연재_김범철 교수의 호수의 과학 40

적조(赤潮)와 녹조(綠潮) 제거할 때

황토를 뿌리는 이유는?

김범철 강원대학교 환경학부 교수

▲녹조현상이 발생한 우리나라 호수에서 남조류 제거를 위해 황토를 살포하는 실험 광경. 흙탕물의 생태학적 부작용 때문에 널리

  사용되지는 않는다.

▲녹조현상을 일으키는 남조류의 세포를 둘러싼 점액질에 탁수의 입자들이 부착한 모습. 비중이 증가하여 침강된다.

바다에서 유해 적조가 발생하면 양식장에서 황토를 뿌려 제거하는 모습은 방송을 통하여 잘 알려져 있다. 황토를 뿌리면 왜 적조가 제거될까? 그것은 황토입자가 적조를 일으키는 식물플랑크톤 세포의 표면에 달라붙어 침강시키기 때문이다. 식물플랑크톤 세포의 표면에는 끈적끈적한 점액질의 유기물이 덮여 있는데 여기에 물속의 부유물질 입자가 달라붙기 쉽다. 식물플랑크톤 세포의 비중은 물과 거의 비슷하기 때문에 잘 가라앉지 않는데 토양입자는 비중이 약 2.5배이므로 세포에 토양이 많이 달라붙으면 곧 침강한다. 식물플랑크톤은 빛을 받아야 광합성을 하면서 살아갈 수 있기 때문에 어두운 곳으로의 침강은 곧 죽음을 의미한다. 토양이 부착한 조류세포는 광합성 능력도 떨어진다.
바다에서 적조플랑크톤이 발생하면 독소를 함유하거나 어류 아가미를 막아서 양식장에 피해를 주므로 적조가 양식장으로 번져오면 어민들은 황토를 풀어서 적조플랑크톤을 제거하기도 한다. 토양입자가 식물플랑크톤을 침강시키는 특성을 이용하는 응급조치인 것이다. 사용하는 토양의 광물성분 조성이나 입자의 크기에 따라 조금씩 효과가 다르게 나타나기도 하며 응집효과를 높이는 성분을 혼합하여 뿌리기도 한다. 그러나 적조생물을 줄일 수는 있으나 바다를 흙탕물로 만드는 것은 수중동물과 저서동물에게 생태학적 피해를 주기 때문에 광범위하게 반복 사용하기에는 부작용도 만만치 않다.
토양입자가 식물플랑크톤을 침강시키는 효과는 바다에서만 있는 것이 아니고 담수의 식물플랑크톤에서도 나타난다. 특히 부영양호에서 녹조현상을 일으키는 남조류는 두꺼운 점액질 껍질을 가지는 종류이어서 흙탕물이 발생하면 곧 침강하여 없어진다. 요즘 녹조현상이 심한 낙동강의 보에서 4대강살리기사업으로 보 건설 공사가 진행되던 기간에는 남조류로 인한 녹조현상이 발생하지 않았다. 강바닥을 준설하느라 흙탕물이 많이 발생하여 남조류를 침강시켰기 때문이다. 그런데 이제 공사가 끝나고 부유물질이 적어지니 점액질을 많이 가진 남조류가 번성할 수 있고 녹조현상이 일어나는 것이다.

식물플랑크톤은 가라앉히면 죽는다
흙탕물이 식물플랑크톤을 침강시키는 현상은 호수에서 흔히 일어나는 현상이다. 부영양호에서는 비가 온 후 호수에 흙탕물이 유입하면 며칠 후 탁수가 가라앉으면서 식물플랑크톤이 함께 침강하여 일시적으로 물이 맑아지는 효과가 나타나기도 한다. 이러한 현상을 이용하여 조류를 줄이는 방법으로써 녹조현상이 발생한 호수에 황토광물을 뿌려 침강제거하려는 연구도 시도되고 있다. 여러 종류의 토양광물의 효과를 비교하기도 하는데 아직은 너무 많은 양의 황토가 투입되어야 한다는 단점이 있다. 황토가 남조류를 줄이는 것은 긍정적인 효과이지만 남아 있는 흙탕물이 수중생태계에 큰 피해를 주기 때문에 남조류를 줄이려고 일부러 흙탕물을 만드는 것은 생태학적으로 옳지 않다. 그보다는 침강속도는 빠르지 않더라도 소량으로도 조류를 침강시킬 수 있는 알루미늄염 응집제를 사용하는 것이 더 좋은 것으로 평가되고 있으며 미국에서도 알루미늄염이 널리 사용되고 있다.
조류세포를 침강시키는 것은 사실 여러 곳에서 필요하기도 하다. 가장 필요한 곳이 수돗물을 만드는 정수장이다. 유독성 조류가 번성하여 녹색을 띠는 강물을 상수원으로 사용하는 곳이 많은데 정수장으로 들어온 물이 거치는 가장 중요한 공정이 조류세포를 침강시키는 침전지이다. 이 때 조류를 침강시키는 방법으로 알루미늄염 응집제를 사용하는데 대부분의 조류는 알루미늄염 응집제만으로도 잘 침강시킬 수 있다. 그러나 조류의 종류에 따라 침강이 되지 않고 세포가 수면으로 떠오르는 경우도 있다. 녹조현상을 일으키는 남조류는 세포 내에 기낭이라고 부르는 공기주머니를 가지고 있어서 비중이 물보다 작고 수면에 잘 떠올라 스컴을 만든다. 정수장에서도 침강속도가 느리거나 부상하는 문제를 일으키기도 하는데 이런 경우에 사용하는 방법이 황토를 약간 섞어 주는 것이다. 알루미늄 응집제는 조류세포들을 큰 덩어리로 응집시키는 효과를 가지는데 여기에 황토를 첨가하여 비중이 큰 토양입자가 포함되면 더 빠른 속도로 침강하므로 쉽게 조류세포를 침강 제거할 수 있다.

조류 침강 농축 기술 개발하면 노벨상감?
조류세포를 잘 침강시킬 수만 있다면 경제적으로 유용한 곳이 많다. 만일 녹조현상이 일어난 물에서 조류세포를 값싸게 농축할 수 있다면 바이오가스나 오일을 생산하는 자원으로 이용할 수도 있다. 조류를 배양하여 식량을 얻거나 수소가스를 생산하는 등, 조류를 이용하려는 다양한 연구가 있지만 조류를 농축하는 데에 많은 에너지가 필요하므로 경제성이 좋지 않다. 알루미늄염 응집제를 넣어 침강시키는 방법이 가장 저렴하지만 침강 후에도 수분함량이 많으므로 탈수과정이 더 필요하고 조류세포에 알루미늄염이 섞이는 단점이 있다.
시중에서 건강식품으로 팔리고 있는 클로렐라와 스피룰리나가 식용하는 담수조류의 대표적인 사례인데 가격이 만만치 않다. 조류를 배양하는 데에는 소량의 비료성분만 필요하므로 비용이 별로 들지 않지만 농축하는 데에 에너지가 많이 들기 때문이다. 누군가 조류세포를 적은 비용으로 농축하는 기술을 개발한다면 인류의 식량과 에너지 공급에 크게 기여할 수 있을 것이다.