INGENIERÍA AMBIENTAL / Fundamentos - Sustentabilidad - Diseño

Contenido
Capítulo Uno Ingeniería y desarrollo
sustentable 1
1.1 Antecedentes 2
1.2 Definición de sustentabilidad 4
1.3 Problemas que afectarán la práctica
de la ingeniería en el futuro 9
1.3.1 Población y urbanización 9
1.3.2 Salud 11
1.3.3 Escasez de agua, conflicto
y resolución 13
1.3.4 Energía y clima 14
1.3.5 Químicos tóxicos y recursos
finitos 18
1.3.6 Flujo de materiales y la
construcción del medio
ambiente 18
1.4 La revolución sustentable 21
Términos clave 22
Capítulo Uno Problemas 23
Referencias 25
Capítulo Dos Mediciones
ambientales 26
2.1 Unidades de concentración de
masa 27
2.1.1 Unidades de masa/masa 27
2.1.2 Unidades de masa/volumen:
mg/L y g/m3
29
2.2 Unidades de volumen/volumen
y de mol/mol 30
2.2.1 Uso de la ley de los gases
ideales para convertir ppmv
a
g/m3
30
2.3 Unidades de presión parcial 33
2.4 Unidades de mol/volumen 37
2.5 Otro tipo de unidades 38
2.5.1 Normalidad 38
2.5.2 Concentración como un
constituyente común 41
2.5.3 Reportar concentraciones de
partículas en aire y agua 44
2.5.4 Representación por efecto 46
Términos clave 48
Capítulo Dos Problemas 49
Referencias 51
Capítulo Tres Química 52
3.1 Aproximaciones a la química
medioambiental 53
3.2 Actividad y concentración 53
3.3 Reacción estequiométrica 56
3.4 Leyes de la termodinámica 57
3.5 Volatilización 60
3.6 Equilibrio aire-agua 65
3.6.1 Constante de la Ley de Henry
con unidades para un gas que
se disuelve en un líquido 65
3.6.2 Constante de la Ley de Henry
adimensional para especies que
transfieren de la fase líquida a la
fase gaseosa 66
3.7 Química ácido-base 68
3.7.1 pH 68
3.7.2 Definición de ácidos y bases y
sus constantes de equilibrio 69
29
4.2.1 Formas de energía 130
4.2.2 Conducción de un balance de
energía 132
4.3 Procesos de transporte de
masa 138
4.3.1 Advección y dispersión 139
4.3.2 Movimiento de una partícula en
un fluido: la Ley de Stokes 148
4.3.3 Flujo de aguas
subterráneas 150
Términos clave 153
Capítulo Cuatro Problemas 154
Referencias 157
Capítulo Cinco Biología 158
5.1 Estructura y función del
ecosistema 159
5.1.1 Grupos principales de
organismos 161
5.2 Dinámica de población 164
5.2.1 Unidades de expresión del
tamaño de una población 164
5.2.2 Modelos de crecimiento de
población 164
5.3 Flujo de energía en los
ecosistemas 182
5.3.1 Capturar y usar energía:
fotosíntesis y respiración 182
5.3.2 Estructura trófica de los
ecosistemas 186
5.3.3 Termodinámica y transferencia
de energía 187
5.4 Demanda de oxígeno: bioquímica,
química y teórica 190
3
rosos 221
6.3.2 Toxicidad 221
6.4 Ética y riesgo de la ingeniería 227
6.5 Evaluación de riesgo 229
6.5.1 Evaluación del peligro 230
6.5.2 Evaluación de la dosisrespuesta 231
6.5.3 Evaluación de la
exposición 236
6.5.4 Caracterización del riesgo 240
6.6 Problemas más complicados
con por lo menos dos rutas de
exposición 248
6.6.1 Establecer estándares de
calidad de agua con base en
la exposición al tomar agua y
comer pescado 249
6.6.2 Cómo determinar los estándares
de limpieza de tierra admisibles
que protegen las aguas
subterráneas 250
Términos clave 255
Capítulo Seis Problemas 256
Referencias 258
Capítulo Siete Ingeniería Verde 259
7.1 ¿Qué es la “Ingeniería Verde”? 260
7.2 Diseño 261
7.3 Prevención de la contaminación,
diseño para el ambiente, ecología
industrial, sustentabilidad 264
7.4 Conceptos fundamentales 269
7.4.1 Inherencia 269
7.4.2 Ciclo de vida 270
5
de lagos
