配管工事

配管とは、幅広い用途で流体を輸送するシステムです。配管では、パイプ、バルブ、配管器具、タンク、その他の装置を使用して流体を輸送します。^[1] 暖房と冷房(HVAC)、廃棄物の除去、飲料水の供給は、配管の最も一般的な用途ですが、これらの用途に限定されるわけではありません。^[2]この単語は、鉛を意味するラテン語のplumbum に由来しており、ローマ時代に使用された最初の効果的なパイプは鉛管でした。^[3]

先進国では、配管インフラは公衆衛生と衛生にとって極めて重要です。^{[4] [5]}

ボイラー製造業者や配管工は、職業上配管を扱っており、業務に配管工事が含まれる場合 もありますが、配管工ではありません。

配管工事は古代文明の時代に始まり、公衆浴場が開発され、より多くの人々のために飲料水と廃水処理を供給する必要があった。 ^[6]

メソポタミア人は紀元前4000年頃に粘土製の下水管を世界に紹介した。最も古い例はニップールのベル神殿とエシュヌンナで発見されており^[7]、遺跡から汚水を除去し、井戸に雨水を貯めるために使用されていた。ウルク市には、紀元前 3200年頃に相互接続された焼成粘土製下水管の上に建設されたレンガ造りの便所の最古の例が残っている。^{[8] [9]粘土製管は後に}ヒッタイトの都市ハットゥシャで使用された。^[10]粘土製管は簡単に取り外して交換できるセグメントを持ち、清掃が可能であった。

漏れを防ぐためにアスファルトを使用した、幅広のフランジを備えた標準化された土製の配管パイプは、紀元前2700年までにインダス文明の都市集落に登場しました。 ^[11]

銅管は紀元前2400年までにエジプトに登場し、サフラーのピラミッドと隣接するアブシールの寺院群は銅の排水管で接続されていたことが発見されている。^[12]

「配管工」という言葉はローマ帝国に遡ります。^[13]鉛のラテン語はplumbumです。ローマの屋根には導管や排水管に鉛が使われており^[14]、一部は鉛で覆われていました。鉛は配管や風呂を作るのにも使われていました。^[15]

配管技術は古代ローマで最盛期を迎え、大規模な水道システム、タイルによる 汚水除去、鉛管の広範な使用が導入されました。ローマ人は水の盗難を防ぐために鉛管の碑文を使用しました。ローマ帝国の崩壊とともに、給水と衛生は1,000年以上停滞、または後退しました。改善は非常に遅く、1800年代に現代の人口密度の高い都市が成長するまで、効果的な進歩はほとんどありませんでした。この期間中、公衆衛生当局は、病気の流行を防止または制御するために、より優れた廃棄物処理システムの設置を強く求め始めました。以前の廃棄物処理システムは、廃棄物を収集して地面または川に投棄することで構成されていました。最終的に、地下の独立した水道と下水道システムが開発され、開いた下水溝と汚水だまりがなくなりました。

古典期以降のキルワでは、裕福な人々は石造りの家に屋内配管を備えていました。^{[16] [17]}

今日、ほとんどの大都市では、固形廃棄物を下水処理場にパイプで送り、水を分離して部分的に浄化してから、小川やその他の水域に排出しています。飲料水の使用には、 1800 年代後半から 1960 年頃まで、米国では亜鉛メッキ鉄パイプが一般的でした。その後、銅パイプが主流となり、最初はフレア継手付きの軟銅、次にはんだ付け継手付きの硬銅管が主流になりました。

第二次世界大戦後、鉛中毒の危険性が認識されるようになったため、飲料水への鉛の使用は急激に減少した。このとき、鉛管に代わるより優れた安全な方法として銅管が導入された。^[18]

配管システムまたはサブシステムの主なカテゴリーは以下のとおりです。^[19]

• 飲料用の冷水と温水の水道水供給
• 配管 排水 通気
• 温水熱リサイクルおよび中水回収・処理システムの有無にかかわらず下水道システムおよび浄化槽システム
• 雨水、地表水、地下水の排水
• 燃料ガス配管
• ハイドロニックス、すなわち、ニューヨーク市の蒸気システムのような地域暖房システムのように、熱エネルギーを輸送するために水を使用する暖房および冷房システム。

