폐수 속 유해물질 총정리: 중금속, 유기물, 질소·인

폐수 속 유해물질의 정체: 생태계를 뒤흔드는 보이지 않는 위험

물은 우리에게 보이지 않는 방식으로 오염된다. 폐수는 그 자체가 문제가 아니라, 그 안에 숨겨진 유해물질들이 더 큰 위협이다. 산업 공정과 생활활동에서 배출되는 물은 단순히 더러워진 것이 아니라, 중금속, 유기물, 질소·인과 같은 복합적인 오염물로 가득 차 있다. 이러한 오염물질은 물속에서 화학적으로, 생물학적으로, 그리고 물리적으로 작용하며 생태계와 인간 건강에 다양한 영향을 미친다.

환경공학에서는 이들 유해물질의 정체를 밝히고, 이를 제어하는 기술을 발전시켜 왔다. 그 이유는 간단하다. 유해물질 하나하나가 물리적 오염원이자, 지속 가능한 환경을 위협하는 요인이기 때문이다. 예컨대 중금속은 분해되지 않고 축적되며, 유기물은 산소를 고갈시키고, 질소와 인은 수계의 조류 폭발을 유발한다.

한 가지 흥미로운 점은 이들 유해물질이 서로 혼합될 때 더 복잡한 형태의 2차 오염을 만들어낸다는 점이다. 중금속은 유기물과 결합해 난분해성 화합물이 될 수 있고, 질소는 박테리아에 의해 변형되어 독성 있는 질산염이나 아질산염으로 변할 수 있다. 즉, 폐수는 단순히 '더러움'이 아닌, 화학적 잠재력을 지닌 위험 공간인 셈이다.

 

중금속 오염의 위협: 눈에 보이지 않지만 축적되는 독성

중금속은 폐수 속에서 가장 다루기 까다로운 유해물질 중 하나다. 그들은 쉽게 사라지지 않으며, 분해되지도 않는다. 납(Pb), 수은(Hg), 카드뮴(Cd), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등은 모두 자연에는 소량 존재하지만, 산업 활동으로 인해 다량 배출되며 환경을 교란시킨다.

이들 중금속의 가장 큰 특징은 생물농축성이다. 한 번 환경에 배출되면 수생 생물체에 흡수되고, 먹이사슬을 통해 농도가 증가한다. 결국 인간의 식탁까지 도달해 건강을 위협하게 되는 것이다. 특히 어린이에게는 지능 발달 저하, 성인에게는 신경계 이상, 간 기능 저하 등 심각한 영향을 미칠 수 있다.

중금속은 물속에서 이온 상태로 존재하거나, 미세 입자에 흡착된 형태로 발견된다. 이들은 pH, 온도, 유기물 농도 등에 따라 용해도와 독성이 달라진다. 예를 들어 산성이 강한 폐수에서는 금속이 더 쉽게 용해되어 독성이 급증할 수 있다. 반대로 알칼리성 조건에서는 침전물 형태로 변하지만, 토양에 침적되면 다시 용출될 수 있어 안심할 수 없다.

따라서 중금속 오염은 단기적 해결보다 장기적 감시와 순환적 접근이 필수인 환경 문제다. 환경공학에서는 흡착, 침전, 이온교환, 막분리 등의 다양한 기술을 통해 이들을 제거하고 있지만, 여전히 많은 연구가 지속되고 있다. 무엇보다 예방적 관리와 배출량 감축이 가장 근본적인 해결책이다.

 

유기물 오염의 양면성: 생물 먹이이자 생태계 파괴자

폐수 속 유기물은 생물에게 에너지원이 될 수도 있지만, 지나친 양은 곧 생태계의 위협이 된다. 대표적인 유기물 오염지표는 BOD(생물학적 산소요구량)와 COD(화학적 산소요구량)이다. 이는 폐수에 얼마나 많은 유기물이 들어 있는지를 간접적으로 나타내며, 수질오염의 대표 지표로 사용된다.

유기물은 폐수의 출처에 따라 매우 다양하다. 가정하수에서는 음식물 찌꺼기, 배설물, 세제 잔여물이 주를 이루며, 산업폐수에서는 지방, 당분, 단백질, 페놀류, 방향족 화합물 등이 포함된다. 이 유기물들은 수중 미생물에 의해 분해되지만, 이 과정에서 막대한 산소를 소모하게 된다. 결국 수중 산소가 고갈되면서 어류나 수생생물은 생존에 어려움을 겪는다.

더 나아가 일부 유기물은 난분해성 특성을 가져, 자연 상태에서는 거의 분해되지 않고 장기적으로 환경에 남는다. 특히 염소계 유기물, 다환방향족탄화수소(PAHs), 잔류 농약 등은 미량이라도 생물에 독성을 나타내며, 유전자 손상, 내분비계 교란을 유발할 수 있다.

이처럼 유기물은 단순히 ‘자연에서 나온 물질’이 아니라, 정제되지 않은 상태로는 생태계를 질식시키는 독성물질이 될 수 있다. 이를 해결하기 위해서는 고도 생물학적 처리기술, 멤브레인 필터, 혐기성 분해법 등 다양한 첨단 기술이 활용된다. 처리의 핵심은 단순한 농도 저감이 아니라, 잔류 유기물의 독성까지도 고려하는 정밀 접근이다.

 

질소·인 오염의 생태학적 파장: 보이지 않는 녹조의 시작점

 

질소(N)와 인(P)은 본래 식물 성장에 필수적인 영양염류다. 하지만 폐수를 통해 이들이 대량으로 수계에 유입되면, 부영양화라는 심각한 문제가 발생한다. 이는 하천이나 호수의 영양 상태가 지나치게 풍부해져 조류(藻類, algae)가 과도하게 번식하는 현상이다. 즉, 녹조, 적조, 갈조 현상의 원인이 되는 것이다.

폐수 중 질소는 주로 암모니아성 질소, 아질산염, 질산염의 형태로 존재하며, 이는 생물에게 직접적인 독성을 갖고 있다. 인은 대부분 인산염의 형태로 발견되며, 미량이더라도 조류의 성장을 폭발적으로 가속시킨다. 조류가 급속히 번식하면 수중 빛이 차단되고, 산소가 고갈되며, 결국 생물 다양성 감소와 악취 발생이라는 2차 문제가 발생한다.

더 큰 문제는 이러한 부영양화 현상이 계절에 따라 반복되면서 수계의 자정능력을 약화시키고, 결국에는 호소(湖沼)의 죽음, 즉 수생태계의 종말로 이어질 수 있다는 점이다. 실제로 전 세계 많은 호수들이 이미 이 현상으로 인해 생물의 터전으로서 기능을 잃었다.

질소·인을 제거하기 위한 대표적인 기술로는 탈질소·탈인 공정이 있다. 이는 미생물을 이용해 질소를 질소가스로 변환시키거나, 인을 슬러지 형태로 제거하는 방법이다. 이 외에도 화학적 침전법, 고도여과 시스템이 병행되어 적용된다. 최근에는 기후변화와 맞물려 질소·인 관리가 더욱 중요해지고 있으며, 국제적으로도 이들 영양염류에 대한 규제는 강화되고 있는 추세다.