환경문제의 이해와 해결기술

제1편 환경문제의 이해
제1장 환경문제의 발생 원인 / 2
제2장 지구 환경문제와 국제적 노력 / 12

제2편 환경문제 해결을 위한 과학적 기초
제3장 기초단위, 물질수지 및 에너지 / 34
제4장 환경화학 / 55
제5장 생태계 / 74
제6장 환경미생물학 / 112
제7장 수자원과 수문학 / 127

제3편 환경오염문제와 해결기술
제8장 수질오염 지표 및 수질관리 / 170
제9장 상하수도와 하수처리의 개요 / 223
제10장 생물학적 하수처리와 질소ㆍ인 제거 / 251
제11장 대기오염 및 미세먼지 / 286
제12장 폐기물 관리 / 311
제13장 토양 및 지하수 오염 / 346
제14장 해양오염 / 375

제4편 환경관리 및 환경경영
제15장 환경영향평가 / 390
제16장 환경법규와 환경오염규제 / 399
제17장 환경경영 / 404

참고문헌 / 417
찾아보기 / 420

제1편 환경문제의 이해

제1장 환경문제의 발생 원인

날로 다양해지고 복잡해지는 환경문제 해결을 위해 환경과 환경오염의 정의, 환경문제의 발생 원인이 무엇인지 살펴보고, 환경공학과 환경과학에 대한 개념 설명과 지속가능한 발전에 대하여 논의하였다.

주요내용
1. 환경과 환경오염의 정의
환경, 생태계(ecosystem)와 환경, 환경과학(environmental science)과 환경공학 (environmental engineering)
2. 인류문명의 발전과 환경문제
환경문제의 발생, 기술문명의 발달과 환경문제, 지구 환경 위기의 경고, 지속가능한 발전(sustainable development)
3. 환경오염 문제의 발생 원인
인구증가와 자원고갈, 인구집중과 도시화, 환경파괴적인 기술의 개발, 경제성장, 빈곤으로 인한 환경훼손

1. 환경과 환경오염의 정의
1.1. 환경
환경(environment)은 ‘인간이 생활을 영위하는 공간을 포함한 자연 상태의 모든 계(system)’로 정의할 수 있다. 국내 환경법규에서는 환경을 자연환경과 생활환경으로 분류하고 있으며, 유엔환경계획기구에서는 자연환경과 인간환경으로 분류하고 있다. 이러한 환경의 정의에 생태계(ecosystem) 개념을 도입하여 다시 정리하면 ‘환경은 인간이 생활하는 모든 권역(system)’이라고 정의할 수 있다.

? 국내 환경관련 법규
ㆍ 자연환경(natural environment): 생물환경(biosphere)과 무생물환경(non biosphere)
ㆍ 생활환경(living environment): 대기, 물, 폐기물, 소음ㆍ진동 및 악취
? 유엔환경계획기구(UNEP; United Nation Environment Program)
ㆍ 자연환경: 대기, 해양, 물, 암석권 및 육상생태계
ㆍ 인간환경: 인구, 주거, 건강, 생물계, 산업, 에너지, 운송, 관광, 환경교육 및 홍보, 평화와 안전

환경오염(environmental pollution)이란 환경에 과다한 오염물질이 유입되어 자연계의 자정능력(self purification capacity)이 상실되고 자연계의 균형이 서서히 파괴되어가는 과정이다. 우리가 환경오염에 관심을 가져야만 하는 기본적인 이유는 물ㆍ공기ㆍ음식에 오염된 물질이 건강에 나쁜 영향을 초래하기 때문이며, 서서히 진행되는 환경악화에 의해 궁극적으로 인류멸망과 모든 생물파괴를 초래하기 때문이다. 과도한 개발로 인한 자연자원 고갈, 생태계가 감당할 수 없는 많은 양의 쓰레기를 배출하여 생기는 심각한 환경오염 등으로 인해 생태계의 자정능력을 넘어서게 되면 생태계가 파괴되고 생물체는 생존의 위협을 받게 된다. 뿐만 아니라 모든 생태계의 정점에 있는 인간 역시 큰 재앙을 맞게 될 것이다.

