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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 농축수 배출로 인한 환경적 영향을 검토하기 위해 여러 문헌을 조사·분석하여, 해수담수화 시설에서 발생한 농축수의 문제점를 파악하였다.
- 본 연구에서는 국내·외 사례를 통하여 고염분 농축수로 인한 환경적 영향 및 배출 규제에 대하여 고찰하고 시사점을 제시하였다.
- 따라서 본 연구에서는 농축수 배출로 인한 환경적 영향을 검토하기 위해 여러 문헌을 조사·분석하여, 해수담수화 시설에서 발생한 농축수의 문제점를 파악하였다. 특히 고염의 농축수로 인하여 발생하는 해양생태학적 영향을 정리하고 이러한 영향을 파악하기 위해 필요한 기초조사항목을 고찰하고자 한다.
제안 방법
- 연체동물인 오징어 배아(Sepia apama)가 42 psu와 45 psu에 노출되었을 때 크기와 무게 감소 및 성장률과 부화율 감소를 보였다. 45-55 psu 농도에 60일간 노출된 굴(Crassostrea virginica)의 생존율 감소와 번식 저해도 확인하였다. Tapes philippinarum(바지락)은 60 psu 농도에 48시간 노출된 후 사망하였다.
- 식물플랑크톤 Tetraselmis suecica는 55 psu이상의 농도에서 성장 저해가 나타났다. 동물플랑크톤 유생 Tigriopus japonicus와 Brachionus plicatilis는 각각 40 psu와 55 psu 이상의 염분농도에서 독성반응을 보였고, 이들 농도를 최소영향 농도로 제안하였다. 성체 T.
- 4 psu로 산출되었으며, 50 psu 이하의 고염해수에 대한 생물독성이 크지 않았다. 따라서 해수담수화에 생성되는 고염 농축수의 농도를 50 psu 이하로 배출되도록 제안하였다.
- 본 논문에서는 가용한 국내·외 사례를 취합한 후 고염의 농축수 배출에 따른 생태학적 영향에 대한 연구 사례를 국내사례와 해외사례로 구분하여 정리하였다.
- 해수담수화 플랜트사업단에서는 「용도별 생산수의 수처리기술 및 농축수 위해성 평가(포항산업과학연구원)」 과제를 통해 시설운영시 농축수 배출에 의한 영향을 조사하였다(Busan 2010; POSCO 2012). 수중 배출된 고염수가 부유생태계(식물플랑크톤, 동물플랑크톤), 저서생태계(해조류), 어류(넙치) 등에 미치는 영향을 파악하기 위해 독성실험을 수행하였다(Table 2). 실험조건은 30-80 psu의 농도에 72시간을 노출시켜 생물의 생리-생태학적 변화를 조사하였다.
- 수중 배출된 고염수가 부유생태계(식물플랑크톤, 동물플랑크톤), 저서생태계(해조류), 어류(넙치) 등에 미치는 영향을 파악하기 위해 독성실험을 수행하였다(Table 2). 실험조건은 30-80 psu의 농도에 72시간을 노출시켜 생물의 생리-생태학적 변화를 조사하였다. 식물플랑크톤 Tetraselmis suecica는 55 psu이상의 농도에서 성장 저해가 나타났다.
- 전 세계적으로 농축수로 인한 해양환경의 위험성을 규명하기 위해 모니터링, 실험실 및 현장실험 등이 수행되었다. 그러나 연구의 대부분은 해수담수화 시설에서 배출된 농축수가 해양환경에 미칠 수 있는 여러 메커니즘을 간접적으로 밝혀졌지만 이를 뒷받침할 수 있는 경험적 자료는 시설 운영의 오랜 역사에 비해 부족한 실정이다.
