Reducció: de la fabricació de productes, de lús final de béns; implantació de tecnologies netes més eficients en lús de materials i de lenergia.
Recuperació (valorització): dels materials (reciclatge i reutilització); de lenergia (incineració, gasificació, compostatge).
Tractament: minimització de la toxicitat i del perill de limpacte 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 lenginyeria ambiental per minimitzar els efectes de lactivitat humana en el medi ambient.
Lanàlisi o disseny dun procés ja siga de tractament, de recuperació o deliminació 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 lenergia 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, denergia 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) sestudien 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 sha 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 dalternatives en un determinat problema ambiental. No obstant això, cal tenir en compte que leconomia 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 duna 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 defluents de diferents orígens i naturalesa.
1.2 Exemple de sistema de tractament: estació depuradora daigües residuals
Per presentar els conceptes bàsics de lenginyeria ambiental es dóna tot seguit un exemple de sistema de tractament en què es presenta a partir dun cas concret el concepte doperació unitària, que es desenvoluparà en el següent apartat.
En la figura 1.2 sha representat lesquema duna estació depuradora daigües residuals urbanes. La selecció doperacions unitàries en cada etapa de depu-ració depèn de diversos factors, la qual cosa implica múltiples esquemes de tractament possibles. Cal insistir en el fet que es tracta dun exemple entre les infinites possibilitats disponibles.
El sistema de depuració produeix separacions i/o transformacions de components inicialment presents en laigua residual i produeix diverses línies de flux de matèria al llarg de la instal·lació. En el diagrama de flux de la figura 1.2 sha representat cada operació amb un rectangle. Aquests rectangles estan units per fletxes que indiquen el sentit de circulació dels materials de forma contínua duna etapa a laltra. A linterior de cada rectangle sindica el nom de la transformació que hi té lloc.
Abans danalitzar el diagrama de flux cal recordar que laigua residual de tipus domèstic té com a principals agents contaminats compostos orgànics que shi troben en suspensió, en dispersió col·loïdal i/o en dissolució, per la qual cosa sempra un reactor biològic. La resta doperacions són necessàries per condicionar laigua per tal que es puga desenvolupar la transformació biològica i per tractar el residu sòlid generat. (Pregunta per al lector: quin problema produeix la presència de matèria orgànica en laigua?)
La primera operació que es du a terme en entrar laigua en brut a lestació depuradora, segons es pot observar en el diagrama, és el desbast. Rep aquest nom loperació deliminació de sòlids gruixuts que poden fer malbé les instal·lacions de tractament. Consisteix a fer passar laigua residual a través denreixats i tamisos. Lenreixat consisteix en una sèrie de barres dacer verticals o inclinades, separades a distàncies iguals al llarg del canal per on circula laigua residual. En circular laigua entre les barres, els sòlids hi queden retinguts i són separats mitjançant una operació de neteja de forma manual o automàtica.
Al desarenador se separen partícules minerals amb un pes específic superior al dels sòlids orgànics com ara grava, arenes, etc. Leliminació daquests materials del corrent daigua residual permet protegir els elements mecànics mòbils de labrasió i del desgast, reduir la formació de pòsits de material pesant a linterior dels canals, de les canonades i de les conduccions, i reduir la freqüència de neteja dels digestors, requerida per lexcessiva acumulació darenes.
Les aigües residuals sempre porten una important quantitat de greixos i olis que cal eliminar ja que produeixen diversos problemes durant el procés de tractament daquestes: provoquen obstruccions de sistemes mecànics; en tractar-se de compostos orgànics, incrementen les necessitats del tractament biològic; redueixen el coeficient de transferència doxigen als processos biològics; pertorben la posterior separació de fangs, i dificulten el procés de digestió daquests darrers. El desgreixament se sol dur a terme mitjançant la introducció daire en el corrent daigua per tal dafavorir el trencament de la dispersió, de forma que les partícules de greix es desplacen a la superfície de laigua per la seua menor densitat. També es possible eliminar els greixos en la sedimentació primària, on no cal emprar aire atès que lelevat temps de retenció de laigua en el clarificador primari possibilita la deposició superficial del greix.
Aquest conjunt doperacions rep el nom de pretractament, lobjectiu principal del qual és condicionar laigua mitjançant leliminació dels materials que podrien causar problemes en les instal·lacions del tractament posterior.
A continuació se sotmet laigua al tractament primari. En lexemple considerat consisteix en una decantació o sedimentació primària amb la qual se separen els sòlids en suspensió sedimentables del corrent daigua (al voltant del 60% del total de sòlids), per a la qual cosa es redueix la velocitat de pas de laigua. En sedimentar aquest material, malgrat que la major part és de caràcter mineral, arrossega i adsorbeix en la caiguda certa quantitat de matèria orgànica.