대기오염과 수질오염

[손님]

<수질오염>

가. 수질 오염의 일반적 특성

1) 수질 오염의 정의

수질 오염은 지표수, 지하수 및 해수로 부패성 물질, 유독 물질, 부유 물질 등이 유입되어 물의 물리?화학적 변화가 일어남으로써 각종 용수로 사용할 수 없거나 수서 생물에 악영향을 초래하는 경우를 말한다.
물은 수질에 따라 그 용도를 달리하는데, 하천 상류의 맑은 물이나 오염되지 않은 지하수는 음용수로 이용되고, 음용수로 사용하기에 적합하지 않은 물은 수력 발전, 증기 기관이나 원자력 및 화력 발전소에서 발생하는 뜨거운 물을 냉각시키는 등의 공업 용수로 사용되거나 관개 용수로 사용된다.

(2) 점오염원과 비점오염원

수질 오염원은 방지와 관리의 편리를 목적으로 점오염원과 비점오염원으로 구분된다. 점오염원은 공장, 폐수처리장, 발전소, 폐광, 석유 탱크, 유정 등과 같이 특정 위치에서 하수관이나 도랑을 통하여 오염 물질이 포함된 폐수가 배출되는 오염원을 말한다. 지금까지 대부분의 수질 오염 방지 노력은 이러한 점 오염원의 관리에 집중되어 왔는데, 이것은 처리가 용이하고 심각성 또한 쉽게 눈에 띄기 때문이다. 비점오염원은 여기저기 산재해 있는 넓은 지역에서 오염 물질이 배출되는 장소를 말한다. 경작지, 목장, 삼림 벌채 지역, 도시 지역, 공사장, 주차장, 도로 등의 지역을 지나 온 빗물의 지표 유출수 또는 땅으로 스며드는 물에 포함된 오염 물질이 비점오염원에 의한 오염 발생의 사례들이다. 따라서, 비점오염원에 의한 오염은 비가 올 때나 눈이 녹아 물이 흐를 때 발생하게 된다.

(3) 수질 오염 물질의 유형

수질 오염의 유형들은 다음과 같이 여덟 가지로 구분해 볼 수 있다.

① 산소 요구물질 (가정 하수, 동물 분뇨 등 미생물에 의해 분해될 때 산소를 소모하는 물질)

② 질병 유발 인자(세균, 바이러스, 원생동물, 기생충)

③ 수용성 무기 화합물(산, 염기, 독성 중금속과 그 화합 물질)

④ 무기 영양소(수용성 질산염과 인산염)

⑤ 유기 화합물(유류, 플라스틱, 세제)

⑥ 부유 물질(부유성 토양 입자 등)

⑦ 방사능 물질

⑧ 열

일반적으로, 산소 요구 물질은 유기물로서 분해될 때 산소를 소모하기 때문에, 호기성 생물을 위협하는 환경을 초래하며, 질병 유발 인자는 말 그대로 음용수로 사용될 때 질병을 일으킨다. 산, 염기, 독성 중금속의 강도 또는 농도가 심하면 우리 신체의 신진 대사를 저해하고, 질산염과 인산염 등의 무기 영양소 또한 과다하면 광합성에 의해 산소 요구 물질인 유기물 생산을 촉진하게 된다. 유기 화학 물질들은 수중 생물의 활동을 저해하고, 부유 물질은 음용수로 사용될 때 여과 비용을 들게 할 뿐만 아니라, 광투과성을 방해하여 광합성과 산소 생산을 억제한다.
이 밖에도 방사능 물질은 사람과 생물들에 돌연 변이를 유발하며, 열은 서식할 수 있는 생물 구조의 변경을 초래하기도 한다.

