Introdução à engenharia ambiental - Tradução da 3ª edição norte-americana

INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL Com um olhar sobre o futuro, este livro ensina a importância de um enfoque integrado dos aspectos socioeconômicos e ambientais, oferecendo ferramentas e diretrizes para a tomada de decisões de engenharia com base em conhecimento técnico e na solução dos problemas orientada à sustentabilidade.

A primeira parte do livro discorre sobre a identificação e solução de problemas ambientais, trazendo um breve discurso sobre a história e o futuro da engenharia ambiental e apresentando diversos estudos de caso exemplares. A segunda parte enfoca inicialmente a tomada de decisões em engenharia e a ética envolvida na área. A seguir, revisa e introduz conceitos básicos de cálculos de engenharia, balanço de materiais, reações, reatores, fluxos de energia e balanços, e os fluxos nos ecossistemas. A aplicação de todos esses conceitos às principais áreas da engenharia ambiental é encontrada na parte três, onde são apresentados temas como qualidade, suprimentos e tratamento da água, qualidade do ar e seu controle, resíduos sólidos e poluição sonora.

Esta obra, que é referência no estudo da engenharia ambiental, é repleta de recursos de aprendizagem, como exemplos, figuras, tabelas, questões para discussão e problemas com soluções. Esta edição incorpora o sistema internacional de medidas.

Aplicações: Livro-texto recomendado para os cursos de graduação e pós-graduação de engenharia civil, engenharia química e engenharia ambiental em disciplinas como introdução à engenharia ambiental, engenharia e meio ambiente, tecnologias em meio ambiente; saneamento ambiental; análise de sistemas ambientais; tratamento de águas de abastecimento; tratamento de esgoto sanitário; decaimento e mistura de poluentes no meio ambiente; tratamento de efluentes industriais.

Material de apoio para professores e alunos.

INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL

Tradução da 3ª edição norte-americana

P. Aarne Vesilind Susan M. Morgan Lauren G. Heine

P. Aarne Vesilind | Susan M. Morgan Lauren G. Heine

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P. Aarne Vesilind | Susan M. Morgan | Lauren G. Heine

G. Tyler Miller e Scott E. Spoolman

MATERIAL DE APOIO ON-LINE

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INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL Tradução da 3a edição norte-americana

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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)

V577i Vesilind, P. Aarne.

Introdução à engenharia ambiental / P. Aarne Vesilind, Susan M. Morgan, Lauren G. Heine ; tradução: Noveritis do Brasil ; revisão técnica: Carlos Alberto de Moya Figueira Netto e Lineu Belico dos Reis. – São Paulo, SP : Cengage, 2018.

472 p. : il. ; 28 cm.

IQFOXL ELEOLRJUD¿D H tQGLFH Tradução de: Introduction to environmental engineering (3.ed.).

ISBN 978-85-221-2767-2 1. Engenharia ambiental. 2. Ética ambiental. I. Morgan, Susan M. II. Heine, Lauren G. III. Figueira Netto, &DUORV $OEHUWR GH 0R\D ,9 7tWXOR CDU 62 CDD 620 Índice para catálogo sistemático: 1. Engenharia ambiental

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(Bibliotecária responsável: Sabrina Leal Araujo – CRB 10/1507)

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INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL Tradução da 3a edição norte-americana

P. Aarne Vesilind Bucknell University

Susan M. Morgan Southern Illinois University Edwardsville

Lauren G. Heine Clean Production Action

Tradução Noveritis do Brasil

Revisão técnica Carlos Alberto de Moya Figueira Netto Engenheiro civil com mestrado em engenharia hidráulica e sanitária pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP-SP). Professor associado da Escola de Engenharia Mauá.

Lineu Belico dos Reis Engenheiro eletricista, doutor e livre-docente pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP-SP). Professor na engenharia ambiental da mesma instituição.

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Introdução à engenharia ambiental Tradução da 3ª edição norte-americana, edição internacional 2ª edição brasileira P. Aarne Vesilind, Susan M. Morgan e Lauren G. Heine

k &HQJDJH /HDUQLQJ (GL©·HV /WGD 7RGRV RV GLUHLWRV UHVHUYDGRV 1HQKXPD SDUWH GHVWH OLYUR SRGHU£ VHU UHSURGX]LGD VHMDP TXDLV IRUHP RV meios empregados, sem a permissão, por escrito, das HGLWRUDV $RV LQIUDWRUHV DSOLFDP VH DV VDQ©·HV SUHYLVWDV nos artigos 102, 104, 106 e 107 da Lei no GH GH IHYHUHLUR GH

Gerente editorial: Noelma Brocanelli Editora de desenvolvimento: Salete Del Guerra 6XSHUYLVRUD GH SURGX©¥R JU£ȴFD )DELDQD $OHQFDU $OEXTXHUTXH (GLWRUD GH DTXLVL©·HV *XDFLUD 6LPRQHOOL Especialista em direitos autorais: Jenis Oh Preparação da edição internacional: Tarun Gupta Título original: Introduction to environmental engineering, third edition, SI edition