水道管は、加圧され処理された真水を建物（自治体の水道システムの一部として）や建物内 に運ぶパイプまたはチューブであり、多くの場合プラスチックまたは金属で作られています^。

鉛は可鍛性があるため、希望の形状に加工しやすいことから、何世紀にもわたって水道管の材料として好まれてきました。このような使用は非常に一般的であったため、「配管」という単語は鉛を意味するラテン語のplumbumに由来しています。鉛を摂取することによる健康被害が完全に理解される前の時代には、鉛関連の健康問題の原因となっていました。その中には、死産や乳児死亡率の高さがありました。鉛入り水道管は 20 世紀初頭でも広く使用されており、多くの家庭に残っています。鉛とスズの合金のはんだは銅管の接合によく使用されていましたが、現代の慣行では鉛の危険性を排除するために、代わりにスズとアンチモンの合金のはんだが使用されています。^[20]

ローマ人は鉛管を広く使用していたにもかかわらず、水道管が人々を中毒にすることはめったになかった。鉛管が中毒を引き起こす世界の他の地域とは異なり、ローマの水にはカルシウムが非常に多く含まれていたため、プラークの層が水と鉛自体の接触を妨げていた。混乱を招くことが多いのは、特に水道水に簡単にアクセスできた人々の間で鉛中毒が広まっていたという証拠が大量にあることであり、^[21]調理器具や加工食品や飲料への添加物（たとえばワインの防腐剤）として鉛が使用されていたことによる残念な結果である。^[22] ローマの鉛管の碑文には、水の盗難を防ぐために所有者に関する情報が記載されていた。

16世紀から17世紀にかけて、ロンドンなどで木管が使われていた。木管は丸太をくり抜いて作られ、先端が細くなっていて、水が通る小さな穴が開いていた。^[23]複数の木管は熱い動物性脂肪で密閉された。木管は1800年代にフィラデルフィア、^[24]ボストン、モントリオールで使われた。20世紀の米国では、組み立て式の木製管が広く使われていた。これらの木管（波形鉄板や鉄筋コンクリート管の代わりに使用）は、短い木材から切り出した部分でできていた。隣接するリングを硬材のダボピンで固定することで、柔軟な構造が作られた。第二次世界大戦中には、排水暗渠、雨水管や導管、高速道路の下、陸軍基地、海軍基地、飛行場、兵器工場などに、約10万フィートのこれらの木管が設置された。

鋳鉄管やダクタイル鋳鉄管は、耐久性のあるプラスチック材料が登場する以前は、銅管の低コストの代替品として長い間使用されてきましたが、異種金属間の電気化学反応による腐食を避けるために、他の金属管（端子継手を除く）への移行部には、特別な非導電性継手を使用する必要があります（ガルバニ電池を参照）。^[25]

青銅製の継手と短いパイプセグメントは、さまざまな材料と組み合わせて使用​​されることが一般的です。^[26]

パイプとチューブの違いはサイズの問題です。たとえば、配管用のPVCパイプと亜鉛メッキ鋼管は、鉄管サイズ(IPS) で測定されます。銅管、CPVC、PeX、およびその他のチューブは、基本的に平均直径で測定されます。これらのサイズ設定により、移行継手の汎用的な適応が可能になります。たとえば、1/2 インチの PeX チューブは、1/2 インチの銅管と同じサイズです。一方、1/2 インチの PVC は、1/2 インチのチューブと同じサイズではないため、接続するには、ねじ付きオスまたはメスのアダプターが必要です。農業用灌漑で使用される場合、単数形の「パイプ」は、複数形としてよく使用されます。^[27]

パイプは剛性ジョイントで提供され、材質に応じてさまざまな長さがあります。チューブ、特に銅は、剛性のハードテンパージョイントまたはソフトテンパー（焼きなまし）ロールで提供されます。PeXおよびCPVCチューブも剛性ジョイントまたはフレキシブルロールで提供されます。銅のテンパーは、剛性ジョイントであれフレキシブルロールであれ、サイズには影響しません。^[27]

