環境工学

環境工学は、環境科学に関連する専門工学分野です。化学、生物学、生態学、地質学、水理学、水文学、微生物学、数学といった幅広い科学的トピックを網羅し、生物の健康を守り、改善し、環境の質を向上させる解決策を創出します。[ 1 ] [ 2 ]環境工学は土木工学と化学工学のサブ分野です。土木工学の一部門である環境工学は、主に衛生工学に焦点を当てています。[ 3 ]

環境工学は、科学的および工学的原理を適用して環境を改善および維持し、人間の健康を守り、自然の有益な生態系を守り、環境に関連した人間の生活の質の向上を改善します。[ 1 ]環境エンジニアは、廃水管理、水と大気の汚染制御、リサイクル、廃棄物処理、公衆衛生に関するソリューションを考案します。[ 2 ] [ 4 ]都市給水および産業廃水処理システム を設計し、 [ 5 ] [ 6 ]水系感染症を予防し、都市、農村、レクリエーション地域での衛生を改善するための計画を設計します。 有害廃棄物管理システムを評価して、そのような危険の重大性を評価し、処理と封じ込めについて助言し、事故を防ぐための規制を開発します。提案された建設プロジェクトの環境影響を評価するなど、 環境工学法を施行します。

環境エンジニアは、酸性雨、地球温暖化、オゾン層の破壊、水質汚染、自動車排気ガスや産業廃棄物による大気汚染など、地域的および世界的な環境問題に取り組みながら、技術の進歩が環境に与える影響を研究します。[ 2 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]

ほとんどの管轄区域では、資格のある環境エンジニアに対してライセンスと登録の要件を課しています。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

語源

「環境」という語は、19世紀後半のフランス語の「environ」（動詞）に由来し、「取り囲む」あるいは「包囲する」という意味です。カーライルは1827年に「環境」という言葉を、人や物が生息する環境の総体を指すために使用しました。1956年には、生態学的な意味で使われるようになり、その意味は再び変化しました。生態学とは、生物とその環境との関係を扱う科学の一分野です。[ 13 ]

「環境エンジニア」という語の後半部分はラテン語に由来し、14世紀フランス語では「engignour」として使われていました。これは、トレビュシェット、火縄銃、長弓、大砲、カタパルト、バリスタ、鐙、甲冑、その他致命的あるいは好戦的な兵器などの軍事用兵器の製作者を意味します。「エンジニア」という言葉は16世紀まで公共事業を指す言葉として使われていませんでした。そして、ジョン・スミートンの時代 に公共事業の考案者という意味で一般的な言葉になったと考えられます。

歴史

古代文明

環境工学は、初期の文明の時代から行われてきた仕事の名称であり、人々はニーズに合わせて環境条件を修正および制御することを学んできました。[ 4 ] [ 14 ]人々は健康が環境の質に関連していることを認識し、それを改善するシステムを構築しました[ 4 ]。古代インダス文明（紀元前3300年～紀元前1300年）は水資源に対する高度な管理を行っていました[ 14 ]この地域のさまざまな場所で発見された公共事業構造物には、井戸、公衆浴場、貯水タンク、飲料水システム、都市全体の下水収集システムが含まれます[ 14 ] [ 15 ]彼らはまた、大規模農業を可能にする初期の運河灌漑システムを持っていました[ 16 ]

紀元前4000年から2000年にかけて、メソポタミア帝国、モヘンジョダロ、エジプト、クレタ島、スコットランドのオークニー諸島など、多くの文明に排水システムがあり、衛生施設を備えたものもありました。 [ 4 ]ギリシャにも、雨水や廃水を利用して畑を灌漑し、肥料を与えるための水道や下水道システムがありました。[ 4 ]

ローマで最初の水道橋は紀元前312年に建設され、ローマ人は灌漑と干ばつの際の安全な都市給水のために水道橋を建設し続けました。 [ 4 ]また、紀元前7世紀には地下下水道システムも建設され、テヴェレ川に流れ込み、湿地を排水して農地を作るとともに、都市から下水を除去しました。[ 4 ] [ 14 ]

