육지에서 온 질소는 갯벌에서 기체가 되어 사라진다 — 탈질이라는 무료 정화장치

비료를 뿌리고 생활하수를 흘려보내면 그 질소는 어디로 갈까요.

하천을 타고 바다로 갑니다. 그리고 바다에 질소가 과하게 들어가면 부영양화가 일어납니다. 플랑크톤이 폭증하고, 그것이 죽어 가라앉아 분해되면서 바닥의 산소를 소모합니다. 산소가 바닥나면 그 자리의 생물이 죽습니다.

그런데 우리 서해와 남해에서 이 시나리오가 예상보다 덜 심각하게 나타나는 구간이 있습니다. 갯벌을 지나는 구간입니다.

갯벌은 질소를 붙잡아 두는 것이 아니라 아예 기체로 바꿔 대기로 내보냅니다. 계 밖으로 내보내는 것이라 진짜 제거입니다.

몇 밀리미터의 경계에서 벌어지는 일

갯벌 퇴적물을 파 보면 색이 갈립니다. 표면은 갈색이고, 몇 밀리미터 아래부터 검어집니다.

이 색 경계가 산소 경계입니다. 위쪽은 산소가 있고 아래쪽은 없습니다. 그리고 질소 제거는 정확히 이 경계에서 일어납니다. 두 단계가 짝을 이루기 때문입니다.

1단계, 질산화. 산소가 있는 표층에서 미생물이 암모늄을 아질산염을 거쳐 질산염으로 바꿉니다. 이 반응에는 산소가 필요합니다.

2단계, 탈질. 만들어진 질산염이 아래 무산소층으로 내려가면, 다른 미생물이 이것을 호흡에 씁니다. 산소가 없으니 질산염을 대신 쓰는 것입니다. 그 결과 질산염은 단계적으로 환원되어 질소 기체(N₂) 가 되고, 기포로 빠져나갑니다.

질소 기체는 대기의 78%를 차지하는 안정한 물질입니다. 여기까지 오면 그 질소는 더 이상 부영양화를 일으키지 않습니다.

두 반응은 서로 다른 산소 조건을 요구하는데, 갯벌은 몇 밀리미터 안에 두 조건을 나란히 갖고 있습니다. 그래서 이 결합 반응이 효율적으로 돌아갑니다.

갯지렁이가 처리 용량을 늘린다

여기서 생물이 개입합니다.

산소 경계가 평평한 판이라면 반응이 일어나는 면적은 갯벌 표면적만큼입니다. 그런데 갯벌에는 굴을 파는 생물이 가득합니다. 갯지렁이, 게, 조개가 판 굴은 깊이 수십 센티미터까지 내려가고, 그 굴 벽을 따라 산소가 함께 들어갑니다.

굴 하나가 생길 때마다 산화층과 무산소층이 맞닿는 면적이 늘어납니다. 평면이던 경계가 입체가 됩니다. 게다가 생물이 굴 안으로 물을 밀어 넣어 순환시키기 때문에 질산염 공급도 원활해집니다.

그래서 저서생물이 풍부한 갯벌은 그렇지 않은 갯벌보다 질소 처리 용량이 큽니다. 조개를 캐고 갯지렁이를 잡는 행위가 이 기능에 어떤 영향을 주는지가 연구 주제가 되는 이유입니다.

탈질만 있는 것이 아니다 — 경쟁하는 경로

여기서부터가 이 주제의 어려운 부분입니다. 질산염이 무산소층에서 갈 수 있는 길이 하나가 아닙니다.

아나목스는 암모늄과 아질산염이 직접 반응해 질소 기체가 되는 경로입니다. 비교적 최근에 확인된 과정이고, 연안 퇴적물에서 무시할 수 없는 몫을 담당하는 것으로 보고됩니다.

문제는 DNRA입니다. 질산염이 질소 기체가 아니라 암모늄으로 되돌아가는 경로입니다. 이 길로 가면 질소는 계 안에 그대로 남고, 다시 플랑크톤의 먹이가 됩니다. 정화가 아니라 재순환입니다.

어느 경로가 우세한지는 조건에 따라 갈립니다. 유기물이 많고 황화물이 축적된 환원 환경일수록 DNRA 쪽이 유리해지는 경향이 보고됩니다. 즉 오염이 심해질수록 정화 기능이 약해지는 방향으로 작동할 수 있습니다.

이 장치의 청구서 — 아산화질소

탈질은 한 번에 질소 기체가 되는 것이 아니라 여러 단계를 거칩니다. 그 중간에 아산화질소(N₂O) 가 있습니다.

아산화질소는 강력한 온실가스입니다. 조건이 맞지 않으면 마지막 단계까지 가지 못하고 이 상태로 빠져나가는 몫이 생깁니다.

그래서 정직하게 말하면 이렇습니다. 갯벌은 질소를 제거해 수질을 지키지만, 그 과정에서 온실가스를 일부 내보냅니다. 어느 쪽이 큰지는 지역과 조건에 따라 다르고, 하나의 결론으로 말하기 어렵습니다. 이 균형을 빼고 “갯벌이 정화한다”만 말하면 절반만 전한 것이 됩니다.

