미국 전역의 표류수 취수구 상당수가 상류 하수처리장에서 배출된 방류수의 영향을 받고 있으며, 이러한 '비의도적 재이용(De Facto Reuse, DFR)' 비율이 높은 지역일수록 수돗물에서 발암 물질이자 '영구 화학물질'로 불리는 과불화화합물(PFAS)이 검출될 확률이 극적으로 높아진다는 종합 연구 결과가 나왔다.
미국 애리조나 주립대학교 지속가능 공학 및 도시 환경 학부 연구팀은 최근 국제 학술지 '환경 과학과 기술(Environmental Science & Technology, ES&T)'에 발표한 논문을 통해 이 같은 사실을 밝혔다.
◇상류 하수 영향, 어떻게 측정하고 판단했나?
연구팀은 이번 연구를 위해 미국 내 6881개 표류수 취수구(약 2억 3200만 명 대상)와 1만6000여 개 공공 하수처리장(WWTP)의 지형·수문 데이터를 고해상도 지리정보시스템(GIS)으로 추적하는 수문모델(DRINCS2.0)을 구축했다.
취수구가 상류 하수처리장의 영향을 받는다고 판단한 근거는 수계 경로 추적 및 DFR 비율 산출에 바탕을 두고 있다. 하수처리장 방류구에서 배출된 물이 물길을 따라 하류 정수장 취수구에 도달하는 유량 관계를 산정한 후, 취수구 지점의 전체 하천 유량 대비 상류 하수처리장의 누적 방류량의 백분율(DFR %)을 계산하는 방식이다.
분석 결과, 미국 전체 표류수 취수구의 37%(2543곳)가 상류 하수처리장 방류수의 직접적인 영향을 받고 있는 것(DFR > 0%)으로 나타났다.
◇하수 1% 넘으면 수돗물 PFAS 검출률 2배 '껑충'
연구팀은 미국 환경청(EPA)의 제5차 미규제 오염물질 감시 규칙(UCMR5) 수질 측정 데이터와 수문모델을 연계해 수돗물 내 PFAS 오염 실태를 정밀 분석했다. 그 결과 몇 가지 특징이 나타났다.
먼저 검출 빈도의 급증이다. 상류 하수 영향이 없거나 DFR 비율이 1% 미만인 정수장에서는 최소 1종 이상의 PFAS가 검출된 비율이 30% 미만이었으나, DFR 비율이 1%를 초과한 정수장에서는 PFAS 검출 비율이 약 60%로 2배 이상 급격히 상승했다.
단쇄 PFAS는 잘 걸러지지 않는다. 특히 전통적인 하수 및 정수 처리 공정으로 잘 제거되지 않는 단쇄(short-chain, 짧은 사슬) 과불화화합물인 과불화부탄산(PFBA)과 과불로펜탄산(PFPeA)의 검출이 가장 두드러졌다. 이 물질들은 상류 하수 배출원을 타고 내려와 정수 과정을 그대로 통과한 뒤 수돗물까지 잔류하는 것으로 확인됐다.
계절적인 변동성도 나타났다. 가뭄과 높은 증발로 하천 자연 유량이 줄어드는 8~9월(늦여름~초가을)에는 DFR 중위값이 약 3.5%까지 올라가며, 수돗물의 PFAS 검출 비율도 연중 최고치인 약 30%를 기록했다. 반면 수량이 풍부한 봄철에는 DFR이 낮아지며 검출률도 약 22%로 떨어졌다.
◇인프라 격차와 고도정수처리 강화의 절박성
재래식 정수 처리 공정(침전·모래여과 등)은 하수 유래의 미량 유기 오염물질이나 PFAS를 제거하지 못한다. 따라서 과불화화합물과 미약품 잔류물을 제거하기 위해서는 활성탄(GAC/PAC), 오존처리(Ozonation), 역상투압(RO) 등의 고도정수처리 기술 도입이 필수적이다.
그러나 미국에서는 DFR 영향을 받는 정수장의 59%가 어떠한 고도정수처리 시설도 갖추지 못한 것으로 드러났다. 특히 인구 1만 명 이하를 담당하는 소규모 정수장의 경우, DFR 영향을 받음에도 고도정수시설이 없는 비율이 71%에 달해 오염 위험에 무방비로 노출되어 있었다.
연구팀은 오염 위험에 노출된 지자체가 고도정수 인프라를 확충할 수 있도록 전략적 재정 지원이 시급하다고 강조했다.
◇인구밀도 높은 한국 수계도 주의가 필요
연구팀은 비의도적 하수 재이용(DFR) 현상이 미국뿐만 아니라 전 세계 강 수계에서 보편적으로 발생하는 문제임을 지적하면서, 한국 서울 한강 수계 연구(중앙대 오재일 교수팀, 2010년 국제 저널 '종합환경과학(Science of the Total Environment)'에 발표된 논문 등을 주요 인용 문헌으로 다루었다.
국내 연구진 역시 과거 한강 수계에서 내분비계 교란물질(EDC)과 의약물질 및 개인위생용품(PPCPs) 잔류 현상과 계절적 변동성을 조사한 바 있다. 하지만 국내 기존 연구들은 잔류 의약물질 등에 집중했을 뿐, 난분해성 영구물질인 PFAS 오염과 DFR의 상관관계를 직접적으로 다루지는 않았다.
한국은 국토 면적 대비 인구밀도가 매우 높고 주요 정수장 취수구가 하천 중·상류 도심 및 공단 하류에 밀집해 있어, 건기 시 상류 하수 유입에 따른 DFR 압력이 미국보다 훨씬 심각할 수 있다.
특히 반도체 및 첨단 전자 공장 등에서 발생하는 산업 폐수 문제도 심각한 변수로 지적된다. 공장 폐수가 지자체 하수처리장을 거치지 않고 자체 처리 후 강으로 직접 배출(industrial point sources)될 경우 알려지지 않은 특수 화학물질이나 고농도의 PFAS가 수계로 직접 유입될 수 있다.
이 때문에 공공 하수뿐만 아니라 첨단 산업 폐수 배출원에 대한 정밀한 통합 수질 감시와 정수장의 고도처리 인프라 강화가 시급한 상황이다.
