국내 변성암 지역 음용지하수 중 자연방사성물질(238U, 222Rn)의 환경 특성 연구 Environmental Characteristics of Naturally Occurring Radioactive Materials (238U, 222Rn) Concentration in Drinking Groundwaters of Metamorphic Rock Areas: Korea원문보기
This study has investigated naturally occurring radioactive materials (N.O.R.M; $^{238}U$, $^{222}Rn$) for 353 drinking groundwater wells in metamorphic rock areas in Korea. Uranium concentrations ranged from N.D (not detected) to 563.56 ${\mu}g/L$ (median value, 0.6...
This study has investigated naturally occurring radioactive materials (N.O.R.M; $^{238}U$, $^{222}Rn$) for 353 drinking groundwater wells in metamorphic rock areas in Korea. Uranium concentrations ranged from N.D (not detected) to 563.56 ${\mu}g/L$ (median value, 0.68 ${\mu}g/L$) and radon concentrations ranged from 108 to 11,612 pCi/L (median value, 1,400 pCi/L). Uranium and radon concentrations in the groundwater generally are similar to USA with similar geological setting. Uranium concentrations in 9 wells (2.6%) exceeded 30 ${\mu}g/L$, which is the maximum contaminant level (MCL) by the US environmental protection agency (EPA), radon concentrations in 46 wells (13%) exceeded 4,000 pCi/L, which is the Alternative MCL (AMCL) by the US.EPA. The log-log correlation coefficient between uranium and radon was 0.32. The correlation coefficient between uranium and pH was 0.12 and the correlation coefficient between radon and temperature was -0.01. The correlation coefficient between uranium and $HCO_3$ was 0.09 and the correlation coefficient between uranium and Ca was 0.11. The median value of uranium was high Chung-Buk (1.78 ${\mu}g/L$), Gyeong-Buk (1.37 ${\mu}g/L$), In-Cheon (1.06 ${\mu}g/L$) for each province. On the other hand, the median value of radon was high In-Cheon (2,962 pCi/L), Chung-Buk (2,339 pCi/L), Jeon-Buk (2,165 pCi/L) for each province. Jeon-Buk for log-log correlation coefficient is the highest (0.63) among provinces.
This study has investigated naturally occurring radioactive materials (N.O.R.M; $^{238}U$, $^{222}Rn$) for 353 drinking groundwater wells in metamorphic rock areas in Korea. Uranium concentrations ranged from N.D (not detected) to 563.56 ${\mu}g/L$ (median value, 0.68 ${\mu}g/L$) and radon concentrations ranged from 108 to 11,612 pCi/L (median value, 1,400 pCi/L). Uranium and radon concentrations in the groundwater generally are similar to USA with similar geological setting. Uranium concentrations in 9 wells (2.6%) exceeded 30 ${\mu}g/L$, which is the maximum contaminant level (MCL) by the US environmental protection agency (EPA), radon concentrations in 46 wells (13%) exceeded 4,000 pCi/L, which is the Alternative MCL (AMCL) by the US.EPA. The log-log correlation coefficient between uranium and radon was 0.32. The correlation coefficient between uranium and pH was 0.12 and the correlation coefficient between radon and temperature was -0.01. The correlation coefficient between uranium and $HCO_3$ was 0.09 and the correlation coefficient between uranium and Ca was 0.11. The median value of uranium was high Chung-Buk (1.78 ${\mu}g/L$), Gyeong-Buk (1.37 ${\mu}g/L$), In-Cheon (1.06 ${\mu}g/L$) for each province. On the other hand, the median value of radon was high In-Cheon (2,962 pCi/L), Chung-Buk (2,339 pCi/L), Jeon-Buk (2,165 pCi/L) for each province. Jeon-Buk for log-log correlation coefficient is the highest (0.63) among provinces.