이론/모형
- 8 psu 이내가 되도록 권고하고 있다(WEC 2002). Sydney 해수담수화 시설은 호주 및 뉴질랜드의 담수 및 해양수질 지침(ANZECC 2000)의 관련 지표를 사용하여 기준을 제시하였다. 배출구로부터 50-75 m 범위의 구역은 근접 혼합구역(near-field mixing zone)으로 설정하였고, 모델링 연구에서 이 구역의 염분농도는 약 36 psu로 배경 해수염분농도(34-36 psu)에서1 psu 이상 증가하지 않도록 하고 있다.
성능/효과
- (2008)는 23-57 psu 농도 조건으로 15일 동안 독성실험을 수행하였다. 39.1 psu 이상의 염분에서 활동성 감소와 사망률 증가가 확인되었고 45 psu에서 50%정도 사망하였다. 추가적으로 3개월 동안 현장 실험을 수행하였으며 1-2 psu의 염분 증가에도 해초류의 사망률이 높아지고 생존 해초류의 싹과 잎의 풍부도가 감소하였다.
- 6 psu의 농도에서 48시간 노출되었을 때 개체의 50%가 사망하였다. 62 psu이하의 농도에서는 사망한 개체가 관측되지 않았으며, 80 psu 이상 농도에서는 개체의 100%가 사망하였다. M.
- 참돔 치어는 50 psu보다 낮은 염수에서는 영향이 나타나지 않았으며, 50 psu에 24시간 노출되었을 때 사망하는 개체가 발생하였고, 70 psu에서는 노출 1시간 이내 사망하였다. 가자미의 어란은 60 psu에 노출되었을 때 부화가 지연되었으며, 70 psu 이상의 염분에서는 부화가 억제되었다(Table 6). 유생은 55 psu에 144시간 노출되었을 때 사망하는 개체가 나타났다.
- (2005)는 스페인 알리칸테에서 극피동물의 분포를 조사하였다. 고염농축수가 배출된 후 저층의 염분은 38.5 psu로 표층(37.5-38.0 psu)보다 약간 높았고, 일정기간이 경과한 후 배출구 주변에 서식하는 생물은 거의 사라졌다(Table 5). Chesher (1971)는 플로리다 Key West에서 현장 모니터링을 수행한 결과, 농축수가 배출되는 주변 지역에서 극피동물을 비롯하여 플랑크톤, 해초류의 풍부도의 감소를 확인하였다.
- 국내·외 독성평가 및 모니터링 조사를 통하여 고염분의 농축수가 환경적 영향을 준다는 사실이 입증되었다.
- japonicus는 50-60 psu 구간에서 고염분에 대한 영향이 뚜렷하게 보였으며 녹조구멍갈파래(Ulva pertusa)의 포자형성은 고염 농축수에 대한 생식 저해가 나타났다. 그리고 넙치(Paralichthys olivaceus) 치사율의 변화는 염분 증가에 따라 뚜렷한 선형관계가 관찰되었으며 송사리의 생태독성평가 결과에 따르면 40-50 psu에서 사망률은 30% 이하였으며, 60 psu이상의 농도에서 100% 사망하였다.
- Tapes philippinarum(바지락)은 60 psu 농도에 48시간 노출된 후 사망하였다. 극피동물의 분포를 조사한 연구에서는 일정기간이 경과한 후 배출구 주변에 서식하는 생물은 거의 사라졌으며 플로리다 Key West에서 현장 모니터링 결과에서 농축수가 배출되는 주변 지역에 서식하는 극피동물의 감소를 확인하였다. 참돔 치어는 50 psu에 24시간 노출되었을 때 사망하는 개체가 발생하였고, 가자미의 어란은 60 psu에 노출되었을 때 부화가 지연되었다.
- 0 psu 이하의 농도에서는 포자형성에 큰 영향이 없는 것으로 나타났다. 넙치(Paralichthys olivaceus) 치사율의 변화는 염분 증가에 따라 뚜렷한 선형관계를 보였다. 40.