1.2. 생태계(ecosystem)와 환경
생태계란 어느 일정 지역 내의 무기적 환경(무생물)과 생물군이 물질순환과 에너지의 흐름에 따라 구성되는 하나의 계(system)이다. 생물군집은 생산자(녹색식물)와 소비자(동물), 분해자(세균)로 나뉘는데 여기에 무기적 환경을 포함하여 4개의 군집으로 구분하고, 무기물 → 유기물 → 무기물의 물질순환 등을 포함한다.

또한, 생태계는 동물, 식물 등의 생물체와 땅, 공기와 같은 비생물적 요소로 구성된다. 비생물적 요소는 생물체가 살아가는데 필요한 물질과 삶의 조건을 제공하며, 생물체는 비생물적 요소를 이용하고 그 조건 속에서만 살 수 있다.

☞ 인간도 생태계의 구성요소이다. 환경오염에 의해 지구생태계의 균형이 파괴되면 인간 자신을 포함한 모든 생물체는 생존의 위협을 받는다.

생물체와 비생물적 요소가 바로 자연환경이다. 따라서 생태계는 생물체와 비생물적 요소가 균형과 조화를 이룰 때 물질순환이 이루어지고 생물군집이 유지된다.
만일 생태계의 환경에 위해나 변화가 발생하게 되면 그 변화에 적응하고 균형을 유지하며 나쁜 영향을 줄일 수 있는 생태계 자정능력이 나타난다. 이때, 위해 물질의 희석, 침전, 분해 등 물리적, 화학적, 생물학적 작용이 일어나게 된다.
그러나 이러한 생태계의 자정능력에는 일정한 한계가 있다. 한계를 초과하는 영향이나 충격을 가하면 생태계는 결국 파괴된다. 환경파괴와 오염물질 배출 정도가 자정능력 범위 내에 있을 때에만 생태계는 안정을 유지할 수 있기 때문이다. 따라서 전체의 생물계는 자정능력의 한계 범위 내에서 상호간의 평형을 이루어야 하며, 생태계를 혼란시키거나 파괴시키지 않고 그 기능을 정상적으로 유지하기 위해서는 무엇보다도 먼저 오염방지가 이루어져야 할 것이다.
생태계의 물질 순환은 크게 에너지 순환(energy cycle), 물 순환(hydrologic cycle), 탄소 순환(carbon cycle), 질소 순환(nitrogen cycle) 등의 4가지로 나눌 수 있다. 생물학적 구성은 생물(biotics)과 무생물(antibiotics)로 구분되고, 생물은 그 영양성에 따라 자양성(autotroph)과 타양성(heterotroph)으로 나눈다.

