향균성을 가진 은나노 입자는 많은 재료와 플라스틱, 섬유, 빌딩 및 화장품의 표면코팅과 같은 소비재에 사용되고 있다. 은 나노입자의 사용이 늘어나면서 환경에 방출되는 양도 증가하고 있는데, 이는 생태적으로 중요한 박테리아와 다른 생명체들에게 위협을 주고 있다.

 

은 나노입자는 폐기물 처리과정에서 거의 제거되지 못하기 때문에, 은 나노입자가 포함된 폐기물과 폐수가 늘고, 이에 관한 우려가 늘어나고 있다. 많은 국가에서 하수 슬러지에 은 나노입자가 포함되어 있고, 이 하수 슬러지는 건조되어 비료로 사용되곤 한다. 독일에서는 200만 톤의 30%에 해당하는 양의 건조 하수 슬러지가 폐수처리시설에서 모아져 농경지에 비료로 사용되고 있다.

본 연구에서 연구자들은 하수 슬러지에 있는 은 나노입자가 토양의 미생물에 미치는 영향을 탐구하였다. 그 결과 하수 슬러지에 포함된 은 나노입자가 토양 미생물에게 매우 위협적이라는 사실을 밝혔다.

 

연구진은 우선 하수 슬러지에 섞이지 않은 순수한 형태의 은 나노 입자가 토양 미생물에 미치는 영향을 시험하였다. 28일간의 테스트 기간 동안 질소 순환에 중요한 역할을 하는 주요 박테리아의 성장이 저하되었으며, 전체 미생물 집단의 규모도 감소하였다는 것을 확인하였다.

다음으로 실험실 실험을 통해 하수 슬러지에 포함된 은 나노 입자의 효과를 장기간 측정하였다. 실험 전 슬러지는 실험실의 처리 플랜트를 통해 처리되었다. 연구진은 이 은 나노입자를 나노형태는 아니지만 미생물에게 치명적이라 알려진 질산은에서 추출한 은이온과 그 효과를 비교하였다.

 

실험 결과 90% 이상의 은 나노입자와 대부분의 은이온이 하수 슬러지에 흡수되었으며, 하수 처리시설은 은 나노입자와 이온을 걸러내지 못했다. 180일 동안 오염된 슬러지로 토양 샘플에 실험한 결과, 연구진은 순수한 은 나노입자로 단기간 실험했던 결과와 비슷한 결과를 얻었다. 토양 미생물은 은 나노입자와 은 이온 모두에 의해 억제되었다.

연구진은 실제 독일의 하수 슬러지 사용에 적용하여 예측무영향농도(Predicted No-Effect Concentration: 영향을 미치지 않다고 예상되는 가장 높은 농도)로 건조한 토양 1kg당 0.05mg까지 무해하다고 밝혔다. 이를 독일에서 사용하는 건조 슬러지의 양을 반영하여 1kg 건조 슬러지로 환산하면 30mg에 해당하는 양이다.

 

한편 은 나노입자의 PEC(predicted environmental concentration, 환경예측농도)는 0.0015 mg/kg dry soil로 계산되었다. 매년 PEC가 0.001 mg/kg dry soil씩 증가하는 것을 예측하면, 연구진은 50년 후에 은 나노입자가 PNEC에 도달할 것으로 예측하였다. 은 나노 입자는 토양 안에서 잘 이동하지 않기 때문에, 축적될 것이라고 예측되었다.