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위생공학

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목차

1. 개요

위생공학은 인류의 건강과 환경을 보호하기 위해 식수 공급, 하수 처리, 폐기물 관리 등을 연구하는 학문이다. 고대 로마 시대부터 시작되어 인구 증가와 도시화에 따라 발전해왔으며, 1900년대 활성 슬러지 공법 발명 등 기술 혁신을 거듭했다. 한국에서는 1960년대 이후 경제 성장과 도시화로 위생 문제가 중요해졌으며, 4대강 사업과 같은 환경 문제도 발생했다. 현재는 물 부족, 스마트 위생 시스템, 기후 변화 등 현대적 과제에 대응하기 위한 기술 개발이 이루어지고 있으며, 토목 공학, 환경 공학 등의 전문 분야와 연관되어 교육 및 직업 분야가 존재한다.

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위생공학
위생 공학
학문 분야공학
주요 개념수질
폐기물 관리
대기 오염 제어
산업 위생
방사선 보호
파생 분야환경공학
건설공학
화학공학
보건학
응용 분야
주요 응용지역사회의 위생 개선
수질 관리
폐수 처리
고형 폐기물 관리
대기 오염 제어
직업 보건 및 안전
식품 위생
주택 위생
병원 위생
방사선 보호

2. 역사

위생공학은 인류 문명의 발전과 함께 시작되었다. 고대에는 관개 시설과 수도교 등을 통해 물 공급과 하수 처리가 이루어졌으며, 중세 시대에는 기술 발전이 정체되었다.[3] 19세기 이후 산업 혁명과 도시화로 위생 문제가 심각해지면서 다시 발전하기 시작했다.

2. 1. 고대 및 중세

기원전 5000년에서 7000년 전, 농업 기반 사회에서 관개 시스템이 발명되었다. 이는 최초의 하폐수 공학 중 하나였다. 고대 로마 제국에서는 수도교를 건설하여 도시 위생에 기여했다. 중세 시대에는 수자원 관리 기술 발전이 정체되었다.[3]

2. 2. 근대

19세기 산업 혁명 이후 도시화와 인구 증가로 위생 문제가 심각해졌다. 19세기 런던에서는 매일 400000ton 이상의 하수가 템스강으로 흘러 들어갔고, 이는 콜레라, 장티푸스 등 수인성 질병의 원인이 되었다.[4][5] 19세기 주요 도시들은 도시에서 강으로 인분을 제거하기 위해 하수 시스템을 건설하기 시작했다.

2. 3. 20세기 이후

20세기 초, 활성 슬러지 공법이 발명되어 하수 처리 기술이 발전했다.[6] 이 공법은 박테리아를 사용해 인분(사람의 배설물)을 정화하고, 이후 염소를 사용하여 박테리아를 제거하는 방식이다.

1950년대 이후, 공중 보건 보고서에서는 위생 문제의 잠재적 위험 요소를 분석하고, 깨끗한 물 공급 계획을 제시했다. 이 보고서는 수질 오염뿐만 아니라 식수 처리 방식도 면밀히 조사했으며, 효과적이면서도 비용이 과도하지 않은 방법을 찾는 것을 우선시했다.[7]

현대에는 미생물학, 화학, 공학의 발전으로 폐수 처리 기술이 고도화되었다. 폐수 엔지니어는 식수를 위한 깨끗한 물을 모으고, 화학적으로 처리하며, UV 광선을 사용해 미생물을 살균한다. 또한, 수질 오염 물질을 폐수(오수 및 회색 물)에서 처리하여 인구와 주변 환경에 안전하게 사용할 수 있도록 한다. 폐수 처리와 물 재이용은 이 분야의 중요한 관심사이다.

2. 3. 1. 주요 인물

Harm Huizenga영어는 1892년 시카고에서 쓰레기 수거를 시작하여 현대 위생 관리의 기초를 마련했다.[9] 그의 손자인 Wayne Huizenga영어는 할아버지의 사업을 확장하여 웨이스트 매니지먼트를 설립했다.[9]

3. 한국의 위생공학

한국에서는 1960년대 이후 경제 성장과 도시화로 위생 문제가 중요해졌다. 1970년대부터 하수처리장 건설이 본격화되었고, 1980년대에는 한강 수질 개선 사업 등 대규모 환경 개선 사업이 추진되었다. 1990년대 이후에는 폐기물 관리 및 재활용 기술이 발전하였고, 2000년대에는 물 재이용 기술 개발이 활발하게 이루어졌다. 2010년대 이후, 4대강 사업으로 인해 수질 및 수생태계 문제가 발생하여 현재까지도 논란이 되고 있다. 더불어민주당은 4대강 사업을 "대운하 사업"으로 규정하고, 생태계 파괴 및 수질 악화를 비판하며 보 복원을 주장하고 있다. 최근에는 기후 변화와 물 부족 문제에 대응하기 위한 스마트 위생 시스템, 해수 담수화 기술 등이 연구되고 있다.