Esta editora empenhou-se em contatar os responsáveis pelos direitos autorais de todas as imagens e de outros materiais utilizados neste OLYUR 6H SRUYHQWXUD IRU FRQVWDWDGD D RPLVV¥R LQYROXQW£ULD QD LGHQWLȴFD©¥R GH DOJXP GHOHV GLVSRPR QRV D HIHWXDU IXWXUDPHQWH RV SRVV¯YHLV DFHUWRV $ HGLWRUD Q¥R VH UHVSRQVDELOL]D SHOR IXQFLRQDPHQWR GRV OLQNV FRQWLGRV QHVWH OLYUR TXH SRVVDP HVWDU VXVSHQVRV

(ISBN 13: 978-0-495-29585-3, ISBN 10: 0-495-29585-X) Tradução: Noveritis do Brasil 5HYLV¥R W«FQLFD &DUORV $OEHUWR GH 0R\D )LJXHLUD Netto, capítulos 1 ao 9; Lineu Belico dos Reis, capítulos 10 ao 16 5HYLV¥R $UOHWH 6RXVD 0DULOHLGH *RPHV H 0RQLFD $JXLDU Diagramação: Triall Editorial &DSD *DEULHO &HUQLF Imagem da capa: Valex/Shutterstock

3DUD LQIRUPD©·HV VREUH QRVVRV SURGXWRV HQWUH HP FRQWDWR SHOR WHOHIRQH 0800 11 19 39 3DUD SHUPLVV¥R GH XVR GH PDWHULDO GHVWD REUD HQYLH VHX SHGLGR SDUD GLUHLWRVDXWRUDLV#FHQJDJH FRP

k &HQJDJH /HDUQLQJ 7RGRV RV GLUHLWRV UHVHUYDGRV ISBN 13: 978-85-221-2767-2 ISBN 10: 85-221-2767-0 Cengage Learning Condomínio E-Business Park 5XD :HUQHU 6LHPHQV Ȃ 3U«GLR Ȃ 7RUUH $ Ȃ FRQMXQWR Lapa de Baixo – CEP 05069-900 – São Paulo –SP 7HO Ȃ )D[

6$& 3DUD VXDV VROX©·HV GH FXUVR H DSUHQGL]DGR YLVLWH www.cengage.com.br.

Impresso no Brasil Printed in Brazil 1a impressão – 2018

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Com gratidão, dedico este livro ao falecido Edward E. Lewis – editor, sovina e amigo.

P. AARNE VESILIND

E também ao engenheiro Steven J. Hanna, Ph.D, que me introduziu à engenharia e respondeu a todas DV SHUJXQWDV GRV PHXV SULPHLURV DQRV QD SUR¿VVmR SUSAN M. MORGAN

A Abbie, Orion, Aragorn e Scout, e aos amigos de todas as espécies que compartilham o amor que alimenta nossas vidas.

LAUREN G. HEINE

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SUMÁRIO

Prefácio .......................................................................................................................................................................................................... xi Sobre os autores .........................................................................................................................................................................................xv

PARTE 1 – ENGENHARIA AMBIENTAL 1. Identificação e solução de problemas ambientais .......................................................................................................................... 3 1.1 O que é engenharia ambiental? .............................................................................................................................................................3 1.1.1 Origens da engenharia ambiental ..............................................................................................................................................3 1.1.2 Engenharia ambiental hoje .........................................................................................................................................................3 1.1.3 Engenharia ambiental no futuro ................................................................................................................................................4 1.2 Estudos de caso .......................................................................................................................................................................................6 1.2.1 Surto de hepatite no Holy Cross College ..................................................................................................................................6 1.2.2 A disposição do lodo de esgoto ..................................................................................................................................................7 1.2.3 O episódio Donora.....................................................................................................................................................................10 1.2.4 Cromo na cidade de Jersey........................................................................................................................................................13 1.2.5 A descoberta do tratamento biológico do esgoto ..................................................................................................................15 1.2.6 Barcaça de lixo ............................................................................................................................................................................17 1.3 Sustentabilidade e projeto berço a berço............................................................................................................................................18 1.3.1 Bases para a sustentabilidade....................................................................................................................................................18 1.3.2 Projeto berço a berço .................................................................................................................................................................19

PARTE 2 – FUNDAMENTOS 2. Decisões da engenharia ......................................................................................................................................................................25 2.1 Decisões baseadas em análises técnicas ............................................................................................................................................25 2.2 Decisões baseadas em análises de custo-efetividade ........................................................................................................................26 2.3 Decisões baseadas na análise custo-benefício ...................................................................................................................................30 2.4 Decisões baseadas em análises de risco .............................................................................................................................................33 2.4.1 Procedimento de análise de risco ambiental ..........................................................................................................................35 2.4.2 Gestão de risco ambiental .........................................................................................................................................................38 2.5 Decisões baseadas em avaliação de alternativas ...............................................................................................................................39 2.6 Decisões baseadas em análises de impacto ambiental .....................................................................................................................42 2.6.1 Inventário ....................................................................................................................................................................................44 2.6.2 Análise .........................................................................................................................................................................................44 2.6.3 Avaliação .....................................................................................................................................................................................49 2.7 Decisões baseadas em análises éticas .................................................................................................................................................49 2.7.1 Utilitarismo e teorias deontológicas ........................................................................................................................................50 2.7.2 Ética ambiental e valor instrumental .......................................................................................................................................51 2.7.3 Ética ambiental e valor intrínseco ............................................................................................................................................52 2.7.4 Ética ambiental e espiritualidade .............................................................................................................................................56 2.7.5 Considerações finais ..................................................................................................................................................................56 2.8 Continuidade nas decisões de engenharia .........................................................................................................................................56 3. Cálculos de engenharia.......................................................................................................................................................................63 3.1 Dimensões e unidades da engenharia ................................................................................................................................................63 3.1.1 Densidade....................................................................................................................................................................................63 3.1.2 Concentração ..............................................................................................................................................................................64

