Ingeniería sanitaria

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La ingeniería sanitaria , también conocida como ingeniería de salud pública o ingeniería de aguas residuales , es la aplicación de métodos de ingeniería para mejorar el saneamiento de las comunidades humanas, principalmente al proporcionar la eliminación y disposición de desechos humanos, y además del suministro de agua potable segura . Tradicionalmente una rama de la ingeniería civil y ahora un subconjunto de la ingeniería ambiental , a mediados del siglo XIX, la disciplina se concentró en la reducción de enfermedades, que entonces se pensaba que eran causadas por miasmas . Esto se logró principalmente mediante la recolección y segregación del flujo de alcantarillado en Londres específicamente, y Gran Bretaña en general. ^[1] Estas y posteriores mejoras regulatorias fueron reportadas en los Estados Unidos ya en 1865. ^[2]

También se ocupa de los factores ambientales que no tienen un efecto inmediato y claramente comprendido sobre la salud pública. Las áreas que quedan fuera del ámbito de la ingeniería sanitaria incluyen las preocupaciones estéticas, como el paisajismo y la conservación del medio ambiente en lo que respecta a las plantas y los animales .

Las habilidades dentro de este campo generalmente se emplean con el objetivo principal de prevenir enfermedades en los seres humanos, asegurando un suministro de agua potable saludable , el tratamiento de aguas residuales y la eliminación de basura de áreas habitadas.

En comparación con (por ejemplo) la ingeniería eléctrica o la ingeniería mecánica , que se ocupan principalmente de sistemas cerrados , la ingeniería sanitaria es un campo muy interdisciplinario que puede incluir elementos como la plomería , la protección contra incendios , la hidráulica , la seguridad de la vida, el modelado constructivo, la tecnología de la información , el diseño de proyectos, la microbiología , la patología y las muchas divisiones dentro de la ciencia ambiental y la tecnología ambiental . En algunos casos, también deben tenerse en cuenta consideraciones que caen dentro del campo de las ciencias sociales y la planificación urbana.

Aunque la ingeniería sanitaria puede estar más asociada con el diseño de alcantarillas , instalaciones de tratamiento de aguas residuales, centros de reciclaje , vertederos públicos y otras cosas que se construyen, el término se aplica igualmente a un plan de acción para revertir los efectos de la contaminación del agua o la contaminación del suelo en un área específica.

Los sistemas de irrigación se inventaron hace cinco o siete mil años como un medio para abastecer de agua a las sociedades basadas en la agricultura. Los acueductos y los sistemas de irrigación estuvieron entre las primeras formas de ingeniería de aguas residuales. A medida que los centros de población se volvieron más densos, se utilizaron para eliminar las aguas residuales de los asentamientos. Los romanos fueron de los primeros en demostrar la eficacia del acueducto. La Edad Oscura marcó un período en el que el progreso en la gestión del agua se detuvo. ^[3]

A medida que la población crecía, la gestión de los desechos humanos se convirtió en una preocupación creciente y una amenaza para la salud pública. En la década de 1850, en Londres, más de 400.000 toneladas de aguas residuales se vertían al río Támesis cada día, alrededor de 150 millones de toneladas por año. ^[4] Enfermedades como la viruela , la difteria , el sarampión , la escarlatina , el tifus , el cólera y la fiebre tifoidea se propagaban a través del suministro de agua contaminada. ^[5] Durante el siglo XIX, las principales ciudades comenzaron a construir sistemas de alcantarillado para eliminar los desechos humanos de las ciudades y llevarlos a los ríos.