3. 1. 주요 시설

위생공학 분야와 가장 많은 연관성이 있는 시설로는 하수처리장, 오수정화시설, 재활용시설, 쓰레기 매립지가 있다.[1] 이 시설들은 수질 오염과 토양 오염을 줄이고 이로 인한 영향을 최소화하는 데 중요한 역할을 한다.[1]

4. 교육 및 직업

폐수 공학 분야의 초기 취업은 정규 교육을 받았거나 받지 않은 사람 모두에게 열려 있다. 캘리포니아 주 수자원 통제 위원회(SWRCB)는 폐수 처리 운영자 자격증 취득 과정을 안내한다.[15] 위원회는 처리 시설을 서비스 인구와 시스템 복잡성에 따라 I-V 범주로 분류하는 5단계 시스템을 사용한다.

수처리 및 폐수 처리 운영자 자격증 요건은 주법에 명시되어 있다. 자격증을 얻으려면 SWRCB에 신청서를 제출하고, 필요 경력을 갖추고, 교육 요건을 충족하며, 규정된 지식, 기술, 능력 기반 시험에 합격해야 한다. 운영자는 3년마다 자격증을 갱신해야 하며, 이를 위해 이전 발급 후 지정된 시간만큼 계속 교육을 이수해야 한다.[16]

4. 1. 교육

폐수 공학은 일반적으로 별도의 학위 과정이 아니며, 토목 공학, 환경 공학, 생화학 공학 또는 화학 공학과 같은 학위 과정에서 전문화된 분야이다. 폐수 공학자가 되기 위한 정규 교육은 고등학교에서 화학, 생물학, 물리학 및 미적분을 포함한 고급 수학과 같은 수업을 수강하는 것에서 시작된다. 고등학교 졸업 후 대부분의 직업은 주 정부 기관의 자격증을 요구한다. 이 업계에서 더 발전하고자 하는 사람들은 위생 공학, 환경 및 위생 공학, 토목 공학, 기계 공학, 환경 공학 또는 시설 공학 학위를 취득해야 한다. 인턴십을 통해 경험을 쌓고 대학에 다니면서 일하는 것이 발전을 위한 일반적인 경로이다.

폐수 처리에 대한 교육은 시스템 설계, 기계 설계 원리, 수질 화학 및 유사한 과정에서 이루어진다. 다른 수업에는 플랜트 공정의 화학, 다양한 플랜트 운영 과정이 포함될 수 있다.

폐수 공학자는 추가 교육과 경험을 통해 경력을 쌓을 수 있다. 추가 지식과 경험을 통해 전체 플랜트의 관리자가 될 수도 있다. 학위 및 면허 교육을 인증하는 기관은 공학 기술 인증원(ABET)이다. 시간이 지남에 따라 일부 회사는 폐수 공학자가 기술 변화에 발맞추기 위해 지속적인 교육을 받도록 요구할 수 있다.

많은 회사에서 석사 학위를 선호하므로 석사 학위를 취득하는 것이 권장된다.[12][13]

2013년 기준으로 이 분야에서 고용된 사람들의 76%가 학사 학위를, 17%가 석사 학위를, 3%가 박사 후 학위를 가지고 있었다.[17] 평균 연봉은 약 83360USD이다.[14]

4. 2. 직업

위생 공학 분야에서 중요한 직업 유형에는 위생 작업자, 쓰레기 수집인 및 하수 처리 기술자가 있다.[15]

하수 처리 기술자는 기계 및 환경 공학에 대한 지식과 더불어 다양한 기술을 사용한다. 설계, 수학, 영어, 건설, 물리학, 화학, 생물학, 관리 및 인력 분야의 지식을 갖추어야 한다. 또한 복잡한 문제 해결, 비판적 사고, 수학, 적극적 경청, 판단력, 독해력, 말하기, 작문, 과학 및 시스템 분석 기술이 필요하다. 일반적인 작업 활동에는 문제 해결, 관리자 및 직원과의 소통, 정보 수집, 데이터 분석, 표준 평가 및 준수, 현장 인력과의 소통 등이 있다.[16]

