Alberto Bouzas Blanco - Bases d'enginyeria ambiental

Amb la caiguda de l’Imperi romà es va produir al món occidental un declivi de la salut pública que es va perllongar fins ben entrat el segle xix. L’elit dirigent no percebia com a responsabilitat pròpia el manteniment de les instal·lacions adequades. A les ciutats de l’Europa medieval les aigües residuals i els residus sòlids eren abocats directament al carrer. Aquesta situació d’insalubritat impulsà la propagació de malalties, que assoliren nivells descomunals al segle xiv amb les epidèmies de pesta que arrasaren tot el món occidental. Malgrat els grans avanços mèdics en anatomia i en cirurgia al llarg del Renaixement, la conjuntura en qüestions de salut pública es mantingué més o menys inalterable.

L’aparició de grans aglomeracions humanes al voltant dels centres de producció, com a conseqüència del desenvolupament de la revolució industrial, donà lloc a una situació insostenible: encara en ple segle xix els residus domèstics, líquids i sòlids, eren abocats al carrer, on es podrien i es dispersaven. En front d’aquesta adversitat, al Regne Unit es duen a terme alguns estudis amb la finalitat de trobar solucions als greus problemes de salut de l’època. En aquest sentit, cal subratllar que el problema es considerava econòmic, pels efectes sobre la producció industrial, més que social. Cal tenir en compte el context històric: en una època en la qual la doctrina del laissez faire del capitalisme salvatge s’entén gairebé com una llei natural, les institucions encara no han adquirit la responsabilitat en els problemes de salut pública.

Un punt d’inflexió de gran importància respecte a la salut pública és l’informe de Sir E. Chadwick de 1842, Enquiry into the Sanitary Condition of the Labouring Population of Great Britain. Entre les conclusions d’aquest document destaca la importància de buscar l’ajut de la ciència de l’enginyer, no del metge. Entre les solucions que l’enginyeria pot aportar a la salut pública, segons aquest informe, destaquen:

–Equipar cada allotjament amb aigua potable.

–Eliminar l’aigua residual dels habitatges i recollir-la mitjançant una xarxa de clavegueres.

–Transportar als terrenys agrícoles els residus recollits als centres urbans.

El reconeixement de la importància de l’enginyeria en la salut pública fa que sorgisca de l’enginyeria civil una disciplina que es consolidarà a partir d’aquestes dates: l’enginyeria sanitària. En un principi la seua funció era simplement la de transport de materials: transport d’aigua de subministrament a les ciutats i evacua­ció dels residus i de les aigües residuals urbanes. Amb el creixement industrial i l’augment de les aglomeracions urbanes es fan necessaris uns tractaments més complexos que tenen els fonaments en l’enginyeria química.

En definitiva, es pot dir que l’enginyeria ambiental és una disciplina moderna amb un caràcter marcadament multidisciplinari que es recolza fonamentalment en l’enginyeria civil i l’enginyeria química i que necessita per al seu desenvolupament el coneixement que proporcionen els camps de les ciències bàsiques de la química, la física, la biologia i l’economia.

L’activitat humana es pot considerar, de forma simplificada, com un procés que es proveeix de recursos naturals i genera materials manipulats que tornen al medi en forma de residus (figura 1.1). Resulta clar que aquest esquema no produeix problemes ambientals si l’escala de l’acció humana és negligible en comparació amb l’escala del medi: en una societat primitiva la utilització de recursos naturals és infinitament petita enfront del total disponible i els residus produïts són absorbits pel medi de forma que els efectes hi queden totalment diluïts o s’hi integren mitjançant l’acció de processos naturals.

El problema sorgeix quan la magnitud de l’escala de l’activitat humana és del mateix ordre que la grandària del medi que la sosté –conseqüència de l’augment de la població i de l’activitat per càpita de les societats desenvolupades–, de forma que es produeix una situació insostenible. En aquest context es pot definir l’enginyeria ambiental com el camp de la tecnologia que té per objecte la concepció, el disseny i la implantació de solucions per minimitzar els efectes de les activitats humanes en el medi ambient. Aquestes solucions es materialitzen en forma de sistemes correctius o en estratègies de caràcter preventiu. Segons aquesta definició són possibles diverses alternatives per actuar sobre el sistema insostenible:

–Reducció: de la fabricació de productes, de l’ús final de béns; implantació de tecnologies netes més eficients en l’ús de materials i de l’energia.

–Recuperació (valorització): dels materials (reciclatge i reutilització); de l’energia (incineració, gasificació, compostatge).

–Tractament: minimització de la toxicitat i del perill de l’impacte sobre el medi.

–Eliminació: dipòsits de seguretat per a residus tòxics o perillosos, abocadors controlats per a residus domèstics.

En la taula 1.1 es mostren els principals àmbits de treball de l’enginyeria ambiental per minimitzar els efectes de l’activitat humana en el medi ambient.

L’anàlisi o disseny d’un procés ja siga de tractament, de recuperació o d’eliminació a escala industrial fa necessari un estudi detallat de les diferents etapes del procés, per la qual cosa cal aplicar els coneixements englobats en les següents denominacions:

–Balanços de matèria i energia.

–Operacions bàsiques.

–Reactors químics i biològics.

–Economia.

Els balanços de matèria i energia són essencialment aplicacions de les lleis de conservació de la matèria i de l’energia en el sistema de tractament o instal·lació.

Les operacions bàsiques (operacions físiques unitàries) engloben els processos de natura física que tenen lloc en una determinada planta o instal·lació. En aquestes operacions es produeix el transport de les propietats de matèria, d’energia i de quantitat de moviment. Aquestes operacions es poden classificar segons el tipus de transport que controla el procés tal com es mostrarà més endavant en aquest capítol.

En el bloc de coneixement corresponent als reactors (que la bibliografia ambiental denomina processos unitaris biològics i químics) s’estudien els sistemes en què intervenen reaccions químiques, encara que en ocasions poden ser controlades per processos físics com la difusió (com en un reactor biològic de suport sòlid). A més de conèixer la cinètica de la reacció s’ha de seleccionar el tipus de reactor on dur-la a terme, segons la reacció i el funcionament continu o discontinu del sistema.

Per últim, com en qualsevol altre camp de la tecnologia, el factor econòmic juga un paper fonamental en la selecció d’alternatives en un determinat problema ambiental. No obstant això, cal tenir en compte que l’economia de la solució depèn, lògicament, de la dificultat i la importància del problema, la qual cosa no permet de generalitzar en termes quantitatius. Per exemple, el cost de tractament d’una aigua residual varia sensiblement segons la natura i la concentració dels contaminants presents, de forma que es poden trobar diferències fins i tot en ordres de magnitud entre els tipus d’efluents de diferents orígens i naturalesa.

1.2 Exemple de sistema de tractament: estació depuradora d’aigües residuals