연재_김범철 교수의 호수의 과학 20

경제적인 녹조현상 저감 대책

알루미늄염을 이용한 호수의 수질 개선

김범철
·‌ ‌강원대학교 농업생명과학대학 환경융합학부 에코환경과학전공
·‌ ‌전 한국하천호수학회 회장

알루미늄은 가볍고 튼튼한 특성 때문에 라면을 끓이는 냄비로부터 음료수캔, 자전거, 비행기 등의 합금재료로 널리 쓰이고 있다. 알루미늄은 지구의 구성물질 가운데에서 산소, 규소 다음으로 셋째로 양이 많은 물질이며, 암석과 토양에 8%나 함유되는 주요 성분이므로 흙먼지, 강물, 지하수, 식품 등 어느 곳에나 분포하고 있는데 다행히 독성이 없어서 특별한 경우를 제외하고는 알루미늄이 오염피해의 원인이 되는 예는 드물다.
우리나라에서는 알루미늄이 치매의 원인이라고 알려져 알루미늄 냄비가 퇴출되고 있으나, 학계에서는 유해성이 크지 않은 것으로 보고 있다.
오래전에 알루미늄이 치매의 원인일 수 있다는 연구결과를 보고한 예가 있었는데 그 후에 이어진 연구들은 대부분 이를 부정하거나 반박하는 결과를 더 많이 보여 주고 있다.
알루미늄은 금속으로서도 효용성이 높지만 알루미늄염의 형태로서도 매우 유용한 물질이다. 황산이나 염산에 녹이면 이온으로 바뀌어 물에 잘 녹는 용해성 알루미늄염이 되는데 위장약으로 효능이 좋아서 널리 복용되고 있다. 필자가 농촌에서 살던 어린 시절에 할머니는 명반을 상비약으로 보관하고 있다가 배가 아프다고 하면 가루를 내어 위장약으로 먹이곤 하셨는데 그 주성분이 알루미늄염이다. 시고 떫은 돌가루를 먹는 것이 고역이었는데 요즘은 이것이 먹기 좋은 겔타입으로 만들어져 ‘-겔’이라는 이름들이 붙은 제산제로 시판되고 있다.
알루미늄염의 효용은 여기에서 그치지 않고 수처리제로 쓰인다. 알루미늄 이온은 물에 녹으면 흐물흐물한 침전물을 만드는데 이 침전물이 가라앉으면서 부유물질을 모두 붙잡아 함께 가라앉는다. 진흙입자나 플랑크톤과 같은 부유물질들은 흔히 표면에 (-)전기를 띠고 있어 이들이 서로 밀치는 힘이 작용하여 잘 가라앉지 않는데, 알루미늄의 (+)이온이 첨가되면 이를 중화시켜 부유물질이 빨리 가라앉게 한다. 이 성질을 이용하여 수돗물을 만드는 공정에서 사용한다. 상수원수가 흙탕물인 경우에 알루미늄염을 넣어 주면 빨리 가라앉아 맑은 물이 된다. 알루미늄염은 가장 좋은 정수처리제로 전 세계적으로 사용되고 있다.
간혹 수돗물에 함유된 알루미늄이 유해할지 모른다고 우려하는 사람도 있으나 알루미늄은 침전지에서 대부분 가라앉고 수돗물에는 리터당 0.1mg 정도만 함유되어 있어 일반 샘물 등의 자연배경농도와 큰 차이가 없으며 식품을 통한 섭취보다 매우 작고, 제산제 한 알에 함유된 100mg 이상의 알루미늄과 비교하면 무시해도 될 정도이다.

