환경공학

Environmental engineering

환경공학은 화학, 생물학, 생태학, 지질학, 수리학, 수문학, 미생물학 및 수학과 같은 광범위과학적 주제를 포괄하는 전문 공학 분야로, 생물체의 건강을 보호하고 또한 환경의 [1][2]질을 향상시키는 솔루션을 만듭니다.환경공학은 토목공학과 화학공학하위 분야이다.환경공학은 토목공학에서 주로 위생공학에 [3]중점을 두고 있다.

환경공학은 다음과 같은 환경을 개선하고 유지하기 위해 과학 및 엔지니어링 원칙을 적용하는 것입니다.

  • 인간의 건강을 보호한다.
  • 자연의 유익한 생태계를 보호하고
  • 환경 관련 인간 [1]삶의 질 향상을 도모한다.

환경 공학자는 폐수 관리, 수질대기 오염 관리, 재활용, 폐기물 처리 및 공중 [2][4]보건에 대한 해결책을 고안합니다.도시 급수산업 폐수 [5][6]처리 시스템을 설계하고, 도시, 농촌, 휴양지의 수인성 질병 예방과 위생 개선을 위한 계획을 수립합니다.위험 폐기물 관리 시스템을 평가하여 위험의 심각성을 평가하고, 처리 및 격납에 대해 조언하며, 사고를 방지하기 위한 규정을 개발합니다.그들은 제안된 건설 프로젝트의 환경 영향을 평가할 때처럼 환경 공학법을 시행합니다.

환경공학자는 산성비, 지구온난화, 오존층 파괴, 수질오염, 자동차 배기가스 [2][7][8][9]산업원으로부터의 대기오염과 같은 지역 및 세계적인 환경문제를 다루면서 기술 진보가 환경에 미치는 영향을 연구합니다.

대부분의 관할구역은 자격을 갖춘 [10][11][12]환경기술자에게 면허 및 등록요건을 부과한다.

어원학

환경이라는 단어는 14세기 후반의 프랑스어 환경(동사)에서 유래했으며, 에워싸거나 아우르는 것을 의미한다.환경이라는 단어는 1827년 칼라일에 의해 사람이나 사물이 사는 조건의 집계를 지칭하기 위해 사용되었다.1956년 생태학이 [13]생물과 환경의 관계를 다루는 과학의 한 분야인 생태학적 의미로 사용되면서 그 의미는 다시 바뀌었다.

환경공학자라는 단어의 두 번째 부분은 라틴어에서 유래했고 14세기 프랑스어에서 엔지뉴어로 사용되었는데, 이는 트레부쳇, 하르크부스, 장궁, 대포, 투석기, 발리스타, 등자, 갑옷, 그리고 다른 치명적이거나 호전적인 기구와 같은 군사 엔진의 제작자를 의미합니다.엔지니어라는 단어는 16세기까지 공공사업을 지칭하는 데 사용되지 않았고, 스미튼의 시대에는 공공사업의 강이라는 의미로 대중화된 언어로 들어간 것 같다.

역사

고대 문명

환경 공학은 초기 문명 시대부터 사람들이 요구를 [4][14]충족시키기 위해 환경 조건을 수정하고 통제하는 법을 배웠기 때문에 행해진 일의 이름이다.사람들은 자신의 건강이 환경의 질과 관련이 있다는 것을 인식하면서 이를 개선하기 위한 시스템을[4] 구축했다.고대 인더스 문명 (기원전 3300년~기원전 1300년)은 수자원[14]대한 고도의 통제를 가지고 있었다.이 지역의 다양한 현장에서 볼 수 있는 공공 업무 구조물은 우물, 공중 목욕탕, 저수조, 식수 시스템, 도시 전체의 하수 수집 [14][15]시스템 등이다.그들은 또한 대규모 [16]농업을 가능하게 하는 초기 운하 관개 시스템을 가지고 있었다.

기원전 4000년부터 2000년까지, 메소포타미아 제국, 모헨조 다로, 이집트, 크레타, 스코틀랜드의 [4]오크니 제도를 포함한 많은 문명들이 배수 시스템을 가지고 있었고 일부는 위생 시설을 가지고 있었다.그리스인들은 또한 비와 폐수를 사용하여 [4]밭에 물을 주고 비료를 주는 수도와 하수 시스템을 가지고 있었다.

로마의 첫 번째 수도교는 기원전 312년에 건설되었고,[4] 그곳에서부터 그들은 가뭄 동안 관개와 안전한 도시 급수를 위한 수도교를 계속 건설했다.그들은 또한 기원전 7세기에 티베르 강에 유입된 지하 하수 시스템을 건설하여 농지를 만들고 도시의 [4][14]하수구를 제거했다.

