[논문]국내 유통 중인 먹는샘물 원수의 이온류 수질 특성에 관한 연구

이이내; 안경희; 민병대; 양미희; 최인철; 정현미; 박주현

doi:10.15681/kswe.2016.32.5.442

국내 유통 중인 먹는샘물 원수의 이온류 수질 특성에 관한 연구
The Study on the Ion Water Characteristics of Raw Water in the Domestic Natural Mineral Water 원문보기

한국물환경학회지 = Journal of Korean Society on Water Environment, v.32 no.5, 2016년, pp.442 - 449

이이내 (국립환경과학원 상하수도연구과) , 안경희 (국립환경과학원 상하수도연구과) , 민병대 (국립환경과학원 상하수도연구과) , 양미희 (국립환경과학원 상하수도연구과) , 최인철 (국립환경과학원 상하수도연구과) , 정현미 (국립환경과학원 상하수도연구과) , 박주현 (국립환경과학원 상하수도연구과)

Abstract ▼ AI-Helper

The goal of this study is to provide basic data to establish a foundation for the provision of safe drinkable water. The raw water of natural mineral water was analyzed to determine the quantities of anions (F-, Cl-, NO3-N-, and SO42- ) and cations (Ca2+, K+, Mg2+, and Na+) during the former and latter half of 2016. Analysis of the current quality of the raw water of natural mineral water among domestic manufacturers showed average anions contents of 0.46mg/L of fluorine, 8mg/L of chlorine ion, 1.5mg/L of nitrate nitrogen, and 12mg/L of sulfate ion. While the fluorine content was greater than the water quality criterion of 2.0mg/L at four points, the fluorine level was overall stable. The average cations contents included 21.3mg/L of calcium, 1.0mg/L of potassium, 3.4mg/L of magnesium, and 9.6mg/L of sodium. The chemical characteristics were compared among the major ions, and the results are presented in a piper diagram. The content ratio of cations was in the order of Ca2+> Na+>Mg2+>K+, whereas that of anions was in the order of SO42->Cl->NO3-N->F-. While the cations were slightly scattered, the anions were generally concentrated except for at a few points. The Ca-Na-HCO3 type was dominant overall in water sources from diorite, gneiss, and granite, while the Na-Mg-Ca-HCO3-Cl type was dominant in basalt sources. Mineral water manufacturers source their water under various conditions, including in-hole casing, excavation depth, and contact state of bedrock; even within the same rocky area, some differences in the water quality type can occur. When the depth of the water source was taken into account, the mean anions contents of F-, Cl-, NO3-N-, and SO42- were similar, with no significant differences according to depth. Of the cations, K+ and Na+ showed no significant differences across all the tubular wells, whereas Ca2+ and Mg2+ decreased in content with depth.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하였다. 그리고 먹는샘물 판매량 증가에 따라 채수량 증가와 난개발 등으로 인한 인문적 오염으로 지하수 수위가 수질에 미치는 영향을 고려하여 관정깊이에 따른 수질변화를 비교하여 국민들에게 먹는물에 대한 이온류수질자료 정보 제공을 위한 기반을 제시하고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 전국적으로 널리 분포되어 있는 먹는샘물 제조업체를 대상으로 기본적인 이온항목별과 지역별 수질 특성을 분석하고, 전술한 것과 같이 이온류 수질에 미치는 다양한 인자들 중에 지질의 구성암석 종류와 암석의 화학적 특징에 따라 달라지는 다양한 수질 유형을 구분하고자 하였다. 그리고 먹는샘물 판매량 증가에 따라 채수량 증가와 난개발 등으로 인한 인문적 오염으로 지하수 수위가 수질에 미치는 영향을 고려하여 관정깊이에 따른 수질변화를 비교하여 국민들에게 먹는물에 대한 이온류수질자료 정보 제공을 위한 기반을 제시하고자 하였다.
본 연구에서는 2015년 1월 기준으로 국내 먹는샘물 제조업체의 취수공 320점에 대한 원수 중, 양･음이온류의 수질 함량 등을 전수 조사하고, 지역별 수질 특성과 암석층에 따른 지하수 유형과 심도에 따라 변화되는 수질 특성을 조사한 결과는 다음과 같다.