水道管とチューブの壁の厚さはさまざまです。配管とチューブは日用品であるため、壁が厚いほど初期コストが高くなります。壁が厚いパイプは一般に耐久性が高く、圧力耐性が高くなります。パイプの壁の厚さはさまざまなスケジュールで示されますが、英国の大口径ポリエチレン パイプの場合は標準寸法比(SDR) で示されます。これはパイプの直径と壁の厚さの比率として定義されます。パイプの壁の厚さはスケジュールに従って増加し、スケジュール 20、40、80、および特別な場合にはそれ以上のものが利用できます。スケジュールは主にシステムの動作圧力によって決定され、圧力が高いほど厚さが増します。銅管には、DWV タイプ (最も薄い壁、UPC に従って排水管としてのみ許可)、M タイプ (薄い、通常は IPC コードによって排水管としてのみ許可)、L タイプ (より厚い、水道管および給水サービスの標準用途)、K タイプ (最も厚い、通常は本管とメーターの間の地下で使用) の 4 つの壁厚があります。

壁の厚さはパイプやチューブのサイズには影響しません。^[28] 1/2" L 銅は、1/2" K または M 銅と同じ外径です。同じことがパイプスケジュールにも当てはまります。その結果、壁の厚さが増すと流路が減少するため、圧力損失がわずかに増加します。言い換えると、1/2" L 銅 1 フィートの容積は、1/2 M 銅 1 フィートの容積よりもわずかに小さくなります。^[29]

古代の水道システムは、重力を利用して水を供給しており、通常は粘土、鉛、竹、木、石でできたパイプや水路を使用していました。中をくり抜いた木の丸太を鋼鉄の帯で巻いたものが、特に水道本管などの配管に使用されていました。丸太は、約 500 年前からイギリスで水道の配水に使用されていました。米国の都市では、1700 年代後半から 1800 年代にかけて中をくり抜いた丸太が使用され始めました。今日、ほとんどの配管供給パイプは鋼鉄、銅、プラスチックでできており、ほとんどの廃棄物 (「土壌」とも呼ばれる) ^[30]は鋼鉄、銅、プラスチック、鋳鉄でできています。^[30]

配管システムの直線部分は「パイプ」または「チューブ」と呼ばれます。パイプは通常、鋳造または溶接によって形成されますが、チューブは押し出しによって作られます。パイプは通常壁が厚く、ねじ切りまたは溶接されるのに対し、チューブは壁が薄く、ろう付け、圧縮継手、圧着、またはプラスチックの場合は溶剤溶接などの特別な接合技術が必要です。これらの接合技術については、配管および配管継手の記事で詳しく説明します。

亜鉛メッキ鋼の飲料水供給および配水管は、公称管径が3 ⁄ 8インチ (9.5 mm) から 2 インチ (51 mm)のものが一般的です。今日では、新築住宅の配管にはほとんど使用されていません。鋼管には、 National Pipe Thread (NPT) 規格のテーパー雄ねじがあり、エルボ、T 字継手、カップラー、バルブ、その他の継手のテーパー雌ねじと接続します。亜鉛メッキ鋼 (配管業界では単に「ガルブ」または「鉄」と呼ばれることが多い) は比較的高価で、重量があり、パイプ スレッダーが必要なため、扱いが困難です。既存の「ガルブ」システムの修理や、ホテル、アパート、その他の商業用途で一般的に見られる建築基準法の不燃性要件を満たすために、今でも一般的に使用されています。また、非常に耐久性があり、機械的損傷にも耐性があります。黒色ラッカー塗装鋼管は、消火スプリンクラーや天然ガス用の最も広く使用されているパイプ材料です。

一般的な一戸建て住宅の給水システムでは、コストがかかることと、内部の亜鉛メッキコーティングが劣化すると時間の経過とともにパイプの内側に錆びや鉱物の堆積物が発生し、パイプが詰まる傾向があることから、3 ⁄ 4 インチ (19 mm) を超える給水パイプは必要ありません。飲料水配水サービスでは、亜鉛メッキ鋼管の耐用年数は約 30 ～ 50 年ですが、腐食性の水質汚染物質がある地域ではそれより短くなることが珍しくありません。

20世紀後半には、銅管や銅チューブが家庭用水道システムに広く使用されていました。銅価格の急激な上昇により銅製品の需要は減少し、PEXやステンレス鋼などの代替製品の需要が増加しました。