◆ 수질오염 사례

◐ 국내 음용수에서 Nitrate검출

유아청색증(Methemoglobinemia)

젖먹이 유아(6개월 미만)

NO3-N->NO2-N+헤모글로빈->Methemoglobin형성->내외 지하수 오염 현황 최산소부족-> Blue Baby

◐ 식수오염 : 전 세계 5만/일 이 죽어감(특히 어린이)

◐ 영국: 농촌 지하수 Nitrate, 살충제 오염(런던 타임즈)

◐ 미국: 수돗물 불신 만연, 대도시 20% 안전한 물을 사용

하지 못함

◐ 프랑스 : 오래 전부터 관심을 갖고 오염원 제거 기술 개발, Know-How로 관리

나. 부영양화

1) 부영양화의 정의와 발생

수중 생태계로 유입되는 영양소의 증가로 인해 조류와 수생식물이 번성해져 결국 유기물의 총량이 증가되는 현상을 부영양화라고 한다. 일반적으로, 호소(湖沼)가 처음 생길 때는 영양 물질이 빈약하고 식물도 적으며 생산성도 낮고 투명도도 낮아서 빈영양호에 속한다. 이때, 호수는 맑은 물을 유지하며, 투명도는 대개 8m 이상이고, 식물 플랑크톤에 의한 광합성량과 호흡량이 균형을 이룬다. 그러나 주변 지역으로부터 영양소 유입에 의한 식물 플랑크톤의 증식이 활발해지고, 그것을 먹이로 하는 동물 플랑크톤과 물고기수가 점점 증가한다.
호소의 바닥에는 이와 같은 생물의 사체가 조금씩 쌓이게 되며, 이것이 다시 분해되어 영양소가 용출되고, 그것을 이용하는 식물 플랑크톤이 많아져 호소의 투명도가 감소한다. 호소의 부영양화에 따라 현저히 나타나는 현상의 하나가 조류의 급격한 증식이다. 부영양화가 극도로 진행되면 호소의 수심은 점점 얕아지고, 결국에는 늪으로 변하여 호소는 소멸한다. 이와 같이, 부영양화는 자연적으로 나타나기도 하지만, 많은 경우에는 인간의 활동에 의해 호소로 유입되는 영양 물질의 양이 증가하고 이로 인해 영양소 순환 속도가 가속되어 조류와 수생식물의 광합성량이 이상적으로 증가하게 되는데, 이를 특별히 인위적 부영양화 또는 문화적 부영양화라 부르기도 한다.

<대기오염>

가. 대기오염의 정의

대기 중에 인위적으로 배출된 오염물질이 한가지 또는 그 이상이 존재하여, 오염물질의 양, 농도 및 지속시간이 어떤 지역의 불특정 다수인에게 불쾌감을 일으키거나 해당지역에 공중보건상 위해를 끼치고, 인간이나 동물, 식물의 활동에 해를 주어 생활과 재산을 향유할 정당한 권리를 방해받는 상태 " 라고 정의하고 있다.여기에서는 오염물질의 성분은 지적하지 않았으나 오염물질이 인위적으로 배출된 것이며, 대기 중에서 적당한 농도로 어느 정도의 시간동안 존재하여야 하고, 이로 인해 지역주민에게 불쾌감 및 공중보건상의 위해를 끼쳐 생활과 재산을 지키고 누릴 권리를 방해받는 대기환경 상태를 의미한다.여기에서 대기환경(ambient air)이란 노동환경, 공장 등 작업장의 실내환경과는 구별되는 것으로 사람과 자연생태계가 생활을 영위하는 실외대기를 의미한다.

나.대기오염 사례

1. 뮤즈계곡(Meuse Valley)사건

① 발생시기와 장소: 1930년 12월 벨기에 뮤즈계곡에서 발생

② 환경: 분지, 무풍상태, 기온역전, 연무 발생

계곡에는 24km에 걸쳐 용광로, 화력발전소, 유리공장, 아연제련소, 황산공장, 비료 공장등이 가동중이었다

③ 피해: 약 60여명 사망. 전연령층에걸쳐서 호흡기및 자극증상환자 발생.

