Engenharia Ambiental - Fundamentos, Sustentabilidade e Projeto, 2ª edição

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A sustentabilidade é uma preocupação cada vez mais constante, abordada em inúmeros congressos e conferências com a participação de importantes líderes internacionais. Existe uma necessidade urgente de se gerenciar os desafios ambientais, como o enriquecimento por nutrientes das águas superficiais e a contaminação dos aquíferos subterrâneos. Assim, é imperativo que a ideia de sustentabilidade esteja integralmente presente na formação dos futuros engenheiros ambientais. Engenharia Ambiental: Fundamentos, Sustentabilidade e Projeto apresenta o conteúdo necessário para a elaboração de técnicas que permitam aos engenheiros criar produtos, processos e sistemas que reduzam ou eliminem o impacto ambiental. Seu objetivo é promover o desenvolvimento sustentável com responsabilidade, respeitando o equilíbrio ambiental global e evitando o mau uso e o desperdício dos recursos que o planeta oferece.  Este livro pretende, ainda, estimular nos futuros profissionais a consciência de que os projetos elaborados extrapolam a sua finalidade primeira e podem representar a chave para a manutenção de todas as formas de vida.

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12 capítulos

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Capítulo Um - Projeto Sustentável, Engenharia e Inovação

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Projeto Sustentável,

Engenharia e

Inovação capítulo/Um 

Julie Beth Zimmerman e

James R. Mihelcic

© Ziutograf/istockphoto

Este capítulo discute a evolução da proteção da saúde humana e do ambiente a partir das abordagens regulatórias para o desenvolvimento sustentável, destacando as oportunidades críticas para os engenheiros projetarem soluções adequadas e resilientes. São apresentadas as definições de desenvolvimento sustentável e projeto sustentável. Vários tópicos emergentes são apresentados — química verde, biomimética, engenharia verde, conceito de ciclo de vida e conceito de sistemas —, oferecendo melhorias aos fundamentos da engenharia que levem a soluções de projeto rigorosas e sustentáveis.

Sumário do Capítulo

1.1 Cenário: Evolução da

Proteção Ambiental para a

Sustentabilidade

1.2 O Caminho a Seguir:

Operacionalizar a Sustentabilidade

1.3 Engenharia para Sustentabilidade

1.4 Medindo a Sustentabilidade

 

Capítulo Dois - Mensuração de Características Ambientais

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capítulo/Dois 

Mensuração de

Características

Ambientais

James R. Mihelcic,

Richard E. Honrath Jr.,

Noel R. Urban,

Julie Beth Zimmerman

BartCo/iStockphoto.com

Neste capítulo, os leitores vão-se familiarizar com as diferentes unidades usadas para medir os níveis de poluentes em sistemas aquáticos, no solo/sedimento e na atmosfera, bem como os níveis globais. A cobertura providencia as fontes e as concentrações de dióxido de carbono e outros gases de efeito estufa, além de métodos para relatar suas emissões, incluindo a pegada de carbono.

  38

Sumário do Capítulo

2.1 Unidades de Concentração de Massa

2.2 Unidades Volume/Volume e Mol/Mol

2.3 Unidades de Pressão Parcial

2.4 Unidades Mol/Volume

2.5 Outros Tipos de Unidades

Objetivos da Aprendizagem

 1. Calcular a concentração química em unidades de massa/

massa, massa/volume, volume/volume, mol/mol, mol/

volume e equivalente/volume.

 

Capítulo Três - Química

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c a p í t u l o / Tr ê s  

James R. Mihelcic e

Noel R. Urban

Este capítulo apresenta vários processos químicos importantes que descrevem o comportamento das substâncias químicas em sistemas artificiais e naturais. O capítulo começa com uma discussão sobre a diferença entre atividade e concentração. Em seguida, ele cobre a estequiometria de reações e as leis da termodinâmica, seguidas pela aplicação desses princípios a uma série de processos de equilíbrio. A base da cinética química é explicada, assim como as leis de velocidade normalmente encontradas nos problemas ambientais.

Química

Sumário do Capítulo

3.1 Abordagens em Química Ambiental

3.2 Atividade e Concentração

3.3 Estequiometria de Reações

3.4 Leis da Termodinâmica

3.5 Volatilização

3.6 Equilíbrio Ar-Água

3.7 Química Ácido-Base

3.8 Oxidação-Redução

3.9 Precipitação-Dissolução

3.10 Adsorção, Absorção e Sorção

3.11 Cinética

 

Capítulo Quatro - Processos Físicos

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capítulo/Quatro 

Richard E. Honrath Jr.,

James R. Mihelcic, Julie Beth

Zimmerman, Qiong Zhang

© Terrance Emerson/iStockphoto

Neste capítulo, os leitores vão aprender sobre os processos físicos importantes no movimento dos poluentes pelo meio ambiente, bem como sobre os processos utilizados para controlar e tratar as emissões de poluentes. O capítulo começa com um estudo do uso dos balanços advecção* e dispersão. Os balanços energéticos são aplicados a uma ampla gama de tópicos: o efeito estufa e a mudança climática, as perdas residenciais de energia, a eficiência energética e o efeito da ilha de calor urbana. A seção final deste capítulo amplia as descrições prévias dos processos de transporte, com um olhar no movimento dos fluidos e das partículas nos fluidos, a dispersão especificamente turbulenta e mecânica, e a sedimentação gravitacional, que seguem a lei de Stokes.

