폐수 처리장(waste water treatment plants)은 상용 방법을 이용하여 폐수로부터 미세플라스틱(microplastics)을 완벽하게 제거할 수 없다고 새로운 연구는 제안했다. 이러한 결과는 독일 OOWV(Oldenburg and Ostfriesland, Germany)와 NLWKN(Lower Saxony Water Management, Coastal Defence and Nature Conservation Agency)의 지역적 수처리 협회에 의해 수행된 시범 연구의 결과 중 하나이다. 연구 결과는 하청과 해양에서 식물군과 동물군을 보다 더 잘 보호하기 위하여 사용될 수 있을 것이다.

알프레드 베게너 연구소(Alfred Wegener Institute), AWI(Helmholtz Centre for Polar and Marine Research) 소속의 전문가들은 OOWV를 덮고 있는 지역에서 12개 폐수 처리장으로부터 폐수(wastewater) 및 하수 슬러지(sewage sludge)를 조사했다. 연구는 지금까지 아무도 얻지 못했던 플라스틱 찌꺼기에 대한 귀중한 결과를 제공한다.

최근 플라스틱 포일, 입자, 섬유 및 팰렛 등이 모든 해양과 담수 서식지에서 발견될 수 있다. 최대 5mm의 크기인 작은 플라스틱을 미세플라스틱으로 정의한다. 이러한 미세플라스틱이 생태계에 상당한 부정적인 영향을 가지고 있는 것으로 추정되기 때문에, 미세플라스틱은 MSFD(European Marine Strategy Framework)에서 지표로 사용된다. 56개 이러한 지표를 평가함으로써, 해양 서식지의 현재 상태가 결정될 수 있으며, 이후 개선을 위한 조치가 개발됐다.

이것은 유럽 해양 서식지의 우수한 환경 상태를 달성하고 결정하는 지시의 목표로 수행될 필요가 있다. 그러나 지금까지 미세플라스틱의 농도나 오염원에 대하여 알려진 바가 없다. 가정, 의복 및 화장품 등에서 폭넓은 플라스틱의 사용은 가정 폐수를 개연성이 높은 오염원으로 만들었다. 이러한 사실에도 불구하고 하수 처리장의 역할은 거의 알려져 있지 않다. 미세플라스틱이 처리된 폐수에서 검출되거나 정화 공정 동안 남게 될까?

이러한 의문을 조사하기 위하여 처리된 폐수, 하수 슬러지 및 분리된 가벼운 고체(오일, 그리스) 등이 독일 니더작센(Lower Saxony)에 OOWV의 12개 하수 처리장으로부터 포집됐다. 함유된 미세플라스틱(> 10 μm)은 마이크로-FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)과 ATR-(Attenuated Total Reflectance) FTIR 기술을 이용하여 결정됐다.

처리된 폐수의 시료 포집에 대하여, 10μm보다 더 큰 모든 재료는 스테인리스강 카트리지 필터 위에 보유됐다. 부유된 입자의 양에 따라 390~1000리터가 여과됐다. 폐수 슬러지와 가벼운 고체로부터 1킬로그램이 수거됐다.

마이크로-FTIR로 측정하기 위하여, 모든 시료는 복잡한 시료 처리를 겪어야만 했다. 조류, 모래, 지질, 곤충 및 식물 등과 같은 다양한 자연적인 재료를 폐수로부터 여과하는 한편, 나머지는 필터 위에 남아 있었다. 남아 있는 물질은 플라스틱 보존제를 적용하여 제거되고 염화아연(zinc chloride)을 이용하여 효소 및 산화적 분해로 제거됐다. 남아 있는 물질이 ATR-FTIR, 마이크로-FTIR 및 화학적 이미지 등을 이용하여 분석됐다.

미세플라스틱 입자와 섬유가 모든 폐수 시료에서 검출됐다. 우세한 입자는 크기 범위가 50~100 μm 범위로 나타났다. 미세플라스틱의 양은 상당히 다양했다. 입자에 대하여 86(Neuharlingersiel)-714 m-3(Essen)의 범위를 나타냈으며, 섬유에 대하여는 98(Burhave)-1479 m-3(Schillig)으로 조사됐다. 올덴부르크(Oldenburg)에 위치한 하수 처리장에 최종적으로 설치된 여과 시스템은 131-29 m-3(97 %)로 미세플라스틱 양이 감소했다. 다른 11곳의 처리장과 비교했을 때, 홀도르프(Holdorf)에 위치한 하수 처리장은 입자에 대하여 8851 m-3, 섬유에 대하여 4808 m-3의 훨씬 더 높은 미세플라스틱의 양을 보여주었다. 폐수 흐름에 따라, 폐수 처리장은 연간 하천으로 9300백만~82억 개의 미세플라스틱 입자와 섬유를 배출했다.