주증상은 해소, 호흡곤란. 사망자는 대부분 만성폐질환의 환자.

이외 가축, 식물과 재산상의 피해

④ 원인물질: 각종공장에서 발생되는 아황산가스, 황산미스터, 불소화합물, 일산화탄소, 미세 입자가 원인물질이다.

2 .도노라(Donora)사건

① 발생시기와 장소: 1948년 1월 미국의 펜실베니아주의 공업도시인 도노라

② 환경: 분지, 무풍상태, 기온역전, 연무 발생

공장지역으로서 철공장, 전선공장, 아연공장, 황산공장이 밀집

③ 피해: 인구14,000명중 중증 11%, 중등증 17%, 경증 15%로서 전인구의 43%가 피해. 18명 사망

주증상은 해소, 호흡곤란, 흉부협착감

④ 원인물질: 각종공장에서 발생하는 아황상 가스 및 황산 미세먼지가 혼합한 연무질. 이때 의 SO2의
농도 0.32∼0.39ppm

3. 런던(London)사건

① 발생시기와 장소: 1952년 12월 영국 런던

② 환경: 하천유영 평지 무풍상태, 기온역전, 연무 발생, 습도 90%, 인구조밀,취기있는 Smog발생

③ 피해: 3주간에 4,000명 과잉사망, 그후 2개월에 걸쳐서 8,000명사망.
전연령층에 걸쳐 심폐증환자 발생. 특히 45세 이상은 중증환자발생
사망자대부분은 만성기관지염, 천식, 기관확장증, 폐섬유증 환자

④ 원인물질: 석탄의 연소시 아황산가스, aersol, 분진, 이중 60%가 아황산가스. 대기중의 SO2의 농도는 최고 0.7∼1.3ppm이었다

4 로스안젤레스(Los Angeles)사건

① 발생시기와 장소: 1954년 미국의 켈리포니아주 로스안젤레스

② 환경: 해안분지, 안개와 기옥역전, 백색연무 발생, 인구증가로 인한 자동차대수의 증가

③ 피해: 주로 인체보다 식물에 피해를 많이줌, 스모그에 의한 눈, 코, 기도, 폐등 점막자극. 고무제품 균열, 건축물 손상.

④ 원인물질: 자동차배기등 석유계 연료에 의해서 CO, SO2, SO3, NO2, O3, HC, aldehyde, PAN(Peroxyacetyl nitrate : RCO3NO2), acroleine, formaldehyde, PBN등

특히 NOx와 HC가 자외선과 반응하여 광화학 smoge형성

5 포자리카(Poza Rica)사건

① 발생시기와 장소: 1950년 11월 멕시코의 Poza Rica에서 발생

② 환경: 황산공장에서 사고로인하여 H2S가 다량배출, 분진, 역전현상

③ 피해: H2S의 누출로 인구 22,000명중 320명이 급성중독에 걸려 22명이 사망, 해소, 호흡 곤란, 점막자극.

④ 원인물질: H2S

6 요코하마(橫浜)사건

① 발생시기와 장소: 1946년 일본의 요코하마

② 환경: 무풍상태, 공업지대, 농연무 발생

③ 피해: 이 지역에 근무하는 미군 및 지역주민에게 천식발생

④ 원인물질: 원인불명이나 요코하마 공업지대에서 발생한 대기오염으로 추정

7 보팔(Bopal)사건

① 발생시기와 장소: 1984년 인도중부 보팔

② 환경: 미국의 다국적 기업인 유니온카바이트회사의 살충제 공장에서 메틸이소시아네티드 (Methyisocynate: MIT)의 유독가스가 1시간동안 누출

③ 피해: 주민 70만명중 20만명이 가스흡입하여 2만명 이상이 응급치료, 가축의 때죽음으로 막대한 재산피해. CH3CNO가스는
심한 기침, 호흡곤란, 구토, 눈의 충혈, 폐의 팽창.