Durante la década de 1900, se inventó el proceso de lodos activados . ^[6] El proceso de lodos activados es una forma de purificación de agua que utiliza bacterias para consumir las heces humanas. El cloro se utiliza más adelante en el proceso para matar las bacterias. En la década de 1950, los informes de salud pública proporcionaron planes para suministrar agua limpia al público analizando primero los peligros potenciales. La organización examinó cuidadosamente la contaminación del agua, así como el modo en que se estaba tratando el agua potable. También priorizaron la búsqueda de métodos que fueran eficaces, pero no demasiado costosos. ^[7] El costo del saneamiento es el problema principal para muchos países extranjeros (no Estados Unidos). El costo promedio de los sistemas de agua y saneamiento domésticos comienza en $ 50 al mes, cuando muchos ciudadanos no ganan suficiente dinero para gastar en cosas no necesarias. ^[8]

A lo largo de los siglos, mucho ha cambiado en el campo de la ingeniería de aguas residuales. Los avances en microbiología, química e ingeniería han cambiado drásticamente el campo. Hoy en día, los ingenieros de aguas residuales también trabajan en la recolección de agua limpia para beber, tratándola químicamente y utilizando luz ultravioleta para matar microorganismos. También tratan la contaminación del agua en las aguas residuales ( aguas negras y aguas grises ) para que esta agua pueda ser segura para su uso sin poner en peligro a la población y el medio ambiente que la rodea. El tratamiento de aguas residuales y la recuperación de agua son áreas de preocupación en este campo.

Antes de que existieran las formas modernas de saneamiento en los barrios y las ciudades, la gente simplemente dejaba la basura en la calle. En 1892, esto era un problema tan grande que un hombre llamado Harm Huizenga se ofreció como voluntario para limpiar el desorden él mismo. El holandés recorría las calles en su carreta, recogiendo la basura de la ciudad de Chicago. A principios del siglo XX, hasta alrededor de 1968, no se hicieron esfuerzos similares. El nieto de Huizenga, Wayne Huizenga, convirtió la idea de su abuelo en una empresa, Waste Management. En los años setenta, la gestión de residuos en su conjunto se consideraba una práctica necesaria para el público. ^[9]

A principios de la década de 1940, muchos condados del estado tenían problemas con la eliminación de desechos, especialmente en el área del lago Tahoe. Los ciudadanos de estas ciudades temían que los deficientes sistemas de alcantarillado de su ciudad causaran brotes de enfermedades, como la poliomielitis , el cólera y la hepatitis , por nombrar algunas. El cólera en particular es el mayor riesgo para la salud asociado con la gestión de desechos. La enfermedad es causada por bacterias, especialmente cuando una persona ingiere alimentos o agua que contienen la bacteria. En las áreas más pobres, esto es extremadamente probable debido a la contaminación cruzada de los desechos y el agua potable.

• El condado de El Dorado cuenta con numerosas instalaciones de recolección de basura, algunas de ellas privadas. En las zonas residenciales, la principal fuente de residuos es el petróleo. Desde entonces, se han construido muchas instalaciones de gestión de residuos en el condado de El Dorado, lo que reduce el riesgo de estas enfermedades. Desde los años cincuenta, el condado ha estado utilizando los contactos de las empresas para proporcionar un método económico y exitoso de mantener limpias las ciudades. Hoy en día, hay 7 franquicias asignadas al condado con diferentes áreas de recolección, como El Dorado Disposal y American River Disposal. ^[10]
• El valle de San Joaquín está muy centrado en el reciclaje. El sitio web de gestión de residuos del condado de San Joaquín muestra muchos consejos sobre cómo reciclar todos los artículos reciclables, con la esperanza de que el condado cumpla con la normativa. Uno de los consejos es verificar que todos los artículos en los contenedores de reciclaje sean reciclables, ya que es posible que la carga no se recicle en absoluto. El sitio web es muy útil para el público, ya que ayuda con la gestión de residuos en áreas residenciales. ^[11]

La ingeniería de aguas residuales no suele ser una carrera propia, sino una especialización de títulos como ingeniería ambiental y sanitaria, ingeniería sanitaria, ingeniería civil , ingeniería ambiental , ingeniería bioquímica o ingeniería química . La educación formal para los ingenieros de aguas residuales comienza en la escuela secundaria, con los estudiantes tomando clases como química, biología, física y matemáticas superiores, incluido el cálculo. Después de la escuela secundaria, la mayoría de los trabajos requieren una certificación de una agencia estatal. Aquellos que quieran avanzar en la industria deben cursar una carrera en ingeniería sanitaria, ingeniería ambiental y sanitaria, ingeniería civil, ingeniería mecánica , ingeniería ambiental o ingeniería de instalaciones . Adquirir experiencia a través de pasantías y trabajar mientras se está en la universidad es un camino común hacia el avance.