環境工学1.0

ローマ帝国の衰退から19世紀までほとんど変化は見られなかったが、人口密度の高い都市中心部の公衆衛生に重点を置いた取り組みが強化された。[ 14 ] [ 17 ]現代の環境工学は、19世紀半ば、ロンドンでジョセフ・バザルジェットが大悪臭事件後に最初の大規模下水道システムを設計したときに始まった。[ 14 ]市の下水道システムは未処理の下水をテムズ川に送り、テムズ川は市の飲料水の大部分も供給していたため、コレラの発生を招いた。[ 14 ]工業化国で飲料水処理と下水処理が導入されたことで、水系感染症は主要な死因からまれなものにまで減少した。 [ 18 ]

環境工学2.0

この分野は、20世紀半ばに、水質汚染や大気汚染、その他国家規模での環境悪化に対する国民の広範な懸念を受けて、独立した学問分野として出現しました。社会と技術が複雑化するにつれて、自然環境に意図しない影響がますます大きくなってきました。一例として、第二次世界大戦後の数年間、農業害虫の駆除のために殺虫剤DDTが広く使用されました。レイチェル・カーソンの『沈黙の春』 （1962年）で鮮やかに描かれたDDTの物語は、近代環境運動の誕生と考えられており、[ 19 ]「環境工学」という独立した学問分野につながりました。

環境工学3.0

人類が地球環境に与える影響力が増すにつれ、環境工学の分野は21世紀の大きな課題を解決する上での役割を認識しました。[ 20 ]環境エンジニアが地球環境にプラスの影響を与えるために独自の立場にある5つの機会領域は次のとおりです。

  1. 食料、水、エネルギーの持続的な供給
  2. 気候変動の抑制と適応
  3. 汚染や廃棄物のない未来を設計する
  4. 効率的で健康的、そして回復力のある都市の創造
  5. 情報に基づいた意思決定と行動を促進する

報告書では、6 番目の大きな課題として将来の労働力を教育することも特定されました。

この報告書を基に、ダニエル・B・オーサーと同僚は、環境工学3.0を「公衆の健康、安全、福祉と、すべての生命が依存する地球の健康」を同時に考慮するものと定義した。[ 21 ]収束研究の一例として、現代の環境工学は「地球の健康の問題に対する解決策の開発に工学の分野を使用する」ものと定義される。[ 22 ]環境工学3.0の目標は、2025年にアメリカ環境技術者科学者アカデミーによって発行された環境工学知識体系第2版に組み込まれた。

教育

多くの大学では、土木工学科または化学工学科を通じて環境工学プログラムを提供しており、環境条件の開発とバランス調整のための電子プロジェクトも含まれています。土木工学プログラムの環境エンジニアは、水文学、水資源管理、バイオレメディエーション、水処理および廃水処理プラントの設計に重点を置く傾向があります。化学工学プログラムの環境エンジニアは、環境化学、高度な空気および水処理技術、分離プロセスに重点を置く傾向があります。[ 23 ]環境工学のいくつかの分野には、天然資源工学や農業工学などがあります。

学生向けのコースには、いくつかの大きなクラスがあります。

  • 水処理施設、廃水処理施設、ポンプ場、ゴミ分別プラント、その他の機械施​​設など、環境用の機械および機械システムの設計を目的とした機械工学コース。
  • 環境工学または環境システムのコースは、構造物や景観を環境に溶け込ませたり、環境を保護したりする土木工学のアプローチを重視しています。
  • 環境化学、持続可能化学、または環境化学工学のコースは、採掘プロセス、汚染物質、生化学プロセスなど、環境における化学物質の影響を理解することを目的とします。
  • 環境技術コースは、再生可能エネルギー源からのエネルギー生成の監視と管理を含む、環境への影響を監視、測定、モデル化、制御できるデバイスや成果物を開発できる電子工学または電気工学の卒業生を育成することを目的とします。

カリキュラム

環境工学の典型的なカリキュラムは以下のとおりです。[ 24 ]