- 0 psu로 제안하였다. 녹조구멍갈파래(Ulva pertusa)의 포자형성은 60 psu 이하 농도에서 50% 이하로 감소하여 고염 농축수에 대한 생식 저해가 뚜렷하게 나타났다. 최저영향농도와 무영향농도(NOEC)는 각각 45 psu와 40 psu로 40.
- 2007; 2008). 농축수 배출구 주변 염분은 39 psu이상으로 관측되었으며, 배출구로부터 멀어질수록 염분은 낮아졌다. 시설을 운영함에 따라 다모류에서 선충류로 우점종이 변화하고, 다모류는 배출구에서 400m 떨어진 곳까지 풍부도와 다양성이 감소하였다(Table 3).
- Chesher (1971)는 플로리다 Key West에서 현장 모니터링을 수행한 결과, 농축수가 배출되는 주변 지역에서 극피동물을 비롯하여 플랑크톤, 해초류의 풍부도의 감소를 확인하였다. 독성실험에서는 8.5% 염수에 96시간 노출된 성게류(Paracentrotus lividus)는 50%의 사망률을 보였다. Sa´nchez-Lizaso et al.
- Dupavillon & Gillanders (2009)는 오징어 배아(Sepia apama)가 42 psu와 45 psu에 노출되었을 때 크기와 무게 감소 및 성장률과 부화율 감소를 확인하였다. 생존한 개체는 자극에 대해 느린 반응을 보였으며, 먹물 방어 능력의 감소 등 비이상적인 행동이 관측되었다(Table 4). Mandelli (1975)는 45-55 psu농도에 60일간 노출된 굴(Crassostrea virginica)의 생존율 감소와 번식 저해를 확인하였다.
- 동물플랑크톤 유생 Tigriopus japonicus와 Brachionus plicatilis는 각각 40 psu와 55 psu 이상의 염분농도에서 독성반응을 보였고, 이들 농도를 최소영향 농도로 제안하였다. 성체 T. japonicus는 50-60 psu 구간에서 고염분에 대한 영향이 뚜렷하게 나타났으며, 60 psu 이상의 농도에서 개체의 80%가 사망하였으며 생물의 반수치사농도(LC50)와 최저영향농도(LOEC)를 각각 63.6 psu와 40.0 psu로 제안하였다. 녹조구멍갈파래(Ulva pertusa)의 포자형성은 60 psu 이하 농도에서 50% 이하로 감소하여 고염 농축수에 대한 생식 저해가 뚜렷하게 나타났다.
- 식물플랑크톤 Tetraselmis suecica는 55 psu이상의 농도에서 성정저해가 나타났으며 동물플랑크톤 유생 Tigriopus japonicus와 Brachionus plicatilis는 각각 40 psu와 55 psu 이상의 염분농도에서 독성반응을 보였다. 성체 T. japonicus는 50-60 psu 구간에서 고염분에 대한 영향이 뚜렷하게 보였으며 녹조구멍갈파래(Ulva pertusa)의 포자형성은 고염 농축수에 대한 생식 저해가 나타났다. 그리고 넙치(Paralichthys olivaceus) 치사율의 변화는 염분 증가에 따라 뚜렷한 선형관계가 관찰되었으며 송사리의 생태독성평가 결과에 따르면 40-50 psu에서 사망률은 30% 이하였으며, 60 psu이상의 농도에서 100% 사망하였다.
- Yoon and Park (2011)는 해수담수화 시설로부터 생성되는 고염의 농축수에 송사리(Oryzias latipes)를 노출시켜 어류의 급성독성평가 및 행동패턴의 변화를 관찰하였다. 송사리의 생태독성평가 결과에 따르면 40-50 psu에서 사망률은 30% 이하였으며, 60 psu 이상의 농도에서 100% 사망하였다. 7일 동안 고염 해수에 노출시킨 송사리의 반수치사농도(LC50)은 51.
