[논문]문경지역 지하수의 수리지화학 및 우라늄과 라돈의 산출 특성

이병대; 조병욱; 김문수; 황재홍

doi:10.9719/eeg.2018.51.6.553

문경지역 지하수의 수리지화학 및 우라늄과 라돈의 산출 특성
Hydrogeochemistry and Occurrences of Uranium and Radon in Groundwater of Mungyeong Area 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.51 no.6, 2018년, pp.553 - 566

이병대 (한국지질자원연구원 지질환경연구본부) , 조병욱 (한국지질자원연구원 지질환경연구본부) , 김문수 (국립환경과학원 토양지하수연구과) , 황재홍 (한국지질자원연구원 지오플랫폼연구본부)

초록
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문경지역 지하수관정 40개공을 대상으로 지하수의 수리지화학 및 자연방사성물질인 우라늄과 라돈의 산출특성을 규명하였다. 연구지역 지하수의 EC는 최소 68에서 최대 $574{\mu}S/cm$의 범위를 나타내고 있으며, EC의 증가와 더불어 주요 용존 양이온과 음이온의 함량도 증가하는 경향을 나타낸다. 우라늄 함량은 $0.03{\sim}169{\mu}g/L$(중앙값 $0.82{\mu}g/L$)로 매우 넓은 분포를 보여주고 있으며, 라돈 함량은 70~30,700 pCi/L(중앙값 955 pCi/L)의 범위를 나타내고 있다. 우라늄 함량에서 미국 EPA MCL $30{\mu}g/L$를 초과한 곳은 1개소로 전체 시료수의 2.5%에 해당된다. 라돈의 경우, 미국 EPA AMCL 4,000 pCi/L를 초과한 곳은 8개소로 전체 시료수의 20%이며, 이중 핀란드의 음용 제안치인 8,100 pCi/L를 초과하는 시료는 4개소이다. 연구지역에서 지질별 지하수의 우라늄과 라돈 농도는 화강암지역의 지하수에서 가장 높다. 연구지역 지하수의 우라늄과 라돈 함량은 유사한 지질을 가지는 외국에 비하면 낮은 것으로 나타났다. 이는 우리나라 농촌지역 지하수 관정의 특성상 케이싱 및 그라우팅이 미비한 관정이 많으므로 천부 지하수의 공내 유입을 의심할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The occurrence of natural radionuclides like uranium and radon in groundwater was hydrochemically examined based on 40 well groundwaters in Mungyeong area. The range of electrical conductivity (EC) value in the study area was $68{\sim}574{\mu}S/cm$. In addition to the increase of EC value, the content of cations and anions also tends to increase. Uranium concentrations ranged from $0.03{\sim}169{\mu}g/L$ (median value, $0.82{\mu}g/L$) and radon concentrations ranged from 70~30,700 pCi/L (median value, 955 pCi/L). Only 1 out of 40 wells (2.5%) showed uranium concentration exceeding the maximum contaminant level (MCL; $30{\mu}g/L$) proposed by the US Environmental Protection Agency (EPA). Radon concentrations of eight wells (20%) exceeded AMCL(Alternative maximum contaminant level) of the US EPA (4,000 pCi/L). Four out of those eight wells even exceeded Finland's guideline level (8,100 pCi/L). When concentrations of uranium and radon were investigated in terms of geology, the highest values are generally associated with granite. The uranium and radon levels observed in this study are low in comparison to those of other countries with similar geological settings. It is likely that the measured value was lower than the actual content due to the inflow of shallow groundwater by the lack of casing and grouting.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Location of groundwater samples and lithology map of the study area.
표 Table 1. Physiochemical properties of groundwater samples from Mungyeong area. Unit is mg/L unless noted otherwise
그림 Fig. 2. Relationship between EC and the cations Na(A), K(B), Ca(C), Mg(D), SiO₂(F), and Ca-HCO₃(E).
그림 Fig. 3. Relationship between EC and the anions Cl(A), SO₄(B), and Na-Cl(C), Cl-NO₃(D), Ca-F(E).
표 Table 2. Statistical summary of uranium and radon concentrations in groundwater
그림 Fig. 4. Histogram of uranium(A) and radon(B) contentrations in groundwater.
그림 Fig. 5. Relationship between uranium and radon in the Mungyeong area.
표 Table 3. Uranium and radon concentrations
그림 Fig. 6. Relationship between U and pH(A), EC(B), Eh(C), DO(D), K(E), Na(F), Ca(G) and Mg(H).
그림 Fig. 7. Relationship between Rn and pH(A), EC(B), Eh(C), DO(D), K(E), Na(F), Ca(G) and Mg(H).
그림 Fig. 8. Box-and-whisker plots showing statistical variations of uranium(A) and radon(B) related to geology(Gr: Granite, Ls: Limestone, Sedi: Sedimentary rock).