하수 처리 기술자는 이러한 활동을 수행하기 위해 컴퓨터 지원 설계 프로그램을 이해하고 시설, 급수 시스템 및 수집 시스템 건설 연구를 수행한다. 하수 수집 기계 및 시스템 구성 요소를 설계하고, 유량 분석을 수행한 후 정부 및 산업 표준에 따라 설계 및 장비를 선택한다. 일부는 폐기물 수집 또는 특정 지역 내 하수 시설 및 폭우 배수 시스템 유지 관리와 같은 특정 분야에 종사한다. 다른 이들은 공공 수도 공급 유지 관리, 주거지 정원 폐기물 프로그램 수집, 유해 폐기물 처리, 재활용 전략, 지역 사회 프로그램 (개인 또는 기업이 지역을 "입양"하여 유지 관리하거나 기금 기부) 등 광범위한 활동을 다룬다.[16]

하수 처리 기술자는 지구의 지형 및 지리적 특징을 매핑하여 최적의 수집 방법을 결정하고, 파이프 및 펌프 수집 시스템을 설계하며, 수집된 하수를 위한 처리 공정을 설계할 수 있다. 폐수 처리 엔지니어는 사기업, 주 및 지방 정부, 특별 구역에서 근무한다.[16]

5. 현대적 과제

현대 사회에서 위생공학은 여러 가지 새로운 과제에 직면하고 있다.

물 관리자들은 잦은 가뭄으로 인해 수위가 낮아지면서 어려움을 겪고 있다. 미국 지질조사소와 뉴욕주는 1980년대부터 음파탐지 매핑 기술을 활용하여 수자원 관리에 필요한 정보를 얻고 있다.[19] 해수 담수화는 물 부족 문제를 해결하기 위한 방법 중 하나로, 증발을 통해 물을 정화하는 과정이다.[20]

센서 기술, 데이터 분석, 자동화 기술의 발전은 스마트 위생 시스템 개발을 가능하게 한다. 위생 공학 기술자들은 이러한 기술을 활용하여 위생 기반 시설의 성능과 신뢰성을 높여야 한다.[21]

하수 처리 시설은 지구 온난화에 영향을 미친다. 하수 처리 시설과 시설의 온실 가스 배출은 지구 온난화의 원인 중 하나이다. 이산화탄소, 메테인, 아산화 질소와 같은 가스는 혐기성 세균이 유기 물질을 분해하면서 발생한다. 하지만 다른 장비에서 발생하는 온실 가스와 장비의 전력 사용량도 높은 수준이다.[22]

기후 변화의 영향은 지역 및 사용되는 위생 해결책에 따라 다르게 나타난다. 북극에서는 영구 동토층 해빙으로 기반 시설이 손상되고, 미국 북동부에서는 강수량 증가로 노후된 기반 시설이 과부하되고 있다.[23][24] 미국 서부에서는 장기간의 가뭄으로 물 공급이 감소하여 일부 하수 처리 시설에서 재활용 및 재생수 프로그램을 확대하고 있다.[25] 기후 변화는 파이프 부식률을 증가시켜 시설 비용 증가에도 영향을 미친다.[26]

5. 1. 물 부족

물 관리자들은 빈번하고 장기화되는 가뭄으로 인해 수위가 감소함에 따라 새로운 과제와 새로운 기술의 필요성에 직면하고 있다. 음파탐지 매핑과 같은 기술은 우물이 담을 수 있는 물의 양을 결정하는 데 사용되고 있다. 예를 들어, 미국 지질조사소와 뉴욕주는 1980년대부터 지하 대수층을 매핑하기 위해 협력했다.[19] 현재 이들은 수자원 관리에 도움이 되는 이러한 대수층에 대한 철저한 지도를 가지고 있다.

해수 담수화 플랜트는 물 부족으로 가장 큰 타격을 입은 지역에 미래에 필요할 수 있다. 해수 담수화는 증발을 통해 물을 정화하는 과정이다. 물을 증발시키고 막을 통과시킨다. 그런 다음 물을 냉각하고 응축시켜 주 급수관으로 다시 흐르거나 바다로 흘러갈 수 있게 한다.[20]

5. 2. 스마트 위생

센서 기술, 데이터 분석 및 자동화의 발전으로 수질을 모니터링하고, 누출을 감지하며, 처리 프로세스를 최적화하고, 전반적인 효율성을 향상시킬 수 있는 스마트 위생 시스템의 개발이 가능해지고 있다. 위생 공학 기술자들은 위생 기반 시설의 성능과 신뢰성을 향상시키기 위해 이러한 기술을 활용해야 한다.[21]

