Ingenieria Ambiental /

1. Ingeniería Ambiental .................................................................................................. 1 1.1 Definiciones: ingeniería, ingeniería civil, ingeniería ambiental, ambiente, contaminación e impacto ambiental. ................................................................................................................................................. 3 1.1.1 Ingeniería ..................................................................................................................................................................... 3 1.1.2 Ingeniería Civil ........................................................................................................................................................... 4 1.1.3 Ingeniería Ambiental .............................................................................................................................................. 4 1.1.4 Ambiente ...................................................................................................................................................................... 6 1.1.5 Contaminación ........................................................................................................................................................... 8 1.1.6 Impacto Ambiental ............................................................................................................................................... 12 1.2 El enfoque de sistemas. Sistemas de uso y manejo del agua; sistemas de control de la calidad del aire; sistemas de manejo de residuos sólidos ........................................................................ 14 1.2.1 El enfoque de sistemas ........................................................................................................................................ 14 1.2.2 Sistemas de uso y manejo del agua ................................................................................................................ 15 1.2.3 Sistemas de control de la calidad del aire ................................................................................................... 21 1.2.4 Sistemas de manejo de residuos sólidos ...................................................................................................... 24 1.3 Desarrollo sustentable ............................................................................................................................ 27 1.3.1 El concepto de sustentabilidad ........................................................................................................................ 28 1.3.1 Enfoque sistémico de la sostenibilidad ........................................................................................................ 30 1.4 Preguntas y actividades propuestas .................................................................................................. 36 2. Conceptos básicos del análisis demográfico ..................................................... 42 2.1 Dinámica de la población humana ...................................................................................................... 42 2.1.1 Modelo de transición demográfica ...................................................................................................................... 43 2.1.2. Situación demográfica en América Latina y el Caribe ....................................................................... 46 2.1.3. Situación demográfica de México ....................................................................................................................... 49 2.2 Fuentes de información .......................................................................................................................... 53 2.2.1. Fuentes primarias ............................................................................................................................................ 53 2.2.2. Fuentes secundarias ....................................................................................................................................... 55 2.3 Componentes y características de la población ............................................................................. 59 2.3.1. Dimensión ........................................................................................................................................................... 59 2.3.2. Estructura ............................................................................................................................................................ 60 2.3.3. Pirámide poblacional ...................................................................................................................................... 61 2.3.4. Distribución geográfica .................................................................................................................................. 64 2.3.5. Componentes demográficos ........................................................................................................................ 64 2.3.6. Fecundidad ......................................................................................................................................................... 65 2.3.7. Mortalidad ........................................................................................................................................................... 68 2.3.8. Migración ............................................................................................................................................................. 70 2.4 Proyecciones de población y métodos ............................................................................................... 74 2.5 Industrialización y urbanización ........................................................................................................ 80 2.5.1. Los primeros centros urbanos .................................................................................................................... 81 2.5.2. La urbanización en el siglo XIX ................................................................................................................... 84 2.5.3. La influencia de la industrialización noroccidental europea ......................................................... 85 2.5.4. Metropolización ................................................................................................................................................ 85 Prefacio2.5.5. Los centros urbanos del futuro: Ciudades Inteligentes .................................................................... 87 2.6 Instrumentos de política ambiental para regular el uso del suelo y las actividades productivas en el país. ........................................................................................................................................... 90 2.6.1. Ordenamiento ecológico del territorio ................................................................................................... 91 2.6.2. Instrumentos económicos ............................................................................................................................ 92 2.6.3. Criterios ambientales para el desarrollo urbano y vivienda .......................................................... 93 2.6.4. El ambiente y las actividades productivas ............................................................................................. 93 2.6.5. El Programa de Ordenamiento Ecológico General del Territorio ................................................ 95 2.7 Preguntas y actividades propuestas ................................................................................................ 100 3. Balances de materia y energía ............................................................................ 111 3.1 Conservación de la materia y la energía ......................................................................................... 114 3.2 Balances de materia ............................................................................................................................... 116 3.2.1 Sistemas sin transformaciones ..................................................................................................................... 118 3.2.2 Sistemas con transformaciones .................................................................................................................... 