衛生工学
廃水処理システムの例。

衛生工学または衛生工学は、公衆衛生工学または廃水工学とも呼ばれ、主に人間の排泄物の除去と処理、および安全な飲料水の供給を提供することにより、人間社会の衛生を改善するための工学的手法の応用です。伝統的に土木工学の一分野であり、現在では建築設備工学と環境工学のサブセットであるこの分野は、19世紀半ばには、当時は瘴気によって引き起こされると考えられていた病気の削減に集中していました。これは主にロンドン、そして一般的にはイギリスにおける下水の収集と分離によって達成されました。 [ 1 ] これらとその後の規制の改善は、早くも1865年にアメリカ合衆国で報告されました。[ 2 ]

衛生工学は、公衆衛生に直接的かつ明確な影響を与えない環境要因にも関心を寄せています。衛生工学の専門分野外には、造園などの美観に関する問題や、動植物に関する環境保全などが含まれます。

この分野のスキルは通常、健康的な飲料水の供給、廃水の処理、居住地域からの ゴミの除去を確保することにより、人類の疾病予防を主な目的として活用されます。

例えば、主に閉鎖系を扱う電気工学や機械工学と比較すると、衛生工学は非常に学際的な分野であり、配管、防火、水力学、生命安全、構造モデリング、情報技術、プロジェクト設計、微生物学、病理学、そして環境科学や環境技術の多くの分野といった要素が絡み合います。場合によっては、社会科学や都市計画の分野に関わる事項も考慮に入れる必要があります。

衛生工学は、下水道、下水処理場、廃水処理施設、リサイクルセンター、公共埋立地、その他建設されるものの設計に最も関連していると思われますが、この用語は、特定の地域における水質汚染や土壌汚染の影響を逆転させるための行動計画にも同様に適用されます。

歴史

灌漑システムは、農業社会への水供給手段として、5000年から7000年前に発明されました。水道橋と灌漑システムは、下水処理技術の初期の形態の一つでした。人口密集地の密度が高まるにつれて、集落から下水を排出するために水道橋と灌漑システムが利用されるようになりました。ローマ人は水道橋の有効性を最初に実証した人々でした。暗黒時代は、水管理の進歩が停滞した時代でした。[ 3 ]

人口が増加するにつれて、人間の排泄物の管理はますます大きな懸念事項となり、公衆衛生上の脅威となりました。1850年代までに、ロンドンでは毎日40万トン以上の下水がテムズ川に排出され、年間約1億5000万トンに達しました。 [ 4 ]天然痘、ジフテリア、麻疹、猩紅熱、チフス、コレラ、腸チフスなどの病気が、汚染された水源を介して蔓延しました。[ 5 ] 19世紀には、大都市で下水道システムの建設が始まり、人間の排泄物を都市から河川に排出するようになりました。

1900年代の衛生

1900年代には活性汚泥法が発明されました。[ 6 ] 活性汚泥法は、バクテリアを利用して人間の排泄物を分解する浄水法です。塩素は、このプロセスの後半でバクテリアを殺菌するために使用されます。1950年代には、公衆衛生報告書において、まず潜在的な危険性を検討した上で、国民に清潔な水を供給するための計画が示されました。この組織は、飲料水の処理方法だけでなく、水質汚染にも綿密に調査を行いました。また、効果的でありながら費用がかかりすぎない方法を見つけることを優先しました。[ 7 ]衛生コストは、多くの外国（米国以外）にとって主要な問題です。家庭の水道・衛生システムの平均費用は月額50ドルからで、多くの国民は生活必需品以外のものに使うだけの収入がありません。[ 8 ]

何世紀にもわたって、廃水工学の分野は大きく変化してきました。微生物学、化学、そして工学の進歩は、この分野を劇的に変化させました。今日、廃水工学者は、飲料水としてきれいな水を採取し、化学的に処理し、紫外線を用いて微生物を殺菌する作業にも携わっています。また、廃水（ブラックウォーターとグレーウォーター）の水質汚染を処理し、周囲の人々や環境を危険にさらすことなく、これらの水を安全に利用できるようにしています。この分野では、 廃水処理と水の再生が重要な課題となっています。