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3.1.3 Fluxo ............................................................................................................................................................................................65 3.1.4 Tempo de detenção ....................................................................................................................................................................67 3.2 Estimativas aproximadas nos cálculos de engenharia......................................................................................................................68 3.2.1 Procedimentos de cálculos aproximados ................................................................................................................................68 3.2.2 Uso de algarismos significativos...............................................................................................................................................69 3.3 Análise das formações ..........................................................................................................................................................................70 4. Separações e balanço de materiais ..................................................................................................................................................83 4.1 Balanços de materiais com apenas um material ...............................................................................................................................83 4.1.1 Divisão de correntes de fluxo de materiais únicos.................................................................................................................84 4.1.2 Combinação de correntes de vazão do material único .........................................................................................................85 4.1.3 Processos complexos com apenas um material......................................................................................................................86 4.2 Balanços com materiais múltiplos ......................................................................................................................................................93 4.2.1 Mistura de correntes de vazão de materiais múltiplos ..........................................................................................................93 4.2.2 Separação de correntes de vazão de materiais múltiplos ......................................................................................................98 4.2.3 Processos complexos com materiais múltiplos ....................................................................................................................104 4.3 Balanços de materiais com reatores ..................................................................................................................................................107 5. Reações ............................................................................................................................................................................................... 119 5.1 Reações de ordem zero .......................................................................................................................................................................120 5.2 Reações de primeira ordem ...............................................................................................................................................................121 5.3 Reações de segunda ordem e de ordem não inteira .......................................................................................................................125 5.4 Meia-vida e tempo de duplicação .....................................................................................................................................................125 5.5 Reações consecutivas ..........................................................................................................................................................................126 6. Reatores .............................................................................................................................................................................................. 129 6.1 Modelo de mistura ..............................................................................................................................................................................129 6.1.1 Reatores em batelada ...............................................................................................................................................................130 6.1.2 Reatores de vazão a pistão .......................................................................................................................................................130 6.1.3 Reatores completamente misturados.....................................................................................................................................131 6.1.4 Reatores completamente misturados em série .....................................................................................................................133 6.1.5 Modelos de misturas com marcadores contínuos ...............................................................................................................137 6.1.6 Reatores de vazão arbitrária ....................................................................................................................................................138 6.2 Modelos de reatores ............................................................................................................................................................................138 6.2.1 Reatores em batelada ...............................................................................................................................................................139 6.2.2 Reator de vazão a pistão ..........................................................................................................................................................141 6.2.3 Reatores completamente misturados.....................................................................................................................................142 6.2.4 Reatores completamente misturados em série .....................................................................................................................144 6.2.5 Comparação de desempenho do reator ................................................................................................................................145 7. Fluxo e balanço de energia ............................................................................................................................................................. 149 7.1 Unidades de medida ...........................................................................................................................................................................149 7.2 Balanço e conversão de energia.........................................................................................................................................................149 7.3 Fontes e disponibilidade de energia..................................................................................................................................................153 7.3.1 Equivalência energética ...........................................................................................................................................................154 7.3.2 Produção de energia elétrica...................................................................................................................................................156 8. Ecossistemas ...................................................................................................................................................................................... 163 8.1 Fluxos de energia e matéria em ecossistemas..................................................................................................................................163 8.2 Influência humana nos ecossistemas ................................................................................................................................................170 8.2.1 Efeito de pesticidas em um ecossistema ................................................................................................................................170 8.2.2 Efeito de nutrientes em um ecossistema de lagos ................................................................................................................171 8.2.3 Efeito de resíduos orgânicos em um ecossistema de águas correntes ...............................................................................173 8.2.4 Efeitos de projetos em um ecossistema .................................................................................................................................181

PARTE 3 – APLICAÇÕES 9. Qualidade da água ............................................................................................................................................................................ 189 9.1 Parâmetros de medição da qualidade da água ................................................................................................................................189