근대

로마의 몰락 이후 19세기까지 거의 변화가 보이지 않았고,[14][17] 그 곳에서 공중 보건에 초점을 맞춘 노력이 증가하였다.현대 환경 공학은 19세기 중반 런던에서 조지프 바잘게트그레이트 [14]스퀘스트 이후 최초의 주요 하수 시스템을 설계하면서 시작되었다.이 도시의 하수 시스템은 템즈 으로 원하수를 운반했고, 템즈강은 도시의 식수 대부분을 공급했고, [14]콜레라의 발생으로 이어졌다.선진국에서는 식수 처리와 하수 처리의 도입으로 수인성 질병이 주요 사망 원인에서 희귀성 [18]질환으로 감소하였다.

이 분야는 20세기 중반 동안 수질과 대기 오염 및 기타 환경 악화에 대한 대중의 광범위한 우려에 대응하여 별도의 학문 분야로 부상했다.사회와 기술이 복잡해지면서 자연환경에 의도하지 않은 영향을 점점 더 많이 끼쳤다.예를 들어 제2차 세계대전 이후 수년간 농약 DDT가 농업 해충을 통제하기 위해 광범위하게 사용된 것이 그 예이다.레이첼 카슨의 사일런트 스프링(1962)에서 생생하게 전해진 DDT 이야기는 현대 [19]환경운동의 탄생으로 여겨지며, 이는 현대 환경공학 분야로 이어졌다.

교육

많은 대학들이 토목공학 또는 화학공학부를 통해 환경공학 프로그램을 제공하고 있으며 환경조건을 개발하고 균형을 맞추기 위한 전자 프로젝트도 포함하고 있다.토목 공학 프로그램의 환경 공학자는 종종 수문학, 수자원 관리, 생물 개선, 물과 폐수 처리 플랜트 설계에 초점을 맞춥니다.화학 공학 프로그램에서 환경 공학자는 환경 화학, 첨단 공기 및 수처리 기술, 분리 [citation needed]과정에 집중하는 경향이 있습니다.환경공학의 일부 분과에는 천연자원공학과 농업공학과포함된다.

학생들을 위한 강좌는 몇 가지 큰 클래스로 나뉩니다.

  • 수도폐수처리시설, 양수장, 폐기물 분리설비 및 기타 기계설비 의 환경용 기계 및 기계시스템 설계를 지향하는 기계공학 과정
  • 환경과 조화를 이루거나 환경을 보호하기 위해 구조물 및 경관을 건설하는 토목 공학 접근 방식을 지향하는 환경 공학 또는 환경 시스템 과정.
  • 환경화학, 지속가능화학 또는 환경화학공학 과정(채광과정, 오염물질 및 생화학 과정 포함)
  • 재생 가능한 소스의 에너지 생성 모니터링 및 관리를 포함하여 환경에 미치는 영향을 감시, 측정, 모델링 및 제어할 수 있는 장치 및 아티팩트를 개발할 수 있는 전자 또는 전기 졸업생 배출을 지향하는 환경 기술 과정입니다.

커리큘럼

환경공학의 일반적인 [20]커리큘럼은 다음과 같습니다.

  1. 질량에너지 전달
  2. 환경화학
    1. 무기화학
    2. 유기화학
    3. 핵화학
  3. 성장 모델
    1. 자원 소비량
    2. 인구 증가
    3. 경제 성장
  4. 리스크 평가
    1. 위험 식별
    2. 용량-응답 평가
    3. 노출 평가
    4. 리스크의 특성화
    5. 리스크 비교 분석
  5. 수질 오염
    1. 수자원오염물질
    2. 산소 요구량
    3. 오염물질 수송
    4. 용수폐수 처리
  6. 대기 오염
    1. 산업, 교통, 상업 및 주거용 배출물
    2. 기준 및 독성 대기오염물질
    3. 오염 모델링(예: 대기 분산 모델링)
    4. 오염 관리
    5. 대기 오염 및 기상
  7. 글로벌한 변화
    1. 온실효과와 지구온도
    2. 탄소, 질소, 산소 사이클
    3. IPCC 배출 시나리오
    4. 해양 변화(해양 산성화, 해양에 대한 지구 온난화의 다른 영향) 및 성층권 변화(기후 변화의 물리적 영향 참조)
  8. 고형 폐기물 관리 및 자원 회수
    1. 라이프 사이클 평가
    2. 소스의 삭감
    3. 수집전송 작업
    4. 재활용
    5. 에너지 낭비 변환
    6. 매립지

매스 밸런스

인간이 만든 화학물질이 시간, 위치, 물질의 어떤 상 또는 액체의 흐름과 관련하여 우리가 운명을 찾고자 한다고 생각해보자.우리는 측정된 농도의 변화를 화학 물질 덩어리에 영향을 미치는 모든 변화 속도의 함수로 나타냅니다.

즉, 일부 제어 볼륨의 경우, 선형 독립 시간에서의 변화 대 농도 변화는 해당 제어 볼륨의 (+) 및 외부(-)에서 발생하는 변화의 합과 같습니다.이는 몇 가지 다른 이유로 허용됩니다.

