초록색이지만 생태계에 치명적인 녹조

초록색이지만 생태계에 치명적인 녹조

대학생신재생에너지기자단 25기 남궁성

 

[이번 여름도 녹조 한가득]

[자료 1. 녹조현상이 일어난 물에서 수상레저를 즐기는 사람들]

출처: 동아사이언스

올해 여름도 기록적인 폭염이 기승을 부렸다. 서울은 9일에 이어 10일 밤도 열대야를 기록하며 근대 기상관측 이래 가장 늦은 열대야 기록을 하루 더 기록했고, 제주와 서귀포는 열대야일을 65일과 58일로 늘리면서 '연간 열대야일 역대 1위' 기록을 재차 경신했다. 폭염은 각종 서식지를 황폐화하고, 기상 조건을 악화시키는 등 우리의 일상에 직접적인 타격을 일으키는 것으로 잘 알려져 있다. 

최근 들어 폭염에 의해 가속화되고 있는 문제이자, 우리의 식수원을 위협하는 현상이 있는데 바로 녹조다. 녹조는 부영양화(eutrophication)된 호수나 유속이 느린 하천이나 정체된 바다에서 물에 잘 뜨는 조류들이 대량 증식하여 물의 상류를 점령해서 물색을 현저하게 녹색으로 변화시키는 현상이다. 녹조는 적조와 함께 조류 대증식(algal bloom)의 일종이다. 

여기서 부영양화는 남조류가 급격히 성장하게 하여 녹조를 일으키는 것을 의미하며 물에 탄소, 질소, 인과 같이 플랑크톤의 번식에 양분이 될 물질들이 많이 쌓여 일어난다. 이 중에서도 탄소를 주성분으로 하는 유기물이 먹이로 가장 많이 쓰이는데, 주로 버려지는 물에 유기물이 많이 들어있다. 그래서 각종 생활·공장 폐수와 농장·축산 폐수들이 모이는 댐, 보, 호수, 에서 녹조가 자주 발생하는 것이다. 심지어 댐, 보, 호수는 물의 이동이 거의 없다. 물의 이동이 적으면 순환이 되지 않아서 녹조현상이 잘 일어나는 환경이 조성되는 것이다.

 

[더울수록 녹조는 심해진다]

[자료 2. 국내 담수조류의 특징]

출처: 환경부

요즘 들어 녹조현상이 심한 데에는 폭염이 한몫한다. 날이 더울수록 녹조는 점점 심해지기 때문이다. 왜 그런 것일까? 녹조가 발생하는 원인을 살펴보면 그 이유를 찾을 수 있다. 녹조는 조류 중에서 남조류가 자라면서 생기는 현상이다. 표를 보면 알 수 있듯이 일반적으로 수온이 10℃ 이하인 겨울~봄철에는 규조류가, 10~20℃인 봄~초 여름철에는 녹조류가, 20℃ 이상이 되는 여름철에는 남조류가 주로 증식한다. 그리고 이 남조류들은 20~30℃의 고온에서 최대로 성장한다. 또한 일사량의 증가는 광합성 정도를 높이게 되는데, 광합성 정도가 활발해지면 이는 조류가 성장하기 좋은 조건이 구성된다.

1. 높은 일사량에 의한 최적의 성장 조건

2. 유기물 등 먹이의 유입

3. 기본적으로 물의 흐름이 정체되는 서식지

결론적으로 이렇게 세 가지 조건으로 인해 조류는 활발히 증식하게 되고, 유독 더운 여름에 잘 자랄 수밖에 없는 것이다.

 

[올해 여름 수온은 얼마나 높았을까]

우리나라 해역은 지난 55년간 수온이 1.36 ℃ 올랐는데 이는 세계 평균의 2.5배다. 올해 여름도 역대급 고수온이 이어졌고 수많은 양식어류가 집단 폐사해 정부가 재난지원금 139억을 긴급 지원하기도 했다. 고수온 지역 중 각종 멸종위기 동물이 서식하고 철새들이 날아드는 충남 천수만의 수온이 이번 여름 최대 34.4도까지 치솟았다. 이에 어민들의 피해가 상당한데, 현재까지 태안과 보령 등 도내 5개 시·군 양식장 82곳에서 640만 마리가 고수온으로 폐사한 것으로 집계됐다.