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9.1.1 Oxigênio dissolvido .................................................................................................................................................................189 9.1.2 Demanda bioquímica de oxigênio .........................................................................................................................................191 9.1.3 Sólidos........................................................................................................................................................................................202 9.1.4 Nitrogênio .................................................................................................................................................................................204 9.1.5 Medição dos níveis bacteriológicos .......................................................................................................................................206 9.2 Avaliação da qualidade da água ........................................................................................................................................................210 9.3 Padrões da qualidade da água ...........................................................................................................................................................211 9.3.1 Padrões para água potável .......................................................................................................................................................213 9.3.2 Padrões de efluente ..................................................................................................................................................................215 9.3.3 Padrões para qualidade de água superficial ..........................................................................................................................215 10. Fornecimento e tratamento de água ............................................................................................................................................ 221 10.1 Ciclo hidrológico e disponibilidade da água .................................................................................................................................221 10.1.1 Fontes de água subterrânea ................................................................................................................................................222 10.1.2 Fontes de águas superficiais .................................................................................................................................................228 10.2 Tratamento de água ..........................................................................................................................................................................230 10.2.1 Redução da dureza da água ................................................................................................................................................231 10.2.2 Coagulação e floculação......................................................................................................................................................247 10.2.3 Sedimentação .......................................................................................................................................................................250 10.2.4 Filtração ...............................................................................................................................................................................255 10.2.5 Desinfecção ...........................................................................................................................................................................257 10.2.6 Outros processos de tratamento ........................................................................................................................................258 10.3 Distribuição de água .........................................................................................................................................................................259 11. Tratamento de águas residuais ...................................................................................................................................................... 265 11.1 Águas residuais ..................................................................................................................................................................................265 11.1.1 Transporte .............................................................................................................................................................................265 11.1.2 Componentes .......................................................................................................................................................................265 11.2 Tratamentos primário e preliminar ................................................................................................................................................268 11.2.1 Tratamento preliminar ........................................................................................................................................................268 11.2.2 Tratamento primário ...........................................................................................................................................................271 11.3 Tratamento secundário ....................................................................................................................................................................272 11.3.1 Reatores de filme fixo ..........................................................................................................................................................273 11.3.2 Reatores de crescimento suspenso.....................................................................................................................................274 11.3.3 Projeto de sistema de lodo ativado utilizando a dinâmica de processos biológicos ...................................................276 11.3.4 Transferência de gás.............................................................................................................................................................285 11.3.5 Separação de sólidos ............................................................................................................................................................291 11.3.6 Efluente..................................................................................................................................................................................293 11.4 Tratamento terciário .........................................................................................................................................................................294 11.4.1 Remoção de nutrientes........................................................................................................................................................294 11.4.2 Remoção de sólidos e orgânicos adicionais......................................................................................................................295 11.4.3 Alagadiços .............................................................................................................................................................................297 11.5 Tratamento e eliminação de lodo....................................................................................................................................................298 11.5.1 Estabilização do lodo ...........................................................................................................................................................300 11.5.2 Deságue do lodo...................................................................................................................................................................303 11.5.3 Eliminação final ...................................................................................................................................................................308 11.6 Seleção de estratégias de tratamento ..............................................................................................................................................310 12. Qualidade do ar ................................................................................................................................................................................. 317 12.1 Meteorologia e movimento do ar....................................................................................................................................................317 12.2 Principais poluentes do ar................................................................................................................................................................321 12.2.1 Particulados ..........................................................................................................................................................................321 12.2.2 Medição dos particulados ...................................................................................................................................................323 12.2.3 Poluentes gasosos .................................................................................................................................................................324 12.2.4 Medição dos gases................................................................................................................................................................324 12.2.5 Medição da fumaça..............................................................................................................................................................326 12.2.6 Visibilidade ...........................................................................................................................................................................326 12.3 Fontes e efeitos da poluição do ar ...................................................................................................................................................328 12.3.1 Óxidos de enxofre e de nitrogênio e a chuva ácida .........................................................................................................331

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12.3.2 Névoa com fumaça (smog) fotoquímica ...........................................................................................................................333 12.3.3 Destruição da camada de ozônio .......................................................................................................................................334 12.3.4 Aquecimento global.............................................................................................................................................................336 12.3.5 Outras fontes de poluentes do ar .......................................................................................................................................340 12.3.6 Ar em ambientes internos...................................................................................................................................................341 12.4 Padrões de qualidade do ar ..............................................................................................................................................................344 12.4.1 Leis para a qualidade do ar nos Estados Unidos..............................................................................................................345 12.4.1 Padrões de emissões e qualidade do ar ambiente ............................................................................................................345 13. Controle da qualidade do ar ........................................................................................................................................................... 351 13.1 Tratamento das emissões .................................................................................................................................................................351 13.1.1 Controle de particulados ....................................................................................................................................................353 13.1.2 Controle de poluentes gasosos ...........................................................................................................................................356 13.1.3 Controle de óxidos sulfúricos ............................................................................................................................................358 13.2 Dispersão de poluentes do ar ..........................................................................................................................................................359 13.3 Controle de fontes móveis ...............................................................................................................................................................364 14. Resíduos sólidos ................................................................................................................................................................................ 371 14.1 Coleta de resíduos .............................................................................................................................................................................371 14.2 Geração de resíduos..........................................................................................................................................................................376 14.3 Reutilização e reciclagem de materiais do lixo..............................................................................................................................377 14.3.1 Processamento do lixo ........................................................................................................................................................378 14.3.2 Mercados para o lixo processado .......................................................................................................................................380 14.4 Combustão do lixo............................................................................................................................................................................381 14.5 Descarte final de resíduos: aterros sanitários ................................................................................................................................384 14.6 Redução da geração de resíduos: redução na origem (ou na fonte) ...........................................................................................387 14.6.1 Por quê? .................................................................................................................................................................................388 14.6.2 Análise do ciclo de vida ......................................................................................................................................................388 14.7 Gestão integrada de resíduos sólidos .............................................................................................................................................389 15. Resíduos perigosos ........................................................................................................................................................................... 395 15.1 Definição de resíduos perigosos .....................................................................................................................................................395 15.2 Gestão de resíduos perigosos ..........................................................................................................................................................399 15.2.1 Limpeza de locais antigos ...................................................................................................................................................399 15.2.2 Tratamento de resíduos perigosos .....................................................................................................................................402 15.2.3 Descarte de resíduos perigosos ..........................................................................................................................................403 15.3 Gestão de resíduos radioativos........................................................................................................................................................404 15.3.1 Radiação ionizante ...............................................................................................................................................................404 15.3.2 Riscos associados à radiação ionizante .............................................................................................................................406 15.3.3 Tratamento e descarte de resíduos radioativos ................................................................................................................408 15.4 Gestão de materiais sustentáveis .....................................................................................................................................................409 15.4.1 Química verde ......................................................................................................................................................................411 15.4.2 Prevenção da poluição ........................................................................................................................................................414 15.5 Gestão de resíduos perigosos e gerações futuras ..........................................................................................................................417 16. Poluição sonora ................................................................................................................................................................................. 423 16.1 Som .....................................................................................................................................................................................................423 16.2 Medição do som ................................................................................................................................................................................428 16.3 Efeito dos ruídos na saúde humana................................................................................................................................................430 16.4 Redução do ruído..............................................................................................................................................................................431 16.5 Controle de ruídos ............................................................................................................................................................................432 16.5.1 Proteção do receptor ...........................................................................................................................................................432 16.5.2 Redução das fontes do ruído ..............................................................................................................................................433 16.5.3 Controle do caminho dos ruídos .......................................................................................................................................433 Índice remissivo ....................................................................................................................................................................................... 439 Apêndices A – Tabela periódica de elementos...................................................................................................................................................439 B – Conversões....................................................................................................................................................................................440