ハーム・フイゼンガ

近代的な衛生設備が地域や都市に整う以前は、人々はゴミを路上に放置していました。1892年、これは深刻な問題となり、ハーム・ヒュージンガという男性が自らゴミ拾いを申し出ました。オランダ人の彼は、荷馬車で街中を回り、シカゴ市内のゴミを拾い集めました。このような小さな取り組みは1900年代初頭から1968年頃まで続きました。ヒュージンガの孫であるウェイン・ヒュージンガは、祖父のアイデアを事業化し、廃棄物管理を始めました。1970年代までには、廃棄物管理全体が社会にとって必要な行為と見なされるようになりました。[ 9 ]

アメリカの衛生

カリフォルニア州/郡

1940年代初頭、州内の多くの郡、特にタホ湖周辺では、廃棄物処理に問題を抱えていました。これらの町の住民は、劣悪な下水処理システムがポリオ、コレラ、肝炎といった病気の流行を引き起こすのではないかと懸念していました。特にコレラは、廃棄物管理に伴う最大の健康リスクです。この病気は細菌によって引き起こされ、特に細菌を含む食品や水を摂取することで発症します。貧しい地域では、廃棄物と飲料水の交差汚染が原因となる可能性が非常に高いのです。

郡

  • エルドラド郡には多数のゴミ収集施設があり、その中には民間企業も含まれています。住宅地における廃棄物の主な発生源は油です。それ以来、エルドラド郡には多くの廃棄物管理施設が建設され、これらの病気のリスクが軽減されています。1950年代以降、郡はこれらの企業とのつながりを活用し、低コストで効果的な方法で町を清潔に保ってきました。現在、エルドラド廃棄物処理やアメリカンリバー廃棄物処理など、収集エリアが異なる7つのフランチャイズが郡内に割り当てられています。[ 10 ]
  • サンホアキン・バレーはリサイクルに非常に力を入れています。サンホアキン郡の廃棄物管理ウェブサイトには、郡がこれに従うことを期待して、リサイクル可能なすべてのアイテムをリサイクルするためのヒントが数多く掲載されています。ヒントの一つは、リサイクルビンに入れたアイテムがすべてリサイクル可能であることを確認することです。そうしないと、全くリサイクルされない可能性があります。このウェブサイトは、住宅地における廃棄物管理を支援する上で、一般の人々にとって非常に役立ちます。[ 11 ]

教育

エンジニアリング

廃水工学は通常、独立した学位コースではなく、環境衛生工学、衛生工学、土木工学、環境工学、生化学工学、化学工学などの学位からの専門分野です。廃水技術者の正式な教育は高校で始まり、学生は化学、生物学、物理学、微積分を含む高等数学などの授業を受けます。高校卒業後は、ほとんどの仕事で州機関からの資格取得が求められます。この業界で昇進したい人は、衛生工学、環境衛生工学、土木工学、機械工学、環境工学、または施設工学の学位を取得する必要があります。インターンシップや大学在学中の就業を通じて経験を積むことは、昇進への一般的な方法です。

廃棄物処理に関する教育には、システム設計、機械設計の原理、水化学などのコースワークが必要です。その他の授業には、植物プロセスの化学や、様々なプラント運用に関するコースが含まれる場合があります。

廃水処理エンジニアは、追加の教育と経験を積むことでキャリアアップが可能です。知識と経験を積むことで、プラント全体の管理者になることも可能になります。学位と免許の取得に必要な教育を認定する機関は、工学技術認定委員会（ABET）です。企業によっては、技術の変化に対応するために、廃水処理エンジニアに継続的な教育を求める場合があります。

多くの企業が選考において修士号取得を優遇しているため、修士号取得が奨励されている。[ 12 ] [ 13 ]

この分野では、2013年現在、雇用者の76％が学士号を取得しており、17％が修士号、3％が博士号を取得しています。[ 14 ] 平均年収は約83,360ドルです。[ 15 ]

工場運営

廃水処理工学の分野では、高度な正規教育を受けた人でも受けない人でも、最初の雇用を得ることができます。例えば、カリフォルニア州水資源管理委員会（SWRCB）は、廃水処理オペレーターとして資格取得を段階的に進める方法を示しています。 [ 16 ]同委員会は、処理対象人口と処理システムの複雑さに応じて、水処理施設を5段階の分類システムでカテゴリーIVに分類しています。

水処理事業者および廃水処理事業者の事業者認定要件は、州法で詳細に規定されています。認定要件を満たすには、事業者はSWRCBに申請書を提出し、必要な実務経験を有し、教育要件を満たし、規則に定められた知識、技能、能力に基づく試験に合格する必要があります。事業者は3年ごとに認定資格を更新する必要があります。更新資格を得るには、認定事業者は前回の認定資格発行後、規定の継続教育時間を修了する必要があります。[ 17 ]