Sumário do Capítulo

4.1 Balanços de Massa

4.2 Balanços Energéticos

 

Capítulo Cinco - Biologia

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capítulo/Cinco 

Martin T. Auer,

James R. Mihelcic,

Michael R. Penn e

Julie Beth Zimmerman

© Derek Dammann/iStockphoto

Neste capítulo, os leitores são apresentados aos princípios biológicos fundamentais que governam os ecossistemas, com atenção especial aos processos que medeiam o destino das substâncias químicas nos ambientes naturais e projetados. O capítulo começa com uma discussão da estrutura e da função do ecossistema, incluindo uma descrição da dinâmica populacional, ou seja, crescimento do organismo e a concomitante demanda de recursos. A pegada ecológica e a equação IPAT são discutidas para explicar a relação entre as limitações de recursos, a população e o consumo. A produção e o consumo são examinados, levando à consideração da estrutura trófica do ecossistema e do fluxo de energia. O capítulo também introduz o fluxo de material nos ecossistemas, concentrando-se nos ciclos biogeoquímicos fundamentais (por exemplo, oxigênio, carbono, nitrogênio, enxofre e fósforo) e nos efeitos da atividade humana sobre esses fluxos.

 

Capítulo Seis - Risco Ambiental

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capítulo/Seis 

James R. Mihelcic e

Julie Beth Zimmerman

Neste capítulo, os leitores vão aprender a distinção entre uma substância química/material perigoso e tóxico, o significado de risco ambiental, bem como os métodos para avaliar o risco ambiental e incorporá-los na prática da engenharia. A toxicidade é um tópico complexo com muitos fatores contribuintes. Desse modo, este capítulo enfatiza que uma das melhores estratégias para mitigar o risco é reduzir ou eliminar o uso ou a geração de substâncias químicas ou materiais perigosos por meio do projeto. Os leitores serão apresentados a métodos para reduzir o risco, como a química verde, o inventário de liberação de substâncias tóxicas e a hierarquia de prevenção da poluição. Os leitores também vão aprender sobre os quatro componentes de uma avaliação completa de risco ambiental (avaliação de risco, avaliação dose-resposta, avaliação da exposição e caracterização do risco), o impacto de condições específicas do local sobre a exposição a substâncias químicas e o modo como o uso da terra acaba afetando o risco ambiental. Finalmente, o capítulo demonstra as diferenças no desenvolvimento de uma caracterização do risco dos compostos carcinógenos e não carcinógenos. A ênfase é na determinação do risco pela exposição a substâncias químicas contaminadas encontradas na água, no ar e no alimento. O capítulo também demonstra o método utilizado para determinar as concentrações químicas permitidas nas águas subterrâneas e no solo contaminado.

 

Capítulo Sete - Água: Quantidade e Qualidade

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c a p í t u l o / S e i s   Problemas

6.1  Qual é a diferença regulatória na RCRA entre uma substância perigosa e uma substância tóxica?

6.2  Identifique vários tipos de risco durante o seu trajeto até a escola. Qual desses riscos você classificaria como um risco ambiental?

6.3  Classifique esses cenários em ordem do seu risco ambiental (do menor para o maior): (a) Um operário não recebeu equipamento respiratório de proteção e a substância química emitida foi considerada inofensiva. (b) Um operário recebeu equipamento respiratório de proteção que remove 99% de uma substância química perigosa. (c) Um operário recebeu equipamento respiratório de proteção que remove 100% de uma substância química perigosa.

(d) Um operário recebeu equipamento respiratório de proteção que remove 100% de uma substância química considerada inofensiva. (e) Uma substância química tóxica foi identificada no suprimento de

água potável de uma fábrica. O operário que você está avaliando tem um trabalho burocrático e não se expõe a nenhuma substância tóxica emitida no ar da

 

Capítulo Oito - Tratamento da Água

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capítulo/Oito 

David W. Hand,

Quiong Zhang e

James R. Mihelcic

© GIPhotostock/Photo Researchers, Inc.

Neste capítulo, os leitores vão aprender sobre os constituintes na

água não tratada, sua concentração e os padrões de qualidade da água a eles associados. Conceitos de balanço de massa, estequiometria e cinética são empregados para desenvolver expressões que descrevam as unidades de tratamento físicoquímico utilizadas para remover os constituintes. Esses processos unitários incluem coagulação e floculação, decantação, filtração granular, desinfecção, remoção da dureza pelo amolecimento sódico-cálcico, bem como remoção de outras substâncias orgânicas e inorgânicas dissolvidas pelas técnicas de carvão ativado e membrana. Os leitores também vão aprender sobre os requisitos de energia para tratar a água e outras considerações na determinação dos requisitos energéticos ao longo do ciclo de vida do fornecimento de água.