y reservas 319
8.3.2 Materia orgánica, estratificación
térmica y agotamiento del
oxígeno 321
8.3.3 Limitación de nutrientes y
estado trófico 322
8.3.4 Gestión de ingeniería de
lagos 324
8.4 Humedales 326
8.4.1 Tipos de humedales 327
8.4.2 Funciones de los
humedales 328
8.4.3 Construcción de
humedales 330
8.4.4 Humedales creados: una opción
para la mitigación 331
8.5 Desarrollo de bajo impacto 332
8.5.1 Azoteas verdes 333
8.5.2 Pavimentos permeables
(o porosos) 337
8.5.3 Celdas de bioretención 338
8.5.4 Bioswales (riachuelos urbanos)
y otras técnicas de uso de
suelo 342
8.5.5 Selección de vegetación 342
8.6 Calidad de las aguas
subterráneas 343
8.6.1 Fuentes y características de los
contaminantes de las aguas
subterráneas 343
8.6.2 Destino y transporte de los
contaminantes en el agua
subterránea 344
7
8.6.3 Estrategias de remediación de
aguas subterráneas 348
Términos clave 348
Capítulo Ocho Problemas 350
Referencias 353
Capítulo Nueve Abastecimiento de
agua, distribución y recolección de aguas
residuales 354
9.1 Introducción 355
9.2 Disponibilidad del agua 358
9.3 Utilización del agua 358
9.3.1 Uso de agua en Estados Unidos
de América 361
9.3.2 Suministro de agua
pública 364
9.3.3 Reclamación y reutilización del
agua 365
9.3.4 Escasez de agua 367
9.4 Demanda municipal de agua 368
9.4.1 Creación de modelos para
estimar la demanda 368
9.4.2 Estimación del flujo de agua y
de las aguas residuales 370
9.4.3 Flujos de tiempo variable y
ciclos estacionales 372
9.4.4 Demanda de flujo de incendios
y no contabilizada para el
agua 377
9.4.5 Flujos de clima húmedo para
aguas residuales 379
9.4.6 Previsión de demanda 380
9.5 Distribución de agua y sistemas de
recolección de aguas residuales 385
9.5.1 Disposición del sistema 386
9.5.2 Velocidades de flujo de diseño y
tamaño de las tuberías 387
9.5.3 Estaciones de bombeo y
almacenamiento 389
Términos clave 391
Capítulo Nueve Problemas 392
Referencias 395
Capítulo Diez Tratamiento de
aguas 396
10.1 Introducción 397
10.2 Características del agua no
tratada 397
10.2.1 Características físicas 398
10.2.2 Constituyentes inorgánicos
principales y menores 401
10.2.3 Principales constituyentes
orgánicos 404
10.2.4 Constituyentes
microbianos 405
10.3 Estándares de calidad del agua 407
10.4 Visión general de los procesos de
tratamiento de aguas 408
10.5 Coagulación y floculación 408
10.5.1 Eliminación y estabilidad de
partículas 410
10.5.2 Coagulantes químicos 410
10.5.3 Otras consideraciones 414
10.6 Eliminación de la dureza del
agua 418
10.7 Sedimentación 422
10.7.1 Asentamiento discreto de
partículas 422
guas residuales
domésticas 463
11.3 Visión general de los procesos de
tratamientos 464
11.4 Tratamiento preliminar 466
11.4.1 Filtración 466
11.4.2 Tanques desarenadores 467
11.4.3 Flotación 469
11.4.4 Ecualización 469
11.5 Tratamiento primario 473
11.6 Tratamiento secundario 475
11.6.1 Reactores de crecimiento
suspendido: lodo activado 475
11.7 Modificaciones al proceso de lodo
activado 489
11.7.1 Biorreactores de membrana
(MBR’S) 489
11.8 Reactores de crecimiento
adjunto 492
11.9 Eliminación de nutrientes: nitrógeno y
fósforo 493
11.9.1 Nitrógeno 494
11.9.2 Fósforo 497
11.10 Desinfección y aireación 498
11.11 Tratamiento y desecho del lodo 500
11.11.1 Estabilización del lodo 501
11.11.2 Digestores 502
11.11.3 Deshidratación 503
11.11.4 Desecho 503
11.12 Sistemas naturales de
tratamiento 506
11.12.1 Estanques de
estabilización 506