제안 방법

국내 조사지역들의 관정 깊이별로 수질 특성을 알아보기 위해 150 m 이하의 천부 지하수, 150~200 m사이의 중간심도 지하수, 200 m이상의 심부 지하수로 구분하여 살펴보았다. 결과는 다음 Fig.
국내 조사지역들의 수질 유형을 살펴보기 위해 한국지질자원연구원의 1/5만 축척지질도를 참고하여 대표적으로 섬록암류 9개소, 편마암류 38개소, 천매암류 9개소, 현무암류 6개소, 화강암류 41개소, 충적층류 8개소로 총 111개소의 취수공을 상･하반기로 나누어 2회 조사하여, 이온성분의 화학적 특성을 비교하여 Piper diagram에 도식하였고, 관정 깊이에 따른 물-암석 반응이 변화하는 수질 특성을 알아보기 위해 심도별로 150 m 이하의 천부 지하수 26개소, 150~200 m 사이의 중간심도 지하수 32개소, 200 m 이상의 심부 지하수 31개소로 구분하여 총 89개소의 취수공을 상･하반기로 나누어 2회 조사하였다.
｢먹는샘물 등의 기준과 규격 및 표시기준 고시(환경부 고시 제2014-101호)｣에 따라 칼슘, 나트륨, 마그네슘, 칼륨은 0.45 μm 멤브레인 필터로 여과하여 질산을 첨가한 후 ICP (Jobin Horiba, ActivaS)를 사용하여 분석하였고, 먹는 물 수질 공정시험기준에 따라 불소, 염소이온, 질산성질소, 황산이온을 0.20 μm 멤브레인 필터로 여과하여 IC (Metrohm 850) 로 분석하였다. 기기분석조건과 각 항목별 정도관리 결과는Table 2와 Table 3에 나타내었으며 검출한계는 0.

대상 데이터

2015년 상반기(3~6월)에 경기도 13개소, 강원도 6 개소, 충청도 11개소, 전라도 5개소, 경상도 11개소, 제주도 1개소로 총 47개 제조업체에서 150개 취수공을 대상으로 조사하였고, 2015년 하반기(7~10월)에는 경기도 14개소, 강원도 7개소, 충청도 12개소, 전라도 5개소, 경상도 13개소, 제주도 2개소로 총 53개 제조업체에서 170개 취수공을 대상으로 하였으며, 그 현황은 Table 1과 Fig. 1과 같다.