La formación sobre el tratamiento de residuos requiere cursos de diseño de sistemas, principios de diseño de maquinaria, química del agua y cursos similares. Otras clases pueden incluir química de procesos de planta y varios cursos de operaciones de planta.

Los ingenieros de aguas residuales pueden avanzar en sus carreras mediante una formación y experiencia adicionales. Con más conocimientos y experiencia, uno puede convertirse en el gerente de una planta entera. El organismo de acreditación que certifica la formación para el título y la licencia es la Junta de Acreditación de Ingeniería y Tecnología (ABET). Con el tiempo, algunas empresas pueden exigir que el ingeniero de aguas residuales continúe su formación para mantenerse al día con los cambios en la tecnología.

Se fomenta la obtención de un título de maestría, ya que muchas empresas lo consideran una preferencia en la selección. ^{[12] [13]}

En este campo, el 76 por ciento de los empleados tiene una licenciatura, el 17 por ciento tiene una maestría y el tres por ciento tiene un título posdoctoral en 2013. ^[14] El salario anual promedio es de aproximadamente $83,360. ^[15]

El empleo inicial en ingeniería de aguas residuales puede ser obtenido por personas con o sin educación formal avanzada. La Junta de Control de Recursos Hídricos del Estado de California (SWRCB), por ejemplo, muestra cómo las personas pueden avanzar a través de una progresión de certificaciones como Operadores de Tratamiento de Aguas Residuales. ^[16] La Junta utiliza un sistema de clasificación de cinco niveles para clasificar las instalaciones de tratamiento de agua en categorías IV según la población atendida y la complejidad del sistema de tratamiento. ^{[ cita requerida ]}

Los requisitos de Certificación de Operadores para operadores de tratamiento de agua y operadores de tratamiento de aguas residuales se describen en detalle en la ley estatal. Para cumplir con los requisitos de certificación, los operadores deben presentar una solicitud a SWRCB, tener la experiencia laboral necesaria, cumplir con los requisitos educativos y aprobar un examen basado en los conocimientos, habilidades y capacidades descritas en las regulaciones. Los operadores deben renovar sus certificados cada tres años. Para ser elegibles para la renovación, los operadores certificados deben completar una cantidad específica de horas de educación continua después de la emisión anterior de un certificado. ^[17]

Los tipos de trabajos importantes en ingeniería sanitaria incluyen trabajadores de saneamiento , recolectores de desechos e ingenieros de aguas residuales. ^{[ cita requerida ]}

Los ingenieros de aguas residuales utilizan una variedad de habilidades y deben tener conocimientos de ingeniería mecánica y ambiental. Se les exige que realicen tareas y demuestren conocimientos en diseño, matemáticas, inglés, construcción, física, química, biología, gestión y personal. Los ingenieros de aguas residuales deben tener habilidades en resolución de problemas complejos, pensamiento crítico, matemáticas, escucha activa, juicio, comprensión de lectura, expresión oral, escritura, ciencia y análisis de sistemas. ^[14] Las actividades laborales típicas incluyen resolución de problemas, comunicación con la gerencia y el personal, recopilación de información, análisis de datos, evaluación de estándares y cumplimiento de los mismos, y comunicación con otros en el campo. ^{[ cita requerida ]}

Los ingenieros de aguas residuales realizan estas actividades combinando sus conocimientos y habilidades para realizar tareas. Estas tareas consisten en comprender programas de diseño asistido por computadora y realizar estudios para la construcción de instalaciones, sistemas de suministro de agua y sistemas de recolección. Pueden diseñar sistemas para maquinaria de recolección de aguas residuales, así como componentes del sistema. Pueden realizar análisis de flujo de agua y luego seleccionar diseños y equipos según los estándares gubernamentales y de la industria. ^[18] Algunos se involucran en un área específica de preocupación, como la recolección de desechos o el mantenimiento de instalaciones de aguas residuales y sistemas de drenaje de aguas pluviales dentro de un área. Otros cubren un alcance más amplio de actividades que pueden incluir el mantenimiento del suministro público de agua , el programa de recolección de desechos de jardín residencial, la eliminación de desechos peligrosos , estrategias de reciclaje e incluso programas comunitarios donde las personas o las empresas "adoptan" un área y la mantienen ellos mismos o donan fondos para hacerlo. ^{[ cita requerida ]}