AI 본문요약
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문제 정의

이 논문의 연구지역은 경상북도 문경지역으로 이 지역은 변성암류, 퇴적암류, 화강암 등의 다양한 지질로 구성되어 있으며, 상수원수로서 지하수의 비중이 높은 지역이다. 금번 연구의 목적은 연구지역 지하수의 수질 및 우라늄과 라돈에 대한 농도분포를 파악하고 방사성물질의 특성을 밝히는 것이다.

제안 방법

라돈의 측정효율은 222Rn 표준용액이 없는 관계로 모핵종인 226Ra 표준용액(NIST SRM 4966A)을 사용하여 3회 측정하였으며, 측정효율은 95±4%이다.
문경지역 지하수의 우라늄과 라돈의 산출 특성과 수리지화학적 특성을 파악하기 위하여 40개 지하수 시료에 대하여 우라늄, 라돈, 주요 성분 함량을 분석하였다. 40개 지하수의 우라늄 함량은 0.
시료 채취시 현장에서 pH, EC, Eh, 수온 등을 측정하고 0.45 μm 멤브레인 필터로 여과하였다.
연구지역에서 측정된 40개 지하수의 현장수질과 주요 용존이온 및 우라늄, 라돈 분석 결과는 Table 1과 같다. 연구지역 지하수의 물-암석 반응과 지표 오염의 유입 정도를 파악하기 위하여 주요 용존이온과 EC와의 상관관계 및 오염지시 항목간의 상관성을 파악하였다(Fig. 2).
45 μm 멤브레인 필터로 여과하였다. 우라늄을 비롯한 양이온 분석용 시료는 고순도의 농질산(65%)을 1 ml 첨가하여 pH를 2이하로 유지시킨 후 실험실로 운반하여 분석하였다. 주요 양이온은 유도결합쌍원자방출분광분석기(ICP-AES)로, 주요 음이온은 이온크로마토그피로(IC)를 이용하여 분석하였다.
우라늄을 비롯한 양이온 분석용 시료는 고순도의 농질산(65%)을 1 ml 첨가하여 pH를 2이하로 유지시킨 후 실험실로 운반하여 분석하였다. 주요 양이온은 유도결합쌍원자방출분광분석기(ICP-AES)로, 주요 음이온은 이온크로마토그피로(IC)를 이용하여 분석하였다. 오차 범위는 상대오차 ±5% 이다.

대상 데이터

라돈의 경우, 미국 EPA AMCL 4,000 pCi/L를 초과한 곳은 8개소로 전체 시료수의 20%이다. 연구지역 지하수는 우라늄과 라돈 농도에 있어서 미국 EPA MCL과 AMCL 범위 내의 낮은 농도를 나타내고 있다. 또한 연구지역 지하수의 우라늄과 라돈 함량은 유사한 지질을 가지는 외국에 비하면 낮은 것으로 나타났다.
연구지역 지하수의 수리지화학적 특성과 자연방사성물질의 함량 분포와 산출 특성을 파악하기 위하여, 조선계 대석회암통, 퇴적암류, 화강암류 지역 40개소의 지하수공에서 시료를 채취하였다(Fig. 1). 시료 채취는 수질의 안정을 위해 10~20분 동안 양수공 체적의 약 3~5배를 양수하고, pH, EC, Eh, 수온 등이 안정된 후에 채취하였다(Barcelona et al.
특히 라돈은 지하수내에서 멀리 이동하지 않으며 지하수내 라돈함량은 지하수공 주변의 지질조건에 직접적으로 영향을 받는다(Michel, 1990). 연구지역 지하수의 자연방사성물질 함량 특성을 파악하기 위하여 40개 시료 채취지점을 지질별로 구분하였다. 화강암지역에서 22개, 조선계 대석회암통의 석회암지역에서 8개, 평안계 및 대동계 퇴적암류지역에서 10개의 시료를 채취하였다.
연구지역의 지질은 시대미상의 변성암류, 캠브로-오도비스기의 조선계 대석회암통과 하부 쥬라기에 생성된 평안계 및 대동계의 퇴적암류, 그리고 이들을 관입한 화강암류로 구성되어 있으며 이들 제 지층들을 제 4기 충적층이 부정합으로 피복하고 있다(Fig. 1; Yun et al., 1988; Lee et al., 1973; Lee and Kim, 1968; Kim et al., 1967).
이 논문의 연구지역은 경상북도 문경지역으로 이 지역은 변성암류, 퇴적암류, 화강암 등의 다양한 지질로 구성되어 있으며, 상수원수로서 지하수의 비중이 높은 지역이다. 금번 연구의 목적은 연구지역 지하수의 수질 및 우라늄과 라돈에 대한 농도분포를 파악하고 방사성물질의 특성을 밝히는 것이다.
채취된 지하수 시료는 한국지질자원연구원에서 α선과 β선 분리 측정이 가능한 액체섬광계수기(Quantulus 1220TM, Perkin-Elmer)를 이용하여 분석하였다.
연구지역 지하수의 자연방사성물질 함량 특성을 파악하기 위하여 40개 시료 채취지점을 지질별로 구분하였다. 화강암지역에서 22개, 조선계 대석회암통의 석회암지역에서 8개, 평안계 및 대동계 퇴적암류지역에서 10개의 시료를 채취하였다. 지질별 지하수의 우라늄과 라돈 함량 통계 분석자료는 Table 3에 정리하였고, Box-Whisker 도표를 이용하여 Fig.