  1. 質量とエネルギーの移動
  2. 環境化学
    1. 無機化学
    2. 有機化学
    3. 核化学
  3. 成長モデル
    1. 資源消費
    2. 人口増加
    3. 経済成長
  4. リスクアセスメント
    1. 危険の特定
    2. 用量反応評価
    3. 暴露評価
    4. リスク特性
    5. 比較リスク分析
  5. 水質汚染
    1. 水資源と汚染物質
    2. 酸素需要
    3. 汚染物質の輸送
    4. 水と廃水処理
  6. 大気汚染
    1. 産業、輸送、商業、住宅からの排出
    2. 基準と有害大気汚染物質
    3. 汚染モデリング（例：大気拡散モデリング）
    4. 汚染制御
    5. 大気汚染と気象
  7. 地球規模の変化
    1. 温室効果と地球の気温
    2. 炭素、窒素、酸素の循環
    3. IPCCの排出シナリオ
    4. 海洋の変化（海洋酸性化、地球温暖化による海洋へのその他の影響）と成層圏の変化（気候変動の物理的影響を参照）
  8. 固形廃棄物管理と資源回収
    1. ライフサイクルアセスメント
    2. 発生源削減
    3. 収集および転送操作
    4. リサイクル
    5. 廃棄物エネルギー変換
    6. 埋め立て地

アプリケーション

給水と処理

環境エンジニアは、流域内の水収支を評価し、利用可能な水供給量、その流域のさまざまなニーズに必要な水、流域を通る水の移動の季節的なサイクルを決定し、さまざまな用途のために水を貯蔵、処理、輸送するシステムを開発します。

水は、最終用途における水質目標を達成するために処理されます。飲料水供給の場合、感染症の伝染リスクや非感染性疾患のリスクを最小限に抑え、飲みやすい風味にするために水処理が行われます。給水システム[ 25 ] [ 26 ]は、家庭用、消火用、灌漑用など、様々な最終用途のニーズを満たすために適切な水圧と流量を提供できるように設計・建設されています。

廃水処理

オーストラリアの下水処理場

廃水処理技術は数多く存在する。廃水処理系統は、固形物や浮遊物を除去する一次浄化槽システム、曝気槽に続いて凝集沈殿を行う二次処理システム、または活性汚泥システムと二次浄化槽、三次生物学的窒素除去システム、そして最終消毒プロセスから構成される。曝気槽／活性汚泥システムは、バクテリア（活性汚泥）を増殖させることで有機物を除去する。二次浄化槽は、活性汚泥を水から除去する。三次システムは、コストの問題から必ずしも含まれるわけではないが、窒素やリンを除去し、水を消毒してから地表水や海洋に排出するために普及しつつある。[ 27 ]

大気汚染管理

科学者たちは、受容体における汚染物質の濃度や、自動車の排気ガスや産業排ガスの煙突からの排出が大気質全体に及ぼす影響を評価するための大気汚染拡散モデルを開発してきました。この分野は、ある程度、燃焼プロセスからの二酸化炭素やその他の温室効果ガスの排出を削減したいという要望と重なっています。

環境影響評価と緩和

水質汚染

環境エンジニアは、科学的および工学的原理を応用し、水質、大気質、生息地の質、動植物、農業生産力、交通、生態系、騒音への悪影響の可能性を評価します。影響が予想される場合は、そのような影響を制限または防止するための緩和策を策定します。緩和策の一例として、道路のルート変更が不可能な場合に、道路開発に必要な湿地の埋め立てを軽減するために、近隣に 湿地を造成することが挙げられます。

アメリカ合衆国では、環境アセスメントの実施は、1970年1月1日、国家環境政策法（NEPA）の発効日に正式に開始されました。それ以来、100か国以上の発展途上国および先進国が、同様の具体的な法律を制定するか、または他国で用いられている手続きを採用しています。NEPAは、アメリカ合衆国のすべての連邦機関に適用されます。[ 28 ]

規制当局

環境保護庁

米国環境保護庁（EPA）は、環境エンジニアと協力して重要な問題の解決に取り組む多くの機関の一つです。EPAの使命の重要な要素は、大気、水、そして環境全体の質を保護・改善し、有害な影響を回避または軽減することです。