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문제 정의
, 2011), 변성암 지역에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 이에 본 연구는 1) 변성암 지역 지하수를 대상으로 현장 수질 측정 및 양ㆍ음이온 분석, 자연방사성물질(우라늄, 라돈) 분석, 우라늄과 라돈의 상관성 분석, 주요이온과 자연방사성물질과의 상관성 분석, 지역별 변성암 지역 지하수의 함량 등을 통하여 국내 변성암 지역 지하수에서 자연방사성 물질의 함량과 환경 특성을 파악하고, 2) 변성암 지역 지하수도 화강암 지역만큼 자연방사성 물질의 중요 조사지역임을 인식시키고자 하였다.
본 연구는 국내 변성암지역 지하수에서의 자연방사성물질의 환경 특성을 알기 위하여 마을상수도로 사용되어지고 있는 지하수공 353개소에 대하여 자연방사성물질(우라늄, 라돈)과 지하수 수질(현장수질, 주요 양음이온)을 분석하였다. 연구 지역의 변성암을 지질시대별로 분류하면 선캠브리아기 287개소, 시대미상 65개소, 중생대 1개소로 나타났으며 선캠브리아기 변성암이 조사지질의 81%를 차지하였다.
제안 방법
35 Bq/g) 1 mL를 첨가한다. vial을 30회 정도 세게 흔든 후 LSC로 측정한 초기값과 암소에서 30일 이상 방치한 후의 나중값(226Ra 및 딸핵종이 방사평형된 값)을 Equation 1에 대입하여 효율(%)을 산정하였다. 식 (1)은 LSC의 라돈측정 효율값을 산정하기 위한 식이며 라돈의 함량이 빠르게 반감되기 때문에 붕괴상수와 경과시간을 고려하여 효율을 산정한다.
45 μm, mixed cellulose ester, advantec)로 여과한 후 폴리에틸렌(Poly Ethylene) 병(125 mL)에 넣고 침전 및 흡착을 방지하기 위해 질산을 첨가하여 pH를 약 2 이하로 조절하였다. 라돈 시료는 섬광용액(Optiphase Highsafe 3, Perkin Elmer) 12 mL를 넣은 폴리에틸렌 바이알(22 mL)을 미리 준비하여 현장에서 원수 8 mL를 피펫으로 넣고 밀봉한 후 약 30회 정도 세 개 흔들어 물 중 라돈이 섬광용액으로 확산하도록 하였다. 라돈이 비활성 기체라는 점을 감안하여 인위적인 방출을 최소화 하도록 주의하였다.
우라늄 시료는 원수를 멤브레인필터(0.45 μm, mixed cellulose ester, advantec)로 여과한 후 폴리에틸렌(Poly Ethylene) 병(125 mL)에 넣고 침전 및 흡착을 방지하기 위해 질산을 첨가하여 pH를 약 2 이하로 조절하였다.
조사한 전체 지점의 우라늄과 라돈간의 상관계수를 loglog스케일로 표현해 보았다(Fig. 4). 우라늄과 라돈의 상관계수는 0.
조사한 지점을 지역별(도ㆍ광역시)로 구분하여 기존에 전국적으로 조사한 결과(Jeong et al., 2011)와 비교해보았다(Table 6). 우라늄의 중앙값은 충북(1.
대상 데이터
우라늄 및 양ㆍ음이온의 정도관리는 Table 2에 정리하였고 라돈의 측정효율은 Table 3에 정리하였다. 라돈의 측정효율은 222Rn의 표준선원이 없기 때문에 모핵종인 226Ra 표준선원(NIST SRM 4966A, 약 287 Bq/g)을 사용하였다. 226Ra 표준선원액을 14.
시료채취지점의 선정은 전국의 변성암 지역에 위치한 관정을 대상으로 수행하였으며, 음용수로 이용하고 있는 마을상수도를 대상으로 채수가 가능한 관정을 우선 선정하였다. 지역별로 조사지점수를 균등하게 선정하고자 하였으나 변성암 지역이 많이 분포하면서 채수가 가능한 지점이 많은 경기, 전남, 충남 지역이 상대적으로 많았다(Table 1, Fig.
