[국내논문]경북지역의 먹는 물에서 지질에 따른 비소, 스트론튬, 셀레늄 검출 특성 Occurrence of Arsenic, Strontium, and Selenium in Drinking Water in Kyungpook Province, Korea, in Relation to Geologic Formations원문보기
상수도 보급율이 계속적으로 높아지면서 먹는 물의 관리가 대형화 및 전문화되고 있어 안전한 물 공급에 유리한 면이 많다. 그러나 농어촌지역의 경우 소규모 상수도 및 지하수, 샘물 등을 먹는 물로 이용하는 경우가 여전히 많다. 지하수를 포함한 먹는 물에는 다양한 오염물질이 포함되어 있다. 개별 또는 소규모 정수시설의 경우 비소를 포함하는 중금속에 의해 오염되어 있을 가능성을 배제할 수 없고 대부분 자연기원인 셀레늄, 스트론튬 등의 미량원소의 농도도 높게 검출되는 경우가 있다. 본 연구에서는 경북중북부지역의 지하수, 소규모 먹는 물 공급시설을 대상으로 비소, 셀레늄, 스트론튬의 농도를 측정하였으며 오염 정도를 국내외 환경기준과 비교하고 시료를 채취한 지역의 지질적 특성과도 비교 분석하였다. 비소의 경우 총 1,412개의 시료 가운데 WHO 및 국내의 먹는 물 기준을 초과한 시료는 76개이며 비율은 5.38%이다. 셀레늄의 경우 총 1,283개의 시료 가운데 WHO의 권고기준을 초과한 시료는 4개이며 비율은 0.31%이다. 지질적 특성비교에서 비소의 경우 흑운모화강섬록암 > 흑운모 화강암 > 대구층에서 높게 검출되었으며, 셀레늄의 경우 흑운모화강암 > 흑색혈암 > 홍적층의 지질의 지역에서 높게 검출되었다.
상수도 보급율이 계속적으로 높아지면서 먹는 물의 관리가 대형화 및 전문화되고 있어 안전한 물 공급에 유리한 면이 많다. 그러나 농어촌지역의 경우 소규모 상수도 및 지하수, 샘물 등을 먹는 물로 이용하는 경우가 여전히 많다. 지하수를 포함한 먹는 물에는 다양한 오염물질이 포함되어 있다. 개별 또는 소규모 정수시설의 경우 비소를 포함하는 중금속에 의해 오염되어 있을 가능성을 배제할 수 없고 대부분 자연기원인 셀레늄, 스트론튬 등의 미량원소의 농도도 높게 검출되는 경우가 있다. 본 연구에서는 경북중북부지역의 지하수, 소규모 먹는 물 공급시설을 대상으로 비소, 셀레늄, 스트론튬의 농도를 측정하였으며 오염 정도를 국내외 환경기준과 비교하고 시료를 채취한 지역의 지질적 특성과도 비교 분석하였다. 비소의 경우 총 1,412개의 시료 가운데 WHO 및 국내의 먹는 물 기준을 초과한 시료는 76개이며 비율은 5.38%이다. 셀레늄의 경우 총 1,283개의 시료 가운데 WHO의 권고기준을 초과한 시료는 4개이며 비율은 0.31%이다. 지질적 특성비교에서 비소의 경우 흑운모화강섬록암 > 흑운모 화강암 > 대구층에서 높게 검출되었으며, 셀레늄의 경우 흑운모화강암 > 흑색혈암 > 홍적층의 지질의 지역에서 높게 검출되었다.
As the water supply system has been installed over the country, the management of drinking water could be easier and controlled by experts. This helps to supply safe water to public. However, in rural area, small scale water treatment systems or groundwater haves been used as drinking water supplier...
As the water supply system has been installed over the country, the management of drinking water could be easier and controlled by experts. This helps to supply safe water to public. However, in rural area, small scale water treatment systems or groundwater haves been used as drinking water supplier. The drinking water including groundwater contains various contaminants. Private or small scale water treatment system can be contaminated with heavy metals such as arsenic, selenium and strontium which are usually originated from natural source. Arsenic, selenium and strontium have been determined from the goundwater, small scale water treatment system in the Kyungpook area. The results have been compared with the Korean and international standards. The results were analyzed on the geological characteristics of the area. Among the total of 1,412 samples, 76 samples showed higher concentration of arsenic than WHO guideline and the Korean drinking water standard. Total 4 samples had higher contents of selenium than WHO guideline which was $10{\mu}g/L$. In the analysis of geological characteristics, arsenic was highly released from a few area and which are in order of biotite granodiorite > biotite granite > daegu formation. Selenium has been highly released from biotite granite > black shale > diluvium.