대부분의 발견된 미세플라스틱 입자는 실제로 화장품으로부터 유래됐다고 시료를 분석한 미생물학자인 Gunnar Gerdts 박사는 밝혔다. 비교할 수 있는 추가적인 연구가 시급하게 필요하다. 그리고 이것은 폐수 처리장뿐 아니라 폐수가 유입되는 하천에도 적용될 수 있다. 현재 미세플라스틱으로 독일 하천의 오염에 대한 연구 결과가 없으며, 이러한 오염원에 기여하는 폐수 처리장과 같은 점 오염원 때문인지 확산 때문인지에 대한 자료도 보유하지 못하고 있다.

플라스틱은 60년에 걸쳐 다양하게 사용되어 왔다. 그러나 플라스틱의 위험에 대하여 언급했던 사람은 없었다. 현재 우리는 먹이사슬로 유입되는 미세플라스틱에 대한 전국적인 연구가 필요하다고 LSMEECP(Lower Saxony Ministry of the Environment, Energy and Climate Protection) 소속의 Almut Kottwitz는 밝혔다. 연방정부는 이러한 연구에 필요한 자금을 지원해야만 한다고 Kottwitz는 지적했다.

NLWKN 책임자인 Ute Schlautmann은 이 프로젝트가 해양 환경에 중요한 문제에 상당한 성과를 달성했다고 설명했다. 최근 몇 년의 물 조사로부터 플라스틱 입자로 하천과 해양의 오염에 대하여 알 수 있다.

연구에 따르면, 우리는 제 3의 여과를 이용하여 미세플라스틱 입자의 대다수를 수거할 수 있으며, 올덴부르크 지역에 적용할 수 있다고 OOWV 부사 책임자인 Andreas Korner는 밝혔다. 이러한 유망한 접근을 통하여 미세플라스틱의 주입은 사전에 피할 수 있다고 Korner는 설명했다. 음용수에 대한 조사에 따르면, 지하수에는 미세플라스틱 입자를 확인할 수 없었다. 그리고 음용수에서 입자의 수는 극히 낮았다.

그림1> 미세플라스틱 입자

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 11월 6일]

Treatment plants cannot completely keep microplastics out of wastewater by conventional means. This is one of the results of a pilot study commissioned by the regional water association of Oldenburg and Ostfriesland, Germany (OOWV) and the Lower Saxony Water Management, Coastal Defence and Nature Conservation Agency (NLWKN). The findings will be used to better protect flora and fauna in rivers and seas.

All plastic particles smaller than five millimetres are designated as microparticles. Microplastics have been included in the European Marine Strategy Framework Directive (MSFD) as an indicator of the status of marine waters.

 

Experts at the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI) examined wastewater and sewage sludge from twelve treatment plants in the region covered by the OOWV water board. "The study provides valuable findings about plastic residues that no one has obtained thus far. By applying state-of-the-art methods, it is now possible to specifically classify plastics, such as those used in toothpaste, cosmetics, fleece jackets and packaging, even in wastewater. For this reason the study is also relevant for legislators, manufacturers and industry," explains OOWV Managing Director Karsten Specht.

 

To be able to detect and classify particles in wastewater as well as in sewage sludge, the researchers from the Alfred Wegener Institute employed micro-FTIR and ATR-FTIR spectroscopy. This involves using infrared radiation to set molecular bonds into oscillation. Depending on the method, the scientists press questionable particles onto a crystal for more detailed classification or place them on an aluminium oxide filter in order then to analyse them under a microscope. Through these methods it is possible to identify the plastics without a doubt and reliably differentiate them from natural materials.

 

However, whether the majority of the microplastic particles found can actually be traced back to cosmetic products, for example, or whether they stem from abrasion of items of daily use, cannot be determined at the present time," says microbiologist Dr. Gunnar Gerdts, who analysed the samples at the Alfred Wegener Institute on Helgoland. "The results are surprising for us. The occurrence of microplastic particles varies considerably. There is an urgent need for further studies to enable comparability. And this not only applies to the wastewater of treatment facilities, but also in rivers that receive the wastewater. Currently there are neither valid findings on the pollution of German rivers with microplastics nor data on whether diffuse or rather point sources like treatment plants contribute to such pollution," states Gerdts.