[자료 3. 식수원인 낙동강에 발생한 녹조]

출처:경인일보

고수온의 문제는 우리의 식수를 담당하는 상수원에서도 발생한다.

수도권 상수원인 팔당호의 온도가 30℃ 가까이 치솟은 것인데, 녹조가 발생했고 수도권 식수에 비상이 걸렸다. 수도권 지방자치단체들은 비상근무 태세에 돌입하는 한편, 각 가정에 수돗물을 끓인 뒤 사용할 것을 권고하고 나섰다.

28.3℃(8.12.) → 29.6℃(8.19.) → 26.9℃(8.26.) → 25.9℃(9.2.)

해당 수치는 이번 여름 팔당호의 수온 변화다. 남조류가 가장 잘 성장한다고 알려진 20~30℃ 사이에서 벗어난 적이 없으며 주로 20℃ 중후반의 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 그럼에도 한강유역환경청은 5일 오후 3시를 기해 팔당호 팔당댐 앞에 내려진 조류경보를 해제했다고 6일 밝혔다. 지난달 22일 ‘관심’ 단계가 발령된 지 14일 만이다.

조류경보 단계는 녹조를 일으키는 남조류 세포 수에 따라 ‘관심’, ‘경계’, ‘대발생’ 단계로 나뉘며, 1mL당 1천세포 이상 1만세포 미만일 때 ‘관심’ 단계가 발령된다. 한강유역환경청은 최근 수온 하강으로 유해 남조류 개체수가 감소한 것으로 분석했다. 2회 연속 1mL당 1000세포 이하로 측정됨에 따라 경보 해제를 진행한 것이다.

그러나 9월임에도 낮 기온이 35℃에 육박한 폭염이 계속되고 있는 것을 고하면 아직 안심할 단계는 아니지 않나 하는 의문이 든다. 

[자료 4. 9월에도 여전한 낙동강 녹조]

출처:OhmyNews

아니나 다를까 낙동강에 남조류가 창궐해 사라지지 않고 있다는 제보가 잇따르고 있으며, 폭염에 의해 낙동강 본류뿐만 아니라 그동안 잘 생기지 않던 지천에까지 짙은 녹색 물로 바뀌고 있는 모습을 확인할 수 있다. 4대강사업 이후 낙동강 녹조는 대개 8월 말경부터 수그러들었지만, 올해는 유독 9월 중순까지 이어지고 있는 모습이다. 이렇듯 올해에 수생태계가 전례 없는 녹조 세를 당하고 있는 것으로 파악된다.

 

[더울수록 잘 사는 남조류]

남조류는 광합성을 하여 지구상에 산소를 발생시킨 최초의 생물로 알려져 있다. 그 오랜 역사가 말해주듯이 남조류는 환경 변화에 뛰어난 적응력을 가지고 있다.

[자료 5. 남조류 생활사]

출처: 예스폼

일부 남조류는 대기 중의 질소가스를 유기질소로 전환하여 저장하는 질소고정 능력이 있어, 질소가 부족한 환경에서도 생존할 수 있다. 또, 생존에 불리한 환경에서 포자를 형성해 퇴적층에 가라앉아 있다가 환경이 좋아지면 발아하여 다시 성장하기도 한다. 대부분의 남조류는 세포 내에 공기주머니를 갖고 있어 상하로 수직 이동한다. 이를 통해 성장에 필요한 양의 햇빛을 얻고, 영양물질이 많은 곳으로 이동할 수도 있다.

일부 남조류는 독소와 냄새 물질을 생성하고 분비함으로써 다른 조류의 성장을 방해하고, 동물플랑크톤이나 어패류 등 포식자를 회피하기도 한다. 자체 성장을 보조하는 기능만 있을 뿐 아니라, 자신들을 잡아먹는 포식자들을 피할 수 있는 메커니즘까지 보유하고 있는 만능 생물이라는 얘기다.

