www.jajemart.co.kr 자재마트 서울 TEL 02-892-2210 / FAX 02-893-2210 / Mobile. 010-9780-8588 담당자 장동기

지난 호에 석회질의 문제점과 처리방법에 대해 정리한 글을 읽고 많은 분들이 석회질 제거방법이나 장치에 대해 문의를 해 주셔서 한돈농가의 사육관리에서 지하수의 중요성이 점진적으로 커지고 있다는 것을 알 수 있었다.

이번 호에서는 필자가 작년 대구국제축산박람회 출품참가시 당사 부스를 방문해주신 한돈농가분들이 가장 많이 질문한 사항인 질산성질소 성분에 대해 살펴보고, 그 발생원인과 해결방안에 대해 정리해 보겠다. 현재의 핫이슈로 보인다.

지하수 오염은 전국적인 현상

물은 모든 생명의 근원이라고 합니다.

지하수에는 여러가지 성분들이 포함되어 있습니다.

우리나라는 먹는물관리법 이라는 기준하에 수돗물뿐만 아니라 지하수도 엄격하게 관리하고 있다.

일반적으로 민가에서 약간 떨어진 농장의 특성상 지하수를 사용하는 형태는 상수도 인입공사의 어려움이나 경비부담 등의 이유로 어쩔 수 없이 지하수를 사용하는 경우도 있고, 좀 더 환경이 좋은 곳은 지하수와 상수도를 병행해서 사용하는 경우도 있다.

지하수를 사용하는 농가를 방문해 보면, 여름철 땀 흘리고 일하다가 목이 마르면 지하수를 연결한 수도꼭지를 틀어 큰 물통에 담긴 물때가 낀 호스를 빼서 직접 호스를 들고 물을 마시는 경우를 많이 보았다. 시원해 보여서 더할 나위없는 갈증해소법이라고 할 수 있다.

필자도 장시간 운전으로 갈증이 나서 물 좀 마실 수 있겠냐고 하면 지하수를 바로 바가지에 떠 주면서 “우리 지하수는 지하 150m를 뚫어서 깨끗하고 시원하다”며 주는 경우가 있었다. 어떤 물인지, 성분은 문제없는지 확인도 못하고 주는 대로 마셨던 경험이 있다.

요즘은 그런 경우 농가의 호의에도 불구하고 차에서 생수병을 들고 와서 마시곤 합니다.

지하수의 오염이 전보다 많이 늘어났다는 생각이 같아졌기 때문인듯 합니다.

시원하기는 하지만, 물맛이 밍밍하고, 쇳냄새가 나는 물도 있고, 심한 경우 색깔이 보이거나, 쓴 맛이 나는 경우도 있었다.

그 오염에 대한 인식의 첫단추는 질산성질소 성분이다.

지하수 오염은 전국적인 현상이므로 우리 농장만 깨끗하다는 확신을 갖지 말고 주기적인 수질검사를 통해 오염 정도를 추적해 갈 필요가 있다. 음용수용 수질검사결과 부적합 판정이 날 경우는 전문가와 상의해서 적합한 용량의 정수장치를 설치하셔야 합니다.

지하수의 질산성질소는 인체에 유해합니다.

질소는 자연계에서 지속적으로 순환하고 있는데 그 과정에서, 물속에 포함된 질소는 동식물체에서 발생된 유기성질소와 암모니아성질소(NH34-N), 아질산성질소(NO2-N), 질산성질소(NO3-N)와 같은 무기성질소의 두가지 형태로 존재합니다.

그 중 질산성질소(NO3-N) 성분은 유아나 어린이에게는 산소전달을 방해하는 치명적인 청색증의 원인물질입니다. 사람이나 가축이 질산성질소를 흡수하는 경로는 주로 물을 마시며 섭취하는 경우인데, 성인의 위산은 pH가 2-3이므로 NO3-N 가 환원작용이 일어나지 않으나 유아의 위산은 pH가 4이상이므로 질산성질소의 환원작용이 일어나고, 환원된 아질산성질소는 인체의 각 조직에 산소 운반작용을 하는 헤모글로빈과 반응하여 메테코글로빈을 형성시키기 때문에 산소의 운반능력을 저하시켜 결국 질식하게 만듭니다. 즉, 질산성질소는 산소를 어떤 형태로 가지고 있는지에 따라 변이가 잘 되기도 하고, 변이과정에서 산소를 필요로 하므로 인체에 청색 증세를 나타내는 것입니다.

