활성물질로 해양 식물플랑크톤을 사멸시킬 때 발생하는 소독부산물 형성에 대한 연구: 선박평형수처리

Abstract

국가 간 선박이동으로 배출되는 선박평형수 내 해양생물은 지역 해양생태계를 교란하고 인간의 건강 및 수산산업에 큰 피해를 유발하였다. 이를 방지하기 위해, 국제해사기구는 모든 선박에 대해 2024년 9월까지 선박평형수 내 생물을 사멸시킬 수 있는 선박평형수처리장치(BWMS)의 설치 및 운용을 의무화하도록 협약을 발효하였다. 최종승인 된 BWMS의 약 85%가 활성물질(AS)을 이용하여 생물을 사멸시키는 기술을 사용하고 있다(IMO 2021). 그러나 AS는 수중 내 용존유기물질과 결합하여 소독부산물(DBPs)을 생성하고 해양 생태계에 부정적 영향을 줄 수 있다. 식물플랑크톤은 사멸 시 유기물질을 방출하고 AS와 결합하여 DBPs를 형성하기 때문에 DBPs의 주요 전구체로 평가받는다. AS를 사용하는 BWMS 시스템은 IMO G9 기준에 따라 위해성 평가가 실시되며, 시험수 내 10 μm에서 50 μm 크기 생물의 농도 기준은 ≥1,000 cells/mL을 충족하여야 한다. 그러나 이는 항만의 식물플랑크톤 농도 조건과 다양한 식물플랑크톤의 특성을 반영하지 못한다. 따라서 본 연구는 첫째, 국내 및 해외 연안 해역에서 자주 발견되는 Skeletonema costatum을 선택하여 IMO 형식승인 시험 생물 농도 기준인 ≥1,000 cells/mL (T1)과 약 50,000 cells/mL (T2)에서 염소소독 시 형성되는 DBPs농도, 구성 및 조류 성장 저해 시험(EC50)을 실하였다. 그리고 BWMS 형식승인 시 시험수 생물로 많이 사용되었던 Tetraselmis sp.와 국내 연안 항만에서 대발생 시 발견되었던 식물플랑크톤 6종(Amphora coffeaeformis, Akashiwo sanguine, Chaetoceros ceratosporum, Chaetoceros pseudocrinitus, Cylindrotheca closterium, Skletonema costatum)을 FT-IR로 측정하고 각각의 유기물 특성 비교하였다. 결과적으로, 염소처리 시 생물 밀도가 높고 반응 시간이 긴 경우 탄소계 DBPs인 Trihalomethanes (THMs)와 Haloacetic acids (HAAs)의 농도가 증가하였으며, 이들 물질은 EC50과 높은 음의 상관관계를 보였다(THMs; r=―0.978, HAAs; r=―0.935). 반면, 생성된 DBPs 중 낮은 성분비(<4%)를 차지하는 질소계 DBPs인 Haloacetonitriles (HANs) 농도는 시간이 지남에 따라 감소하였으나, T2가 T1에 비해 감소율(T1;83%, T2;30%)이 낮았다. 그리고 각 식물플랑크톤에서 측정된 FT-IR의 Second derivatives결과는 식물플랑크톤마다 스펙트럼 차이를 나타내었다. 특히, 해양 식물플랑크톤들은 녹조류인 Tetraselmis sp.에 비해 Amide I, II 피크가 두드러졌다. 이러한 결과는 AS 처리 후 식물플랑크톤이 분해되는 동안 생성되는 DBPs 구성이 달라 질 수 있다고 판단된다. 그리고 향후 항만에 대발생하는 식물플랑크톤 종 및 유기물 특성에 따라 생성되는 DBPs의 특성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.