1.3. 환경과학(environmental science)과 환경공학(environmental engineering)
환경문제(environmental problem)는 자연환경을 포함한 모든 포괄적인 문제를 의미한다. 자연환경은 유한하며, 한번 훼손된 자연은 다시 돌이키기가 매우 어렵다. 따라서 환경오염(environmental pollution) 문제도 궁극적으로는 이 유한성에 귀착하게 된다.
세계의 공업화는 비약적인 발전의 길을 걷고 있으며 개발도상국은 선진국을 따라가기 위해 모든 노력을 경주하고 있다. 선진국 역시 고도의 기술개발을 위해 끊임없이 노력하고 있다. 이러한 경제 활동에 따른 지구자원 소비, 물질 및 폐기물의 폭발적인 증가는 당연한 귀결이다. 그러나 지구상의 대기, 해수는 모두 유한하며 이러한 오염물질을 무한하게 수용하기는 불가능하다.
개발과 환경의 보전, 이는 끊임없이 논란이 되어온 과제이다. 둘 사이의 균형과 조화로운 발전을 도모하는 것은 결코 쉽지 않은 명제이다. 이에 따라 자연환경을 보전하면서도 생산 활동에 수반되는 공해 등 발생하는 문제에 대한 대책을 수립하는 학문의 영역은 시간이 갈수록 그 비중이 확대되고 있다
환경과학(environmental science)은 화학, 물리, 생물, 지구과학 및 의ㆍ약학 등의 과학일반과 물, 대기, 폐기물, 소음진동 등의 공학기초가 포함된 학문이다. 이는 최근 40여 년 동안 발달해온 학문분야로서 생물과 환경, 그리고 인간과의 관계를 연구대상으로 한다. 따라서, 환경과학은 환경문제를 이해하고 조사 및 규명하는 넓은 영역을 포함하는 종합과학 혹은 학제적인 학문으로 정의할 수 있다.
환경공학(environmental engineering)은 자연과학의 기초이론을 토대로 환경문제를 이해하고 해결하는 학문으로서 초기에는 위생공학(sanitary engineering)을 바탕으로 발전해왔다. 환경공학은 물리, 화학, 생물학 등의 기초이론이 요구되며 재래적인 토목공학 및 화학공학에서는 시설물의 설계에 역점을 두고 있다. 최근 환경공학에서는 이러한 시설물의 설계를 포함하고 운전과 주변 환경에 대한 영향파악 및 대책수립 등을 중점으로 연구하고 있다.
특히 환경오염 문제로 인해 생존의 위기에 직면한 현재 인류에게 있어 그 해결방안을 마련하기 위한 학문으로써의 환경공학에 대한 중요성과 관심은 앞으로도 계속 커질 전망이다.

2. 인류문명의 발전과 환경문제
2.1. 환경문제의 발생
수렵사회에서 인간은 자연 생태계 속의 한 구성원으로써 생태계의 기능을 유지해 주는 생물의 한 종류에 불과했다. 농경사회에 이르러서 인간은 토지에 의존하여 농사를 짓기 시작했으며 집단생활을 하였다. 농토를 확대하기 위하여 숲과 삼림을 파괴하였으며, 숲과 삼림의 파괴는 토양을 침식시키고 환경문제의 악순환의 고리에 들어서게 하였다. 하지만 그때까지만 해도 농경사회의 환경문제는 지역적이며 국부적인 문제로 한정되었고, 시간이 흐름에 따라 정화되어 복원될 수 있었기에 전 지구적인 문제로는 발전되지 않았다.

☞ 농경사회와 숲의 파괴에 의한 환경재난
로마시대에는 나무 수요의 급증으로 인해 이탈리아 반도, 스페인, 소아시아, 북아프리카 등 지중해 연안의 숲이 거의 황폐화되었다. 지중해에서 로마 지배가 400년간 지속된 후 이 지역의 삼림은 거의 사라지고 기후와 식물도 점차 바뀌어갔다.
14세기경 중세 유럽에서는 숲의 파괴와 기상이변으로 곡물 수확이 크게 감소하여 기근은 되풀이 되었다. 사람들은 영양실조에 걸리고 마침 페스트가 창궐하자 유럽 전체 인구의 1/4 이상이 희생되고 이후 150년 가까이 피폐한 상태가 지속되었다. 이 파탄의 직접적인 원인은 전염병의 창궐이지만 보다 근원적으로는 숲의 파괴에 의한 자원감소와 기상이변에서부터 시작한 것이라 할 수 있다.
<이필렬 외(1995)>

2.2. 기술문명의 발달과 환경문제
산업혁명 이후 산업사회에서는 생산력의 기반이 토지 중심에서 이들을 포함한 지하자원, 수자원 등 자연자원 전반뿐만 아니라 기술혁신에 의해 공업생산으로 크게 변화되었다. 특히 산업사회의 기술문명은 자연환경의 많은 부분을 파괴하는 방향으로 생산기술과 방식을 변화시켰다. 이 때문에 환경파괴의 규모가 점차 확대ㆍ심화되어 환경문제는 지역적, 국부적 문제에서 전 지구적인 문제로 확대되고 있는 실정이다.
산업화에 따른 지구 환경문제는 지구온난화에 의한 기상이변, 성층권의 오존층 감소, 대기와 수질의 심각한 오염, 삼림의 대규모 파괴, 급속한 생물종의 멸종 등 다양한 형태로 나타나고 있다.

