衛生工学

衛生工学は、公衆衛生工学や廃水工学とも呼ばれ、主に人間の排泄物の除去と処分、さらに安全な飲料水の供給によって人間社会の衛生状態を改善するための工学的手法の応用である。伝統的に土木工学の一分野であり、現在では環境工学の一部門となっているこの分野は、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軽減に集中していた。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た。 ^[1] これらの規制の改善とその後の規制の改善は、1865年には早くも米国で報告されていた。^[2]

また、公衆衛生に直接的かつ明確に影響を及ぼさない環境要因にも関係します。衛生工学の範囲外の分野には、造園などの美的配慮や、植物や動物に関する環境保全などがあります。

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、人間の病気を予防するという主な目的のために使用されます。

たとえば、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、環境科学や環境技術の多くの部門などの要素を含む非常に学際的な分野です。場合によっては、社会科学や都市計画の分野に含まれる考慮事項も考慮する必要があります。

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、公共の埋立地、その他建設されるものの設計に最も関連しているかもしれませんが、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。

灌漑システムは、農業社会に水を供給する手段として、5000年から7000年前に発明されました。水道と灌漑システムは、廃水処理技術の最初の形態の1つでした。人口密集地が増加すると、集落から下水を除去するために水道が使用されるようになりました。ローマ人は、水道の有効性を最初に実証した人々の1人でした。暗黒時代は、水管理の進歩が止まった時代でした。^[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った。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流されていた。これは年間約1億5千万トンに相当した。 ^[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広がった。^[5] 19世紀には、大都市が下水道システムの建設を開始し、人間の排泄物を都市から川に排出し始めた。

1900年代には活性汚泥法が発明された。^[6] 活性汚泥法は、バクテリアを使って人間の排泄物を分解する浄水法の一種である。塩素は、このプロセスの後半でバクテリアを殺すために使用される。1950年代、公衆衛生報告書は、まず潜在的な危険性を検討して、公衆にきれいな水を供給するための計画を示した。この組織は、飲料水の処理方法だけでなく、水質汚染にも注意深く目を向けた。また、効果的でありながらコストがかかりすぎない方法を見つけることを優先した。^[7]衛生コストは、多くの外国（米国ではない）にとって主要な問題である。家庭の水道と衛生システムの平均コストは、1か月あたり50ドルからで、多くの国民は必需品以外のものに使うのに十分なお金を稼いでいない。^[8]

何世紀にもわたり、廃水処理工学の分野では多くの変化がありました。微生物学、化学、工学の進歩により、この分野は劇的に変化しました。今日、廃水処理技術者は、飲料用のきれいな水の収集、化学的処理、紫外線を使用した微生物の殺菌にも取り組んでいます。また、廃水 (黒水と中水) の水質汚染も処理し、周囲の人々や環境を危険にさらすことなく、この水を安全に使用できるようにしています。廃水処理と水の再生は、この分野の関心領域です。

近隣や都市に近代的な衛生設備が整う前は、人々はゴミを路上に放置していました。1892年、これは大きな問題となり、ハーム・ヒュージンガという男性が自らゴミの清掃を申し出ました。オランダ人の彼は荷馬車に乗ってシカゴ市内のゴミを拾い集めながら、路上を歩き回りました。このような小さな努力は1900年代初頭から1968年頃まで行われていました。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廃棄物管理というビジネスに発展させました。1970年代までには、廃棄物管理は全体として、一般の人々にとって必要な行為とみなされるようになりました。^[9]

1940 年代初頭、州内の多くの郡、特にレイク タホ地域では廃棄物処理に問題がありました。これらの町の住民は、市の劣悪な下水処理システムにより、ポリオ、コレラ、肝炎などの病気が流行する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と、その危険性が高まります。貧しい地域では、廃棄物と飲料水の交差汚染が原因である可能性が非常に高いです。

• エルドラド郡には多数のゴミ収集施設があり、民間企業もいくつかある。住宅地では、廃棄物の主な発生源は石油である。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た。1950年代以降、郡は企業とのつながりを利用して、低コストで町を清潔に保つ効果的な方法を提供してきた。今日、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、異なる収集エリアを持つ7つのフランチャイズが郡に割り当てられている。^[10]
• サンホアキンバレーで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のウェブサイトには、郡が従うことを願って、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1つは、リサイクルビン内のすべてのアイテムが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、まった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、住宅地での廃棄物管理を支援するために一般の人々にとって非常に役立ちます。^[11]

廃水工学は通常、独自の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、ほとんどの仕事では州機関からの認定が必要です。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。インターンシップを通じて経験を積み、大学在学中に働くことは、昇進への一般的な道です。