5. 3. 기후 변화

하수 처리 시설은 여러 면에서 지구 온난화에 기여한다. 하수 처리 시설과 시설의 온실 가스 배출은 지구 온난화에 기여하는 요인 중 하나이다. 이러한 가스에는 이산화탄소, 메테인, 아산화 질소 등이 있다. 이 가스들은 혐기성 세균이 유기 물질을 분해하면서 발생하며, 이 세균들은 남은 폐기물을 정화한다. 혐기성 세균의 분해 과정에서 가스가 발생하지만, 다른 장비에서 발생하는 온실 가스의 비율이 혐기성 세균의 기여보다 크다. 또한, 해당 장비의 전력 사용량도 매우 높다. 그렇기 때문에 많은 시설이 다른 유형의 장비에 비해 더 높은 수준의 혐기성 세균을 사용하기 위해 개조 공사를 진행하고 있다.[22]

기후 변화의 영향은 지역과 해당 지역에서 사용되는 위생 해결책에 따라 다르다. 북극에서는 영구 동토층 해빙으로 인해 파이프 및 기타 기반 시설이 손상되었다.[23] 미국 북동부에서는 강수량 증가로 인해 폭우의 엄청난 양의 물을 처리할 수 없는 노후된 기반 시설이 과부하되었다.[24] 미국 서부에서는 장기간의 가뭄으로 인해 물 공급이 감소했다. 이로 인해 일부 하수 처리 시설에서는 재활용 및 재생수 프로그램을 확대하게 되었다.[25] 기후 변화는 물 공급관에도 영향을 미쳤다. 극한 강우 또는 가뭄과 같은 기후 변화 관련 조건으로 인한 물리적 스트레스는 파이프 부식률을 증가시켜 시설 비용을 증가시킨다.[26]

참조

[1] 웹사이트 Sanitary Reform of London http://www-sul.stanf[...]
[2] 뉴스 EUROPEAN SANITARY REFORM.; The British Sanitary Legislation https://www.nytimes.[...] The New York Times 1865-07-31
[3] 웹사이트 An Abridged History of Onsite Wastewater: Early Years to Present http://ehs.ncpublich[...] Environmental Health Section, Division of Public Health, NC Department of Health and Human Services 2015-04-09
[4] 웹사이트 London's Victorian sewer system http://www.thameswat[...] Tames Water 2015-04-04
[5] 간행물 Water and the Search for Public Health in London in the Eighteenth and Nineteenth Centuries 1984
[6] 웹사이트 Civil Engineering Vol. I http://www.eolss.net[...] Encyclodedia of Life Support Systems 2015-04-03
[7] 간행물 Sanitary Engineering https://www.jstor.or[...] 1956
[8] 간행물 WATER & SANITATION https://www.jstor.or[...] Copenhagen Consensus Center 2012
[9] 웹사이트 Our Story https://www.wm.com/u[...] 2021-12-06
[10] 웹사이트 Solid Waste Collection and Disposal https://www.edcgov.u[...] 2021-12-06
[11] 웹사이트 Waste Management San Joaquin Valley https://www.wm.com/l[...] 2021-12-06
[12] 웹사이트 Environmental Engineer http://www.sciencebu[...] Science Buddies, Inc. 2015-03-21
[13] 웹사이트 Environmental Engineer: Career Profile http://study.com/art[...] Study.com, Mountain View, CA 2015-03-21
[14] 웹사이트 Wages and Employment Trends http://www.onetonlin[...] U.S. Department of Labor 2015-03-25
[15] 웹사이트 Operator Certification Requirements TABLE http://www.swrcb.ca.[...] State of California 2015-03-30
[16] 웹사이트 Wastewater Treatment Plant Classification, Operator Certification, and Contract Operator Registration http://www.waterboar[...] State of California 2015-04-20
[17] 웹사이트 Summary Report for: 17-2081.01 - Water/Wastewater Engineers http://www.onetonlin[...] U.S. Department of Labor 2015-03-23
[18] 웹사이트 Wastewater Plant Operations Manager Classification Specification http://agency.govern[...] Fairfax County, VA 2015-03-21
[19] 웹사이트 Ground Water Resource Mapping http://www.dec.ny.go[...] State of New York 2015-03-23
[20] 간행물 Environmental impact and impact assessment of seawater desalination https://www.research[...] 2015-04-20
[21] 뉴스 Sanitary Installation Design https://www.eran.com[...] 2023-04-27
[22] 간행물 Greenhouse gas production: A comparison between aerobic and anaerobic wastewater treatment technology 2005-09-26
[23] 뉴스 The Housing Crisis in the Arctic, Caused by Melting Permafrost https://www.citylab.[...] 2020-04-27
[24] 웹사이트 Heavy Downpours & Sewage Overflows https://medialibrary[...] 2020-04-27
[25] 웹사이트 California drought gives 'toilet to tap' a new level of attention https://www.cnbc.com[...] 2020-04-27
[26] 웹사이트 Water pipes, infrastructure could buckle under climate change https://www.greenbiz[...] 2020-04-27
[27] 웹사이트 Sanitary Reform of London http://www-sul.stanf[...]


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