mi comida, aire y agua no contaminados por enfermedades y contaminantes. Me encanta tener agua corriente limpia que viene directamente a mi casa y trabajar en los baños sin olores nocivos.

Todo esto es algo bastante obvio, pero ¿con qué frecuencia pensamos en cómo se alcanzó nuestro estado de higiene actual? Solo lo pensé un poco antes de investigar este artículo. Estoy agradecido por todas nuestras modernas instalaciones sanitarias y los científicos e ingenieros pasados ​​y presentes que los han hecho posibles. ¡Mantengámonos libres de cólera, gente!


Suplemento De Vídeo: 5 COSAS QUE NO SABÍAS DE LA ENERGÍA EÓLICA | Ingeniería Ambiental.




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