올해는 유래 없이 긴 가뭄과 폭염으로 전국이 녹조로 몸살을 앓고 있다. 이제는 매스컴에서도 녹조가 기후변화와 함께 찾아온 일상적인 문제라고 홍보하는 등 녹조에 좀 더 익숙해지고 무덤덤하게 받아들여야 하는 상황이 도래했다고 보도하고 있다.
지금까지 녹조는 농업용 저수지나 댐과 같은 호수에 일부 국한된 문제였지만, 지금은 국민의 식수원에까지 비상이 걸리고 있다. 결국 국민의 먹거리와 건강을 위협하는 사태로 확산돼 녹조와의 전면적인 전쟁이 가시화되었다.
정부는 정수처리의 고도화 및 선진화 대책 위주의 정책을 추진하고 있으며, 녹조방지 및 제어에는 뚜렷한 대책을 제시하고 있지 못하는 실정이다. 왜냐하면 녹조 원인 생물은 식물 플랑크톤이라는 원시 식물체로 햇빛, 수온, 영양물질, 물의 정체 등 일정 조건만 맞으면 단시간에 급성장하는 매우 고효율적인 생물공장이기 때문에 이들 녹조, 적조의 성장속도를 인간의 기술이 따라잡지 못하는 한계를 보이고 있는 것이 사실이다.
녹조를 효과적으로 방지하기 위해 장기적으로는 녹조 성장의 근본 원인이 되는 영양물질(오염물질)을 차단하기 위한 다양한 비점저감 대책을 수립하고 시행해 왔으나 실효성을 보이지 못하고 있다.
단기적으로는 다양한 물리적, 화학적 장치와 약품 등을 이용한 광범위한 녹조 제거를 했으나 지속성이 낮고, 비용이 높아 비효율적일 뿐만 아니라 2차 오염으로 인해 생태계 파괴 등의 문제가 발생하여 단기간 대책으로의 적용을 보류하고 있는 실정이다.
녹조 발생 원인-‘생태계 불균형’
사실 녹조를 일으키는 식물 플랑크톤은 호수 생태계의 1차 생산자로 물속 생명체들의 원천적 먹이원이 되어 왔다.
건강한 생태계의 경우 생산자와 포식자의 관계가 상당히 밀접해 생태계 먹이망이 동정균형의 안정적인 상태를 유지하고 있으며, 그래서 다양한 물속 생물들이 건강하게 살아가고 깨끗한 물 환경을 유지하고 있다. 정상적인 상태라면 생산자인 식물 플랑크톤 대부분은 1차 소비자인 동물 플랑크톤에 포식되어 일정 수준을 유지하고 있어야 하며, 식물 플랑크톤은 잡아먹은 동물 플랑크톤의 2차 소비자인 물고기에게 잡아 먹혀 개체수가 일정하게 유지된다(그림 1).
그런데 오염이 진행되면서 1차 생산자인 식물 플랑크톤의 규모가 커지고 이들을 포식해야 하는 동물 플랑크톤은 상대적으로 오염에 취약하여 숫자가 줄면서 식물 플랑크톤을 효과적으로 조절하지 못하는 생태계 불균형이 초래된다. 먹이망이 비정상적이 되면서 식물 플랑크톤이 일시에 대량 증식하는 녹조가 빈번하게 발생하는 악순환을 보이는 것이다.
실제로 녹조 발생이 심각한 저수지는 녹조가 거의 발생하지 않는 청정수역과 달리 녹조생물을 효과적으로 포식하여 제어하는 대형 물벼룩과 같은 동물 플랑크톤이 거의 존재하지 않는 것으로 조사돼 비정상적인 생태계 구조가 녹조 발생의 원인이 되고 있음을 보여줬다(그림 2).
따라서 건강한 생태계라면 녹조생물을 잡아먹는 대형 물벼룩이 많아 녹조가 발생하지 않지만, 수질오염이 장기화된 비정상적 생태계에서는 이들 물벼룩이 매우 적거나 거의 존재하고 있지 않아녹조발생에 더욱 취약한 특성을 보여주므로 이를 개선해주는 것이 필요하다.
녹조를 물리화학적인 방법이 아닌 생물 조절(biomanipulation)의 방법으로 제어하는 원리는 의외로 간단하다. 먼저 식물 플랑크톤의 영양원인 질소와 인을 제거하여 식물 플랑크톤이 자라지 못하게 하는 방법(bottom up control·상향조절)이 있고, 또 식물 플랑크톤의 포식자인 동물 플랑크톤을 증가시켜 식물플랑크톤이 상위 포식자에게 잡아먹혀 없애는 방법(top down control·하향조절)이 그것이다.
이 두 가지는 생태적으로 안전한 대표적인 생물조절 방법으로 원리는 간단하지만 실제 적용하는 것은 매우 복잡하고 어렵다. 전자의 경우 막대한 예산을 투입하여 비점저감 사업을 하고 있으나 식물 플랑크톤이 자라지 못하는 수준까지의 달성은 불가능한 것으로 보인다. 후자의 경우 동물 플랑크톤의 효과적인 배양과 동물 플랑크톤을 잡아먹는 포식자로부터의 보호 방안을 강구해야 하는 어려움이 있다.
중국과 일본 등지에서 실내에서 대량 배양된 동물 플랑크톤을 물고기를 인위적으로 제거한 연못에 살포해 효과를 입증한 경우는 있으나, 중규모 이상의 호수에 직접 적용해 성공한 사례는 없다고 볼 수 있어 그 의미가 크다고 본다.