Tratamento da Água

Sumário do Capítulo

 

Capítulo Nove - Águas Residuais e Pluviais: Coleta, Tratamento, Recuperação

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Águas Residuais e

Pluviais: Coleta,

Tratamento,

Recuperação capítulo/Nove 

© Marcus Clackson/iStockphoto

James R. Mihelcic,

Julie Beth Zimmerman,

David W. Hand, Brian E.

Whitman e Martin T. Auer

Neste capítulo, os leitores vão aprender sobre a composição das

águas residuais e os vários processos unitários empregados para proteger a saúde humana, melhorar a qualidade da água e recuperar recursos. O balanço de massa e a cinética bioquímica são empregados para desenvolver expressões para dimensionar um reator utilizado para remover a demanda bioquímica de oxigênio. São discutidos processos de tratamento naturais e menos mecanizados, como as zonas

úmidas superficiais, lagoas e fossas sépticas. O tratamento e recuperação do nitrogênio e do fósforo também são discutidos, realçando as abordagens convencionais de remoção para recuperar esses nutrientes para aplicações de valor agregado, incluindo o processamento do lodo e seu papel na produção de energia. Os leitores também vão aprender sobre os requisitos de energia

 

Capítulo Dez - Gestão de Resíduos Sólidos

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Gestão de Resíduos

Sólidos capítulo/Dez 

Mark W. Milke e

James R. Mihelcic

© Stephanie DeLay/iStockphoto

Neste capítulo, os leitores vão aprender sobre a gestão dos resíduos sólidos municipais. Os tipos de resíduos sólidos e suas quantidades, composição e propriedades físicas são descritos em primeiro lugar. O capítulo trata do armazenamento, coleta, transporte, tratamento e descarte dos resíduos sólidos, incluindo a reciclagem e a recuperação de materiais, a compostagem, a incineração e o aterro. São analisados métodos para estimar a produção de gases do efeito estufa, incluindo o benefício público que pode ser proporcionado pelo gás de aterro.

O capítulo conclui com uma introdução à consulta pública, às políticas públicas e à estimativa de custos. É enfatizada a aplicação dos conceitos básicos de balanço de massa nos problemas de resíduos sólidos, com uma mistura de problemas quantitativos e uma discussão de tópicos de gestão mais amplos.

Sumário do Capítulo

 

Capítulo Onze - Engenharia de Qualidade do Ar

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c a p í t u l o / O n z e  �

Engenharia

de

Qualidade do Ar

© Marcus Lindström/iStockphoto

James R. Mihelcic e

Amy L. Stuart

Neste capítulo, os leitores vão aprender sobre as fontes de poluição do ar, as características do ar limpo e poluído dos ambientes externo e interno, bem como sobre os impactos ­adversos dos poluentes atmosféricos legislados (criteria pollutants),1 nocivos e malcheirosos na saúde humana, na economia e no meio ambiente. Será discutido o arcabouço regulatório dos poluentes atmosféricos, incluindo as decisões legais recentes que hoje permitem a regulação do principal gás do efeito estufa, o dióxido de carbono. As escalas urbana, regional e global dos problemas de poluição do ar são descritas e relacionadas com questões de transporte e ­impacto.

A estrutura da troposfera e da estratosfera é apresentada e, em seguida, são descritos exemplos de fontes pontuais, áreas e móveis de emissões gasosas para a troposfera, junto com as tendências históricas de emissão de poluentes atmosféricos legis­lados e nocivos. O controle das emissões é descrito em mais detalhes com ênfase na redução da fonte e das estratégias de gestão da demanda. São discutidas quatro outras estratégias para controlar as emissões gasosas (abordagem regulatória, baseada no ­mercado e ­voluntária, e tecnologias de controle) e ­várias tecnologias de controle de gases e

 

Respostas para Problemas Selecionados

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Respostas para Problemas

Selecionados

Capítulo 1. �Projeto Sustentável, Engenharia e

Inovação

1.7 a. Você escolheria uma resposta dependendo de sua residência, seus hábitos de iluminação, seu tipo de carro e como você o utiliza. Você poderia fazer perguntas, como: quantas lâmpadas você usa em casa e por quanto tempo diariamente, e o quanto você dirige o seu carro durante um ano? b. 99.000 lbs de CO2, 4.950 galões; c. 200 galões, 400 lbs de CO2; d. 76 galões, 172 lbs de CO2.

1.10 a. Plástico; b. Não;

c. S

� acos plásticos consomem menos energia em sua produção.

1.17 Esem solvente = 1,4 kg de resíduos produzidos/kg de produto;

Ecom solvente = 23,2 kg de resíduos produzidos/kg de produto.

Essas substâncias químicas não devem ser incluídas se não forem recuperadas e recicladas, porque elas também contribuem para o resíduo total do processo.

1.22 a. PV = US$ 2.501; b. PV = US$ 2.399

Capítulo 2.  Mensuração de Características Ambientais

 

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