- 농축수 배출구 주변 염분은 39 psu이상으로 관측되었으며, 배출구로부터 멀어질수록 염분은 낮아졌다. 시설을 운영함에 따라 다모류에서 선충류로 우점종이 변화하고, 다모류는 배출구에서 400m 떨어진 곳까지 풍부도와 다양성이 감소하였다(Table 3). Riera et al.
- 국내에서는 농축수가 부유생태계, 저서생태계, 어류 등에 미치는 영향을 파악하기 위해 독성실험을 수행하였다. 식물플랑크톤 Tetraselmis suecica는 55 psu이상의 농도에서 성정저해가 나타났으며 동물플랑크톤 유생 Tigriopus japonicus와 Brachionus plicatilis는 각각 40 psu와 55 psu 이상의 염분농도에서 독성반응을 보였다. 성체 T.
- 0 psu 이상에서 독성이 나타났고, 최저영향농도는 45 psu로 제시하였다. 실험결과는 생물마다 차이를 보이지만 40-55 psu 사이의 농도에서 뚜렷한 독성반응이 관찰되었다.
- 카나리아 제도의 연성기질 미소동물은 농축수 배출구 주변으로 낮은 풍부도가 관측되었고, 배출구에서 30 m 이격된 지점에서는 높은 풍부도가 관측되었다. 연체동물인 오징어 배아(Sepia apama)가 42 psu와 45 psu에 노출되었을 때 크기와 무게 감소 및 성장률과 부화율 감소를 보였다. 45-55 psu 농도에 60일간 노출된 굴(Crassostrea virginica)의 생존율 감소와 번식 저해도 확인하였다.
- 녹조구멍갈파래(Ulva pertusa)의 포자형성은 60 psu 이하 농도에서 50% 이하로 감소하여 고염 농축수에 대한 생식 저해가 뚜렷하게 나타났다. 최저영향농도와 무영향농도(NOEC)는 각각 45 psu와 40 psu로 40.0 psu 이하의 농도에서는 포자형성에 큰 영향이 없는 것으로 나타났다. 넙치(Paralichthys olivaceus) 치사율의 변화는 염분 증가에 따라 뚜렷한 선형관계를 보였다.
- 1 psu 이상의 염분에서 활동성 감소와 사망률 증가가 확인되었고 45 psu에서 50%정도 사망하였다. 추가적으로 3개월 동안 현장 실험을 수행하였으며 1-2 psu의 염분 증가에도 해초류의 사망률이 높아지고 생존 해초류의 싹과 잎의 풍부도가 감소하였다. Latorre(2005)는 독성실험을 통해 Posidonia oceania의 영향을 조사하였으며 40 psu 이상의 염분에 노출된 후 성장률은 감소하였고, 43 psu 농도에 15일 동안 노출된 후 50%가 사망하였다.
- 스페인 알리칸테 부근의 저서 군집에 대한 영향조사에 의하면 농축수배출로 인하여 우점종이 변화하고, 다모류는 배출구에서 400 m 떨어진 곳까지 풍부도와 다양성이 감소하였다. 카나리아 제도의 연성기질 미소동물은 농축수 배출구 주변으로 낮은 풍부도가 관측되었고, 배출구에서 30 m 이격된 지점에서는 높은 풍부도가 관측되었다. 연체동물인 오징어 배아(Sepia apama)가 42 psu와 45 psu에 노출되었을 때 크기와 무게 감소 및 성장률과 부화율 감소를 보였다.
후속연구
- 우선적으로 고유종의 염분 민감도, 저서생물군집의 유무, 양식장 운영여부 등을 고려하여 환경적으로 영향이 적은 지역에 농축수가 배출되도록 다양한 입지 대안을 수행할 필요가 있다. 그리고 농축수의 염분농도를 줄일 수 있는 방안도 검토되어야 한다. 농축수의 염분농도는 발전소에서 배출되는 온배수와 농축수를 혼합하여 염분농도를 줄일 수 있으며 오·폐수처리수를 활용하는 방안도 있다.
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