As the water supply system has been installed over the country, the management of drinking water could be easier and controlled by experts. This helps to supply safe water to public. However, in rural area, small scale water treatment systems or groundwater haves been used as drinking water supplier. The drinking water including groundwater contains various contaminants. Private or small scale water treatment system can be contaminated with heavy metals such as arsenic, selenium and strontium which are usually originated from natural source. Arsenic, selenium and strontium have been determined from the goundwater, small scale water treatment system in the Kyungpook area. The results have been compared with the Korean and international standards. The results were analyzed on the geological characteristics of the area. Among the total of 1,412 samples, 76 samples showed higher concentration of arsenic than WHO guideline and the Korean drinking water standard. Total 4 samples had higher contents of selenium than WHO guideline which was $10{\mu}g/L$. In the analysis of geological characteristics, arsenic was highly released from a few area and which are in order of biotite granodiorite > biotite granite > daegu formation. Selenium has been highly released from biotite granite > black shale > diluvium.
각 분석 원소는 표준원액(ICP-MS용 100mg/L) 및 질산(68～70%, 특급)을 각각 1mL씩 취하여 100mL 용량플라스크에서 희석하여 표선까지 3차 증류수를 넣어 표준용액(1mg/L) 을 조제하였다.
각 중금속의 농도를 각 시, 군별로 구분하여 분석하였다(Fig. 3). 영주, 안동, 의성, 상주 등의 경북 중북부지역의 비소, 셀레늄, 스트론튬 농도가 다소 다른 지역에 비해 높은 것으로 나타났다.
경북지역의 대형 상수시설을 제외한 지하수, 샘물, 비상급수시설, 소규모 급수시설 등의 먹는 물 시료를 대상으로 비소, 셀레늄, 스트론튬의 농도를 조사하였다. 분석결과 값을 시료의 종류별, 시료를 채취한 지역의 지질별, 지자체별로 구분하여 비교하여 다음과 같은 결과를 얻게 되었다.
본 연구에서는 보건환경연구원에 분석 의뢰되는 경상북도지역의 먹는 물 중 마을 상수도 및 소규모 급수시설, 지하수, 샘물 및 먹는 샘물, 먹는 물 공동시설, 지하수 측정망 및 민방위 비상 급수시설 등의 물 시료를 대상으로 비소, 셀레늄, 스트론튬 등의 농도를 측정하였으며, 결과를 국내외 수질기준과 비교하여 지질적 특성 및 행정적 구역으로 나누어 고찰하였다.
본 연구의 관심대상인 비소, 셀레늄, 스트론튬의 상위 100여 개 고농도와 동시에 분석된 수질인자(pH, 경도, 황산이온, 과망간산칼륨소비량) 등과 상관성분석을 수행하였으며 경도와 각 중금속의 상관성을 그래프로 Fig. 4에 나타내었다. 스트론튬과 경도는 R2가 0.
경북지역의 대형 상수시설을 제외한 지하수, 샘물, 비상급수시설, 소규모 급수시설 등의 먹는 물 시료를 대상으로 비소, 셀레늄, 스트론튬의 농도를 조사하였다. 분석결과 값을 시료의 종류별, 시료를 채취한 지역의 지질별, 지자체별로 구분하여 비교하여 다음과 같은 결과를 얻게 되었다.
시료의 경우 Whatman사의 0.45㎛의 PTFE Syrige Filter 를 이용하여 여과한 뒤 질산(68～70%, 특급)으로 전처리(0.5 V/V%로 산처리)하여 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS Spectrometer, Perkin Elmer, ELAN DRC-e)를 사용하여 정량분석하였다. ICP-MS 분석의 경우 표준용액(1mg/L)을 증류수로 희석하여 5, 10, 20, 30μg/L 4 point의 비소(As75), 셀레늄(Se82), 스트론튬(Sr88)농도 검량선을 작성하여 시료를 분석하였다.
1에 나타내었다. 지하수, 정수, 마을 상수도 등의 시료가 모두 동일한 조건에서 생산된 것은 아니며, 각 지역의 특성 및 사용하는 정수공정의 차이 등으로 인하여 다소 차이가 있어 엄격한 구분이 불가능한 경우도 있으나 가능한 각 먹는 물 종류에 근접한 특성을 가진 것을 하나의 종류로 하여 구분하였다. 비소와 셀레늄은 각 먹는 물 종류에 따른 검출경향이 유사하며 지하수와 샘물, 소규모 정수시설에서 비교적 높게 검출되었다.