 

[잘 죽지도 않는 데 강한 독을 가지고 있다]

조류 중에서도 처리하기 힘든 편에 해당하는 남조류는 종에 따라서는 독성 물질을 배출한다. 환경부에서는 독성 물질을 내뿜어 해로 영향을 줄 수 있는 남조류 4종을 유해남조류로 지정하여 관리하고 있다. 유해남조류는 마이크로시스틴 (Microcystins), 아나톡신(Anatoxin), 삭시톡신(Saxitoxins) 등의 독소를 만든다.

조류독소 중에는 마이크로시스틴이 가장 대표적이다. 마이크로시스틴에는 70여 가지의 변종이 있는데 그중에서 마이크로시스틴-LR의 독성이 가장 강한 것으로 알려져 있다. 이러한 조류독소를 인간과 같은 포유류가 흡수하 간세포나 신경계에 영향을 받을 수 있다. 그러나, 평상시에는 독소를 세포 안에 가지고 있을 뿐 배출하지 않는다. 다만, 죽거나 포식자로부터 공격을 받을 때, 그리고 다른 조류와 경쟁을 할 때에만 독소를 배출하는 것으로 알려져 있다.

 

[이렇게 위험한데 처리 체계가 미흡하다]

[자료 6. 녹조 제거제를 뿌리는 드론]

출처: 내이트뉴스

이렇게 강한 독성을 지니는 남조류의 독소는 과연 잘 처리되고 있을까? 실상을 살펴보면 그렇지 않은 것으로 보인다. 녹조를 일으키는 남세균(시아노박테리아)의 독소가 수돗물 생산 과정에서 염소 소독제와 만나면 독성이 비슷하거나 더 강해진 소독 부산물로 변형이 일어나는 것으로 확인된 것이다. 

미국 사우스캐롤라이나대학 화학·생화학과 수잔 리처드슨 교수 연구팀은 22일 '환경 과학 기술(Environmental Science and Technology)' 저널에 '수돗물의 산화·소독 과정 중 조류 독소의 변형: 구조에서 독성까지'라는 제목의 리뷰 논문을 발표했다. 

[자료 7. 소독제와 마이크로시스틴이 만나서 해로운 부산물이 만들어지는 과정 ]

출처: 중앙일보

연구팀은 "상수원수에 독소를 생산하는 조류가 존재하면 독소가 수돗물에도 존재할 위험이 있다"면서 "아울러 정수장 처리를 통해 다양한 조류 독소가 반응, 소독 부산물이 생성될 수 있다"고 밝혔다. 이런 위험한 부산물이 발생할 수 있음에도 불구하고 정수장 등에서는 원래의 조류 독소 성분만 검사할 뿐 조류 독소와 관련된 소독 부산물의 종류나 농도를 일상적으로 측정·분석하는 사례는 찾기 어렵다. 정수장 등에서는 원래의 조류 독소 성분만 검사할 뿐 조류 독소와 관련된 소독 부산물의 종류나 농도를 일상적으로 측정·분석하는 사례는 찾기 어렵다. 소독 부산물에 의한 인체 유해성에 대한 자료도 부족한 상태다.

 

[죽어도 독을 내뿜는다]

남조류의 독성 물질들이 소독제와 만나서 생기는 부산물도 문제지만, 남조류 자체를 처리하는 과정에서 독성 물질이 오히려 발생하고 있어 문제다. 이를 살펴보기 위해 녹조 제거에 흔히 쓰이곤 하는 '녹조 제거선' 방법에 대해 알아보자.

[자료 8. 녹조 제거선 ]

출처:동아사이언스

녹조 제거선은 물 위를 다니면서 물에 떠 있는 남조류를 수집한다. 그다음 작업자들이 스테인리스 틀에 녹조를 넣은 후 젓고 누르며 찌꺼기와 물을 따로 분리한다. 여기서 찌꺼기는 보관 용기(톤백)에 담아 소각·매립 처리한다. 그러나 녹조 찌꺼기와 분리한 물을 아무런 처리 없이 그대로 강에 흘려보내고 있는 것이 문제다.