353개 조사지점의 우라늄과 라돈 함량 및 현장항목, 양음이온 결과값을 Table 4에 정리하였다. 전체 조사지역중에서 이온전하균형(charge balance)이 절대값 10 이내인 201개 지점의 양ㆍ음이온 데이터를 Piper diagram으로 도시하였다(Fig. 2). 양이온은 Ca 우세형, 음이온은 HCO3 우세형을 보인다.
지질 조사는 한국지질자원연구원의 1 : 50,000 및 1 : 250,000 지질도를 이용하였다. 조사지점의 지질은 시대별로 선캄브리아기 287개 지점, 시대미상 65개 지점, 중생대 1개 지점으로 선캄브리아기 변성암이 조사지질의 81%를 차지하였다(Table 1).
지하수 시료는 주민들이 음용으로 이용하고 있는 마을 상수도의 원수를 대상으로 채취하였다. 지하수의 현장시료 채취, 보관방법은 국립환경과학원의 지하수 중 자연방사성물질 함유실태 조사에 제시된 시험방법(안)에 준하여 행하였다(Kim et al.
이론/모형
우라늄 분석은 Standard Method 3125에 준하여 수행하였고 ICP-MS(Agilent 7500 Series)를 사용하였다. 라돈 분석은 액체섬광계수법(Shin et al., 1999)을 사용하였으며 LSC(Perkin Elmer, Quantulus 1220)를 사용하였다. 우라늄 및 양ㆍ음이온의 정도관리는 Table 2에 정리하였고 라돈의 측정효율은 Table 3에 정리하였다.
양이온 분석은 Standard Method 3120에 준하여 수행하였고 분석기기는 ICP-OES(Horiva & Jobin Yvon)를 사용하였다.
음이온 분석은 먹는물 공정시험기준에 준하여 수행하였고 분석기기는 IC(Metrohm 850C)를 사용하였다. 우라늄 분석은 Standard Method 3125에 준하여 수행하였고 ICP-MS(Agilent 7500 Series)를 사용하였다. 라돈 분석은 액체섬광계수법(Shin et al.
양이온 분석은 Standard Method 3120에 준하여 수행하였고 분석기기는 ICP-OES(Horiva & Jobin Yvon)를 사용하였다. 음이온 분석은 먹는물 공정시험기준에 준하여 수행하였고 분석기기는 IC(Metrohm 850C)를 사용하였다. 우라늄 분석은 Standard Method 3125에 준하여 수행하였고 ICP-MS(Agilent 7500 Series)를 사용하였다.
지하수 시료는 주민들이 음용으로 이용하고 있는 마을 상수도의 원수를 대상으로 채취하였다. 지하수의 현장시료 채취, 보관방법은 국립환경과학원의 지하수 중 자연방사성물질 함유실태 조사에 제시된 시험방법(안)에 준하여 행하였다(Kim et al., 2007). 우라늄 시료는 원수를 멤브레인필터(0.
현장수질 항목 측정은 KS 표준에 따랐고 측정기기는 Orion 5 star(Thermo)를 사용하였다. 양이온 분석은 Standard Method 3120에 준하여 수행하였고 분석기기는 ICP-OES(Horiva & Jobin Yvon)를 사용하였다.
성능/효과
각 지역별 우라늄과 라돈의 상관관계를 분석해 본 결과 전북(r = 0.63), 인천(r = 0.50), 경기(r = 0.46), 강원(r = 0.46),경북(r = 0.43)은 다른 지역보다 높은 상관관계를 보였다(Fig. 8). 특히 전북지역은 다른 지역에 비해 가장 높은 상관관계를 보이는데 대해 추후 여러 요인들과의 상관분석을 연구해볼 필요가 있다.