지하수의 경우 지질적 특성을 반영하고 있을 가능성이 매우 높으며 지표수의 경우에도 일부 지질적 특성을 반영하고 있을 수 있으므로 모든 시료를 채취한 지역의 지질에 따라 구분하여 정리하였다(Table 2, Fig. 2). 총 24개의 지질별로 구분하였으며 각 지질에 대한 평균값과 중앙값을 구하였다.
2). 총 24개의 지질별로 구분하였으며 각 지질에 대한 평균값과 중앙값을 구하였다. 비소의 경우 흑운모화강섬록암 또는 흑운모화강암지역에서 평균 및 중앙값이 다른 지질에 비하여 유의하게 높으며 흑운모 화강섬록암의 경우 평균이 23.
대상 데이터
경상북도 중남부지역 시･군에 소재하고 있는 마을 상수도 및 소규모 급수시설, 지하수, 샘물 및 먹는 샘물, 먹는 물 공동시설, 지하수 측정망, 민방위 비상 급수시설 가운데 연구원에 의뢰되는 시료를 사용하였으며 일부 사회복지시설 지하수, 민･관합동수질 확인검사 시료 등은 직접 시료를 채수하여 조사하였다.
본 연구에는 고순도의 시약이 사용되었고 주로 질산, 표준 금속원소 등이 구입되었으며 구입 후 추가정제 없이 사용하였다. 중금속 분석용 고순도 Nitric acid(HNO3, 68∼70%, 유해중금속용, JUNSEI)을 사용하였다.
중금속 분석용 고순도 Nitric acid(HNO3, 68∼70%, 유해중금속용, JUNSEI)을 사용하였다.
성능/효과
스트론튬의 경우 비소와 다른 경향을 보이며 이는 스트론튬이 포함되어 있는 지질이 다르거나 발생기원이 대기 등 지질기원이 아닐 가능성을 보여주었다. 경도, pH, 황산이온 농도, 과망간산칼륨소비량 등의 수질인자와 상관성분석에서 매우 낮은 상관성을 보였다. 중금속의 유출은 지질적 요인 외에 산화-환원, 미생물의 활동 등에 영향을 받으므로 보다 종합적이고 광범위한 조사가 필요하다고 판단된다.
본 연구에서도 먹는 물이 만들어지는 지역의 지질을 고려하였을 뿐 산화-환원상태 및 미생물의 활동 정도는 고려되지 않았다. 그러나 본 연구에서는 1,200여개 이상의 시료를 시료의 채취지역의 지질과 연계하여 분석한 결과 지질적 특성이 유의하게 비소의 함량에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. 셀레늄의 경우 몇몇지질에 있어서 검출경향이 비소와 유사한 것을 알 수 있으며, 특히 흑운모 화강암, 흑색혈암, 흑운모 화강섬록암, 책약산반암, 홍적층, 팔공산 화강암 등의 지층에서 높게 검출되었다.
지하수, 정수, 마을 상수도 등의 시료가 모두 동일한 조건에서 생산된 것은 아니며, 각 지역의 특성 및 사용하는 정수공정의 차이 등으로 인하여 다소 차이가 있어 엄격한 구분이 불가능한 경우도 있으나 가능한 각 먹는 물 종류에 근접한 특성을 가진 것을 하나의 종류로 하여 구분하였다. 비소와 셀레늄은 각 먹는 물 종류에 따른 검출경향이 유사하며 지하수와 샘물, 소규모 정수시설에서 비교적 높게 검출되었다. 이는 샘물의 경우 지하수 또는 지하수가 포함된 물일 가능성이 높으며 소규모 정수시설의 경우에도 지하수를 사용하는 경우가 있어 넓게 보아 지하수 기반의 먹는 물이 비소 및 셀레늄의 농도가 높다고 판단할 수 있다.
비소와 셀레늄은 매우 유사한 검출특성을 보였으며 비소의 경우 약 5%의 시료가 WHO의 먹는 물 권고기준을 초과하였으며 셀레늄의 경우 약 0.3% 정도가 먹는 물 기준을 초과하였다. 시료의 종류별 분류에서 비소와 셀레늄은 지하수 및 지하수기반에 가까운 먹는 물에서 상대적으로 높은 농도가 얻어졌으며 상대적으로 지표수에 의존 비율이 높은 상수 등의 경우 낮은 농도의 비소, 셀레늄이 검출되어 경북지역의 먹는 물에 포함된 비소, 셀레늄은 지질적 기원일 가능성이 매우 높다.