환경운동연합은 이런 '수분 감량' 과정에서 나온 물을 수거해 분석을 의뢰한 결과, 농도 400ppb 이상의 녹조 독소인 '마이크로시스틴'이 검출됐다고 주장했다. 앞서 언급했듯 마이크로시스틴은 남조류들이 내뿜는 흔한 독소 중 하나이며, 마이크로시스틴 LR의 경우에는 청산가리보다 6,600배 강한 독성을 가지고 있다. 환경단체의 이러한 주장에 대해 환경부는 "공공수역의 물을 흡입해 녹조를 회수하고, 회수 이후의 물은 공공수역으로 환원하는 과정으로 별도 규정 없음"이라고 이 의원에게 답했다.

이를 두고 환경운동연합은 "미국 환경보호청(EPA) 물놀이 금지 가이드라인(8ppb)의 50배에 해당하는 독소를 낙동강으로 다시 유입하는 셈"이라고 꼬집었다.

 

[생각보다 신경 쓸 게 많다]

그렇다면 왜 남조류를 떠서 제거했음에도 불구하고 처리 이후 물에서 마이크로시스틴이 검출되는 것일까? 이에 대해서 환경부가 자세한 답을 미루고 있는 탓에 명확히 밝혀진 바는 없다. 그러나 앞서 언급했듯 남조류는 죽거나 포식자로부터 공격을 받을 때, 그리고 다른 조류와 경쟁을 할 때에 독소를 배출한다. 그리고 여기서 죽을 때 독소를 배출하는 것이 문제가 되는 것이라고 환경단체들은 말한다. 
즉, 녹조제거선으로 부유해 있는 녹조를 망으로 걸러서 짓눌러 죽여도 그 과정에서 나오는 독소 때문에 물이 다시 독으로 물든다는 얘기다.

또 하나의 문제는 녹조 제거선이라는 방법 자체에 있다. 녹조 제거선은 부유해 있는 남조류를 떠서 제거하는 방식이다. 물론 남조류가 물의 표면에 대부분 떠 있는 것은 사실이지만, 망으로 거르지 못하는 물의 하층에도 남조류는 존재한다. 녹조현상이 물의 용존산소량을 낮추는 이유만 살펴봐도 해당 사실을 알 수 있는데, 물의 표면에 빼곡히 서식하는 남조류들은 광합성을 활발하게 한다. 이 때문에 상대적으로 물의 아래에 서식하는 남조류들은 광합성을 못 하게 되고, 세포 호흡만을 하다 보니 산소를 소모하기만 하여 물의 산소량을 낮추는 것이다. 물의 아래에 있는 이 남조류들도 제거해야 완전한 처리라고 할 수 있을 것이다. 그러나 망으로 거르는 작업은 이러한 처리를 본질적으로 하지 못한다.

[자료 9. 물의 용존산소량을 감소시킬 만큼 빼곡한 녹조현상]

출처: 경향신문

이에 관해 이승준 국립 부경대 교수는 "정부는 고도 정수 처리를 하면 남세균의 99%를 제거할 수 있다고 합니다. 그런데 99% 제거하면 한 마리가 남습니다. 천 마리의 99%는 10마리가 남고, 만 마리에서는 100마리가 남습니다. 실제로 대구나 경남의 수돗물 필터에서 남세균이 발견이 됩니다. 결국 다 제거는 못 했다는 이야기죠."고 말한다.

결국 처리 후에도 여전히 남아 있는 남조류와 떠올린 남조류를 짓눌러 죽이면서 발생하는 독성 물질 때문에 제거 작업 후에도 독성 물질들이 물에 그대로 남아 있게 되거나 제거 작업을 하기 전보다 더 위험해질 수도 있는 것이다.