11.12.2 Humedales 508
1
11.13 Uso de energía durante el tratamiento
de aguas residuales 511
Términos clave 513
Capítulo Once Problemas 515
Referencias 517
Capítulo Doce Ingeniería de recursos
del aire 518
12.1 Introducción 519
12.2 Impactos y defensas en la salud
humana 519
12.3 Transporte del aire 521
12.3.1 Transporte global 521
12.3.2 Transporte regional 522
12.3.3 Transporte local 522
12.3.4 Estabilidad del aire 524
12.3.5 Aire de interiores 526
12.4 Contaminantes del aire 530
12.4.1 Indicadores de contaminación
530
12.4.2 Contaminantes peligrosos del
aire 537
12.4.3 Contaminantes del aire
interior 539
12.5 Emisiones 541
12.5.1 Clasificación de emisiones 541
12.5.2 Cálculo de emisiones 545
12.6 Control de emisiones del aire 550
12.7 Tecnologías de control de emisiones
gaseosas 556
12.7.1 Oxidantes térmicos 556
12.7.2 Absorción 558
12.7.3 Biofiltros 559
12.8 Tecnologías de control de emisiones
de partículas 562
12.8.1 Ciclón 563
12.8.2 Lavadores 564
12.8.3 Colector de bolsa filtrante 565
12.8.4 Precipitador electroestático
568
Términos clave 572
Capítulo Doce Problemas 573
Referencias 575
Capítulo Trece Manejo de desperdicios
sólidos 576
13.1 Introducción 577
13.2 Caracterización del desperdicio
sólido 578
13.2.1 Fuentes de desperdicio
sólido 579
13.2.2 Cantidades de desperdicio
sólido municipal 580
13.2.3 Materiales en el desperdicio
sólido municipal 581
13.2.4 Recolección de datos de
caracterización de desperdicios
sólidos 582
13.2.5 Caracterización física/química
del desperdicio 585
13.2.6 Caracterización de residuos
peligrosos 588
13.3 Componentes de los sistemas de
desperdicios sólidos 592
13.3.1 Almacenamiento, recolección y
transportación 592
13.3.2 Reciclaje y recuperación de
materiales 594
13.3.3 Compostaje 597
13.3.4 Incineración 601
13.3.5 Relleno sanitario 604
13.3.6 Tecnologías de energía de
desperdicios sólidos 617
13.4 Conceptos del manejo 618
13.4.1 Consulta 619
13.4.2 Opciones de políticas 620
13.4.3 Estimación de costos 620
Términos clave 622
Capítulo Trece Problemas 623
Referencias 625
Capítulo Catorce Entorno
urbanístico 626
14.1 Introducción 627
14.2 Diseño sensible al contexto 629
14.3 Edificios 632
14.3.1 Diseño 633
14.3.2 Construcción 636
14.3.3 Operación y
mantenimiento 637
14.4 Materiales 639
14.4.1 Agregados, liberaciones tóxicas,
cemento, acero y vidriado 639
14.4.2 Análisis del flujo de
materiales 64
14.4.3 Materiales de construcción
tradicionales 643
14.5 Término de vida: deconstrucción,
demolición, disposición 644
14.6 Dar el tamaño correcto a las
construcciones 647
14.6.1 Uso de materiales en una
casa 647
14.6.2 Eficiencia de energía y dar el
tamaño correcto 647
14.7 Eficiencia de energía: aislamiento,
infiltración y paredes térmicas 649
14.7.1 Pérdida de calor en un
edificio 650
14.8 Movilidad 656
14.9 Isla de calor urbano 663
14.10 Planificación urbana, crecimiento
inteligente y comunidades
planificadas 667
Términos clave 671
Capítulo Catorce Problemas 672
Referencias 674
Respuestas a los problemas
seleccionados 675
Créditos fotográficos de inicio de capítulo 681
Índice 683

El propósito central de esta obra es el propiciar los cambios necesarios que aseguren la capacidad de la sociedad para cubrir sus necesidades, fusionando fundamentos y habilidades para el diseño. Los autores proporcionan el conocimiento para lidiar con los retos del siglo xxi así como lo hicieron con los de enormes proporciones del siglo XX.

Ingenieria en Gestion Empresarial