성능/효과

2). 각 항목별로 함량을 살펴보면 불소, 염소이온, 질산성질소, 황산이온이 각각 불검출~2.39 mg/L(평균 0.46 mg/L), 1~63 mg/L(평균 8 mg/L), 불검출~6.5 mg/L(평균 1.5 mg/L), 1~ 61 mg/L (평균 12 mg/L)로 나타났다. 대부분 암석에서 광물로 존재하며 치아 건강과 관련이 있는 것으로(UNESCO, WHO, UN, 1996) 알려져 있는 불소는 수질기준이 2.
결과는 다음 Fig. 6과 같이 음이온류 중에서 불소는 각각 평균 0.48 mg/L, 0.56 mg/L, 0.40 mg/L로 깊이별 차이 없이 비슷한 평균값을 나타냈고, 염소이온은 각각 평균8 mg/L, 10 mg/L, 8 mg/L로 큰 차이는 보이지 않았다. 질산성 질소 평균값도 마찬가지로 각각 1.
볼 수 있다. 구체적인 화학적 수질 유형은 Table 7과같이 섬록암과 편마암, 화강암은 Ca-Na-HCO₃형이 우세하며, 그 다음으로는 대체적으로 오염이 많지 않은 Ca-HCO₃ 유형으로 나타났다. Ca-Na-HCO₃유형이 우세한 것은 Chilton (1992)에서와 같이 편마암이나 화강암 내에 풍부한 광물로 존재하는 장석류가 용해 작용에 의해 칼슘, 나트륨, 칼륨을 방출하는데 기인한 것으로 판단할 수 있다.
국내 먹는샘물 원수의 수질특성을 지역별로 그룹화 해서 보면, 음이온류는 경기도, 경상도, 전라도에서는 황산이온 > 염소이온 > 질산성질소 > 불소 순이며, 강원도와 제주도에서는 염소이온 > 황산이온 > 질산성질소 > 불소 순으로 염소이온이 황산이온보다 높은 함량을 보였다.
8 mg/L로 가장 낮게 나타났다. 나트륨 함량은 대체로 평균 6.3~14.6 mg/L의 범위를 보였고, 제주도가 6.3 mg/L로 가장 낮았다. 자연수에서 나트륨은 염수와 사장석의 용해 등에 의한 영향을 받을 수 있는데 전체적으로 나트륨의 낮은 함량은 먹는샘물 취수공이 염수의 주변영향이 없는 지역에 위치하고 있기 때문인것으로 보인다.
샘물 중 음이온 함량은 황산이온 > 염소이온 > 질산성질소> 불소의 순이고, 양이온에서 존재하는 미네랄 함량은 칼슘 > 나트륨 > 마그네슘 > 칼륨 순으로 높게 나타났다(Fig. 2). 각 항목별로 함량을 살펴보면 불소, 염소이온, 질산성질소, 황산이온이 각각 불검출~2.
심도별 수질 특성을 알아보기 위해 150 m 이하, 150~200 m 사이의 관정, 200 m이상 관정으로 나누어 본 결과, 음이온류중에서 불소, 염소이온, 질산성질소, 황산이온은 심도별로 큰차이 없이 비슷한 평균값을 나타냈다. 양이온류 중에서 칼륨과 나트륨도 마찬가지로 심도별에 관계없이 거의 일정한 특성을 보였지만, 칼슘과 마그네슘은 관정 깊이가 깊어질 수록함량이 낮아지는 것을 나타났다.
없이 비슷한 평균값을 나타냈다. 양이온류 중에서 칼륨과 나트륨도 마찬가지로 심도별에 관계없이 거의 일정한 특성을 보였지만, 칼슘과 마그네슘은 관정 깊이가 깊어질 수록함량이 낮아지는 것을 나타났다.
양･음이온류의 수질 함량 등을 살펴보면, 음이온류 중에서 평균적으로 불소가 0.46 mg/L, 염소이온이 8 mg/L, 질산성 질소가 1.5 mg/L, 황산이온이 12 mg/L로 나타났고, 이 중에서 불소 수질기준 2.0 mg/L을 초과한 지점이 4지점이었으며, 이를 제외한 항목들은 기준치 초과 없이 전체적으로 안정적이었다. 양이온류 중에서 칼슘은 21 mg/L, 칼륨은 0.
이 외에 증발 잔류 퇴적물과 해수와 근접한 지역에서 지하로 침투한 해수로 인해 나트륨 함량이 높아질 수 있어 환경적인 조건에 따라 차이가 있을 수 있고, 또한 점토광물 표면의 흡착에 의해 유지되고 큰 용해도의 영향으로 지질학적 요인에 따라 차이가 있을 수 있다(UNESCO, WHO, UN, Lee, 1997). 전체적인 암석의 평균 함량이 6.3~9.8 mg/L의 낮은 범위로 비슷했고, 충적층에서는 평균 16.6 mg/L의 농도로 비교적 높은 함량으로 나타냈다. 칼륨은 장석, 흑운모등의 용해로 인해 유래(Saether and De Caritat, 1997)하며,이 외에도 비료의 주성분이 되므로 농업활동에 의해 물속에 유입(Jeong, 2011)될 수 있다.
지역별 수질 특성을 비교해보면, 음이온류 중에서 불소와 황산이온이 전라도에서 다소 높게 나타났고, 제주도가 가장 낮게 나타났다. 염소이온은 충청도가 다른 지역에 비해 비교적 높았고, 경상도에서 가장 낮았다.