 

[친환경적으로 녹조를 제거하자]

처리 과정 자체가 미흡하기도 하고, 처리를 하면서 발생하는 다양한 부산물 및 오염물질 때문에 흔히 녹조현상을 저감하는 방식은 효과도 미미하고 친환경적이지도 못하는 지적이 많다. 때문 친환경적으로 녹조를 해결하기 위한 다양한 기술이 연구중에 있는데, 가장 최근에 나온 친환경 녹조 저감 기술은 그린볼이다.

[자료 10. 녹조 제거 그린볼]

출처: 퍼블릭뉴스 

한 예로 월드워터가 개발한 그린볼은 녹조 저감 기능이 있는 천연 광물질을 폴리에틸렌 소재에 함침 시킨 녹조저감장치로, 전력과 유지관리 없이 소재와 물의 접촉만으로 녹조의 성장을 억제하고 사멸시키는 제품이다.

대표적인 저감 메커니즘은 광촉매 반응인데 그린볼이 빛을 받으면 전자(-)와 정공(+)이 형성되고, 이는 강한 산화력을 지니는 하이드록실 라디칼(-OH)과 슈퍼옥사이드를 만든다. 이 활성산소들은 유기물을 산화분해하는 능력이 매우 뛰어나다. 그래서 수중에 존재하는 녹조류 및 유해 박테리아를 사멸시킬 수 있는 것이다. 이러한 광촉매 반응은 균체뿐만 아니라 균체 내부에 있는 독소도 분해하며 생물체에는 영향을 주지 않는 친환경 무독성 공법이라고 할 수 있다. 

모든 게 완벽해 보이는 그린볼 기술에도 한계는 존재한다. 대부분의 녹조 제거 광촉매 제품은 촉매를 그린볼 표면에 씌우는 코팅법을 주로 사용한다. 문제는 일반적으로 녹조 제거 광촉매 제품에 쓰이는 촉매가 이산화티타늄이라는 것이다. 이산화티타늄은 금속 원소를 함유하기 때문에 코팅이 벗겨지는 등의 용출 문제가 발생하게 되면 수생태계에 안 좋은 영향을 미치게 된다. 또 다른 문제는 그린볼의 주성분에 해당하는 폴리에틸렌이다. 폴리에틸렌은 미세플라스틱을 만들어 낼 수 있다. 이것을 대량 물 위에 띄우게 되면 녹조현상이 저감될지는 모르겠으나 물이 미세플라스틱으로 오염되는 문제가 발생할 수 있다.

 

[조금 더 체계적인 방안 마련이 필요하다] 

사실 가장 수월하게 녹조현상을 해결하는 방법은 유수량을 늘리는 것이다. 즉, 댐을 주기적으로 열어서 물을 흘려보내 주면 된다. 그러나 물을 댐으로 가둠으로써 홍수 피해를 예방할 수 있고, 물의 수요처가 늘어나고 있기에 물그릇이 필요하다는 게 각 정부 부처의 입장이다. 심지어 신규 댐 건설에 한 이기도 많이 보인다. 그러나, 현실적으로 홍수 피해를 댐 건설을 통해서 막지 못한다는 입장이 많고 녹조가 창궐해 있는 물을 수요처에 공급한다는 것도 터무니없는 얘기로 보인다.

1. 물의 하부에 존재하는 남조류들도 완벽히 걸러내고, 남조류 사멸 과정에서 발생하는 독성 물질들을 올바르게 처리하는 등 기존 녹조 저감 기술의 한계를 보완하거나

2. 친환경적인 녹조 저감 기술의 마련을 위해 R&D 지원을 늘려주거나

3. 현실적으로 물그릇의 역할이 중요한지에 대한 분석을 바탕으로 댐 유지의 장점과 녹조현상 등의 문제로 인한 단점 중 어떤 것이 더 중요한지 판별함으로써 수문을 정기적으로 열지에 대한 결단을 내리거나