Los ingenieros de aguas residuales también pueden trazar mapas de las características topográficas y geográficas de la Tierra para determinar los mejores medios de recolección, diseñar sistemas de recolección por tuberías y bombeo y diseñar procesos de tratamiento para las aguas residuales recolectadas. ^{[ cita requerida ]}

Los ingenieros de aguas residuales trabajan para empresas privadas, gobiernos estatales y locales y distritos especiales.

Los administradores de recursos hídricos se enfrentan a nuevos desafíos y a la necesidad de nuevas tecnologías a medida que los niveles de agua disminuyen debido a sequías cada vez más frecuentes y prolongadas. Tecnologías como el mapeo por sonar se están utilizando en pozos para determinar el volumen de agua que pueden contener. Por ejemplo, el Servicio Geológico de los Estados Unidos y el Estado de Nueva York trabajaron juntos para mapear los acuíferos subterráneos desde la década de 1980. ^[19] Hoy cuentan con mapas completos de estos acuíferos para ayudar en la gestión del agua.

En el futuro, es posible que se necesiten plantas de desalinización en las regiones más afectadas por la escasez de agua . La desalinización es un proceso de limpieza del agua mediante evaporación. El agua se evapora y pasa a través de membranas. Luego, se enfría y se condensa, lo que permite que fluya de regreso a la red de agua principal o hacia el mar. ^[20]

Saneamiento inteligente: los avances en la tecnología de sensores, el análisis de datos y la automatización están permitiendo el desarrollo de sistemas de saneamiento inteligentes que pueden monitorear la calidad del agua, detectar fugas, optimizar los procesos de tratamiento y mejorar la eficiencia general. Los ingenieros sanitarios deben aprovechar estas tecnologías para mejorar el rendimiento y la confiabilidad de la infraestructura de saneamiento. ^[21]

El tratamiento de aguas residuales contribuye al calentamiento global de muchas maneras. Uno de los factores que contribuye al calentamiento global son las instalaciones de tratamiento de aguas residuales y sus emisiones de gases de efecto invernadero . Algunos de esos gases son dióxido de carbono, metano y óxido nitroso . Estos gases se producen debido a la descomposición de material orgánico de las bacterias anaeróbicas. Estas bacterias limpian los desechos sobrantes. Incluso si la descomposición de las bacterias anaeróbicas produce estos gases, el porcentaje de gases de efecto invernadero que producen otros equipos sigue siendo mayor que la contribución de las bacterias anaeróbicas. Además, el consumo de energía de esas máquinas es muy alto. Es por eso que muchas instalaciones están en proceso de renovación para utilizar niveles más altos de bacterias anaeróbicas en comparación con otros tipos de equipos. ^[22]

Los efectos del cambio climático sobre la ingeniería sanitaria varían según la región y las soluciones de saneamiento que se emplean en ella. En el Ártico, el derretimiento del permafrost ha causado daños a las tuberías y otras infraestructuras. ^[23] En el noreste de los Estados Unidos, el aumento de las precipitaciones ha desbordado una infraestructura envejecida que no está preparada para manejar el enorme volumen de agua que generan las fuertes precipitaciones. ^[24] En el oeste de los Estados Unidos, la sequía prolongada ha reducido la disponibilidad de agua. Esto ha llevado a algunas instalaciones de tratamiento de aguas residuales a ampliar los programas de agua reciclada y recuperada . ^[25] El cambio climático también ha afectado a las tuberías de distribución de agua. El estrés físico provocado por las condiciones relacionadas con el cambio climático, como las precipitaciones extremas o la sequía, aumenta la tasa de corrosión de las tuberías, lo que aumenta el coste de las instalaciones. ^[26]