(1) 질량의 보존

(2) 상미분방정식으로서의 표현.

(3) 해결방법이 존재한다.

미분 방정식은 위협적일 수 있지만, 시간 당 제어 부피의 농도 변화에 대한 이 공식은 미적분 없이도 매우 다용도입니다.예를 들어 특정 농도의 오염물질이 포함된 부피가 들어 있는 탱크의 일반적인 시나리오를 예로 들 수 있습니다.1차 반응 -kC가 발생하고 있으며 탱크가 정상 상태일 때 유출 농도는 초기 농도, 반응 상수 k 및 흐름별 탱크 부피의 비율과 동일한 유압 유지 시간(HRT)을 나타낸다.

적용들

급수 및 처리

환경 엔지니어는 유역 내 물의 균형을 평가하고, 사용 가능한 물 공급량, 해당 유역의 다양한 요구에 필요한 물, 유역을 통과하는 물의 계절적 이동 주기를 결정하고, 다양한 용도로 물을 저장, 처리 및 전달하는 시스템을 개발합니다.

물은 최종 용도의 수질 목표를 달성하기 위해 처리된다.음용수 공급의 경우 물을 처리하여 감염병 전파 위험, 비감염병 위험을 최소화하고 입맛에 맞는 물맛을 만든다.배수[21][22] 시스템은 가정용, 화재 진압, 관개 등 다양한 최종 사용자의 요구를 충족시키기 위해 적절한 수압과 유량을 제공하도록 설계 및 구축되어 있습니다.

폐수 처리

많은 폐수 처리 기술이 있다.폐수처리열은 고형물 및 부유물을 제거하는 1차 정화장치, 응집침전을 수반하는 통기분지로 이루어진 2차 정화장치 또는 활성 슬러지 시스템과 2차 정화장치, 3차 생물학적 질소제거장치 및 최종 소독프로세스를 포함할 수 있다.ss. 통기성 유역/활성 슬러지 시스템은 세균(활성 슬러지)을 증식시켜 유기물을 제거한다.2차 정화기는 물속에서 활성화된 진흙을 제거한다.3차 시스템은 비용 때문에 항상 포함되지는 않지만 지표수 흐름이나 해양 유출구로 [23]배출되기 전에 질소와 을 제거하고 물을 소독하는 것이 점점 더 보편화되고 있다.

대기오염 관리

과학자들은 수용체의 오염 물질 농도나 차량 배기가스 및 산업용 연도 가스 스택 배출로 인한 전반적인 공기 품질에 미치는 영향을 평가하기 위해 대기 오염 분산 모델을 개발했습니다.이 분야는 어느 정도 연소 과정에서 발생하는 이산화탄소와 기타 온실 가스 배출량을 줄이려는 바람과 겹친다.

환경영향평가 및 경감

수질 오염

환경공학자는 수질, 대기질, 서식지 품질, 동식물, 농업용량, 교통, 생태 및 소음에 악영향을 미칠 가능성이 있는지를 평가하기 위해 과학 및 공학적 원칙을 적용한다.영향이 예상되는 경우, 그러한 영향을 제한하거나 방지하기 위한 완화 조치를 개발한다.완화 조치의 예로는 도로 재경로가 불가능한 경우 도로 개발에 필요한 습지 매립을 완화하기 위해 인근 지역에 습지를 조성하는 것이다.

미국에서는 국가환경정책법(NEPA) 시행일인 1970년 1월 1일에 환경평가의 실천이 정식으로 개시되었다.그 이후로 100개 이상의 개발도상국과 선진국들이 특정한 유사법을 계획했거나 다른 곳에서 사용되는 절차를 채택했다.NEPA는 미국의 [24]모든 연방 기관에 적용됩니다.

규제 기관

환경보호청

미국 환경보호청(EPA)은 주요 문제를 해결하기 위해 환경 엔지니어와 협력하는 많은 기관 중 하나입니다.EPA 임무의 중요한 구성요소는 유해 영향의 결과를 방지하거나 완화하기 위해 공기, 물 및 전반적인 환경 품질을 보호하고 개선하는 것이다.

「 」를 참조해 주세요.

어소시에이션

레퍼런스

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  8. ^ Beychok, M.R. (2005). Fundamentals Of Stack Gas Dispersion (4th ed.). author-published. ISBN 978-0-9644588-0-2.
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  23. ^ Sims, J. (2003). Activated sludge, Environmental Encyclopedia. Detroit.
  24. ^ McGraw-Hill Encyclopedia of Environmental Science and Engineering (3rd ed.). McGraw-Hill, Inc. 1993.

추가 정보

  • 데이비스, M.L., D.A. Cornwell, (2006) 환경공학 입문 (4차)맥그로힐 ISBN 978-0072424119
  • National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (2019). Environmental Engineering for the 21st Century: Addressing Grand Challenges (Report). Washington, DC: The National Academies Press. doi:10.17226/25121.{{cite report}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)