40 mg/L로 깊이별 차이 없이 비슷한 평균값을 나타냈고, 염소이온은 각각 평균8 mg/L, 10 mg/L, 8 mg/L로 큰 차이는 보이지 않았다. 질산성 질소 평균값도 마찬가지로 각각 1.3 mg/L, 1.7 mg/L, 1.3 mg/L로 큰 특성이 없었으며, 황산이온은 전체 평균 이동 일한 11 mg/L로 음이온류는 관정 깊이에 영향을 받지 않은 것으로 알 수 있다. 양이온류 중에서는 칼슘이 각각 평균 23.
염소이온은 전체적으로 6~10 mg/L의 범위로 이는 암석 별로 큰 차이 없이 비슷한 것으로 알 수 있었다. 질산성 질소는 암석별 평균이 1.0~1.8 mg/L 범위로 나타났으며, 현무암이 0.5 mg/L로 가장 낮았다. 급성 독성은 일반적으로 50 mg/L보다 큰 농도로 알려져 있고, 수질기준은 10 mg/L로 기준 되어 있다.
5 mg/L의 범위를 나타냈다. 총 미네랄 함량은 충청도가 가장 많이 함유되어 있지만 유럽 생수들에 비해서는 국내 먹는샘물의 미네랄 함량은 현저히 낮은 것으로 알 수 있었다.
마그네슘은 지하수에서 백운석이나 방해석, 규산염광물의 용해작용에 의해 기인한다고 보고(UNESCO, WHO, UN, 1996)되고 있는데, 국내에는 백운석이나 방해석의 광물의 조성이 낮아 마그네슘 함량이 대체적으로 낮은 것으로 판단된다. 칼륨은 지하수에서 보통 5 mg/L 미만의 값을 나타내고 있는데 전체적으로 평균 0.6~2.4 mg/L의 범위를 보였고, 제주도에서 2.4 mg/L로 가장 높았다. 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 나트륨 등 총 양이온 함량은 Fig.
2 mg/L로 칼슘과 마찬가지로 심부 지하수로 갈수록 낮은 함량을 보여주고 있었다. 칼륨은평균 1.1 mg/L, 0.9 mg/L, 0.9 mg/L로 큰 차이가 없었으며, 나트륨은 8.9 mg/L, 9.6 mg/L, 7.6 mg/L의 평균값으로 심부로 갈수록 약간씩 낮아지고 있음을 보여주었다. 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 염소이온, 황산이온의 함량이 관정 깊이에 관계없이 거의 일정한 특성을 보였다는 Hwang and Park (2003)의 연구결과와 비슷하지만, 칼슘, 마그네슘은 깊이가 깊을수록 함량이 낮아지는 것을 볼 수 있었다.
있는 형태를 볼 수 있었다. 편마암과 충적층, 섬록암, 화강암은 대부분 Ca-Na-HCO₃형이 우세하였고, 천매암은 Ca-HCO₃형으로 나타났으며, 현무암은 Na-Mg-Ca-HCO₃-Cl 형으로 구분됨을 볼 수 있었다.
암석 광물이 아닌 농경지에서 비료나 가축 분뇨 등의 영향을 많이 받는 질산성질소의 오염은 카리브해, 아프리카, 호주, 뉴질랜드 등에서 농업 영향에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져(Spalding and Exner, 1993) 있는데 국내는 화학비료나 토양 유기물, 분뇨 등의 오염원 이하 회한 수준으로 판단된다. 황산이온은 충적층과 섬록암이12 mg/L, 편마암과 천매암 평균 함량이 11 mg/L, 13 mg/L, 화강암이 9 mg/L로 나타났고, 현무암이 2 mg/L로 상당히 낮았다. 이는 많은 토양과 암석에서 자연적으로 발생하는 항목으로 지하수 대부분에서 바닷물의 침입이나 석회질 광물인 석고와 경석고 등의 용해에 의해 생성(Nova Scotia Canada Environment, 2008)될 수 있다.

후속연구

본 연구와 같이 현재까지는 먹는샘물 원수의 수질은 특이사항이 없으나 향후에 적정한 유지 관리를 위해서는 주기적인 모니터링과 인위적으로 발생하는 환경오염을 방지하여 지속적으로 수질 환경을 보호할 필요가 있다.
나트륨, 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 염소이온, 황산이온의 함량이 관정 깊이에 관계없이 거의 일정한 특성을 보였다는 Hwang and Park (2003)의 연구결과와 비슷하지만, 칼슘, 마그네슘은 깊이가 깊을수록 함량이 낮아지는 것을 볼 수 있었다. 이것은 동일한 취수공과 본 논문과 같이 분산된 취수공의 심도별 비교가 필요하고, 먹는샘물 판매량 증가에 따라 채수량 증가와 난개발 등으로 인한 인문적 오염으로 지하수 수위가 수질에 미치는 영향에 대한 조사가 필요하며 각 지역의 암반 특징이나 수질도 다를 수 있어 향후 심도별에 대한 부분은 정밀하고도 장기적인 조사가 필요할 것으로 사료된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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