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PREFà CIO Esta edição de Introdução à engenharia ambiental FRQWHPSOD GRLV WySLFRV XQL¿FDGRUHV EDODQoR GH materiais e Êtica ambiental. Oferece informaçþes concernentes à sustentabilidade, um componente cada vez mais importante da pråtica de engenharia, e intrinsecamente associada aos dois tópicos XQL¿FDGRUHV

ORGANIZAĂ‡ĂƒO A Parte 1 ĂŠ iniciada com um breve olhar na histĂłria e no futuro da engenharia ambiental e, em seguida, IRUQHFH H[HPSORV GDV FRPSOH[DV TXHVW}HV TXH PDUJHLDP D LGHQWLÂżFDomR H D VROXomR GH SUREOHPDV DPbientais. Discorre sobre a introdução das diversas ferramentas que os engenheiros utilizam na tomada de decisĂľes, incluindo tecnologia, custo-benefĂ­cio, riscos e ĂŠtica. A discussĂŁo sobre ĂŠtica ĂŠ breve, servindo meramente como introdução para alguns dos problemas de juĂ­zo de valor que os engenheiros enfrentam, fornecendo uma base para as discussĂľes ao longo do livro, contudo pondera que a tomada de decisĂŁo ĂŠtica ĂŠ tĂŁo importante na engenharia quanto a tomada de decisĂŁo tĂŠcnica. $ 3DUWH p LQLFLDGD FRP D UHYLVmR H LQWURGXomR DRV FRQFHLWRV EiVLFRV GLPHQV}HV H XQLGDGHV GHQVLGDGH FRQFHQWUDomR Ă€X[R WHPSR GH GHWHQomR H HVWLPDWLYDV DSUR[LPDGDV (VWH FRQWH~GR FRQGX] GLUHWDmente Ă introdução de balanço de materiais, um tĂłpico utilizado em todo o livro. A discussĂŁo sobre reaçþes ĂŠ semelhante Ă quela abordada em uma disciplina introdutĂłria de fĂ­sico-quĂ­mica ou engenharia bioquĂ­mica, H p VHJXLGD SHOD WHRULD GR UHDWRU LGHDO VHPHOKDQWH DR FRQWH~GR HQFRQWUDGR QD GLVFLSOLQD GH RSHUDo}HV GH unidade de engenharia quĂ­mica, contudo, com fĂĄcil compreensĂŁo para alunos do primeiro ano de engenhaULD $ DERUGDJHP GR EDODQoR GH PDVVD p HQWmR DSOLFDGD DR Ă€X[R GH HQHUJLD (VVD SDUWH p FRQFOXtGD FRP R reconhecimento de que algumas das mais fascinantes reaçþes ocorrem nos ecossistemas, que sĂŁo descritos usando a abordagem do balanço de massa e a cinĂŠtica de reação apresentada anteriormente.