123 3.2.3 Reactores ............................................................................................................................................................... 129 3.2.4 Diseño de reactores ........................................................................................................................................... 131 3.3 Balances de energía ................................................................................................................................ 135 3.3.1 Aplicación de la primera ley de la termodinámica: Contaminación térmica ............................. 136 3.3.2 Aplicación de la segunda ley de la termodinámica: Rendimiento de centrales termoeléctricas. .................................................................................................................................................................. 138 3.4 Preguntas y actividades propuestas ................................................................................................ 141 4. Ingeniería y principios de ecología ................................................................... 144 4.1 Características de los ecosistemas .................................................................................................... 146 4.1.1. Sucesión ecológica ................................................................................................................................................. 149 4.1.2. Asociaciones bióticas naturales ....................................................................................................................... 154 4.2 Flujo de energía ....................................................................................................................................... 159 4.3 Cadenas y niveles tróficos .................................................................................................................... 161 4.4 Flujo de masa ............................................................................................................................................ 165 4.5 Ciclos de nutrientes ................................................................................................................................ 178 4.6 Fundamentos de limnología ................................................................................................................ 192 4.6.1. Organismos en las zonas de los ecosistemas lénticos ............................................................................. 195 4.6.2. Características físicas de los ecosistemas lénticos ................................................................................... 196 4.7 Eutrofización ............................................................................................................................................. 197 4.8 Especies de plantas y animales en peligro ..................................................................................... 202 4.8.1. Rareza de las especies .......................................................................................................................................... 203 4.8.2. Extinción de especies ............................................................................................................................................ 206 4.8.3 Impactos que causan proyectos de desarrollo en los ecosistemas ..................................................... 209 4.9 Leyes, reglamentos y normas oficiales mexicanas aplicables a la protección de los ecosistemas .............................................................................................................................................................. 219 4.9.1. Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente .................................................... 219 4.9.2. Ley General de Desarrollo Forestal Sustentable ....................................................................................... 221 4.9.3. Ley General de Vida Silvestre ............................................................................................................................ 223 4.9.4. Ley de Desarrollo Rural Sustentable .............................................................................................................. 223 4.9.5. Ley de Aguas Nacionales ..................................................................................................................................... 224 4.9.6. Ley Federal de Metrología y Normalización ............................................................................................... 224 4.9.7. Ley de Productos Orgánicos .............................................................................................................................. 225 4.9.8. Reglamentos ............................................................................................................................................................. 226 4.9.9. Normas oficiales mexicanas ............................................................................................................................... 226 4.10 Preguntas y actividades propuestas ................................................................................................ 230 5. Microbiología y epidemiología ........................................................................... 255 5.1 Fundamentos de microbiología ......................................................................................................... 256 5.1.1 Bacterias ................................................................................................................................................................. 258 5.1.2 Virus, algas, hongos y protozoarios ............................................................................................................ 264 5.2 Microbiología aplicada .......................................................................................................................... 269 5.2.1 Microbiología en suelos y tratamiento de residuos ............................................................................. 269 5.2.2 Microbiología en agua y su tratamiento.................................................................................................... 270 5.2.3 Microbiología en atmósfera e interiores ................................................................................................... 274 5.3 Epidemiología y enfermedades .......................................................................................................... 276 5.3.1 Patógenos .............................................................................................................................................................. 277 5.3.2 Enfermedades de trasmisión por agua ...................................................................................................... 279 5.3.3 Enfermedades de trasmisión por aire ....................................................................................................... 282 5.3.4 Enfermedades de trasmisión por insectos y roedores ....................................................................... 284 5.4 Enfermedades no infecciosas .............................................................................................................. 286 5.4.1 Contaminantes inorgánicos ............................................................................................................................ 286 5.4.2 Contaminantes orgánicos ................................................................................................................................ 289 5.5 Preguntas y actividades propuestas ................................................................................................ 292 6. Evaluación de la calidad del agua ...................................................................... 296 6.1 Contaminantes del agua y sus fuentes ............................................................................................. 298 6.1.1 Uso del agua en el mundo .................................................................................................................................... 298 6.1.2 Huella hídrica ............................................................................................................................................................ 299 6.1.3 Uso del agua en México ......................................................................................................................................... 