[미국] 지하 폐수 처분 후 확인된 상승된 수은 농도 발견
미국 매사추세츠 주에 위치한 케이프 코드(Cape Cod) 전역의 도시들이 정화조(septic system)에서 발생하는 문제로 고심하고 있는 때, 미국 우즈홀 해양 연구소(WHOI; Woods Hole Oceanographic Institution) 소속의 연구진이 수행한 최신 연구는 한 가지 특정 독성 부산물인 수은에 초점을 맞추었다. 지역 지하수(local groundwater)에 대한 이 연구에서 생화학자인 Carl Lamborg는 폐수에 대한 미생물의 활동(microbial action)이 수은을 보다 더 이동이 용이하고 독성이 높은 원소의 형태로 전환시킨다는 사실을 발견했다. 관련 연구 결과는 2013년 11월 Environmental Science and Technology 저널에 발표됐다.
수은(mercury, Hg)은 독성 미량 금속이다. 폐수는 소량의 수은을 포함하고 있지만, Lamborg는 폐기물을 분해하는 화학적 공정이 지하 및 물에서 수은 수준을 증가시킨다는 사실을 발견했다.
2010년부터 2012년 사이 Lamborg는 서부 케이프 코드에 위치한 미국 MMR(Massachusetts Military Reservation)이 운영하는 폐수 처리장 주변에 대한 미국 지리 조사(U.S. Geological Survey)로 설치된 시료 채집 지역에서 다양한 형태의 수은과 농도를 측정했다. 폐수는 1936년부터 1995년까지 이 지역의 지하에 처분됐다. 이러한 수은의 처분은 이 지역에서 하류로 확산되는 3킬로미터 길이의 오염물질 플럼(plume)을 생성해냈다. 이 플럼은 대수층을 통해 매년 200미터를 이동하여, 연안 염수 연못(saltwater pond)에서 생을 마감한다.
수계(watershed)를 나와 해양과 연안 염수 연못으로 흘러들어가는 수은의 양은 만약 폐수가 지하로 주입되지 않는다면 유입될 수 있는 양의 약 2배에 해당한다고 WHOI의 실험실에서 시료의 화학을 분석한 Lamborg는 밝혔다.
이해를 개선하기 위하여 Lamborg는 미생물이 폐기물로부터 탄소와 질소를 분해하여, 침전물과 지하수에 함유되어 있는 모든 산소를 소비하여 해당 지역을 무산소화시키는 플럼을 따라 위치해 있는 2곳의 장소를 조명했다.
유입된 상류 지점 인근에서, Lamborg는 미생물이 철 환원(iron reduction)이라고 불리는 공정을 통하여 철을 이용하여 폐기물을 분해한다는 것을 확인했다. 이 공정에서 수은의 가장 일반적인 형태인 Hg2+를 연구진은 관찰했다. 그는 일반적으로 침전물에 고착된 물질이 덜 달라붙는 원소 수은(elemental mercury, Hg0)으로 환원되고, 이러한 원소 수은은 쉽게 지하수에서 씻겨 내려가 하천으로 이동한다고 밝혔다.
두 번째 시료 채집 위치의 보다 더 하류에서, Lamborg는 높은 농도의 또 다른 유형의 수은인 모노메틸수은(monomethylmercury, MMHg)을 발견했다. 모노메틸수은은 독성 수준으로 어류에 축적되어 인간 건강에 치명적일 수 있다. 일부 사례에서는 해당 위치에 존재하는 수은의 100%가 MMHg였다고 그는 밝혔다. 이러한 형태의 수은은 물을 통하여 쉽게 이동하여 어류와 다른 동물이 축적된 수은을 흡수할 수 있는 연못과 해양에 축적될 수 있다.
그는 MMHg의 농도 수준이 물을 음용하기 어렵게 만드는 충분히 높은 농도는 아니었다고 밝혔다. 그러나 MMHg의 농도는 만약 폐수가 첫 위치에서 지하수로 처분되지 않았다면 더 낮아질 수 있다고 덧붙였다. 이러한 사실은 우리가 지하로 폐기물을 처분하는 문제에 대하여 다시 생각하게 만든다. 더 많은 질소를 폐수를 통하여 지하에 추가하고, 심지어 농경지와 골프 코스에 비료로 적용하는 것은 수은을 축적시키고, 수은을 대수층을 통하여 연못, 호수 및 해양 등으로 이동하는 가능성을 제공한다고 Lamborg는 밝혔다.
Lamborg는 두 번째 위치에서 발생하는 화학적 공정을 추가로 관찰하여 더 놀라운 사실을 발견했다. 그는 미생물이 유기물을 분해하기 위하여 질산염과 유기 탄소를 이용하는 탈질소(denitrification)라고 불리는 화학적 공정을 관찰했다. 이전의 연구들이 탈질소가 일어나는 지역에서 MMHg의 낮은 수준을 보여주는 한편, 이 지역은 탈질소로부터 유래하는 높은 수준의 MMHg를 나타냈다. 수은의 메틸화 반응(methylation)을 초래하는 탈질소가 이전에는 전혀 관찰되지 않았다고 Lamborg는 밝혔다.
Lamborg는 이 연구의 다음 단계가 수은에서 이러한 화학 변화를 촉발하는 원인을 규명하는 연구를 지원하는 자금을 모으는 것이라고 말했다.
흥미로운 것은 폐수에서 원래 침전된 것보다 플럼에서 더 많은 수은이 존재하여 폐기물을 섭취하는 미생물에 의해 생성된다는 점이다. 따라서 이러한 수은은 어디서부터 유래한 것일까? 대수층 또는 모래에 이미 존재하는 수은은 지하수가 무산소 상태가 될 때, 채굴될 것이라고 Lamborg는 밝혔다. 수천 년 동안 지하에 저장된 수은이 밖으로 나와 이동하게 될 것이다.
매사추세츠 주 내 팰머스(Falmouth), 샌드위치(Sandwich) 및 매시피(Mashpee) 등의 도시 사이에 3 킬로미터로 움푹 패여 있는 Ashumet 계곡을 따라, 수은은 지속적으로 축적되어 하류로 이동하여 플럼은 동부 팰머스에 있는 그린 연못(Green Pond)에서 생을 마감한다.
Lamborg는 이것이 지역 사회 범위의 문제라고 밝혔다. 케이프 코드 위 토양은 모래를 함유한 토양으로 폐기물을 지하로 처분할 때 신속하게 사라진다. 비록 이러한 현상이 눈에 보이지 않으면 마음에서 멀어진다고 하더라도, 수은 같은 오염물질은 연못과 해양에 축적 및 다시 도포된다.
이러한 현상은 한 가지 실제적인 큰 사례가 되지만, 소량의 수은이 대수층으로 이동하여 축적되어 침출될 수 있는 뒷마당에 설치된 정화조의 작은 경로에서 일어날 수 있다. 이러한 현상은 산업적 규모가 아니라도 어디에서든 일어날 수 있다고 Lamborg는 밝혔다. 이 연구 결과는 미래 연구가 수은으로 지하수를 오염시킬 가능성을 평가하는데 지침을 제공할 수 있다고 이 연구에 협력하고 있는 미국 지질조사 소속의 수문학자인 Doug Kent는 밝혔다.
즐겨찾기 추가 
시작페이지로 설정