A Parte 3 aplica os conceitos fundamentais abordados na Parte 2 às principais åreas da engenharia DPELHQWDO (OD FRPHoD FRP D EXVFD SHOD iJXD OLPSD 4XDQGR D iJXD HVWi OLPSD R VX¿FLHQWH H FRPR PHdimos as características da qualidade da ågua? A discussão Ê seguida pela introdução ao fornecimento e tratamento de ågua e, então, pelo tratamento de ågua residual. Tendo em vista que a meteorologia determina o movimento dos poluentes do ar, este tópico introduz a seção sobre poluição do ar. São discutidos RV WLSRV H DV IRQWHV GRV SULQFLSDLV SROXHQWHV GR DU ¿QDOL]DQGR FRP D HYROXomR GRV SDGU}HV GH TXDOLGDGH do ar, tratamento de emissþes e dispersão de poluentes. A gestão dos resíduos sólidos municipais e dos resíduos perigosos Ê discutida com ênfase na necessidade de evitar sua geração. Depois, Ê introduzido R FRQWH~GR VREUH SROXLomR VRQRUD

O QUE HĂ DE NOVO NESTA EDIĂ‡ĂƒO Esta edição de Introdução Ă engenharia ambiental foi adaptada para incorporar o Sistema Internacional de Unidades (Le Système International d’UnitĂŠs ou SI) ao longo do livro. Outra novidade sĂŁo os casos de empresas disponĂ­veis no site da Cengage ilustrando abordagens para solucionar problemas tĂŠcnicos, ĂŠticos e relacionados Ă sustentabilidade. Intitulado “Enfoque – estudos de casosâ€?, os textos apresentam temas como estĂŠtica e potenciais implicaçþes sociais do projeto, normalmente nĂŁo apresentados nos cursos universitĂĄrios. Consulte o tĂłpico “Material de apoio on-lineâ€? na pĂĄgina xiii para mais detalhes.

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LE SYSTĂˆME INTERNATIONAL D’UNITÉS O Sistema Tradicional de Medidas dos Estados Unidos (USCS) utiliza as unidades FPS (pĂŠ-libra-segundo) – tambĂŠm denominado Unidade Inglesa ou Imperial. As unidades SI sĂŁo principalmente as unidades do sistema MKS (metro-quilograma-segundo). Entretanto, as unidades CGS (centĂ­metro-grama-segundo) sĂŁo frequentemente aceitas como unidades SI, especialmente em livros didĂĄticos.

USANDO AS UNIDADES SI NESTE LIVRO Neste livro, utilizamos as unidades MKS e CGS. As unidades USCS ou as unidades FPS na edição norte-americana do livro foram convertidas em unidades SI em todo o texto e nos problemas. Entretanto, no caso de dados obtidos de manuais, normas governamentais e manuais de produtos, não Ê só extremamente difícil converter todos os valores em SI, mas tambÊm viola a propriedade intelectual da fonte. AlÊm disso, algumas quantidades, tais como a granulometria da ASTM e distâncias Jominy, geralmente são calculadas em unidades FPS e perderiam seu valor se convertidas em SI. Portanto, alguns GDGRV HP ¿JXUDV WDEHODV H[HPSORV H UHIHUrQFLDV SHUPDQHFHP HP XQLGDGHV )36 3DUD RV OHLWRUHV QmR familiarizados com a relação entre os sistemas FPS e SI, são fornecidas tabelas de conversão no ApênGLFH % QR ¿QDO GR OLYUR Para resolver os problemas que necessitam do uso de dados de origem, os valores de origem podem ser convertidos de unidades FPS para unidades SI imediatamente antes de serem usados em um cålculo. Para obter quantidades padronizadas e dados de fabricantes em unidades SI, os leitores devem entrar em contato com as autoridades ou agências governamentais competentes em seus países/regiþes.

COMO USAR ESTE LIVRO O material sobre Êtica Ê apresentado em nível båsico, portanto, de fåcil compreensão. Não Ê necessårio formação especial em Êtica. O material tÊcnico Ê apresentado em nível de primeiro ano, de forma que um calouro de engenharia ou um bacharel em ciência ambiental pode assimilar com facilidade. Utiliza-se cålculo no livro, e espera-se que o aluno tenha, pelo menos, uma disciplina em cålculo diferencial H LQWHJUDO $ GLVFLSOLQD GH TXtPLFD HVWXGDGD QR FROpJLR SRGH VHU ~WLO PDV QmR REULJDWyULD $ GLVFLSOLQD GH PHFkQLFD GRV ÀXLGRV QmR p XWLOL]DGD QHVWH OLYUR H SRUWDQWR R PDWHULDO p IDFLOPHQWH DSOLFiYHO QDV disciplinas de primeiro ano de engenharia ambiental ou disciplinas de engenharia ambiental para alunos de ciências.

