Alberto Bouzas Blanco - Bases d'enginyeria ambiental

–En què consisteix, com funciona i com es dissenya i es construeix una planta de tractament d’aigües residuals?

–Quina és la forma d’operar d’una planta de tractament de residus?

–Quins són els processos de depuració i/o de combinació de residus més apropiats per al tractament d’un determinat efluent o residu?

–Quina és la grandària d’un reactor químic o biològic i en quines condicions ha d’operar per tal de portar a terme l’eliminació d’un determinat contaminant?

–Quina és l’opció més aconsellable per al subministrament d’aigua en una determinada zona: la instal·lació d’una dessaladora o el transvasament d’aigua?

–Com es mesura i classifica la qualitat de l’aire? I la de l’aigua? I la del sòl?

–Quin és l’efecte d’un abocament en la concentració d’oxigen d’un riu?

–Quina serà l’evolució de la concentració d’un patogen a partir d’un abocament puntual a l’Albufera?

El present treball pretén com a objectiu principal servir de text bàsic i iniciàtic en l’enginyeria ambiental, cobrir les mancances bibliogràfiques existents al respecte i ser un llibre pioner en el seu gènere escrit en la nostra llengua. Malgrat que el text ha estat elaborat específicament pensant en les necessitats de formació de l’assignatura Bases de l’enginyeria ambiental, de la llicenciatura de Ciències Ambientals, el caràcter bàsic de l’obra fa que també puga ser utilitzada per estudiants de qualsevol disciplina científica o enginyeria com a text introductori als fonaments i a les aplicacions pràctiques de l’enginyeria ambiental.

L’obra s’estructura en diferents capítols segons els continguts bàsics que configuren l’enginyeria ambiental, que corresponen als descriptors de l’esmentada assignatura del pla d’estudis de la llicenciatura de Ciències Ambientals. Els capítols en què s’ha organitzat el llibre són:

1.Conceptes generals.

2.Balanços de matèria.

3.Balanços d’energia.

4.Introducció als reactors.

5.Introducció als fenòmens de transport.

6.Processos de depuració físics, químics i biològics.

7.Índexs de qualitat del medi.

La seqüència dels capítols no és arbitraria, ja que segueix un ordre de complexitat creixent i, generalment, l’adequada comprensió d’un determinat capítol requereix els coneixements fonamentals que es presenten en els capítols precedents.

En el primer capítol es presenten una sèrie de conceptes bàsics generals que apareixeran molt sovint al llarg del llibre. Així, termes com ara fenòmens de transport, règim estacionari i no estacionari, o com ara operació unitària, són definits en aquest capítol.

Els dos capítols següents es dediquen a l’estudi dels balanços de les dues propietats de major importància en l’estudi i disseny de processos, la matèria i l’energia. S’hi estudiaran sistemes de diferent complexitat: règim estacionari i no estacionari, amb i sense reacció, etc. L’ensenyament dels balanços ha de ser fonamentalment aplicat, això vol dir que s’aprenen resolent problemes. En aquests capítols, a la resolució d’exemples il·lustratius dels diferents tipus de sistemes que s’estudien s’adjunta una sèrie d’enunciats de problemes que poden servir de material didàctic complementari per a l’estudi.

El capítols quatre i cinc pretenen ser una introducció bàsica i senzilla a dues de les disciplines més importants en l’enginyeria de processos: l’enginyeria dels reactors i els fenòmens de transport, i s’aborda aquest estudi des d’una perspectiva ambiental.

L’estudi dels reactors tracta els casos més senzills: els reactors ideals iso­terms. Partint de l’expressió cinètica i aplicant els balanços pertinents es desenvolupen les equacions necessàries per dissenyar i analitzar el funcionament dels reactors, i s’il·lustren amb diferents exemples que es resolen. Des del punt de vista pràctic es descriuen alguns dels exemples característics d’aplicacions de reactors a l’enginyeria ambiental i es planteja la resolució i l’anàlisi de dos casos concrets: el reactor de fangs activats i una descàrrega d’aigua residual en un riu. Finalment, s’adjunta una sèrie d’enunciats de problemes complementaris per resoldre.

Els fenòmens de transport es tracten referint-nos a la importància i la necessitat de conèixer la velocitat a què es produeixen les transformacions a l’hora d’abordar l’estudi i el disseny de qualsevol sistema. Es mostren el dos mecanismes de transport, molecular i turbulent, i les equacions de velocitat per a les diferents propietats d’interès: matèria, energia i quantitat de moviment. Es presenta el concepte de coeficients de transport i el mètode per calcular-los. L’aplicació pràctica dels diferents conceptes es fa palesa mitjançant la resolució d’exemples senzills. L’anàlisi de problemes amb sistemes més complexos s’aborda mitjançant el plantejament i la resolució de diferents casos concrets representatius. S’afegeix una col·lecció de problemes addicionals per al treball personal.

En el capítol sis es defineixen i es descriuen les principals operacions uni­tàries físiques de depuració i els processos unitaris químics o biològics de depuració més destacables. A causa del caràcter bàsic d’aquesta obra, l’estudi de les diferents operacions i processos es fa atenent a la seua aplicació i a la descripció pràctica del seu funcionament. La complexitat necessària per a l’estudi del disseny dels aparells que es requereixen en les diferents operacions i processos queda fora de l’abast d’aquesta obra, però es poden estudiar adequadament en l’extensa bibliografia específica disponible.

Els índexs de qualitat ambiental, ja siguen de l’aigua, de l’aire o del sòl, representen una eina relativament nova per descriure d’una forma estàndard, senzilla i universal l’estat ecològic dels medis. En l’últim capítol del llibre es descriuen i s’analitzen alguns dels principals índexs de qualitat que s’utilitzen per determinar la qualitat d’un medi.

1. Conceptes generals

1.1 Quina és la funció de l’enginyeria ambiental?

La titulació i la professió d’enginyer ambiental han aparegut en l’àmbit internacional molt recentment –dècada dels 70 del segle xx– a partir, en algunes universitats, de la reorientació i l’especialització dels estudis d’enginyeria sanitària, i en d’altres a partir de l’enginyeria química. Aquesta joventut en l’àmbit acadèmic no significa que no s’hagen adoptat solucions tecnològiques en els problemes ambientals des de l’antiguitat.

Els orígens d’allò que grosso modo es pot anomenar enginyeria ambiental es remunten a l’antiguitat clàssica. La cultura grega fou la primera a relacionar de forma empírica la manca d’higiene amb la proliferació de malalties. Aquesta constatació, junt amb el desenvolupament tecnològic dut a terme per la civilització romana posteriorment, féu possible l’existència de ciutats de grans dimensions durant el domini romà. Així, la ciutat de Roma assolí al començament de la nostra era una població propera al milió d’habitants. Una concentració urbana d’aquestes dimensions només és possible amb un sistema d’infraestructures que proporcione aigua fresca a la metròpoli i transporte fora de la ciutat els residus generats. El govern romà n’era conscient, de forma que tota una xarxa de conduccions i aqüeductes transportaven aigua de forma contínua a Roma, on es distribuïa a la multitud de fonts i banys públics al servei dels ciutadans. L’aigua corrent arribava fins i tot als habitatges de l’aristocràcia. Per altra banda, la ciutat disposava d’una xarxa de clavegueres que transportaven els residus generats fins al Tíber.