職務内容と典型的なタスク

衛生工学分野で働く重要な職種には、衛生作業員、廃棄物収集者、廃水処理技術者が含まれます。

廃水処理技術者は多様なスキルを活用し、機械工学と環境工学の知識を身につけていなければなりません。設計、数学、英語、建設、物理学、化学、生物学、経営学、人事学といった分野の知識を駆使し、業務を遂行することが求められます。さらに、複雑な問題解決能力、批判的思考力、数学、積極的傾聴力、判断力、読解力、会話力、文章力、科学、システム分析能力も必要です。[ 14 ]典型的な業務内容としては、問題解決、経営陣やスタッフとのコミュニケーション、情報収集、データ分析、基準の評価と遵守、そして現場の同僚とのコミュニケーションなどが挙げられます。

廃水処理技術者は、知識とスキルを組み合わせて業務を遂行します。これらの業務は、コンピュータ支援設計プログラムを理解し、施設、給水システム、集水システムの建設に関する調査を実施することです。廃水処理機械やシステムコンポーネントのシステム設計を行うこともあります。水流解析を実施し、政府および業界の基準に基づいて設計と機器を選択することもあります。[ 18 ]廃棄物収集や、地域内の廃水処理施設や雨水排水システムの維持管理など、特定の分野に携わる技術者もいます。また、公共水道の維持管理、家庭ごみ収集プログラム、有害廃棄物の処理、リサイクル戦略、さらには個人や企業が地域を「養子縁組」し、自ら維持管理するか、資金を寄付する地域プログラムなど、より広範な活動を行う技術者もいます。

廃水処理エンジニアは、地球の地形や地理的特徴を地図に描き、最適な収集手段を決定したり、パイプやポンプによる収集システムを設計したり、収集した廃水の処理プロセスを設計したりすることもあります。

典型的な雇用主

廃水処理技術者は、民間企業、州政府、地方自治体、特別区で勤務します。

現代の課題

水不足

干ばつの頻繁化と長期化により水位が低下するにつれ、水管理者は新たな課題と新たな技術の必要性に直面しています。井戸の水量を測定するために、ソナーマッピングなどの技術が活用されています。例えば、米国地質調査所とニューヨーク州は1980年代から協力して地下帯水層の地図を作成してきました。[ 19 ]現在、両州は水管理を支援するために、これらの帯水層の詳細な地図を作成しています。

水不足に最も深刻な影響を受ける地域では、将来的に淡水化プラントが必要になる可能性があります。淡水化とは、蒸発によって水を浄化するプロセスです。水は蒸発し、膜を通過します。その後、水は冷却されて凝縮し、主水道管に戻るか、海へ排出されます。[ 20 ]

スマート衛生

スマート衛生：センサー技術、データ分析、自動化の進歩により、水質の監視、漏水の検知、処理プロセスの最適化、そして全体的な効率性の向上を可能にするスマート衛生システムの開発が可能になっています。衛生技術者は、これらの技術を活用して、衛生インフラの性能と信頼性を向上させる必要があります。[ 21 ]

気候変動

廃水処理は様々な形で地球温暖化に影響を与えています。地球温暖化の要因の一つは、廃水処理施設とそこから排出される温室効果ガスです。これらのガスには、二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素などが含まれます。これらのガスは、嫌気性細菌による有機物の分解によって発生します。これらの細菌は残留廃棄物を浄化します。嫌気性細菌の分解によってこれらのガスが生成されたとしても、他の機器が排出する温室効果ガスの割合は、嫌気性細菌の寄与よりも依然として大きいです。また、これらの機械の電力使用量は非常に高いです。そのため、多くの施設では、他の種類の機器と比較して、より多くの嫌気性細菌を使用するように改修が行われています。[ 22 ]

気候変動が衛生工学に与える影響は、地域やそこで採用されている衛生ソリューションによって異なります。北極圏では、永久凍土の融解により配管などのインフラが損傷しました。[ 23 ]米国北東部では、降水量の増加により、豪雨による膨大な水量に対応できない老朽化したインフラが機能不全に陥っています。[ 24 ]米国西部では、長期にわたる干ばつにより水供給量が減少しました。このため、一部の下水処理施設では再生水・再生水プログラムの拡大に至っています。[ 25 ]気候変動は配水管にも影響を与えています。極端な降雨や干ばつなど、気候変動に関連する条件による物理的ストレスは配管の腐食速度を高め、施設コストの増加につながります。[ 26 ]