2.3. 지구 환경 위기의 경고
이에 따라 많은 학자들이 지구 환경문제를 지적하였다. 로마클럽은 1970년 『성장의 한계(limits of growth)』라는 보고서를 통해서 ‘현재 추세대로 인구증가, 자원고갈, 자연훼손이 지속될 경우 2100년경에는 지구상의 성장은 한계에 도달할 것’이라고 경고하였으며 지속가능성에 대한 개념이 이때 처음으로 등장하게 되었다.
1991년 세계환경보호연맹(world conservation union: WCU)은 『지구를 위한 배려(caring for the earth)』에서 “지구의 한계를 벗어난 자연자원의 남용으로 인류문명은 지금 위기에 직면해 있다”고 선언하고, “우리는 현재 문명의 존립을 걸고 도박을 하고 있다”고 경고했다.

☞ 앨 고어의 지구 균형론
인류의 앞에는 두 길이 있다. 우리의 미래를 믿고 그것을 달성하고 지키기 위해 활동하는 희망의 길과, 우리의 자손을 무시하고 계속 환경을 파괴하면서 문명의 종말을 가져오는 길이다. 선택은 우리의 손에 달려 있다.
<앨 고어의 『위기의 지구』(earth in the balance)>

2.4. 지속가능한 발전(sustainable development)
환경문제가 논의될 때마다 제기되는 불편한 논쟁거리는 개발(development)과 보전(conservation), 즉 경제성장과 환경보전의 관계이다. 많은 논란 속에서 1992년 리우의 지구 환경선언, 즉, 환경적으로 건전하고 지속가능한 개발(environmentally sound & sustainable development, ESSD)과 관련한 ‘의제 21’이 작성되었다. 이는 범지구적 환경문제에 대한 국제적 공동 대응을 이념적, 철학적 개념으로 발전 승화시켜, 경제성장과 환경보전의 조화라는 막연한 개념보다는 구체적인 정책목표로 발전시킨 것이다. 기본적으로 지속가능한 개발이라는 개념은 개발과 환경을 통합하며 경제성장의 목표와 환경보전의 목표를 동시에 달성하는 것이 가능함을 인정하는 것을 의미한다.
환경 및 개발에 관한 세계위원회(world commission on environment and development)의 브란트랜드 보고서는 지속 가능 개발의 의미를 ‘미래 세대가 그들의 필요를 충족시킬 능력을 저해하지 않으면서 현 세대의 필요를 충족시키는 것’이라고 정의하였다. 이는 미래세대가 잘 살 수 있는 환경과 자원을 물려주기 위해 우리가 사용하고 있는 자연자원과 환경을 일정한 한계 내에서 이용하는 것을 의미한다.
다시 말하면 기존의 경제활동이 주로 자원 소모적이며 자연의 수용능력을 넘어서는 개발에 중점을 두었다면, 지속가능발전은 자연생태계의 범위 내에서 자연의 수용한계를 넘지 않고 자연과 조화를 이루는 범위에서 이루어지는 것을 의미한다.
또한 2000년 이전에는 지속가능발전이 환경보전과 경제발전에 중심을 두고 다루어진데 비해 최근에는 사회전체의 지속가능성을 유지하기 위하여 자유, 정의, 민주주의, 사회적 형평성 등이 모두 포함된 지속가능발전의 개념으로 확대되었다.