Implications of maize fertigation with treated domestic wastewater on soil heavy metal contamination and health risks

세계 곳곳에서 담수는 점점 더 찾기 어려워지는 반면, 식량을 재배하려는 필요성은 계속해서 높아지고 있습니다. 농부와 도시 계획가들이 탐색하고 있는 한 가지 실질적인 해결책은 처리된 가구 폐수를 농업용수로 재사용하는 것입니다. 이 물은 유해한 병원균과 유기성 폐물을 제거하기 위해 처리 시스템을 통과했지만, 여로 식물이 자라는 데 필요한 질소와 인 같은 영양소를 여전히 함유하고 있습니다. 그러나 이러한 재사용에는 숨겨진 우려 사항이 있습니다. 가구용수에는 세제, 화장품, 배관 제품 등 일상적인 제품으로부터 유래한 중금속의 흔적이 포함되어 있을 수 있다는 점입니다. 이러한 금속들은 아주 미량으로 존재하지만, 분해되지 않습니다. 시간이 지나면서 이들은 토양에 축적되고 우리가 먹는 작물 속으로 이동할 수 있습니다. 과학자들의 핵심 질문은 처리된 폐수를 옥수수와 같은 주식 작물에 사용하는 것이 새로운 위험을 초래하는지, 아니면 그 위험이 물의 근원과 상관없이 이미 환경에 존재하는 것인지에 관한 것입니다.

탄자니아 다레살람에 위치한 아르디 대학교(Ardhi University)의 한 연구자는 통제된 조건에서 옥수수를 재배하여 이 질문에 답하고자 했습니다. 연구진은 처리된 가정 폐수를 사용하는 것이 깨끗한 수돗물을 사용하는 것보다 토양이나 옥수수 알갱이에 중금속을 더 많이 축적시키는지 확인하고 싶었습니다. 이를 위해 연구진은 비가 결과에 영향을 미치는 것을 방지하고자 스크린하우스(screenhouse)에 옥수수를 심었습니다. 그들은 구획을 두 그룹으로 나누었는데, 한 그룹은 처리된 폐수를 받았고 다른 그룹은 깨끗한 수돗물을 받았습니다. 두 그룹 모두 식물이 일정한 양의 물을 공급받을 수 있도록 점적 관수 시스템을 사용하여 물을 주었습니다. 그 후 연구자는 여섯 가지 특정 중금속인 납, 크로뮴, 카드뮴, 구리, 아연, 니켈의 수치를 다양한 깊이의 토양과 수확된 옥수수 알갱이에서 정밀하게 측정했습니다. 또한 사람이 이 옥수수를 먹음으로써 섭취할 수 있는 금속의 양을 계산하고, 성인과 어린이 모두에 대한 잠재적인 건강 위험을 추정했습니다.

연구 결과, 물의 근원이 오염의 주요 동인이 아니라는 복잡한 양상이 드러났습니다. 연구자가 토양을 분석했을 때, 처리된 폐수가 깨끗한 물에 비해 중금속의 양을 유의미하게 증가시키지 않는다는 것을 발견했습니다. 실제로 카드뮴과 니켈 같은 일부 금속의 경우, 폐수로 관수된 토양이 대조군 구획보다 오히려 낮은 농도를 보였습니다. 그러나 토양은 구리, 아연, 크로뮴의 농도가 완만하게 풍부해지는 징후를 보였으며, 납에 대해서는 놀라운 변칙 현상이 나타났습니다. 납 수치는 지표면 근처에서는 낮았으나, 폐수 구획의 깊은 토양층에서는 급격히 치솟았는데, 이는 해당 금속이 아직 완전히 이해되지 않은 방식으로 토양 프로파일을 따라 아래로 이동하고 있음을 시사합니다. 이러한 변동에도 불구하고, 처리된 구획의 전반적인 오염 수준은 깨끗한 물 구획과 통계적으로 차이가 없었으며, 이는 폐수 자체가 땅에 새로운 독소를 더하는 주요 원인이 아님을 나타냅니다.