A experiĂŞncia em lecionar o material principal de forma sequencial, da Parte 2 (balanços, reaçþes e reatores), pelo dr. Vesilind, mostrou que pode ser abordado em quatro a seis semanas. Contudo, durante este perĂ­odo, ele recomenda que o professor faça incursĂľes paralelas nas ĂĄreas de ĂŠtica ambiental, bem como instigue as aulas com “relatos de experiĂŞnciaâ€? pessoal para manter a curiosidade dos alunos. $ LQWURGXomR GH FRQWH~GRV H[WUDV FRPR UHODWRV GH H[SHULrQFLD DR ORQJR GR FXUVR p XPD WpFQLFD GH HQVLQR HÂżFLHQWH IXQGDPHQWDGD QD WHRULD PRGHUQD GH DSUHQGL]DGR 2 PDWHULDO QD 3DUWH SRGH VHU XWLOL]DGR QD VHTXrQFLD TXH R SURIHVVRU MXOJDU PHOKRU VHP SHUGHU VHX YDORU RX VLJQLÂżFDGR 2V FRQWH~GRV VREUH pWLFD DSUHVHQWDGRV DR ORQJR GR OLYUR H[LJHP GH IRUPD VHPHOKDQWH TXH DOXQRV H SURIHVVRUHV UHĂ€LWDP H GHEDWDP RV SUREOHPDV WpFQLFRV VRE XPD SHUVSHFWLYD GLIHUHQWH UHIRUoDQGR DVVLP R FRQWH~GR DSUHQGLGR &RPR pWLFD H SUHIHUrQFLDV VmR TXHVW}HV GH FXQKR SHVVRDO R GHEDWH GH TXHVW}HV tĂŠcnicas com base nessas perspectivas tende a internalizar o tema e, de fato, criar uma experiĂŞncia de aprendizagem semelhante Ă quela que seria alcançada por meio de uma viagem de campo ou um relato de experiĂŞncia verĂ­dico.

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MATERIAL DE APOIO ON-LINE O professor conta com um manual, em inglês, com questþes extras e solução de problemas propostos no livro, em unidades SI. O manual estå disponível no site da Cengage, na pågina do livro. Estão disponibiOL]DGRV WDPEpP VOLGHV HP 3RZHU3RLQW GH DOJXPDV GDV ¿JXUDV GR WH[WR O quadro Enfoque – estudos de casos, disponível no site da Cengage, na pågina do livro, para alunos e professores Ê novidade desta edição. Trata-se de uma coleção de estudos de caso ilustrando abordagens para solucionar problemas tÊcnicos, Êticos e relacionados à sustentabilidade. Os casos apresentam oportunidades para que professores e alunos explorem materiais que geralmente não são abordados no ensino universitårio, tais como estÊtica e potenciais implicaçþes sociais do projeto.

AGRADECIMENTOS Agradeço àqueles que enviaram comentårios sobre o livro, os quais aproveitamos para enriquecer o texto. Agradeço incessantemente à minha família, que, com paciência, me apoiou durante a revisão, H DRV FROHJDV TXH GH IRUPD VROtFLWD FRPSDUWLOKDUDP VXDV H[SHULrQFLDV UHVSRQGHQGR D LQ~PHUDV perguntas.

SUSAN M. MORGAN, PhD 2008

Agradeço a Susan e Aarne por me convidarem para participar da atualização da obra e acrescentar alguns exemplos e perspectivas do campo da sustentabilidade. Espero que seja de valor e inspiração para os alunos. Foi um prazer trabalhar com vocês.

Sou muito grata ao meus orientadores e amigos Michael Braungart, P. Aarne Vesilind e Paul Anastas cujo brilhantismo, humor e visĂŁo me deram conhecimento e me inspiraram profundamente.

Agradeço tambÊm, pelas contribuiçþes, a Margaret Whittaker da ToxServices LLC, Erin Kanoa da 8UEDQ0DUPRW 'DQ %LKQ 1DPDUD %UHGH H -DPHV +LOO 3RU ¿P DJUDGHoR D PHX FDUR PDULGR &DUO SRU sua paciência e apoio.

LAUREN G. HEINE, PhD 2008

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AUTORES E REVISORES TÉCNICOS Autores

P. Aarne Vesilind, Engenheiro Nascido na Estônia, Vesilind emigrou para os Estados Unidos em 1949. Depois de se formar em engenharia civil na Lehigh University, obteve seu PhD em engenharia ambiental na University of North Carolina. Ficou um ano no Norwegian Institute for Water Research, em Oslo, depois de seu doutorado e um ano na Bird Machine Company, onde atuou como engenheiro pesquisador. Juntou-se ao corpo docente da Duke University, em 1970, e, em 1999, foi nomeado chefe da cadeira R. L. Rooke de Engenharia no Contexto Histórico e Social da Bucknell University. Atuou nessa função atÊ sua aposentadoria, em 2006.

6XD SHVTXLVD UHVXOWRX HP PDLV GH DUWLJRV SUR¿VVLRQDLV SXEOLFDGRV (OH WDPEpP p DXWRU GH PDLV GH OLYURV VREUH HQJHQKDULD DPELHQWDO H pWLFD SUR¿VVLRQDO VHQGR XP GRV PDLV UHFHQWHV R Socially Responsible Engineering (John Wiley & Sons), que aborda o papel da justiça nas decisþes de engenharia. Seu livro mais conhecido, Estonian Jokes, foi publicado em 2009 pela Punkt&Koma, em Tallinn.

Desde 2006, ele vive em New London, New Hampshire, e foi nomeado recentemente professor YLVLWDQWH SHOR (WKLFV ,QVWLWXWH HP 'DUWPRXWK &ROOHJH $SRVHQWDGR HOH PDQWpP VXD SDL[mR SHOD P~VLFD e toca trompete em diversas bandas, incluindo a The Exit 13 Tuba Quartet. Em 2007, foi convidado para assumir o cargo de maestro da Kearsarge Community Band.

Susan M. Morgan, Engenheira Professora associada e diretora do programa de graduação de Engenharia Civil da Southern Illinois University Edwardsville, Susan Morgan se formou em engenharia civil pela Southern Illinois University Carbondale.