, 2004). 간추려보면 우리나라와 미국은 우라늄, 라돈 함량이 대체로 유사하게 나타났고 브라질과 폴란드는 우리나라에 비해 대체로 낮은 함량으로 나타났다. 하지만 보다 타당한 결과를 얻기 위해서는 국내 조사개수를 충분히 확보하고 외국의 문헌자료를 지속적으로 축적하는 것이 필요하다고 생각한다.
두 번째로 높은값인 100 μg/L 지점의 지질은 선캄브리아기편마암이며 인근에 백악기퇴적암 지대가 분포하고 있었다.
라돈 함량분포는 108 pCi/L~11,612 pCi/L이며, 평균값은 2,118 μg/L, 중앙값은 1,400 μg/L로 나타났다. 라돈 함량을 일정한 범위로 구분하여 히스토그램으로 나타낸 결과, 저함량이 많이 분포하고 있는 우라늄과는 달리 대부분의 지점이 4,000 pCi/L 이하이지만 그 이상의 지점도 다소 있음을 알 수 있다(Fig. 3(b)).
, 1997). 본 연구에서는 라돈과 온도의 상관관계가 -0.01로 낮은 부의 상관관계로 나타났다(Fig. 5).
222Rn은 238U의 딸핵종이기 때문에 밀폐된 공간에서 방사성붕괴가 지속적으로 발생할 경우 정비례관계가 성립되지만 일반적으로 자연계에서 222Rn과 238U는 상관관계가 높지 않은 것으로 보고됐다. 본 연구에서는 우라늄과 라돈의 log-log scale 상관관계가 0.32로 나타나 우라늄 농도가 높은 지역이 반드시 라돈 농도가 높은 지역이 아님을 보여주었다. 이렇게 상관관계가 낮은 가장 큰 이유는 대수층의 여러 가지 복잡한 환경조건 및 우라늄과 라돈의 성상특성에 기인한다.
본 연구는 국내 변성암지역 지하수에서의 자연방사성물질의 환경 특성을 알기 위하여 마을상수도로 사용되어지고 있는 지하수공 353개소에 대하여 자연방사성물질(우라늄, 라돈)과 지하수 수질(현장수질, 주요 양음이온)을 분석하였다. 연구 지역의 변성암을 지질시대별로 분류하면 선캠브리아기 287개소, 시대미상 65개소, 중생대 1개소로 나타났으며 선캠브리아기 변성암이 조사지질의 81%를 차지하였다.
우라늄과 pH는 약한 정의 상관관계(0.12)를 보였고, 라돈은 온도와 약한 부의 상관관계(−0.01)를 보였다.
1,000 pCi/L 이하인 지점 120개 지점 중 우라늄이 10 μg/L 이상인 지점은 단 한 지점 이었다. 이런 결과로 보아 우라늄 함량이 높은 지역은 라돈 함량도 높을 가능성이 있는 것으로 보이며, 변성암 지질의 지역에서도 EPA의 기준치 및 제안치를 초과하는 고함량의 자연방사성물질이 일부 검출됨을 알 수 있다.
3(b)). 이를 좀 더 세분화하면 라돈 함량이 300 pCi/L 미만인 지점은 20개(5.7%), 300~4,000pCi/L 범위의 지점은 287개(81.3%)이고, EPA의 음용수중라돈 제안치인 4,000 pCi/L를 초과하는 지점은 46개소(13%)이며 핀란드 제안치인 8,100 pCi/L를 초과하는 지점은 3개소(0.8%)로 나타났다(Table 5). 최고값인 11,612pCi/L 지점은 우라늄 함량이 최고인 지점이며, 두 번째로 높은 함량인 9,721 pCi/L 지점 역시 우라늄 함량이 두 번째로 높은 지점이었다.
조사지역의 수질유형은 Ca-Na-HCO3 유형이 우세했고, 일부 관정은 NO3 값이 높아 천부지하수의 유입 혹은 오염의 가능성을 보여주었다.