또 고농도질산성질소는 체내에서 타액효소에 의해 환원되어 아질산성질소로 변환되고, 이것은 2차 또는 3차 아민과 반응하여 인체에 유해한 니트로조아민 화합물을 형성한다고 알려져 있는데, 이 화합물은 발암전구물질인 Precarcinogen으로 분류되어 있다. 즉 과도한 질산성질소는 성인에게 암을 유발할 수도 있습니다.

상수도의 경우는 기준치 이하이지만, 지하수의 경우 기준치(음용수 10mg/l, HACCP인증용 20mg/l)를 넘어 부적합 판정을 받는 비율이 증가해 가고 있습니다.WHO에서는 고농도 질산성질소(22mg/L이상)를 함유하는 수돗물은 유아식 사용을 금지하고 있습니다.

과거의 오염이 현재화된 것이 질산성질소.

일반적으로 지하수가 오염되면 질소성분이 많이 나오기 마련입니다. 농장에서도 급수통에 이끼가 많이 끼면 질소가 많이 나오나보다 라고 말씀하십니다.

산업화과정에서 급격한 도시화와 대량 생산을 위한 안전관리시스템의 부재속에 토양이나 지하수 오염문제의 중요성을 간과해 온 시간이 응답을 하는 것으로 봅니다. 물속의 질산성질소의 존재는 유기물질의 최종부산물이므로, 유기물질에 의한 과거의 오염을 나타냅니다.

평소에 우리 주변의 채소밭, 조사료용 농지, 파밭, 매실, 감나무 등에 살포하거나 쌓아놓은 비료나, 유황합제, 농약, 퇴비, 그리고 축사 유출물, 토양침식물, 가축의 매몰로 인한 침출수, 자연계 동식물의 분비물이나 사체들, 그리고 도시의 오염물질, 교통먼지와 쓰레기, 지표면에 떨어진 대기오염물질들이 쌓여 있다. 그러다가 비가 내리기 시작하면 비점 오염원인 빗물이 흘러가면서 오염물질들이 땅속에 스며들면서 지하수의 오염이 줄지 않게 됩니다.

화학적으로는 유기성질소인 단백질 또는 그 분해산물인 폴리펩티드 등은 수중의 미생물이나 박테리아에 의해서 분해되어 암모니아성 질소를 생성시킵니다.

(화학식)

위 식에서 이 성분은 암모니아 산화균인 니트로소모나스nitrosomonas에 의해서 천천히 암모늄이온이 아질산 이온으로 산화 진행이 되고, 다시 니트로박터nitrobacter에 의해 아질산을 질산성질소로 산화하는 과정을 거치게 되고, 이 질산화반응의 최종생성물이 질산성질소입니다.

오염되지 않은 지하수의 질산성질소는 3mg/L미만으로 검출됩니다. 그러나 과도한 질소비료의 시비나 처리되지 않은 분뇨 등에 의해 지하수가 오염되면 질산성질소 농도가 급격하게 증가하게 됩니다. 일부 농가에서는 검사후 질산성질소 수치가 40mg/l로 높아진 것을 알고 깜짝 놀라는 걸 여러번 본적이 있다.

자연적인 재생력을 보조하고 우리가 먹고 마시고 사용하는 한정된 양의 물이라도 유해물질을 제거하고 사용할 수 있는 기계적인 도움이 필요한 이유입니다.

지하수는 지하에서 흐르는 속도가 매우 더디고, 지하에 오래 머물기 때문에 오염되면 인공적으로 정화시키기는 거의 불가능하고, 지하수가 자정작용에 의해 자연적으로 정화되기까지 200~10,000년이라는 긴 시간이 걸립니다. 따라서 현재의 오염은 후손에게까지 피해를 준다는 점을 명심하여야 합니다.