プラスチック管は、家庭用給水管や排水・廃水・通気管（DWV）に広く使用されています。主な種類は以下のとおりです。 ポリ塩化ビニル（PVC）は19世紀に実験的に製造されましたが、1926年にBFグッドリッチ社のウォルドー・セモンがPVCを可塑化して加工しやすくする方法を開発するまで、実用化されませんでした。PVC管は1940年代に製造が始まり、第二次世界大戦後のドイツと日本の復興期には排水・廃水・通気管に広く使用されました。1950年代には、西ヨーロッパと日本のプラスチック製造業者がアクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）管の製造を開始しました。架橋ポリエチレン（PEX）の製造方法も1950年代に開発されました。プラスチック供給管はますます一般的になり、さまざまな材料と継手が使用されています。

• PVC / CPVC – 硬質プラスチックパイプ。PVC排水管に似ていますが、市水圧に対応するため壁が厚くなっています。1970年頃に導入されました。PVCはポリ塩化ビニルの略で、金属パイプの一般的な代替品となっています。PVCは冷水または換気にのみ使用してください。CPVCは温水と冷水の飲料水供給に使用できます。接続は、コードで要求されているプラ​​イマーと溶剤セメントで行われます。^[31]
• PP – この素材は主に家庭用品、食品包装、医療機器に使用されていますが、^[32] 1970年代初頭から、家庭用の温水と冷水の両方で世界中で使用が増加しています。PPパイプは熱融着されており、接着剤、溶剤、または機械継手の使用には適していません。PPパイプは、グリーンビルディングプロジェクトでよく使用されます。^[33]
• PBT – 柔軟な（通常は灰色または黒色の）プラスチック パイプで、バーブ付き継手に取り付けられ、銅製の圧着リングで固定されます。PBT チューブと継手の主要メーカーは、このシステムの欠陥をめぐる集団訴訟により破産に追い込まれました。^[要出典]しかし、PB チューブと PBT チューブはその後市場と規格に復帰し、通常はライザーなどの「露出した場所」で最初に使用されるようになりました。
• PEX – バーブと圧着鋼または銅リングを使用して機械的に接合された継手を備えた架橋ポリエチレン システム。
• ポリタンク - プラスチック製のポリエチレン貯水槽、地下水タンク、地上水タンクは、通常、飲料水貯蔵タンクとして適した線形ポリエチレンで作られており、白、黒、または緑で提供されます。
• アクア – PEX/アルミニウム サンドイッチ構造のため PEX-Al-PEX とも呼ばれ、PEX の層の間にアルミニウム パイプを挟み込み、改良された真鍮の圧縮継手で接続します。2005 年に、これらの継手の多くがリコールされました。^{[詳細な説明が必要]}

今日の給水システムは高圧ポンプのネットワークを使用しており、建物内の配管は銅、^[34]真鍮、プラスチック（特にPEXと呼ばれる架橋ポリエチレンで、戸建て住宅の60％で使用されていると推定されています^{[35] ）、またはその他の無毒の材料で作られています。鉛の}毒性のため、米国では1920年代までにほとんどの都市が鉛製の給水配管を廃止しましたが、^[36]鉛管は1980年代まで国家配管コードで承認され、^[37]、1986年に禁止されるまで飲料水の配管はんだに鉛が使用されていました。 ^[36]排水管と通気管はプラスチック、鋼、鋳鉄、または鉛で作られています。^{[38] [39]}

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  ムィティシチの水道管の記念碑（ロシア）
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  圧力容器で使用するために作られた特殊な水道管。この管は高圧水に耐えることができ、比較的小型です。
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  コンクリート水道管
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  ステンレス製のタッピングスリーブとバルブ (赤) を使用して、既存の水道管 (白いパイプ) に接続します。新しい接続の背後にコンクリートのスラスト ブロックが形成されています。
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  浄化槽に接続された水道管。
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  下水管

配管システムでは、パイプやチューブの長さに加えて、バルブ、エルボ、T字継手、ユニオンなどのパイプ継手も使用されます。^{[40]パイプと継手は、}パイプハンガーとストラップで固定されます。