④ 원인물질: 메틸이소시아네티드(CH3CNO)의 유독가스

8 체르노빌 사건

① 발생시기와 장소: 1986년 4월 구 소련의 체르노빌 원자력 발전소

② 환경: 원자로의 멜딩다운에 의한 방사성물질 유출

※멜딩다운 : 원자로의 핵심부의 온도가 정상보다 급속히
높아질 때 발생하며 대기중에 방사성원료의 증발, 원자로 중심부의 온도가 평소
1,090℃에서 2,200∼2,766℃까지 올라가면 원자로의 봉인된 보호용기가 녹아 원자로의 핵심부가
녹는 현상

③ 피해: 세계최고의 원전사고 수천명이 희생, 오염된 채소폐기처분, 기형아 출산, 40만
명의 난민 발생

④ 원인물질: 방사성물질

다. 대기오염 물질 배출원

1. 자연적 배출원

자연적으로 배출되는 오염물질은 화산의 폭발로 발생되는 먼지, SO2, H2S, CH4등, 사막의 모래, 강가의 황사현상, 온천의 유황, 바다의 해염, 동식물의 부패에서 발생되는 물질, 자연적인 산불의 발생에 의한 다량의 매연, 미연소 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물, Ash 등이다. 이러한 물질은 인간에게 주는 피해는 많지 않지만 인간이 관리하기도 쉽지않는 자연발생적인 오염물질이다. 자연적인 사건으로는 1883년 인도네시아의 Karakatan섬에서 발생한 화산의 폭발이
그 대표적인 것이다. 최근의 인도네시아의 산불 등이다.

2. 인위적인 배출원

인위적인 발생은 인간이 생산활동이나 난방 및 취사를 위한
연료의 사용, 생산활동, 제품의 생산공정, 자동차운행, 병충해 방제를 위한 농약
분무 등로부터 발생한다. 인공오염물질은 1차성 오염물질과 2차성 오염물질로 구분한다.
1차성 오염물질은 각종 발생원으로부터 대기중에 배출되는 가스나 입자상 물질을 말하며,
2차성 오염 물질은 대기중에 배출된 오염물질간의 상호작용이나 오염물질간의 서로 반응,
입자상 물질의 서로간의 흡수, 흡착에 의한 광화학 반응이다

예) 대기중에 방출된 잘소산화물과 탄화수소가 태양광선 중 자외선과 작용하여 광화학 반응에 의하여 형성되는 Oxidants, aldehyde, PAN, PBN, acrolein등이 대표적인 것이다.

NO2 + ½O2 = NO3 NO3 = N + O3

O2 + ½O2 → O3

대기중에서 가스, 훈연(fume), 미스트(mist), 입자상 물질의 인위적 발생 형태를 분류하면,

① 연소: 연료, 원료의 처리, 폐가스 또는 폐기물의 소각 등

② 증발: 석유제품의 정제, 저장, 처리, 유기용제의 처리 등

③ 제련: 철강, 비철금속의 제련, 배소, 소결 등

④ 야적·운반: 광석, 석탄, 토사등의 야적 또는 콘베어벨트, 트럭에 의한 운반

⑤ 파쇄·선별: 건식분쇄기, 파쇄기 등 또는 물리적 선별, 계량, 포장 등

⑥ 합성·분해: 화학공장에서의 화학반응 등

⑦ 누수·살포: 가스공업, 화학공업에서의 유해가스 누출, 농약살포 등

⑧ 마모: 자동차 주행에 따른 타이어 및 아스팔트 마모, 브레이크의 페드마모 등

⑨ 제거: 건축물, 공작물의 제거 등

⑩ 사고: 화재, 폭발, 가스방출, 소화제 살포

배출원을 물리적 배출형태로 보면 고정 배출원과 이동 배출원으로
나눌 수 있다.