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。その他のクラスには、プラントプロセスの化学やさまざまなプラント操作コースが含まれる場合があります。

廃水処理技術者は、追加の教育と経験を通じてキャリアアップすることができます。追加の知識と経験があれば、プラント全体の管理者になることができます。学位とライセンスの教育を認定する認定機関は、工学技術認定委員会(ABET) です。時間の経過とともに、一部の企業は廃水処理技術者に、技術の変化に対応するために継続的な教育を求める場合があります。

多くの企業が選考の際に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、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]

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ていない人でも、最初の雇用を得ることができます。たとえば、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認定資格を取得することで、個人がどのように進歩できるかを示しています。 ^[16]委員会は、5 段階の分類システムを使用して、処理対象人口と処理システムの複雑さに応じて、水処理施設をカテゴリ IV に分類しています。^[要出典]

水処理オペレーターおよび廃水処理オペレーターのオペレーター認定要件は、州法で詳細に規定されています。認定要件を満たすには、オペレーターはSWRCBに申請書を提出し、必要な実務経験を持ち、教育要件を満たし、規則に記載されている知識、スキル、能力に基づく試験に合格する必要があります。オペレーターは3年ごとに証明書を更新する必要があります。更新の資格を得るには、認定オペレーターは前回の証明書発行後に指定された数の継続教育時間を完了する必要があります。^[17]

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、廃水処理技術者などが含まれます。^[要出典]

廃水処理技術者はさまざまなスキルを使用し、機械工学と環境工学の知識を持っている必要があります。彼らは、設計、数学、英語、建設、物理学、化学、生物学、管理、人事に関するタスクを実行し、知識を示す必要があります。廃水処理技術者は、複雑な問題解決、批判的思考、数学、能動的な傾聴、判断、読解、会話、執筆、科学、システム分析のスキルを持っている必要があります。 ^[14]典型的な仕事活動には、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、および現場の他の人とのコミュニケーションが含まれます。^[要出典]

廃水エンジニアは、知識とスキルを組み合わせてタスクを遂行することでこれらの活動を行います。これらのタスクは、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、収集システムの建設に関する調査を実施することです。廃水収集機械やシステムコンポーネントのシステムを設計する場合があります。水の流れを分析し、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場合があります。^[18]廃棄物収集や、地域内の廃水施設や雨水 排水システムの保守など、特定の関心領域に関与しているエンジニアもいます。公共水道の保守、住宅の庭の廃棄物収集プログラム、有害廃棄物の処分、リサイクル戦略、さらには個人または企業が地域を「養子」にして自分で維持するか、資金を寄付するコミュニティプログラムなど、より広範な活動をカバーするエンジニアもいます。^[要出典]

廃水処理技術者は、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。^[要出典]

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。

干ばつの頻繁化と長期化により水位が下がるにつれ、水管理者は新たな課題に直面し、新たな技術の必要性に迫られています。ソナーマッピングなどの技術は、井戸が保持できる水の量を決定するために使用されています。たとえば、米国地質調査所とニューヨーク州は、 1980年代から地下帯水層の地図を作成するために協力してきました。^[19]現在、彼ら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持っています。

将来、水不足に最も悩まされている地域では、淡水化プラントが必要になるかもしれない。淡水化とは、蒸発によって水を浄化するプロセスである。水は蒸発し、膜を通過させられる。その後、水は冷却され、凝縮されて、主水道管に戻るか、海に流れ出る。^[20]

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、水質を監視し、水漏れを検出し、処理プロセスを最適化し、全体的な効率を向上させることができるスマート衛生システムの開発が可能になっています。衛生エンジニアは、これらの技術を活用して、衛生インフラのパフォーマンスと信頼性を高める必要があります。^[21]

廃水処理はさまざまな形で地球温暖化に寄与している。地球温暖化に寄与する要因の1つは、廃水処理施設とそこからの温室効果ガスの排出である。これらのガスには、二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素などがある。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する。これらの細菌は残った廃棄物を浄化する。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、他の機器が生成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。また、これらの機械の電力使用量は非常に高い。そのため、多くの施設では、他のタイプの機器と比較して、嫌気性細菌のレベルを高めるために改修が行われている。^[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パイプやその他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、豪雨による大量の水を処理する設備のない老朽化したインフラが圧倒されました。^[24]米国西部では、長期にわたる干ばつにより水の供給が減少しました。このため、一部の廃水処理施設ではリサイクル水や再生水プログラムを拡大しています。^[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の気候変動に関連する条件による物理的ストレスにより、パイプの腐食速度が上昇し、施設コストが増加します。^[26]