Recebeu o título de Membro da National Science Foundation e obteve o PhD em engenharia ambiental na Clemson University. Em 1996, juntou-se ao corpo docente do Departamento de Engenharia Civil da Southern Illinois University Edwardsville e desde 1999 atua como diretora do programa de graduação do departamento. Hoje, Ê professora associada e engenheira licenciada em Illinois.

A dra. Morgan Ê titular do Comitê TÊcnico e Ambiental da Seção de St. Louis da Sociedade AmeULFDQD GH (QJHQKHLURV &LYLV H RFXSRX LQ~PHURV FDUJRV QR 6W &ODLU &KDSWHU RI WKH ,OOLQRLV 6RFLHW\ RI Professional Engineers.

Recebeu diversos prêmios, incluindo o National Society of Professional Engineers’ Young Engineer of the Year Award, em 2001. É membro de diversas sociedades de honra, incluindo a Chi Epsilon e Tau Beta Pi, bem como outros órgãos de engenharia. Tem conduzido pesquisas em diversas åreas.

Hoje, seu enfoque estĂĄ na gestĂŁo de ĂĄguas pluviais, particularmente por meio do uso da cobertura verde.

Lauren G. Heine, PhD Consultora em ciência sênior, Clean Production Action, Heine Ê diretora do Lauren Heine Group LLC. Heine tem doutorado em engenharia civil e ambiental pela Duke University. É uma das principais especialistas dos Estados Unidos na aplicação da química verde, engenharia verde e projeto para o ambiente para pråticas empresariais sustentåveis. Como consultora em ciência sênior da Clean Produc-

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tion Action, e como diretora da Lauren Heine Group, ela orienta as organizaçþes buscando integrar a química verde e a engenharia em seus projetos de produto e processo e atividades de desenvolvimento – eliminando tóxicos e o conceito de resíduos e mudando em direção à sustentabilidade econômica, amELHQWDO H FRPXQLWiULD $V iUHDV HVSHFt¿FDV GH HVSHFLDOL]DomR LQFOXHP R GHVHQYROYLPHQWR GH IHUUDPHQWDV H HVWUDWpJLDV WpFQLFDV SDUD LGHQWL¿FDU DJHQWHV TXtPLFRV PDWHULDLV H SURGXWRV PDLV HFROyJLFRV H SDUD D facilitação de iniciativas de multi-investidores, em especial aquelas tecnicamente fundamentadas.

De 2003 a 2007, a dra. Heine atuou como diretora de ciência aplicada no Green Blue Institute, uma RUJDQL]DomR VHP ¿QV OXFUDWLYRV IXQGDGD SHOR DUTXLWHWR :LOOLDP 0F'RQRXJK H SHOR TXtPLFR DOHPmR Michael Braungart para enfocar na concepção de produtos sustentåveis. Ela iniciou e dirigiu o desenvolvimento da CleanGredientsTM, uma plataforma de informação exclusiva, baseada na web, desenvolvida em parceria com a Usepa’s Design for the Environment Program que fornece informaçþes fundamenWDLV VREUH D VD~GH KXPDQD H DPELHQWDO VHJXUDQoD H VXVWHQWDELOLGDGH DWULEXWRV GDV PDWpULDV SULPDV químicas para ajudar na formulação do produto de limpeza. Ela tambÊm liderou o desenvolvimento do Sustainability Assessment Standard for Contract Furnishing Fabrics, uma norma do American National Standards Institute, em colaboração com o Association for Contract Textiles e NSF International.

Atuou no California Green Chemistry Initiative Science Advisory Panel e Ê copresidente do subcomitê de desenvolvimento de ferramentas da Rede de Sustentabilidade do Wal-Mart para Produtos Químicos Intensivos. Ela faz publicaçþes em mÊtricas de química verde, avaliação de alternativas e processos de multi-investidores. É cofundadora do Oregon-based Zero Waste Alliance e foi membro da American Association for the Advancement of Science in the Green Chemistry Program do Industrial Chemicals Branch of the USEPA, Washington, D.C. Antes disso, lecionou em laboratórios de química orgânica na Bowdoin College em Brunswick, Maine, onde ajudou a desenvolver o programa Microscale Organic Lab. Ela atualmente vive em Bellingham, Washington.

Revisores tĂŠcnicos Carlos Alberto de Moya Figueira Netto ĂŠ engenheiro civil e mestre pela Escola PolitĂŠcnica da Universidade de SĂŁo Paulo (USP-SP). Professor da Escola de Engenharia MauĂĄ, consultor do Banco Interamericano de Desenvolvimento e gerente de meio ambiente e saneamento da CNEC Engenharia S/A. Atua nas ĂĄreas de engenharia relacionadas a meio ambiente, saneamento ambiental, energia e transportes.

Lineu Belico dos Reis Ê engenheiro eletricista e doutor e livre-docente pela Escola PolitÊcnica da Universidade de São Paulo (USP-SP), onde Ê professor na Engenharia Ambiental. Atua nas åreas de engenharia relacionadas à energia, meio ambiente e sustentabilidade. É consultor no setor energÊtico desde 1968, e professor de cursos de especialização em diversas universidades. É autor de vårios livros e artigos em congressos internacionais sobre o assunto.

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