[미국] 오염된 물 정화에 기여하는 조개와 홍합
수로에서 발견되는 약품(pharmaceuticals), 개인위생 용품, 제초제 및 난연제 등이 증가하고 있다. 미국 스탠퍼드 대학 소속의 연구진이 수행한 연구는 자연적이며 저비용 해결 방안으로서 조개(clam)와 대합(mussel)이 이러한 CEC(contaminants of emerging concern)를 처리하는 능력을 이미 가지고 있다는 사실을 발견했다.
이러한 화학 물질은 미량 수준으로 일부 물에서 발견되고 있다. 그러나 CEC의 생태계 건강 영향에 관하여는 알려진 바가 거의 없다. 그러나 일부는 폐수가 다량 유입되는 물에서 어류 증식(fish reproduction)에 유해할 가능성이 있다는 것을 암시하고 있다.
적당한 양에서, 조개와 대합 같은 쌍각류 조개(bivalve)는 물에서 며칠 만에 일부 CECs를 제거할 수 있다고 Environmental Science and Technology 저널에 발표된 스탠퍼드 연구진이 수행한 새로운 연구는 밝혔다. 이 연구의 결과는 자연적으로 물을 정화하기 위한 종의 능력을 확보 및 증강하기 위한 수단으로서 담수 쌍각류 조개 서식지의 보존과 복원을 증명하고 있다.
도시 폐수, 농업 유출수 및 동물 폐수 등에서 발견되는 CECs는 하류와 다른 수로에 도달할 때 쉽게 분해되지 않는다. 비록 수로와 물에서 발견되는 CECs의 영향에 관하여 규명되지 않은 채 남아 있다고 하더라도, CECs는 수돗물 또는 관개를 위하여 사용되는 물의 재사용을 위협하는 존재로 고려되지 않고 있다.
스탠퍼드 연구에서, 연구진은 다양한 농도의 CECs를 함유하고 폐수를 처리하기 위하여 침입종인 아시아 조개와 자생적인 캘리포니아 부유 대합(California floater mussel, Anodonta californiensis)을 다루었다. 72시간 이내에, 조개와 대합은 화학물질의 일부를 80%까지 제거했다.
Luthy는 도시 폐수 처리장이 관련된 관리 및 유지보수 문제를 이유로 폐수 처리장에 쌍각류 조개를 배치하지는 않을 것이라고 추측했다. 그러나 대합과 조개가 공장 오수, 농업 유출수 및 다른 폐수 자원 등을 추가로 처리하기 위하여 관리된 천연 물 시스템과 습지에서 본격적으로 정화를 수행하는데 배치될 수 있다는 점을 Luthy는 지적했다. 이러한 쌍각류 조개의 배치는 쌍각류 자체를 구하는 부가적인 이득을 추가할 수 있다. 자생적인 미국 담수 홍합의 70% 이상이 멸종 위기에 처해있다.
표층수와 소수성(hydrophobicities, log Dow −1 에서 5) 범위의 확장된 영역에서 정기적으로 검출되는 7 가지 오염물질의 흡수가 자생적인 홍합인 Anodonta californiensis와 침입종인 조개인 Corbicula fluminea 등 2 가지의 담수 쌍각류 조개에서 연구됐다. 배치 시스템은 화합물 분배를 결정하기 위하여 사용됐으며, 표층수에 우세한 유출수의 환경 조건에 상응하는 플로-스루우 시스템(flow-through systems)이 흡수 및 정화 역학을 결정하기 위하여 사용됐다.
화합물의 흡수는 쌍각류 유형과 무관했다. 생물 농축 계수(BCF; bioconcentration factor)의 log 수치는 트리클로산(TCC; triclocarban)에 대하여 얻어진 가장 높은 BCF 값을 가지는 비이온성 화합물에 대한 log Dow와 상관관계를 가졌다. TCC 농도는 쌍각류 조개의 활성으로 인하여 수체에서 감소됐다. 클로피브릭 산(clofibric acid)과 이부프로펜(ibuprofen) 등과 같은 낮은 Dow 값을 가지는 음이온 화합물은 물에서 제거되지 않는 한편, 유기 양이온 프로프라놀롤(organic cation propranolol)은 TCC의 Dow 값과 유사한 생흡수를 보여주었다.
배치 실험은 플로-스루우 실험에서 관찰된 화합물 흡수 유형을 뒷받침했다. 물에서 오염물질 제거는 배설물로서 침전물과 조직에서 축적을 통하여 관찰됐다. 이 연구의 결과는 자연적 시스템에서 발견되는 소수성 미량 유기 화합물 제거에 의하여 수질을 개선하기 위한 쌍각류 조개의 확대 사용 가능성을 암시했다.