질산성질소의 유해성과 국가 수질기준

질산성질소 장치 설치를 의뢰하는 농가의 첫 번째 질문이 농장물이 질산성질소가 나온다고 부적합 판정을 받았는데, 이게 진짜 해로운거냐, 아니면 그냥 써도 되느냐 하는 질문이었습니다. 어떤 경우는 당장 피해가 안생긴다는 말만 듣고, 그럼 나중에 하겠다고 하는 경우도 있는데, 소탐대실하지 말아야 합니다.

질산성질소의 피해 사례는 청색증(블루베이비병)은 1945년 미국의 컴리에 의해서 유아에서의 발병이 처음으로 보고되었는데, 다량의 질산이 함유되어 있는 식수로 인해 발생한 질병으로 “푸른 아기”라는 뜻에서 블루베이비(Blue Baby)라는 이름이 붙여져 있다.

1953년에서 1960년에 걸쳐 체코에서 태어난 5,800명의 어린이 가운데 115명이 이 병에 걸렸고, 그 중 8%가 사망, 52%가 중증, 40%가 가벼운 증상인 것으로 보고되었습니다. 이 사례중에는 임산부가 마신 물을 통해 감염된 사례로 임산부들의 영향은 적었지만, 태어난 아기들이 청색증을 띄며 태어나거나 유아에게서 감염증상이 나타난 사례도 있었다고 합니다. 미국 미네소타주에서 139명을 대상으로 한 조사에서 89mg/L이상 농도의 질산성질소가 함유된 물을 마신 사람들은 사망률이 10% 증가되었다고 하는 사례도 보고되었고, 또한 우리나라에서도 질산으로 오염된 식수용 지하수에 분유를 타서 유아에게 먹임으로써 산소부족으로 청색증이 나타났다고 보고된 바 있습니다.

질산성질소의 정부 수질기준은 WHO의 질산성질소의 가이드라인 값이 10mg/L 이기 때문에 우리나라(음용수), 미국, 일본 등을 비롯한 세계 각국도 이 값을 채택하고 있는 나라가 많으며, 유럽에서는 11.3mg/L, 오스트리아에서는 9.0mg/L, 덴마크는 5.7mg/L, 스위스는 4.3mg/L 등과 같이 10mg/L 이하의 기준을 채택하고 있습니다. 참고로 우리나라의 축산관련 지하수의 생활용수(친환경인증용)의 질산성질소 수질검사 합격기준은 20mg/L로 되어 있음도 참고로 알려둔다.

필자의 경험상 농장에서의 질산성질소 부적합 발생 비율은 시간이 갈수록 늘고 있는 것으로 판단하고 있다. 매년 설치농가의 상당수가 질산성질소 기준치 초과를 해결하기 위한 것이기 때문이다. 이 중에는 주변지인의 소개로 질산성질소 제거장치를 설치하여 사용하였으나, 질산성질소 수치가 수질검사결과 적합수준으로 떨어지지 않는다고 당사로 문의해와 적합한 장치로 다시 설치해서 해결한 경우도 있고, 설치한 후 제대로 작동이 되는지 의문을 품어오다가 교체문의를 하여, 적합한 수지로 교체하여 정확하게 처리되도록 해 드린 사례도 있습니다.

질산성질소는 가정용 정수기(중공사막방식)으로는 제거가 되지 않습니다.

질산성질소를 제거하는 방법은 여러 가지가 있습니다.

수중에 존재하는 질산성질소는 이온교환, 생물학적 탈질소, 화학적 환원 그리고 역삼투나 전기투석 등과 같은 공정으로 제거할 수 있다. 대용량의 경우라면, 경제성을 고려하여 생물학적 탈질소 방식의 적용도 검토해 볼 수 있지만, 시설이 커지고, 안전 문제로 주로 분뇨처리공정에서만 사용하고 있으며, 전기투석과 역삼투방식은 질산성질소 뿐만 아니라 다른 이온도 제거가 가능하지만, 이온교환공정에 비해 비용이 몇 배 더 들고, 원수의 상당수가 처리과정에서 폐액으로 버려지므로 리사이클을 하더라도 농축수를 감당할 만큼 원수량이 충분해야 하고, 멤브레인교체 등 주기적인 유지관리비용 등도 많이 투입되는 단점이 있다.

그래서 지하수 내에 존재하는 질산성질소를 제거하는데는 이온교환방식이 가장 간단하고 효과적이며, 경제적인 방식입니다.