이 논리가 적용되지 않는 경우

• 질소 부하가 처리 용량을 넘어설 때. 처리 속도에는 상한이 있습니다. 유입이 그 이상이면 초과분은 그대로 바다로 갑니다. 무한정 처리해 주는 장치가 아닙니다.
• 퇴적물이 과도한 환원 상태일 때. 유기물이 지나치게 쌓이면 DNRA와 황화물 축적이 우세해지고, 제거 효율이 떨어집니다.
• 조수로가 막혔을 때. 물이 드나들지 못하면 질산염 공급과 산소 재충전이 끊깁니다. 매립·제방으로 순환이 차단된 안쪽 갯벌은 면적이 남아 있어도 처리 기능이 크게 줄어듭니다.
• 저서생물이 사라졌을 때. 굴이 없으면 반응 경계면이 평면으로 돌아갑니다.
• 수온이 낮을 때. 미생물 반응이라 계절 편차가 큽니다. 겨울철 처리량을 연중 평균으로 쓰면 과대추정이 됩니다.

실무 적용 — 이 값을 인용할 때

• “갯벌의 정화 가치 ○○억원” 같은 수치는 조건을 확인하십시오. 산정에 쓰인 처리 속도, 계절, 대상 면적이 무엇인지에 따라 값이 몇 배씩 달라집니다.
• 제거와 저장을 구분해 적으십시오. 탄소는 묻어서 저장하고, 질소는 기체로 내보내 제거합니다. 성격이 다른 기능입니다.
• 퇴적물 색을 관찰하십시오. 표층 갈색층이 얇고 바로 검게 나오면 환원이 심한 상태입니다. 냄새와 함께 보면 대략의 상태를 가늠할 수 있습니다.
• 저서생물 밀도를 함께 보고하십시오. 질소 처리 기능은 생물 밀도와 연결됩니다. 화학 값만으로는 설명이 절반입니다.
• 온실가스 항목을 빼지 마십시오. 수질 개선만 계산하고 아산화질소를 빼면 편향된 평가가 됩니다.

자주 묻는 질문

Q. 갯벌이 오염을 정화한다는 말이 맞나요? 질소에 관해서는 상당 부분 맞습니다. 다만 처리 용량에 상한이 있고, 중금속처럼 분해되지 않는 오염물질은 제거되는 것이 아니라 퇴적물에 쌓입니다. 물질마다 다르게 봐야 합니다.

Q. 왜 산소가 있어야 하고 또 없어야 하나요? 두 단계가 서로 다른 조건을 요구하기 때문입니다. 질산화는 산소가 필요하고 탈질은 산소가 없어야 합니다. 갯벌은 그 두 조건이 몇 밀리미터 간격으로 붙어 있어 효율적입니다.

Q. 아나목스는 탈질과 무엇이 다른가요? 탈질은 질산염을 단계적으로 환원해 질소 기체를 만들고, 아나목스는 암모늄과 아질산염이 직접 반응합니다. 결과물이 같아도 관여하는 미생물과 조건이 다릅니다.

Q. DNRA가 나쁜 건가요? 생태계 관점에서 나쁘고 좋고를 말하기는 어렵습니다. 다만 수질 개선 관점에서는 도움이 되지 않습니다. 질소가 계 안에 남기 때문입니다.

Q. 갯벌을 매립하면 이 기능은 어떻게 되나요? 사라집니다. 그리고 대체하려면 하수처리 시설의 질소 제거 공정을 늘려야 하는데, 여기에는 건설비와 운영 에너지가 듭니다. 매립의 비용 계산에 이 항목이 빠지는 경우가 많습니다.

Q. 우리나라 갯벌의 질소 처리량은 얼마나 되나요? 지역·계절·조사 방법에 따라 값의 편차가 큽니다. 특정 수치를 인용할 때는 측정 지점과 시기를 함께 적어야 의미가 있습니다.

본 콘텐츠는 해양 생지화학 해설입니다. 인용한 과정과 경향은 일반론이며, 특정 해역의 처리량과 경로 비중은 현장 측정으로 확인해야 합니다. 최종 확인일: 2026-08-02.

작성: Inkmarsh 편집팀 — 기능과 청구서를 같이 적습니다.

1차 출처

• 연안 퇴적물의 결합 질산화-탈질(coupled nitrification-denitrification) 연구
• 아나목스(anammox)와 DNRA 경로의 상대적 기여에 관한 연구
• 생물교란이 퇴적물 산화환원 경계와 질소 제거에 미치는 영향 연구
• 해양수산부·국립해양조사원 연안 수질 및 갯벌 조사자료

⚠️ 미인용 처리

• 단위면적당 질소 제거 속도 — 지역·계절·방법에 따라 편차가 커 수치를 인용하지 않았습니다.
• 탈질·아나목스·DNRA의 기여 비율 — 환경 조건에 따라 크게 달라져 경향만 서술했습니다.
• 아산화질소 배출량과 수질 개선 편익의 상쇄 관계 — 정량 비교가 확립되지 않아 방향만 적었습니다.
• 갯벌 정화 기능의 경제적 가치 — 산정 전제에 따라 값이 크게 달라져 인용하지 않았습니다.