동물 플랑크톤을 실내에서 배양해 현장으로 운반, 살포할 경우 비용 증가와 현장 활성도가 떨어지는 문제점이 있기 때문에 한국농어촌공사 농어촌연구원(원장 정해창)에서는 녹조발생 수역에서 바로 배양하여 적용함으로써 비용 절감과 동물 플랑크톤의 포식 효율을 극대화 하고자 했다.
농어촌연구원, ‘초식성 천적생물 배양장치’ 개발
농어촌연구원에서는 녹조를 잡아먹는 동물플랑크톤을 ‘포식성 천적생물’로 정의했으며, 2007년부터 녹조발생 수역에 적용 가능한 ‘포식성 천적생물 배양 장치’를 고안하고 문제점을 진단 분석해 최적 적용기술을 개발했다. (주)아썸과 경희대학교 장광현 교수팀이 기술개발에 함께 참여해 기술개발의 문제점과 기능향상 방안을 제시해줬다.
본 기술은 녹조를 유발하는 남조류를 효과적으로 포식하는 대형 지각류(물벼룩 같은 동물 플랑크톤, 이하 포식성 천적생물)를 녹조 발생 수역에서 대량 배양해 수역에 방류함으로써 녹조원인 생물을 포식해 제거하는 것으로 현장 배양기술의 개발과 적절한 운영방안이 핵심기술이 되고 있다.
포식성 천적생물 배양장치는 양수펌프, 원분 분리조, 식물 플랑크톤(녹조 원인생물) 배양조, 동물 플랑크톤(천적 생물) 배양조, 방류관 등으로 구성되어 있으며, 적용 수역의 특성에 따라 이동이 가능한 수상형과 육상형 배양장치 등 2가지 형태로 제작, 설치했다.
포식성 천적생물 배양장치에서 천적생물이 배양되는 과정은 먼저, 녹조발생 수역의 물을 양수하여 ‘원수분리조’에서 물속에 존재하는 동물플랑크톤과 식물 플랑크톤을 각각 분리하고, 그 다음 식물 플랑크톤은 식물 플랑크톤 배양조로 이송돼 추가 배양한 후 동물 플랑크톤의 먹이원으로서 동물 플랑크톤 배양조로 공급된다.
또한 원수분리조에서 분리된 동물 플랑크톤은 동물 플랑크톤 배양조로 이송되어 식물 플랑크톤 배양조에서 공급되는 고밀도의 녹조원인 식물 플랑크톤을 먹이원으로 대량 증식된 후 녹조발생 수역으로 방류된다(그림 3).
본 기술의 가장 큰 장점은 녹조발생을 제어하기 위해 녹조발생 수역에 존재하는 생물을 활용하는 것으로 추가적으로 외부에서 도입되는 어떠한 물질도 없다는 점과, 생태계 구조를 활용하기 때문에 어떤 기술보다 생태적으로 안전하다는 점이다.
또 한 가지 추가할 수 있는 장점은 녹조를 사전 예방할 수 있는 기능을 가지고 있으며, 저비용으로 지속적인 효과유지가 가능하다는 점이다.
물벼룩 이용해 녹조생물 조기 진화
천적생물 배양장치는 녹조발생 수역의 녹조발생 상황에 따라 사전예방 대책과 녹조진화 대책으로 운영된다. 먼저 녹조 사전 예방 대책은 녹조가 발생하기 이전인 평상시에 녹조발생을 초기에 억제하기 위해 수역에 존재하는 동물 플랑크톤을 인위적으로 대량 배양해 연속 살포함으로써 녹조생물을 포식하는 포식자의 수를 늘려 녹조가 발생하지 않도록 제어하는 방법이며, 녹조진화 대책은 녹조발생 남조류를 선택적으로 포식하는 효율이 뛰어난 대형 물벼룩을 대량 배양하여 살포함으로써 녹조생물을 조기에 진화하는 방법이다(그림 4).
본 기술은 녹조발생이 심각한 충남 당진 전대 저수지에서 효과분석이 이뤄졌으며, 40톤 규모의 천적생물 배양장치를 적용한 결과 녹조 발생 수치인 엽록소 a가 환경부의 조류대 발생기준 100㎎/㎥보다 훨씬 높은 266㎎/㎥에서 점차 감소해 13일차에 농업용수 기준 35㎎/㎥ 이하인 31㎎/㎥로 대폭 감소되어 약 88%의 녹조제거 효과를 보여줬다(그림 5).
따라서 13일 주기 내 반복 살포 시 최적 효과가 나타나 주기적 살포방안을 도입한 상태이다. 이 기술은 녹조발생 원인에 대한 근원적 처방으로 저수지의 생태계 구조를 개선하고 건강성을 증진시킴으로써 장기적으로 녹조발생을 제어할 수 있는 자연생태적 기술로써 초기설치비와 운영 유지관리 비용이 다른 공법에 비해 저렴하다.
즉 농업용저수지 100만 톤 기준 100~200톤 규모의 배양장치가 필요하며, 초기 설치비 4억~6억원, 연간 유지관리비 2,000만~4,000만 원 정도가 소요된다.
농어촌연구원 정해창 원장은 “현재 기술이 완성단계에 있어 예산 확보 등 현장적용을 위한 실용화 연구를 준비하고 있으며, 녹조가 기승을 부리는 시기에 적용 가능한 가장 안전하고 효과적인기술이 될 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
현재 기술이 완성되어 실용화 단계에 있으며 녹조방지를 위한 과도한 화학물질의 투입, 수층과 퇴적층을 끊임없이 교란하여 건강성을 저해하는 물리적 기술의 적용을 자재하 여 저수지의 건강성을 회복하고, 더불어 인간도 건강해지는 다양한 혜택을 누릴 수 있을 것으로 기대된다.
남귀숙
한국농어촌공사 농어촌연구원
주임연구원
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