配管器具は、水を使用する交換可能な装置であり、建物の配管システムに接続できます。これらは、建物の半永久的な部分であり、通常は個別に所有または維持されないという点で、「器具」と見なされます。配管器具は、エンドユーザーの目に触れ、エンドユーザー向けに設計されています。器具の例には、水洗トイレ^{[41] （}トイレとも呼ばれます）、小便器、ビデ、シャワー、浴槽、ユーティリティシンクとキッチンシンク、水飲み場、製氷機、加湿器、エアウォッシャー、噴水、洗眼器などがあります。

ねじ付きパイプジョイントは、ねじシールテープまたはパイプドープで密封されます。多くの配管器具は、配管用パテで取り付け面に密封されています。^[42]

配管設備には、壁の後ろや一般の人の目に触れないユーティリティ スペースに設置されることが多い装置が含まれます。これには、水道メーター、ポンプ、膨張タンク、逆流防止装置、水フィルター、紫外線殺菌灯、軟水装置、給湯器、熱交換器、ゲージ、制御システムなどが含まれます。

配管工が適切な配管工事を行うには、多くのツールが必要です。多くの簡単な配管作業は、一般的な手持ち工具で完了できますが、より複雑な作業には、作業を容易にするために特別に設計された特殊なツールが必要です。

特殊な配管工具には、パイプレンチ、フレアリングプライヤー、パイプバイス、パイプ曲げ機、パイプカッター、ダイス、はんだ付けトーチや圧着工具などの接合工具などがあります。配管工がより効率的に問題を解決できるように、新しい工具が開発されています。たとえば、配管工は隠れた漏れやその他の問題を検査するためにビデオカメラを使用します。また、ハイドロジェットや、鋼鉄ケーブルに接続された高圧油圧ポンプを使用して、開削せずに下水管を交換することもあります。

過度の雨や下水道の詰まりによる浸水には、未処理の下水を吸引するように設計された大型ポンプ車などの特殊な装置が必要になる場合があります。^{[引用が必要]}

細菌は「建物内の配管システム」に生息していることがわかっています。後者は「公共施設から供給された水を蛇口まで運ぶ建物内のパイプや器具」を指します。^[43]地域の水道システムは、何世紀にもわたって腸チフスやコレラなどの水系感染症を広めることが知られています。しかし、「日和見建物配管病原体」が認識されるようになったのはごく最近のことです。 1976年に発見されたレジオネラ・ニューモフィラ、マイコバクテリウム・アビウム、および緑膿菌は、最もよく追跡される細菌であり、免疫力が低下した人が吸入または摂取して感染する可能性があります。^[44] これらの日和見病原体が増殖する可能性のある場所の一部には、蛇口、シャワーヘッド、給湯器、およびパイプ壁があります。それらの増殖を促進する理由は、「表面積対容積比が高いこと、断続的な停滞、消毒剤の残留量が少ないこと、および加温サイクル」です。高い表面積対容積比、つまり比較的大きな表面積により、細菌はバイオフィルムを形成し、消毒から保護されます。^[44]

人口密集地域での配管工事の多くは、公衆の健康、安全、福祉に直接影響するため、政府または準政府機関によって規制されています。住宅やその他の建物での配管工事や修理工事は、通常、建物の居住者を保護し、将来の購入者に安全で質の高い建設を保証するために、配管および建築基準法に従って行う必要があります。作業に許可が必要な場合は、配管業者が通常、住宅所有者または建物所有者に代わって当局から許可を取得します。^{[引用が必要]}

オーストラリアでは、配管規制の国家統括機関はオーストラリア建築基準委員会です。同委員会は国家建設基準（NCC）の作成に責任を負っており、その第3巻である配管規制2008 ^[45]とオーストラリア配管基準^[46]は配管に関するものです。

各州政府は、配管工の免許発行に関して独自の当局と規制を設けています。また、NCCに概説されている規制の解釈、管理、施行についても責任を負っています。^[47]これらの当局は通常、それぞれの州/準州における配管活動を規制する目的でのみ設立されています。しかし、州レベルの規制法の中にはかなり時代遅れのものもあり、10年以上前に導入された地方政策に基づいて運用されているものもあります。このため、現在の政策ではカバーされていない配管規制の問題が増加しており、そのため、現在多くの政策が更新され、これらのより現代的な問題がカバーされています。更新には、免許取得のための最低限の経験とトレーニングの要件の変更、新しいより特殊な種類の配管に対する追加の作業基準、および全国の配管規制を標準化するためにオーストラリア配管コードを州の規制に採用することが含まれます。