☆ 고정 배출원 : 주택, 공공건물, 산업체, 화력발전소등 고정되어 있는 것

☆ 이동 배출원 : 자동차, 선박, 기차, 항공기등과 같이 움직이는 것

고정배출원은 점오염 과 면오염, 이동배출원은 선오염 이라고도 한다.

3. 복합적 발생

자연 및 인위적으로 발생된 대기오염물질이 복합적으로 작용해서 오염물질을 발생시킬 때를 말한다. 특히 인공적으로 배출된 대기오염물질이 대기의 정상성분과 작용하여 다른 대기오염 물질을 생성할때 이를 복합적인 발생원이라고 한다. 즉 이차성 오염물질을 말한다.

라. 대기오염 관리대책

대기오염방지의 기본원칙은 자원낭비를 줄이고 소각 폐기물을 줄이면서 회수 재활용할 수 있도록 하며, 연료의 절약 및 효율의 향상에 의하여 대기오염을 줄여서 인간이 생활하기에 쾌적한 환경을 만드는데 그 목적이 있다.

1. 연료의 대체

대기오염을 방지하기 위해서는 연소관리 대책이 있는데 이를 위해서는,

첫째, 사용공기량을 최대량으로 줄이고

둘째, 연소실 온도는 가능한 저온을 유지하도록 하며

셋째, 연소배기가스 중 산소가 충분하도록 하고

넷째, 가연연료와 공기의 혼합비를 알맞게 유지하는 것이 중요하다.

(1) 대도시의 아황산가스 오염도 저감대책

대도시에서 황산화물을 저감시키기 위해서는 여러 가지 대책이 강구되고 있지만 그 중에서도 중요한 것은 탈황시설을 늘이며, 굴뚝높이를 높이고 저유황유를 사용하며 배연탈황설비를 개선하거나 대체하는 것이 중요하다.

(2) 연료용 유류의 관리강화

연료용 유류의 황 함유기준을 단계별로 강화하는 방안이다. 저유황유를 도입하여
연료 속에 유황의 함유를 줄이며 석유의 정제시 황성분을 제거한다.

(3) 청정연료(LNG)의 공급확대

청정연료(LNG)의 공급을 확대하는 방안이다. 대도시의 대단위 주택지역에 난방 및 취사용의 연료를 LNG로 대체하여야 한다.

(4) 무연탄 사용량의 감소

무연탄 사용량을 감소시키는 방안이다. 생활수준 및 청정연료 확대 공급으로 무연탄 사용량은 점차 감소하는 추세이다. 또한 무연탄을 많이 사용하는 화력발전소도 다른 방법으로 대체를 하던가 연료를 청정연료로 대체하여야 한다.

(5) 대체연료의 개발

대기오염을 줄이기 위해서는 연료사용을 대체하는 것도 한 방법이 될 수 있다.
대기오염의 근원적 해결을 위하여 연료정책으로 연료사용 패턴을 조정하고 저공해 대체연료를 개발하여 보급하는 것이 중요하다.

2. 자동차 배출가스 대책

(1) 자동차 배출가스의 중요성

자동차는 주요한 대기오염이면서도 배출시설이 아니기 때문에 관리에 어려움이 많은 것이 현실이다. 대도시의 자동차는 대기오염원과 소음원으로서 도시 환경오염의 중요한 부분을 차지하고 있다. 경제성장에 따른 석유계 연료의 소비량 증가로 크게 대두되었고 1970년대 후반이후 급격한 자동차의 증가로 도시지역 및 간선도로변에는 자동차 배출가스로 인한 대기오염이 심각한 문제로 제기되고 있다. 이러한 자동차 배출가스를 방지하기 위해서 각국은 자동차 배출가스 규제대책을 강구하고 있다.
자동차에서 문제되는 대기오염물질 중 질소산화물이 태양에너지에 의해 O3, oxidant(PAN,
PBN), Acrolein, Aldehyde등으로 변하여 피해를 주는 L.A smog를 경험한 바 있다.

