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LNAPL에 의한 소수성 유기오염물질의 지하환경 내 이동성 변화가 위해성 증가에 미치는 영향: p-xylene과 benz[a]anthracene의 경우
Enhanced Transport and Risk of a Highly Nonpolar Pollutant in the Presence of LNAPL in Soil-groundwater System: In Case of p-xylene and benz[a]anthracene 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.12 no.4, 2007년, pp.25 - 31  

류혜림 (서울대학교 공과대학 건설환경공학부) ,  한준경 (서울대학교 공과대학 건설환경공학부) ,  김영진 (서울대학교 공과대학 건설환경공학부) ,  남경필 (서울대학교 공과대학 건설환경공학부)

초록
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물질 간 상호작용이 위해도에 많은 영향을 미칠 수 있다는 것은 널리 알려져 있지만 이를 위해성평가에 적용할 수 있는 방안은 아직 미미한 실정이다. 본 연구에서는 p-xylene이 토양 내에 존재할 때, 대수층으로의 이동성이 극히 제한적인 benz[a]anthracene (BaA)의 지하수로의 이동성 증가를 확인하고 그 증가된 위해도를 산정하기 위하여, 지하 환경을 모사한 셀을 제작하여 실험을 수행하였으며, 이를 해석하는 간단한 물질이동 모델을 개발하였다. 셀 실험 결과 BaA의 이동성은, BaA와 p-xylene이 혼합물질로 동시에 존재하는 경우에, BaA만으로 오염되어 있는 경우보다 월등히 높았다. 후자의 경우는 강우에 의한 이동이 주요 이동기작이었으며 그 정도는 아주 미미하였다. Defined Time Steps (DTS)을 이용하여 개발된 오염물질 이동모델은 두 물질 모두 실험결과와 유사한 경향을 보이며 변하는 것을 확인하였으나, 더욱 정확한 예측을 위하여 모델의 수정, 보완작업이 계속되고 있으며 이는 다음 연구의 주제가 될 것이다. 실험실 규모의 셀 실험의 경우 모세관대가 물질이동에 중요한 역할을 하기 때문에 실험실 규모의 시뮬레이션에서는 모세관대 모듈을 적용하는 것이 보다 적합한 것으로 나타났다. 현장규모 오염에서의 모델링 결과를 토대로 위해도를 산정하고 비교한 결과, 지하수 섭취를 통한 BaA의 발암위해도는 NAPL이 존재할 때, 존재하지 않을 때보다, 약 15${\sim}$87배 크게 계산되었다. NAPL이 존재하지 않는 경우 BaA의 지중 이동속도는 매우 느리며, 실제 오염현장의 경우 이동 과정에서 물질분해가 일어나므로 NAPL의 존재 여부에 따른 실제 위해도 차이는 더 크게 발생할 것으로 예상된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Characterizing the risk posed by a mixture of chemicals is a challenging task due to the chemical interactions of individual components that may affect their physical behavior and hence alter their exposure to receptors. In this study, cell tests that represent subsurface environment were carried ou...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 오염물질 간의 상호작용, 특히 물질의 상 변화에 의한 이동성 변화가 위해성에 미치는 영향을 다루며, 이를 위하여 고체상 오염물질인 PAHs와 액체상 오염물질인 NAPL이 토양 내에서 혼합되었을 때 발생하는 현상을 중점적으로 다루었다. 이러한 현상은 실제로 PAHs와 NAPL이 혼재되어 있는 대부분의 유류오염지역에서 나타나고 있다(Potter and Simmons, 1998).
  • 모델의 가장 큰 특징은 Defined Time Steps(DTS) 라는 시간 개념을 도입한 것인데, DTS란 시스템 안에 어떠한 작용이 일어났을 때를 시작으로 그것으로 인한 모든 물질 움직임이 멈출 때까지의 시간을 일컫는 것으로 물질 이동을 모사하는 미분방정식을 사용하는 것보다 간단하게 모델을 구현할 수 있다. 본 연구에서는 실시간 물질 이동보다는 이동성 변화에 따른 최종적인 노출량에 초점을 두고 있기 때문에 이러한 DTS 기반의 모델이 적합하다. 이 모델은 NAPL과 PAH의 평형 방정식을 기본으로 하고 있다(한, 2007).