성능/효과

이로 보아 연구지역에서 규산염 광물의 풍화반응은 주요 용존 양이온을 증가시키는데 크게 영향이 없는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구지역의 지하수 수질은 규산염광물(사장석 등)의 풍화보다는 탄산염광물의 풍화에 더 큰 영향을 받고 있는 것으로 해석된다.
연구지역 지하수는 우라늄과 라돈 농도에 있어서 미국 EPA MCL과 AMCL 범위 내의 낮은 농도를 나타내고 있다. 또한 연구지역 지하수의 우라늄과 라돈 함량은 유사한 지질을 가지는 외국에 비하면 낮은 것으로 나타났다. 이는 우리나라 지하수 관정의 특성상 케이싱 및 그라우팅이 미비한 관정이 많으므로 천부 지하수의 공내 유입을 의심할 수 있다.
이상에서 살펴본 바에 따른 연구지역 지질에 따른 라돈의 최대치는 화강암>퇴적암>석회암의 순으로 높고, 평균치 역시 화강암>퇴적암>석회암의 순으로 높다(Fig. 8B; Table 3).

후속연구

각 지질별 시료수가 많지 않고 지질별 시료수에도 차이가 있어 지질별 방사성물질 함량 비교에는 다소 무리가 있을 수 있다. 그러나 각 지질별 간의 방사성물질 함량 특성을 파악할 수 있는 지시자로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
그러므로 단순회귀 분석이나, 일대일 비례식을 통해서는 거동 특성이나 경향성을 파악하기 어려운 점이 있다. 따라서 향후 지질별로 더 많은 시료를 확보하여 다중회귀분석, 요인분석 등을 통한 통계적인 분석이 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지하수의 음용 수요가 증가하게된 원인은?	최근 음용수로서 지하수에 대한 의존도가 점점 높아지고 국민들의 건강에 대한 관심이 높아지면서 맑고 깨끗한 물에 대한 요구가 커지고 있다. 여기에 상수원수가 오염되고 수돗물에 대한 불신이 팽배되면서 지하수의 음용 수요가 증가하고 있다. 그러던 중 1998년 대전지역의 지하수에서 방사성물질인 우라늄이 검출되었다는 보도 후 지하수 중 방사성물질이 관심의 대상이 되었다.
	맑고 깨끗한 물에 대한 요구가 커지는 이유는?	최근 음용수로서 지하수에 대한 의존도가 점점 높아지고 국민들의 건강에 대한 관심이 높아지면서 맑고 깨끗한 물에 대한 요구가 커지고 있다. 여기에 상수원수가 오염되고 수돗물에 대한 불신이 팽배되면서 지하수의 음용 수요가 증가하고 있다.
	주요 용존 양이온의 경우, 물-암석 반응의 진행에 의해서 증가한 것으로 볼 수 있는 근거는?	EC의 증가와 더불어 주요 용존 양이온(Na, K, Ca, Mg)의 함량도 증가하는 경향을 나타낸다(Fig. 2a, b, c, d).

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