(2) 매연 다량발생 경유차량의 연료대체

도심운행이 많은 경유사용 차량의 연료를 LPG, LNG등으로 대체하고, 소형화물 자동차의 연료도 매연 배출이 적은 휘발유, LNG 등으로 대체하며 매연이 다량 배출하는 경유차량을 장기적으로 연료를 교체하여야 한다.

(3) 경유자동차 배출허용기준 강화로 저공해화 촉진

대형 경유차의 매연여과장치 실용화를 추진하고, 경유 승용차에 입자상 물질의 신규규제책을 마련하며 배출허용기준을 강화하여 매연농도를 1991년 50%에서 1993년 40%로 감소된바 있기 때문에 앞으로도 경유자동차의 배출허용기준을 강화해야 한다.

(4) 차량 연료첨가제의 규제

① 차량용 연료의 첨가제는 내연기관의 연소활동을 원활히 하고 불순물의 부착 및 산화 등을 방지·제거하기 위하여 휘발유연료의 첨가제중 옥탄가 향상제인 4에틸납, 4메틸납을 첨가하는데 첨가를 막아야 한다.

② 연료첨가제는 안티녹킹제, 옥탄가 향상제, 세척제, 침착물 제거제, 산화방지제, 방 부식제, 방 빙제, 색소 등으로 그 자체는 연료가 아니다.

(5) 신규 제작 차에 대한 대책

신규 제작하는 자동차에 대해서는 출고시부터 저공해 차량생산을 위하여 자동차 배출가스 규제기준을 설정하고 동시에 신규 자동차의 검사기준을 확립, 실시해야 한다. 신규제작 자동차의 배출가스 허용기준을 강화하고 경유자동차에 대해서는 저공해 엔진을 부착토록 유도한다.

(6) 운행 차에 대한 배출가스 검사강화

① 자동차 매연단속반을 운영하고 기준초과 자동차에 대한 철저한 사후관리로 정비를
강화해야 한다.

② 운행중인 자동차에 대한 배출가스 허용기준 및 단속강화 지침을 제정하여 상설단속반으로 하여금 자동차 배출가스를 단속하도록 하고, 철저한 자가 점검과 정비는 물론 각 운송업체의 자체교육을 유도하여 자동차 배출가스를 저감시키도록 한다.

(7) 자동차 배출가스의 저감대책

① 자동차에서 배출되고 있는 매연을 합리적으로 저감시키기 위한 효율적이고 근본적인 대책을 마련하여 추진하여야 한다.

② 광화학적 대기오염 물질의 저감 대책으로는 신규 제작차의 허용기준 및 운행중인 자동차의 배출가스 저감 및 교통망의 운영체계를 개선하고, 아울러 고정오염원인 산업, 발전, 난방부분에 대해서도 단계적으로 대기오염물질 감소 계획을 추진해야 한다.

③ 자동차의 배출가스를 효과적으로 저감시키기 위하여는 정확한 측정검사가 이루어져야 하므로 자동차 제작회사의 자체측정 검사장비와 운행중인 자동차에 대한 단속용 측정장비가 확보되어야 한다.

④ 휘발유, LPG 및 경유 자동차에서 나오는 매연 및 각종 유해가스검사 등 자동차 공해검사에 필요불가결한 종합검사 시설을 설치하여 국내 신규제작차는 물론 외국 수입차에 대한 엄격한 배출검사를 실시하고, 각종 유해가스에 대한 정밀검사를 실시하여 발암물질 등을 조사, 관찰하고, 저공해 차량개발 연구에 직접 활용되도록 한다.

⑤ 경유자동차에는 후처리장치의 부착으로 규제를 강화하고 NOx, 매연 다량발생 연료의 대체물질을 개발하여 보급을 확대하는 방안을 강구하며,

⑥ 저공해 자동차의 개발에 대한 지원 및 연구가 필요하다.