  • 이러한 현상은 실제로 PAHs와 NAPL이 혼재되어 있는 대부분의 유류오염지역에서 나타나고 있다(Potter and Simmons, 1998). 본 연구에서는 토양 내 물질 간 상 변화가 위해성에 미치는 영향을 입증하기 위하여, 지중에서 LNAPL을 형성하는 p-xylene과 대표적 발암물질 중의 하나인 benz[a]anthracene을 대상으로, 지하환경을 모사한 실험을 통하여 대상오염물질의 이동성 변화를 실제적으로 확인하고 이를 이론적으로 해석 하는 모델을 제작하여, 이들을 이용함으로써 가상의 현장 규모 오염지역에서 NAPL의 유무에 따른 PAHs의 위해도 차이를 산정하고자 하였다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 체중 65 kg의 성인남성이 하루 2 L씩 30년 간 지하수를 음용한다고 가정하여 발암물질인 benz[a]anthracene에 대한 발암위해도를 계산하였다. 일반적으로 발암물질의 목표 위해성수준은 10−6~10−4로 정하고 있다(US EPA, 1991).
  • ⑥ 물질은 용해된 상태로만 이동가능하며, ⑦ NAPL은 지하수면 위에 축적되고 ⑧ 지하수 농도 측정 지점은 오염지역 인근이다. 불포화층에서 내려온 물질은 지하수에 바로 유입되지 않고 float zone이라는 부유상태의 층으로 존재하다가 지하수에 가능한 만큼 용해되는 것으로 가정하였다.
  • 주문진 표준사로 충진된 두 개의 셀에 p-xylene, benz[a]anthracene을 일정 비율로 혼합한 용액과 benz [a]anthracene만을 각각 불포화대에 주입한 후, 시간의 경과에 따라 유출수 내 물질 농도를 비교하였다. 셀은 높이 40 cm, 폭 20 cm, 너비 7.5 cm의 크기로, 불포화층과 포화층을 모두 모사할 수 있도록 설계되었으며, 토양 내 물질 움직임의 재현에 대한 타당성을 향상시키기 위하여 주기적인 강우도 함께 가정하여 모사하였다. 셀의 하단부에는 지하수를 모사하기 위한 유수구가 양쪽에 5 cm의 높이 차이를 두고 설치되었으며, 하단의 낮은 쪽 유수구에 3 mL/min의 일정한 유량으로 물을 유입시켜 지하수대를 형성하고 반대쪽의 높은 유수구를 통해 유출수가 흘러나오도록 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재까지 혼합물질에 대한 위해성 평가는 어떻게 이루어졌는가? 그러나 수용체가 여러 오염물질에 대하여 한꺼번에 노출이 되는 복합오염의 경우 물질들 간의 상호작용에 의한 영향으로 그 정확성과 신뢰도가 떨어지게 된다. 현재까지 혼합물질에 대한 위해성 평가는 개별 구성물질들의 종류가 모두 파악이 되고 그 물질들에 대한 충분한 정보가 있는 경우에 한하여 개별 물질들의 위해성을 합산하는 방식으로 이루어졌으며, 그렇지 못한 혼합물에 대해서는 구성물질들 중 비슷한 물질끼리 묶어서 정보가 충분한 한 종류의 대표 물질로 여겨 평가를 실시하는 제한적인 방식만이 이루어졌다(US EPA, 2000, 2003; Brown, 1999).
위해성 평가란 무엇인가? 위해성 평가는 오염지역에서의 유해물질에 대한 위험성을 측정하는 지표로서, 그 중요성과 활용 범위가 점차 증가하는 추세에 있다. 그러나 수용체가 여러 오염물질에 대하여 한꺼번에 노출이 되는 복합오염의 경우 물질들 간의 상호작용에 의한 영향으로 그 정확성과 신뢰도가 떨어지게 된다.
어떤 경우에 위해성 평가의 정확성과 신뢰도가 떨어지게 되는가? 위해성 평가는 오염지역에서의 유해물질에 대한 위험성을 측정하는 지표로서, 그 중요성과 활용 범위가 점차 증가하는 추세에 있다. 그러나 수용체가 여러 오염물질에 대하여 한꺼번에 노출이 되는 복합오염의 경우 물질들 간의 상호작용에 의한 영향으로 그 정확성과 신뢰도가 떨어지게 된다. 현재까지 혼합물질에 대한 위해성 평가는 개별 구성물질들의 종류가 모두 파악이 되고 그 물질들에 대한 충분한 정보가 있는 경우에 한하여 개별 물질들의 위해성을 합산하는 방식으로 이루어졌으며, 그렇지 못한 혼합물에 대해서는 구성물질들 중 비슷한 물질끼리 묶어서 정보가 충분한 한 종류의 대표 물질로 여겨 평가를 실시하는 제한적인 방식만이 이루어졌다(US EPA, 2000, 2003; Brown, 1999).
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참고문헌 (20)

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  2. 한준경, 2007, LNAPL에 의한 benz[a]anthracene의 상변화가 benz[a]anthracene의 위해도에 미치는 영향. 서울대학교 대학원 지구환경시스템공학부 석사학위 논문 

  3. Agency for Toxic Substances and Disease Registry, 1995, Toxicological Profile for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, US Department of Health and Human Services, Atlanta, GA, USA., p. 209-221 

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  20. US EPA, see US Environmental Protection Agency 

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