알루미늄이 치매를 일으킨다는 건 루머일 뿐
알루미늄염은 하수처리장에서도 유용하게 쓰인다. 알루미늄 이온은 물속의 인산 이온과 결합하면 물에 녹지 않는 침전물을 만드는 성질이 있다. 인은 물속에서 녹조현상을 일으키는 식물플랑크톤이 성장하는 데에 꼭 필요한 성분이므로 인이 불용성으로 변하면 식물플랑크톤의 성장을 근원적으로 억제할 수 있다. 하수처리공정의 중간에 알루미늄염을 첨가하면 하수 중의 인이 알루미늄 이온과 결합하여 침강하므로 처리장 배출수의 인 농도가 낮아져서 녹조현상을 예방할 수 있다.
최근까지는 우리나라 하수처리장에서 인을 제거하지 않고 방류하였기 때문에 방류수가 녹조현상을 일으키는 원인이 되었으나 알루미늄염을 이용하는 화학적 처리가 추가되기 시작하면서 일부 하수처리장에서는 인 배출을 획기적으로 줄이고 있다.
알루미늄염을 호수에 뿌리는 것도 녹조현상을 저감하고 탁수를 맑게 하는 효과가 탁월한데, 이때 수질개선 기작은 크게 세 가지로 볼 수 있다. 첫째, 알루미늄염이 수중에서 부유물질을 응집시켜 침전제거하는 것이다. 정수장의 침전지에서 이용하는 과정과 동일한 것이다. 알루미늄염을 호수에 뿌려보면 흙탕물이 가라앉고 녹조현상을 일으킨 식물플랑크톤도 가라앉아 금세 물이 맑아지는 효과를 확인할 수 있다. 둘째, 알루미늄이 수중의 인과 결합하여 식물플랑크톤의 먹이를 없애 버리면서 녹조현상을 근원적으로 줄인다. 이는 하수처리장에서 인을 제거하기 위해 이용하는 것과 동일한 기작이다. 셋째, 호수에 뿌려준 알루미늄염이 호수 바닥에 침강하여 저질의 표면을 덮어 주어 저질토에서 용출되어 올라오는 인과 결합하여 차단함으로써 장기간 조류성장을 억제하는 효과를 가지는 것이다.

녹조현상이 발생한 호수에 알루미늄염을 첨가한 전후의 녹조현상 저감효과.

 왼쪽은 처리 후, 오른쪽은 처리 전.(2015년 전남 감돈저수지)

미국과 유럽에선 알루미늄염 투입으로 탁수 정화
녹조현상을 저감하기 위해서는 하수와 퇴비에서의 인 유출을 차단하는 것이 최선이지만, 유역에서 인을 완전히 제거하지 못하는 경우가 많기 때문에, 차선책으로 알루미늄염을 호수에 투입하는 방법이 미국과 유럽 등 선진국 여러 나라에서 50년 전부터 이용되고 있다.

뉴욕시 상수원 저수지에서는 부영양화는 심하지 않지만 가끔 폭우가 내려 탁도가 10NTU를 초과하면 상수원의 탁수저감을 위해 알루미늄염을 저수지에 투입하고 있다. 폭우 시 상수원수의 탁도가 100NTU 를 초과하는 일이 흔히 발생하는 우리나라와 비교하면 매우 부러운 상황이다.
알루미늄염을 호수에 뿌려 주는 방법의 장점은 효과가 탁월할 뿐 아니라 유해성이 없어서 안전하고, 비용이 매우 적게 든다는 것이다. 호수물 1톤당 처리비용이 10원에 불과할 정도인데 상수원 원수 사용료가 톤당 100원 이상이기 때문에 경제성이 있는 대책이다. 필자는 오래전부터 호수에서 실험한 결과 효과를 확인하고 사용을 권장하고 있는데, 유감스럽게도 우리나라에서는 그리 널리 사용되지 않고 있다. 그 이유는 알루미늄의 안전성에 관한 정보조사가 부족하여 치매의 원인이 된다는, 학계에서 인정하지 않는 루머를 맹신하기 때문이다.
호수에 알루미늄을 넣어 주어도 유해하지 않는가라는 질문을 많이 받고 있는데 정상적인 양만 첨가한다면 유해하지 않고 알루미늄은 토양의 주요 성분이기 때문에 호수 바닥에 퇴적시켜 두어도 아무 문제가 없다. 유해물질에 대해 가장 민감한 미국에서 오랫동안 사용하며 연구하였지만 호수에 뿌려도 안전하다는 결과를 얻으며 계속 사용하고 있고, 전 세계의 정수장과 하수처리장에서 쓰이고 있으며, 제산제 위장약으로도 먹고 있다는 것이 알루미늄의 유해성에 관한 질문에 대한 간접적인 답변이 될 것이다.
혹시 확인되지 않은 알루미늄의 유해성이 아주 조금 있다손 치더라도 녹조현상을 방치하였을 때 나타나는 피해와는 비교할 수 없이 작다. 녹조현상이 생기면 남조류가 강한 독성물질을 생성하고 호수 심층에서 산소를 고갈시켜 야생동물에게 큰 피해를 주고 있다는 것이 확실히 밝혀져 있기 때문이다. 비용을 적게 들이면서 수질을 개선할 수 있는 일루미늄염의 이용이 더 확산되어 호수생태계의 건강성을 높일 수 있기를 희망한다.