이렇게 세 가지 중 하나를 더 늦기 전에 진행해야 할 것으로 보인다. 앞으로 폭염은 더욱 심해질 것이고, 녹조현상은 더욱 심해질 수밖에 없을 것이기 때문이다. 모든 기후변화 현상이 그렇듯 골든타임을 놓치면 돌이킬 수 없는 결과를 맞이하게 된다. 벌써부터 수돗물에서 녹조현상으로 인해 고약한 냄새가 난다는 제보가 잇따르고 있다. 녹조현상은 엄연히 우리의 식수원을 위협하는 문제다. 그런데도 우리나라의 독성 물질 규제 기준치는 선진국에 비해 터무니없이 미흡하다. 한 예로, 녹조현상이 심했던 물을 정수한 수돗물에서 미국 캘리포니아주 생식독성 기준(0.03 ㎍/L)의 5배가 넘는 마이크로시스틴이 검출됐다. 식수원에 직접적인 영향을 미칠 수 있는 큰 문제인 만큼, 올바른 규제와 함께 처리 방식에 대한 개선이 시급히 진행되어야 할 것으로 보인다.

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조류, 녹조에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "미세 조류, 너 내 건물이 돼라!", 대학생신재생에너지기자단 21기 길민석, https://renewableenergyfollowers.org/4324

미세조류, 너 내 건물이 돼라!

2. "4대강, 이대로 놔둬도 괜찮을까?", 대학생신재생에너지기자단 22기 이지원 22기 유현서, https://renewableenergyfollowers.org/3847

4대강, 이대로 놔둬도 괜찮을까?

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참고문헌

[이번 여름도 녹조 한가득]

1) 이재영,"9월 중순인데 서울 폭염주의보…남부 중심 '기온 신기록' 행진(종합)" 연합뉴스, 2024.09.15, https://www.yna.co.kr/view/AKR20240915009451530?input=1195m

[더울수록 녹조는 심해진다]

1) 환경부, "녹조(綠潮), 녹조현상은 무엇인가?", 2016.05, https://www.water.or.kr/upload/board/2022/10/20221027125841_1.pdf

[올해 여름 수온은 얼마나 높았을까]

1) 이우성, "한강 팔당호 조류경보, 녹조 감소로 14일 만에 해제…수온 하강", 연합뉴스 2024.09.05, https://www.yna.co.kr/view/AKR20240905124300061?input=1195m

2) 최은성, "녹조로 가득 메워진 팔당호"경인일보, 2024.08.19, http://m.kyeongin.com/view.php?key=20240819000001966

[이렇게 위험한데 처리 체계가 미흡하다]

1) 강찬수, "녹조 독소, 정수장 염소 소독제 만나면 더 독해질 수도 있다", 중앙일보, 2023.08.23, https://www.joongang.co.kr/article/25186677

[죽어도 독을 내뿜는다]

1 )조승한, "낙동강의 ‘소금쟁이’를 아시나요", 동아사이언스, 2019.08.26, https://m.dongascience.com/news.php?idx=30745

[생각보다 신경 쓸 게 많다]

1) 김병기, "이 바나나보트 사진이 무서운 이유", OhmyNews, 2024.09.04, https://www.ohmynews.com/NWS_Web/View/at_pg.aspx?CNTN_CD=A0003060527&CMPT_CD=P0010&utm_source=naver&utm_medium=newsearch&utm_campaign=naver_news

2) 배문규, "낙동강 올해 첫 조류경보 발령…올해도 ‘녹조라떼’ 우려", 경향신문, 2019.06.20, https://m.khan.co.kr/national/national-general/article/201906201530001#c2b

[친환경적으로 녹조를 제거하자]

1) 김태연, "(주)월드워터 백상원 대표, 그린볼로 녹조 문제 해결하고 진정한 수질 혁신을 선도한다", 퍼블릭뉴스, 2024.04.11, https://www.psnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=2052072

[조금 더 체계적인 방안 마련이 필요하다] 

1) 이철재, ""청산가리보다 6600배 강한 독성..." 국가가 '만든' 위험", OhmyNews, 2022.10.04,  https://www.ohmynews.com/NWS_Web/View/at_pg.aspx?CNTN_CD=A0002869653