302 6.1.4 Fuentes de contaminación puntuales y no puntuales .............................................................................. 305 6.1.5 Contaminación biológica ...................................................................................................................................... 306 6.1.6 Contaminación física .............................................................................................................................................. 308 6.1.7 Contaminación química ........................................................................................................................................ 309 6.1.8 Contaminantes Emergentes ................................................................................................................................ 310 6.2 Balance de oxígeno disuelto en ecosistemas acuáticos ............................................................. 312 6.2.1 Solubilidad de gases en el agua. Ley de Henry ............................................................................................ 313 6.2.2 Demanda Bioquímica de Oxígeno ..................................................................................................................... 318 6.3 Modelo de oxígeno disuelto ................................................................................................................. 324 6.3.1 Déficit de Oxígeno ................................................................................................................................................... 324 6.3.2 Degradación – aireación ....................................................................................................................................... 326 6.3.3 Modelo de Streeter-Phelps .................................................................................................................................. 330 6.4 Aguas subterráneas ................................................................................................................................ 338 6.4.1 Tipos de acuíferos ................................................................................................................................................... 338 6.4.2 Gradiente hidráulico y Ley de Darcy ............................................................................................................... 341 6.4.3 Velocidad de flujo .................................................................................................................................................... 343 6.4.4 Dispersión y retardo .............................................................................................................................................. 346 6.5 Preguntas y actividades propuestas ................................................................................................ 360 7. Bibliografía ................................................................................................................ 365Índice de objetos de aprendizaje 1 - Ingeniería Ambiental 1.1. Ingeniería civil y sustentabilidad - Diseñado por Alba Vázquez ................................................................... 37 1.2. EcoPuma - Diseñado por Alba Vázquez ................................................................................................................... 37 1.3. Índice IESE, Cities in motion (ICIM) - Diseñado por Alba Vázquez .............................................................. 38 1.4. Índice IESE, Cities un motion México - Diseñado por Alba Vázquez ............................................................ 38 1.5. Desarrollo sustentable - Diseñado por Alba Vázquez ........................................................................................ 40 2 - Conceptos básicos del análisis demográfico 2.1. Análisis del video Don’t panic: The facts about population - Diseñado por Cristian González ...... 103 2.2. Elaboración de gráficos en GAPMINDER Tools.- Diseñado por Cristian González .............................. 104 2.3. Consulta de registros de estadísticas vitales de INEGI - Diseñado por Cristian González ................ 106 2.4. Generación y análisis de pirámides poblacionales - Diseñado por Cristian González ....................... 107 2.5. Matriz y tasas de migración - Diseñado por Cristian González .................................................................... 108 2.6. Proyecciones de población - Diseñado por Cristian González ...................................................................... 109 3 - Balances de materia y energía 3.1. Balances de materia 1- Diseñado por Vicente Fuentes ................................................................................... 144 3.2. Balances de materia en un proceso de mezcla - Diseñado por Vicente Fuentes .................................. 144 4 - Ingeniería y principios de ecología 4.1. Ecosistemas de México: extensión y distribución - Diseñado por Enrique César ................................ 234 4.2. Manglares de México - Diseñado por Enrique César ........................................................................................ 235 4.3. Convención Minamata sobre el Mercurio - Diseñado por Enrique César ................................................ 236 4.4. Cambio climático y mosquitos - Diseñado por Enrique César ..................................................................... 237 4.5. Malezas acuáticas - Diseñado por Enrique César .............................................................................................. 238 4.6. COP13 de Diversidad Biológica, México 2016- Diseñado por Enrique César ........................................ 239 4.7. Aprender a proteger la Biodiversidad - Diseñado por Enrique César ...................................................... 240 4.8. Pérdida de Biodiversidad - Diseñado por Enrique César ............................................................................... 241 4.9. Praderas - Diseñado por Enrique César ................................................................................................................. 241 4.10. Plagas - Diseñado por Enrique César ................................................................................................................... 243 4.11. Rally de identificación de impactos en el medio natural - Diseñado por Enrique César ................ 244 5 - Microbiología y epidemiología 5.1. Diagrama Causa-Efecto de la crisis del cólera en Londres - Diseñado por Antonio Jacintos .......... 293 5.2. Una bacteria que hace milagros - Diseñado por Alba Vázquez .................................................................... 293 5.3. Línea de tiempo de brotes epidémicos - Diseñado por Antonio Jacintos ................................................ 293 5.4. Investigación de enfermedades no infecciosas (ENI) - Diseñado por Antonio Jacintos .................... 294 6 - Evaluación de la calidad del agua 6.1. Con vida el agua - Diseñado por Alba Vázquez ................................................................................................... 361 6.2. Huella hídrica, el agua está en todas partes - Diseñado por Rodrigo Takashi ....................................... 361 6.3. Realización de un video del tema de acuíferos - Diseñado por Rodrigo Takashi ................................. 362 6.4. Crucigrama de aguas subterráneas - acuíferos - Diseñado por Rodrigo Takashi ................................. 363

El texto brinda al estudiante que comienza a abordar esta temática, un panorama general y sencillo de lo que es la Ingeniería Ambiental. Comienza con el estudio de los conceptos básicos y tópicos relacionados con las ciencias ambientales que serán de gran utilidad para entender aspectos más profundos de esta rama de la ingeniería.

Después se analizan los aspectos concernientes a la contaminación del agua, los métodos de control y los tratamientos primario, secundario y terciario de las aguas residuales; de estos últimos se mencionan los más avanzados como los tratamientos biológicos y la ósmosis inversa, toca los aspectos del suelo. Respecto del aire, aborda los fenómenos naturales que influyen de manera importante en su contaminación, también incluye el tema de contaminación por ruido.

Se tratan en la obra nuevas tecnologías de remediación, de procesos industriales y fuentes de energía no contaminantes, así como el estudio de la relación que hay entre la contaminación, el deterioro del ambiente y aspectos sociales de diversos órdenes: económicos, demográficos, políticos, etc.

Ingeniería Ambiental