만약 지자체나 관련협회, 또는 사료회사 등의 정기 수질검사에서 질산성질소가 기준치를 초과한다는 지적을 받았거나, 받을 것으로 예상된다면, 수질분석결과에 따라 음이온계열의 성분량을 측정하여, 수치를 파악한 후 1일 물 사용량과 수지종류, 수지량, 압력탱크 배치방식을 먼저 정확하게 설계하여 시공하고, 정제염의 종류, 투입주기, 자동세척 및 재생시간, 린싱주기를 수압에 맞춰 적합하게 시간셋팅하여 관리하면 질산성질소로 인한 피해는 더 이상 발생되지 않는다고 본다.

하지만 이온교환을 위한 용제인 정제염 투입 등의 주기적인 관리와 계절변화에 따른 배관 동파방지작업 등 필수적인 관리는 기기수명 연장의 중요한 부분입니다.

여기서 중요한 부분은 일부 질산성질소 검출농장의 경우에 관리사가 농장안에 있어 가족들까지 지하수를 사용하는데, 관리사에 가정용 정수기를 사용하면 질산성질소가 제거될거라고 믿고 일반정수기를 사용하시는 농가가 있는데, 이온화된 성분은 일반적으로 가정용정수장치로 가장 많이 사용하는 중공사막방식으로는 절대 제거되지 않습니다. HACCP이나 친환경 인증을 받기위해 주기적으로 수질검사만 받아 적합판정을 받기만 하면 되는 문제가 아니라, 정수기에서 나오는 시원하거나 뜨거운 물을 마시는걸 좋아하는 본인과 가족, 농장직원이나 가족들의 건강에도 직접적으로 문제가 된다는 점을 명심해야 합니다.

선진 정수처리장치라면 안전과 효율, 두 마리를 동시에 해결...

참고로 독일 등 수처리 선진국의 장치는, 기존 정수처리방식과는 몇 가지 차이점이 있습니다.

방식의 특성상 이온교환방식의 장치가 제 역할을 하기 위해서는 소금성분이 정수장치에 적기에 적당량이 투입되어야 합니다.

기존에 농장에 설치되어있는 이온교환장치는 1일, 2일, 3일, 또는 1주일에 한번씩 반복적으로 정제염 투입을 하는 방식의 기계로, 담당자가 업무가 많아 소금 넣는 것을 잊어버리거나 바빠서 안넣어줄 경우 기계는 정상 가동되고 있으므로, 소금없이 재생공정을 마친후 질산성질소를 제거할 수 없는 상태에서 통과된 처리되지 않은 물이 그대로 공급되는 경우도 있습니다.

그리고 물사용량이 계절별로도 다르고, 농장내 사육두수 변화에 따라 물 사용 총량이 다른데도 매번 일정한 주기로만 관리하다보니, 1회 투입량으로 처리할 수 있는 용량을 초과하거나, 물사용량이 더 많아 효율이 떨어지거나 해서 적정량보다 과도한 염분투입이 되거나, 처리용량이 부족한 기기를 쓰는 경우가 있습니다.

이온교환용 가루소금을 한번에 과량 투입하다보니, 정제염탱크 아래 부분에 굳어버리거나, 소금 농도가 제대로 통제되지 않는 형태입니다.

선진 수처리방식의 장치는 돈사나 관리사에서 물을 쓰는 만큼 자동으로 유량센서와 병렬장치 또는 세 개의 처리장치를 이용해서 자동으로 적정량의 알소금 형태의 정제염만을 사용하여, 일정한 농도로 처리수를 공급해주는 점이 국내 사용 정수장치와의 차이입니다.

물부족국가인 우리나라는 현재 약 147만개의 지하수시설에서 연간 40억톤의 지하수를 이용하며, 우리나라 전체 수자원 이용총량의 11%를 사용하는 중요한 자원입니다.

물을 보호하고 절약해야 한다는 점을 강조하며 이번 호 글을 마칩니다.

다음호에서는 지하수의 물맛이나 색깔에 부정적인 영향을 주는 철분, 망간 등의 영향과 제거방법에 대해 살펴보도록 하겠습니다.