그러나 본 연구에서는 1,200여개 이상의 시료를 시료의 채취지역의 지질과 연계하여 분석한 결과 지질적 특성이 유의하게 비소의 함량에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. 셀레늄의 경우 몇몇지질에 있어서 검출경향이 비소와 유사한 것을 알 수 있으며, 특히 흑운모 화강암, 흑색혈암, 흑운모 화강섬록암, 책약산반암, 홍적층, 팔공산 화강암 등의 지층에서 높게 검출되었다. 최대평균값은 흑운모 화강암 지역이며 3.
스트론튬의 경우 비소나 셀레늄과 완전히 다른 경향을 보이고 있으며 채약산반암, 사암, 섬록암 등에서 평균농도가 1,000μg/L를 초과하며 중앙값을 기준으로 할 경우 흑운모화강섬록암, 대구층, 채약산반암, 사암, 신기하성층 등의 지층에서 400μg/L를 초과하는 스트론튬이 검출되었다.
3% 정도가 먹는 물 기준을 초과하였다. 시료의 종류별 분류에서 비소와 셀레늄은 지하수 및 지하수기반에 가까운 먹는 물에서 상대적으로 높은 농도가 얻어졌으며 상대적으로 지표수에 의존 비율이 높은 상수 등의 경우 낮은 농도의 비소, 셀레늄이 검출되어 경북지역의 먹는 물에 포함된 비소, 셀레늄은 지질적 기원일 가능성이 매우 높다. 스트론튬의 경우 비소와 다른 경향을 보이며 이는 스트론튬이 포함되어 있는 지질이 다르거나 발생기원이 대기 등 지질기원이 아닐 가능성을 보여주었다.
3). 영주, 안동, 의성, 상주 등의 경북 중북부지역의 비소, 셀레늄, 스트론튬 농도가 다소 다른 지역에 비해 높은 것으로 나타났다. 이는 중북부 지역이 이들 중금속을 포함 하는 지질대가 상대적으로 많기 때문이라 판단된다.
후속연구
경도, pH, 황산이온 농도, 과망간산칼륨소비량 등의 수질인자와 상관성분석에서 매우 낮은 상관성을 보였다. 중금속의 유출은 지질적 요인 외에 산화-환원, 미생물의 활동 등에 영향을 받으므로 보다 종합적이고 광범위한 조사가 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지하수의 경우 고려해야 할 오염 요인은?
수질오염을 일으킬 수 있는 농약, 유해성 유기물, 중금속, 영양물질, 세균 등에 의한 오염이 대표적이다. 지하수의 경우 인간의 산업활동에 의한 다양한 오염물질로 오염될 가능성이 낮은 반면 자연에서 유입되는 물질에 의한 오염이 고려되어야 한다. 지하수는 지하의 토양 및 지각 구성 물질과 오랜 시간 접촉하고 있으므로 중금속을 포함한 다양한 이온성 물질의 유입이 가능하다.
하천이나 호소를 먹는 물의 공급원으로 사용하는 경우 나타날 수 있는 수질오염은 어떤 게 있는가?
하천이나 호소를 먹는 물의 공급원으로 사용하는 경우 점 오염원과 비점오염원에 의한 상수원의 오염을 조심하여야 하며 다양한 오염물질에 의한 오염이 가능하다. 수질오염을 일으킬 수 있는 농약, 유해성 유기물, 중금속, 영양물질, 세균 등에 의한 오염이 대표적이다. 지하수의 경우 인간의 산업활동에 의한 다양한 오염물질로 오염될 가능성이 낮은 반면 자연에서 유입되는 물질에 의한 오염이 고려되어야 한다.
수질오염물질로서 비소의 특징은?
지하수는 지하의 토양 및 지각 구성 물질과 오랜 시간 접촉하고 있으므로 중금속을 포함한 다양한 이온성 물질의 유입이 가능하다. 비소는 가장 흔한 지하수 오염물질의 하나이며 인간의 활동에 의한 오염과 자연적 기원에 의한 오염이 모두 가능하고 비소의 높은 독성으로 지하수에서 높은 농도로 검출될 경우 먹는 물로 적합하지 않다(Semdley & Kinniburgh, 2002; Ng et al., 2003; Duker et al.
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