브롱크스 강(Bronx River)과 롱 아일랜드 수로(Long Island Sound)에서 유전공학적으로 제어된 굴 양식장과 뗏목은 동부지역의 굴이 복귀하는데 도움을 주었으며, 영양분과 과도한 조류를 제어하는데 도움을 주는 것처럼, 담수 조개와 대합은 CECs의 미량 수준을 제거하기 위하여 관리될 수 있으며, 도시 유출수와 폐수가 우세한 하천에서 수질을 개선하도록 관리될 수 있다.
그림1> 수로에서 화학물질을 제거하는 쌍각류 조개의 능력을 연구하는 일환으로 담수 홍합을 조사하는 스탠퍼드 연구진.
그림2> 물에서 상당한 양의 오염물질을 제거할 수 있는 Anodonta californiensis와 같은 쌍각류 조개.
Research shows value of clams, mussels in cleaning dirty water
Pharmaceuticals, personal care products, herbicides and flame retardants are increasingly showing up in waterways. New Stanford research finds that a natural, low-cost solution – clams and mussels – may already exist for these contaminants of emerging concern, or CECs.
These chemicals are found in some waters at trace levels; little is known about their ecosystem health impacts. But some have been implicated as potentially harmful to fish reproduction in waters receiving large inputs of wastewater.
In the right quantities, bivalves such as clams and mussels can remove some CECs from water in a matter of days, according to a Stanford study published in Environmental Science and Technology. The study's findings make a case for the conservation and restoration of freshwater bivalve habitat as a means of ensuring and amplifying the species' capacity to naturally purify water.
"We would be doing two things here – restoring ecosystems and cleaning water," said co-author Richard Luthy, the Silas H. Palmer Professor of Civil and Environmental Engineering and a senior fellow at the Stanford Woods Institute for the Environment.
Found in municipal wastewater, agricultural runoff and animal wastes, CECs don't break down easily when they reach streams and other waterways. Although much remains unknown about their impacts, CECs are not considered a threat to tap water or water reuse for irrigation.
In the Stanford study, researchers subjected native California floater mussels and invasive Asian clams to treated wastewater with various concentrations of CECs. Within 72 hours, the clams and mussels had removed up to 80 percent of some of the chemicals.
Luthy speculated that municipal water treatment facilities were unlikely to employ bivalves in their systems, due to the management and maintenance issues involved. However, Luthy said, mussels and clams could be put to work in wetlands and managed natural water systems to further treat plant effluent, agricultural runoff and other wastewater sources. This arrangement could have the added benefit of saving bivalves themselves. More than 70 percent of native U.S. freshwater mussels are at risk of extinction.
Just as engineered oyster beds and rafts in the Bronx River and Long Island Sound are bringing back the eastern oyster and helping control nutrients and excessive algae, freshwater clams and mussels could be managed to remove trace levels of CECs and improve water quality in streams dominated by effluent or urban runoff.
"Each native mussel filters about two liters of water a day, so it doesn't take a whole lot to improve water quality," Luthy said.
Luthy and the study's lead author, Niveen Ismail, a Stanford graduate student in civil and environmental engineering, plan to further study bivalves. They will look at the creatures' ability to absorb trace chemicals and pathogens, with an eye toward harnessing additional benefits from the re-introduction of native species in decline as well as invasive species that dominate some waterways. They will demonstrate bivalves' potential as water cleansers at San Francisco's Mountain Lake, a water body contaminated with harmful bacteria. By showing that mussels' filtering processes can remove harmful bacteria as well as CECs, the work will support efforts to improve water quality and restore native species.
"While there is still considerable research needed to determine the best method to deploy these bivalves on a large scale, at Mountain Lake we are considering using a raft carrying caged native bivalves which will allow us to monitor the health of the bivalves and also protect them from predators," Ismail said.
Co-authors of the study, "Uptake of Contaminants of Emerging Concern by the Bivalves Anodonta californiensis and Corbicula fluminea," are Claudia Müller, a former Stanford postdoctoral researcher in civil and environmental engineering; Rachel Morgan, a former Stanford undergraduate student in civil and environmental engineering; Ismail and Luthy.
This research was funded by the National Science Foundation, the Engineering Research Center for Re-inventing the Nation's Water Infrastructure, a Ford Foundation predoctoral fellowship, and an NSF graduate research fellowship.
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