参照

ウィキバーシティでは、環境工学科で環境工学について学び、他の人に教えることができます。

協会

参考文献

  1. ^ a b「環境工学と環境科学のキャリア」アメリカ環境技術者・科学者アカデミー。2021年2月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年3月23日閲覧。
  2. ^ a b c「建築・エンジニアリング職種」。職業展望ハンドブック。労働統計局。2019年2月20日。 2019年3月23日閲覧。
  3. ^ Mahamud-López, Manuel María; Menéndez-Aguado, Juan Maria (2005年9月). 「鉱山工学教育における環境工学」 . European Journal of Engineering Education . 30 (3): 329– 339. Bibcode : 2005EJEE...30..329M . doi : 10.1080/03043790500114490 . ISSN 0304-3797 . S2CID 109093239 .  
  4. ^ a b c d e f g「環境工学における10の進歩」HowStuffWorks . 2014年5月18日. 2019年3月23日閲覧。
  5. ^ Beychok, Milton R. (1967). 『石油および石油化学工場からの水性廃棄物』（第1版）John Wiley & Sons. LCCN 67019834 . 
  6. ^ Tchobanoglous, G.; Burton, FL & Stensel, HD (2003).廃水工学（処理・処分・再利用）/ Bailey Alatoree Inc.（第4版）. McGraw-Hill Book Company. ISBN 978-0-07-041878-3。
  7. ^ Turner, DB (1994).大気拡散推定ワークブック：拡散モデリング入門（第2版）. CRC Press. ISBN 978-1-56670-023-8。
  8. ^ Beychok, MR (2005). 『煙道ガス拡散の基礎』（第4版）著者出版. ISBN 978-0-9644588-0-2。
  9. ^キャリア情報センター. アグリビジネス、環境、天然資源（第9版）. マクミラン・リファレンス. 2007年.
  10. ^ 「環境工学の認定資格を取得する」アメリカ環境技術者・科学者アカデミー。2021年1月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年3月23日閲覧。
  11. ^ 「NCEES PE 環境試験情報」 NCEES 2019年3月23日閲覧。
  12. ^ 「専門エンジニアリング機関」エンジニアリング評議会。2019年3月23日閲覧。
  13. ^ "environ | オンライン語源辞典を検索" . www.etymonline.com . 2020年12月14日閲覧。
  14. ^ a b c d e f gメイソン、マシュー. 「環境工学：なぜ私たちの未来にとって重要なのか」 .環境科学. 2019年3月23日閲覧。
  15. ^ Jansen, M. (1989年10月). 「モヘンジョダロの給水と下水処理」.世界考古学. 21 (2): 177–192 . doi : 10.1080/ 00438243.1989.9980100 . JSTOR 124907. PMID 16470995 .  
  16. ^アンジェラキス、アンドレアス・N.、ローズ、ジョアン・B. (2014). 「第2章：ハラッパー／インダス文明（紀元前2600年頃～紀元前1900年）における衛生・廃水処理技術」世紀を通じた衛生・廃水処理技術の進化. IWA Publishing. pp.  25– 40. ISBN 9781780404851。
  17. ^ 「環境工学への資金提供」米国国立科学財団。2013年7月1日閲覧。
  18. ^ 「水系感染症」 Encyclopedia.com 2019年3月23日閲覧。
  19. ^ラドニエツキ、タイラー。「環境工学とは何か？」オレゴン州立大学工学部。 2019年3月23日閲覧。
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  21. ^ダニエル・オーサー、サラ・オーサー、リンダ・マッコーリー (2024). 「環境工学3.0：地球規模の問題に直面した解決策は、思いやりのスケールアップにこそある」.環境工学ジャーナル. 150 (9): 02524001. doi : 10.1061/JOEEDU.EEENG-7764 .
  22. ^ 「環境エンジニア」米国労働統計局、ワシントンD.C.、2025年8月28日。 2025年12月17日閲覧。
  23. ^ 「環境工学とは何か？」土木環境工学誌. 2012年7月4日. 2023年1月27日閲覧。
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  26. ^ 「配水網 CE370」（PDF）キング・ファハド石油鉱物大学. 2019年10月6日閲覧。
  27. ^ Sims, J. (2003).活性汚泥、環境百科事典、デトロイト。
  28. ^マグロウヒル環境科学工学百科事典（第3版）. マグロウヒル社. 1993年. ISBN 9780070513969。

さらに読む

  • デイビス、ML、DAコーンウェル（2006）環境工学入門（第4版）マグロウヒルISBN 978-0072424119
  • 全米科学・工学・医学アカデミー (2019). 21世紀の環境工学：重要な課題への取り組み（報告書）. ワシントンD.C.: 全米科学アカデミー出版. doi : 10.17226/25121 . ISBN 978-0-309-47652-2。{{cite report}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  • ウィキメディア・コモンズの環境工学関連メディア
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