지질 조사는 한국지질자원연구원의 1 : 50,000 및 1 : 250,000 지질도를 이용하였다. 조사지점의 지질은 시대별로 선캄브리아기 287개 지점, 시대미상 65개 지점, 중생대 1개 지점으로 선캄브리아기 변성암이 조사지질의 81%를 차지하였다(Table 1).
시료채취지점의 선정은 전국의 변성암 지역에 위치한 관정을 대상으로 수행하였으며, 음용수로 이용하고 있는 마을상수도를 대상으로 채수가 가능한 관정을 우선 선정하였다. 지역별로 조사지점수를 균등하게 선정하고자 하였으나 변성암 지역이 많이 분포하면서 채수가 가능한 지점이 많은 경기, 전남, 충남 지역이 상대적으로 많았다(Table 1, Fig. 1).
후속연구
결론적으로 변성암 지역의 지질에서도 고함량의 우라늄과 라돈이 일부 검출되는 것을 확인하였으며, 변성암 지역도 지속적인 연구가 필요한 것으로 판단된다. 향후의 연구는 조사지점의 지질뿐만 아니라 인근의 우세한 지질을 고려한 연구 및 천부지하수의 영향이 적은 관정을 위주로 진행하는 것이 필요하다.
56 μg/L 지점의 지질은 선캄브리아기편마암이며 인근에 쥬라기흑운모화강암이 관입되어 있었다. 따라서 이 지점의 대수층이 흑운모화강암과 접촉하는 지하수에 영향을 받은 것으로 예상되지만, 지하수공의 시추를 통한 암석박편의 현미경 관찰, EPMA등을 통한 자연방사성물질 함유 광물 파악과 지하수의 수리지화학적 특성 등 많은 연구가 필요하다. 두 번째로 높은값인 100 μg/L 지점의 지질은 선캄브리아기편마암이며 인근에 백악기퇴적암 지대가 분포하고 있었다.
8). 특히 전북지역은 다른 지역에 비해 가장 높은 상관관계를 보이는데 대해 추후 여러 요인들과의 상관분석을 연구해볼 필요가 있다.
결론적으로 변성암 지역의 지질에서도 고함량의 우라늄과 라돈이 일부 검출되는 것을 확인하였으며, 변성암 지역도 지속적인 연구가 필요한 것으로 판단된다. 향후의 연구는 조사지점의 지질뿐만 아니라 인근의 우세한 지질을 고려한 연구 및 천부지하수의 영향이 적은 관정을 위주로 진행하는 것이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방사성 물질은 무엇에 기원하며, 어디에 존재하나?
환경 중 자연적으로 발생하는 방사성 물질은 크게 3가지 모핵종(235U, 238U, 232Th)에서 기원하며 대기, 물, 동·식물, 토양 및 암석에서 다양한 형태와 함량으로 존재한다. 지하수 중 자연방사성 물질은 강수가 지표에 도달하면 지하로 침투하여 토양 및 암석과 반응하고 지속적으로 방출된다.
우리나라의 지질로는 무엇이 존재하는가?
우리나라의 지질은 선캄브리아기부터 신생대까지 다양한 지층과 암석이 존재한다. 선캄브리아기 변성암류와 중생대의 심성암류는 우리나라 지질의 반 이상을 차지하며 선캄브리아시대의 변성암은 주로 경기육괴와 영남육괴로 나뉜다(Sigma Press, 1992).
본 연구에서 대상으로 삼은 국내 변성암지역의 253개소 변성암을 지질시대별로 분류하면 어떻게 되는가?
본 연구는 국내 변성암지역 지하수에서의 자연방사성물질의 환경 특성을 알기 위하여 마을상수도로 사용되어지고 있는 지하수공 353개소에 대하여 자연방사성물질(우라늄, 라돈)과 지하수 수질(현장수질, 주요 양음이온)을 분석하였다. 연구 지역의 변성암을 지질시대별로 분류하면 선캠브리아기 287개소, 시대미상 65개소, 중생대 1개소로 나타났으며 선캠브리아기 변성암이 조사지질의 81%를 차지하였다.
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