参考文献

  1. ^ロンドン衛生改革、ジョセフ・バザルジェット卿のワーキングコレクション、英国連邦文学研究、スタンフォード大学グリーン図書館
  2. ^ヨーロッパ衛生改革。イギリス衛生法、ニューヨーク・タイムズ、1865年7月31日
  3. ^ Steinbeck, SG. 「オンサイト廃水の要約された歴史：初期から現在まで」（PDF） . REHSオンサイト水保護部門. ノースカロライナ州保健福祉省公衆衛生局環境保健課. 2015年4月9日閲覧。
  4. ^ 「ロンドンのビクトリア朝時代の下水道システム」テムズ・ウォーター. テムズ・ウォーター. 2018年6月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年4月4日閲覧。
  5. ^ハーディ、アン (1984). 「18世紀および19世紀のロンドンにおける水と公衆衛生の探求」 .医学史. 28 (3): 250–82 . doi : 10.1017/s0025727300035936 . PMC 1139446. PMID 6390024 .  
  6. ^松尾智則、他「土木工学 Vol. I」（PDF） .廃水管理工学. 生命維持システム百科事典. 2015年4月3日閲覧。
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  9. ^ 「Our Story」 . www.wm.com . 2021年12月6日閲覧。
  10. ^ 「固形廃棄物の収集と処分」 www.edcgov.us . 2021年12月6日閲覧。
  11. ^ 「Waste Management San Joaquin Valley」www.wm.com . 2021年12月6日閲覧。
  12. ^ 「環境エンジニア」 . Science Buddies . Science Buddies, Inc. 2015年3月21日閲覧。
  13. ^ 「環境エンジニア：キャリアプロフィール」 Study.com 、 Study.com、カリフォルニア州マウンテンビュー。 2015年3月21日閲覧。
  14. ^ a b「概要報告書：17-2081.01 - 水道・廃水処理技術者」 O *netオンライン。米国労働省。 2015年3月23日閲覧。
  15. ^ 「賃金と雇用動向」 Onetonline.org米国労働省2015年3月25日閲覧。
  16. ^カリフォルニア州環境保護庁. 「オペレーター認証要件表」（PDF） .州水資源管理委員会. カリフォルニア州. 2015年3月30日閲覧。
  17. ^ 「廃水処理施設の分類、事業者認証、および契約事業者登録」（PDF） .カリフォルニア州水資源管理委員会. 2015年4月20日閲覧。
  18. ^フェアファックス郡人事部. 「廃水処理場運営管理者分類仕様」 .フェアファックス郡分類. バージニア州フェアファックス郡. 2019年8月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年3月21日閲覧。
  19. ^ 「地下水資源マッピング」ニューヨーク州資源保全局。ニューヨーク州。2019年10月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年3月23日閲覧。
  20. ^ Lattemann, Sabine; et al. (2008). 「海水淡水化の環境影響と影響評価」 . Desalination . 220 (1): 1– 15. Bibcode : 2008Desal.220....1L . doi : 10.1016/j.desal.2007.03.009 . 2015年4月20日閲覧。
  21. ^ 「衛生設備設計」 .衛生. 2023年4月27日閲覧。
  22. ^ Cakir, FY (2005年9月26日). 「温室効果ガス排出：好気性廃水処理技術と嫌気性廃水処理技術の比較」. Water Research . 39 (17): 4197– 4203. Bibcode : 2005WatRe..39.4197C . doi : 10.1016/j.watres.2005.07.042 . PMID 16188289 . 
  23. ^ Schreiber, Melody (2018年5月10日). 「永久凍土の融解が原因の北極圏の住宅危機」 . Bloomberg.com . 2020年4月27日閲覧。
  24. ^ 「豪雨と下水氾濫」medialibrary.climatecentral.org . 2020年4月27日閲覧。
  25. ^ダニエルズ、ジェフ (2015年4月15日). 「カリフォルニアの干ばつにより、『トイレから蛇口へ』への注目度が新たなレベルに」 . CNBC . 2020年4月27日閲覧。
  26. ^ Jha, Rajan (2016年8月30日). 「気候変動により水道管やインフラが崩壊する恐れ」 GreenBiz . 2020年4月27日閲覧。
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