연구진이 옥수수 알갱이 자체를 조사했을 때는 상황이 달랐습니다. 옥수수를 처리된 폐수로 키웠든 깨끗한 수돗물로 키웠든 관계없이, 알갱이에는 여러 중금속이 위험한 수준으로 포함되어 있었습니다. 옥수수의 납 수치는 평균 2.21mg/kg이었는데, 이는 국제 보건 기구가 설정한 안전 기준인 0.2mg/kg을 훨씬 상회하는 수치입니다. 크로뮴과 아연 역시 두 그룹 모두에서 안전 기준치를 초과했습니다. 이 발견은 오염이 관개 용수 때문이 아니라, 실험 시작 전부터 이미 환경이나 토양에 존재하고 있었음을 시사합니다. 식물은 물의 근원과 상관없이 토양으로부터 이러한 금속들을 흡수하고 있었습니다. 옥수수가 유의미한 양으로 흡수하지 않은 유일한 금속은 카드뮴이었으며, 알갱이에서는 검출되지 않았습니다.

연구진은 또한 식물이 토양으로부터 이러한 금속을 얼마나 쉽게 흡수하는지, 즉 생체 축적(bioaccumulation) 과정을 살펴보았습니다. 연구 결과, 대부분의 금속에 대해 식물은 가공할 만한 오염 물질을 식용 알갱이로 많이 전달하지 못하는 것으로 나타났습니다. 예외는 아연이었는데, 옥수수는 아연을 쉽게 흡수하여 높은 축적 잠재력을 보여주었습니다. 이는 토양이 많은 중금속을 붙잡고 있을 수는 있지만, 아연은 우리가 먹는 음식 속으로 쉽게 이동한다는 것을 의미합니다. 연구팀이 이 옥수수를 섭취했을 때의 건강 위험을 계산했을 때, 결과는 명확한 취약성을 가리켰습니다. 바로 어린이들입니다. 아이들은 체구가 작지만 종종 체구 대비 비슷한 양의 음식을 먹기 때문에, 성인보다 이러한 금속의 일일 섭취량이 훨씬 높습니다. 연구는 납과 니켈이 비암성 건강 위험의 가장 큰 기여자이며, 니켈과 크로뮴이 장기적인 암 발생 위험의 가장 큰 위협이라고 밝혔습니다.

아마도 이 연구의 가장 놀라운 결론은 깨끗한 수돗물로 재배한 옥수수가 처리된 폐수로 재배한 옥수수보다 동일하거나 심지어 더 높은 건강 위험을 안고 있다는 점일 것입니다. 깨끗한 물 구획의 옥수수를 먹는 어린이들의 총 위험 점수는 폐수 구획의 경우보다 높았습니다. 이는 토양의 배경 오염과 일반적인 환경이 진짜 문제이지, 폐수의 재사용이 문제가 아니라는 것을 나타냅니다. 처리된 폐수는 상황을 악화시키지 않았으며, 어떤 경우에는 대안보다 오히려 약간 더 안전해 보이기도 했습니다. 이 연구는 옥수수에서 발견되는 중금속이 관개 용수 이외의 원인, 즉 지역의 자연 지질학적 특성이나 다른 형태의 환경 오염으로부터 기인하고 있음을 시사합니다.

궁극적으로 이 연구는 폐수 재사용이 수자원 보존을 위한 실행 가능한 전략이기는 하지만, 식품 공급 내 중금속 오염이라는 더 넓은 문제를 해결해주지는 못한다는 점을 강조합니다. 옥수수와 같은 주식 작물에 위험한 금속이 존재하는 것은 물의 종류와 독립적으로 존재하는 구조적인 문제입니다. 연구 결과는 폐수를 탓하는 것에서 벗어나 토양과 수계의 근본적인 오염원을 다루는 방향으로 초점을 전환할 것을 촉구합니다. 특히 가장 취약한 집단인 어린이의 공중보건을 보호하기 위해서는 물과 토양 품질에 대한 통합적인 모니터링과 함께 환경을 정화하기 위한 표적화된 노력이 필요합니다. 이 연구는 물의 근원이 안전을 결정하는 유일한 요인이 아님을 확인시켜 주며, 우리가 먹는 음식이 모두에게 안전하게 유지되기 위해서는 종합적인 접근 방식이 필요함을 보여줍니다.