ノルウェーでは、1997年以降に設置された新しい家庭用配管は、設置後に交換するために簡単にアクセスできるという要件を満たす必要がありました。^{[48]これにより}、パイプインパイプシステムが家庭用配管の事実上の要件として開発されました。

英国では、専門団体は公認配管・暖房工学協会（教育慈善団体の地位）であり、この業界は事実上、未だに統制されていないのが事実である。^[49]不適切に行われた作業から健康と安全の問題が生じるにもかかわらず、資格のない配管工や、設置やメンテナンス作業を自ら行うことを選択した住宅所有者の活動を監視または管理するシステムは存在しない。世界保健機関（WHO）と世界配管協議会（WPC）が共同で発行した「配管の健康面（HAP）」を参照。^{[50] [51]}その後、WPCは配管の健康面に関連するさまざまなプロジェクトを進めるために世界保健機関に代表を任命した。^[52]

米国では、配管に関する規則やライセンスは一般的に州政府や地方自治体によって管理されている。国家レベルでは、環境保護庁が安全飲料水法に準拠するために、鉛フリーの配管部品やパイプに関するガイドラインを定めている。^[53]

米国で広く使用されている規格は以下のとおりです。^[要出典]

• ASME A112.6.3 – 床排水および溝排水
• ASME A112.6.4 – 屋根、デッキ、バルコニーの排水
• ASME A112.18.1/CSA B125.1 – 配管供給継手
• ASME A112.19.1/CSA B45.2 – エナメル加工鋳鉄およびエナメル加工鋼配管器具
• ASME A112.19.2/CSA B45.1 – セラミック配管器具

カナダでは、配管工事は特定の技術研修と認定を必要とする規制された職業です。配管工事の基準と規制は州および準州レベルで監督されており、それぞれに独自の管理機関があります。

• 統治機関:各州または準州には、配管工の免許および規制を監督する規制当局があります。たとえば、オンタリオ州では、オンタリオ職業大学が職人の認定と規制を担当し、ブリティッシュコロンビア州では、産業訓練局 (ITA) がこの機能を担当しています。

• 認定:カナダで認定配管工の資格を取得するには、通常、教室での指導と実地経験の両方を含む見習いプログラムを修了する必要があります。修了後、候補者は認定試験を受けます。

• 建築基準法:配管の設置と修理は、各州または準州が定める建築基準法に従う必要があります。カナダの国家建築基準法はモデル基準として機能し、各州および準州は独自のニーズに合わせて採用または変更する裁量権を持ちます。

• 安全と健康:健康と衛生に直接関係していることから、配管工事はカナダで最も重要な仕事です。規制により、汚染されていない飲料水と適切な廃水処理が保証され、公衆衛生における認定配管工の重要な役割が強調されています。

• 環境への配慮:カナダの環境保護への取り組みを反映して、持続可能な配管工事の実施がますます重視されています。規制では、節水と環境に優しい材料の導入が推奨されています。

• 規格：カナダ規格協会（CSA）は、さまざまな配管製品の規格を定め、その安全性、品質、効率性を確保しています。蛇口やトイレなどの製品には、必要な規格に準拠していることを示すCSA認証が付いていることがよくあります。^[54]

• テレシ、ディック（2002年）。『失われた発見：バビロニアからマヤまで、現代科学の古代のルーツ』ニューヨーク：サイモン＆シュスター。pp. 351-352。ISBN 0-684-83718-8。

• ウィキメディア・コモンズの配管関連のメディア
• Wiktionaryの配管の辞書定義
• Wikiquote の配管に関する引用
• Wikibooks の配管
• ATSDR 環境医学のケーススタディ: 鉛毒性 米国保健福祉省
• 20世紀初頭のマサチューセッツ州における鉛水道管と乳児死亡率
• 環境医学のケーススタディ - 鉛毒性
• 毒性に関するFAQ: 鉛