본 연구는 영산강 수계에 위치한 하수처리장 및 하천 중 인공방사성핵종 $^{131}I$의 농도 분포와 하천에서 거동 평가로부터 기원을 확인하고자 수행하였다. 조사지점은 하천 중 본류 13개 및 지류 4개 지점과 하수처리장 2개 지점을 포함하여 총 19개 지점을 선정하였다. $^{131}I$ 방사능 분석은 고순도 게르마늄 검출기와 다중파고분석기로 구성된 감마분광계를 이용하여 계측하였다. 하수처리장 중 $^{131}I$ 핵종은 두 지점의 방류수에서 대부분 검출되었으나, 하천의 표층수는 2017년 상반기(MS4, MS10) 및 하반기(MS4, MS7)에만 각각 두 지점에서 검출되었다. 하수처리장 방류수 중 $^{131}I$ 농도는 각각 0.0870~3.87 Bq/L 및 MDC 이하~0.534 Bq/L, 검출된 하천 표층수는 0.0908~0.174 Bq/L 범위였다. 하천에서 $^{131}I$ 거동 평가 결과, 본류 중에서 가장 상류와 지류의 하천 지점들에서는 검출되지 않았고, 반면 하수처리장과 이들의 영향을 받는 하류의 하천 지점들에서는 지속적으로 검출되었다. 하지만 하류 하천으로 갈수록 감소하다가 불검출 되어 하수처리장과 밀접한 관계가 있었다. 이상의 결과, 하천에서 검출되는 $^{131}I$ 핵종은 하수처리장에서 유래된 것으로 의료 기원임을 확인할 수 있었다.
본 연구는 영산강 수계에 위치한 하수처리장 및 하천 중 인공방사성핵종 $^{131}I$의 농도 분포와 하천에서 거동 평가로부터 기원을 확인하고자 수행하였다. 조사지점은 하천 중 본류 13개 및 지류 4개 지점과 하수처리장 2개 지점을 포함하여 총 19개 지점을 선정하였다. $^{131}I$ 방사능 분석은 고순도 게르마늄 검출기와 다중파고분석기로 구성된 감마분광계를 이용하여 계측하였다. 하수처리장 중 $^{131}I$ 핵종은 두 지점의 방류수에서 대부분 검출되었으나, 하천의 표층수는 2017년 상반기(MS4, MS10) 및 하반기(MS4, MS7)에만 각각 두 지점에서 검출되었다. 하수처리장 방류수 중 $^{131}I$ 농도는 각각 0.0870~3.87 Bq/L 및 MDC 이하~0.534 Bq/L, 검출된 하천 표층수는 0.0908~0.174 Bq/L 범위였다. 하천에서 $^{131}I$ 거동 평가 결과, 본류 중에서 가장 상류와 지류의 하천 지점들에서는 검출되지 않았고, 반면 하수처리장과 이들의 영향을 받는 하류의 하천 지점들에서는 지속적으로 검출되었다. 하지만 하류 하천으로 갈수록 감소하다가 불검출 되어 하수처리장과 밀접한 관계가 있었다. 이상의 결과, 하천에서 검출되는 $^{131}I$ 핵종은 하수처리장에서 유래된 것으로 의료 기원임을 확인할 수 있었다.
BACKGROUND: Recently, the use of $^{131}I$ for diagnosis and treatment of thyroid cancer has been increasing, and the radionuclide is continuously released into aquatic ecosystem. This study was carried out to investigate the $^{131}I$ concentrations in mainstreams, tributaries...
BACKGROUND: Recently, the use of $^{131}I$ for diagnosis and treatment of thyroid cancer has been increasing, and the radionuclide is continuously released into aquatic ecosystem. This study was carried out to investigate the $^{131}I$ concentrations in mainstreams, tributaries, and sewage wastewater treatment plants (SWTPs) of the Yeongsan River Basin and to identify their origins from the assessment of behaviors in the rivers. METHODS AND RESULTS: The water samples were collected from 19 sites including mainstreams (13), tributaries (4) and SWTPs (2). The $^{131}I$ concentration was measured using a gamma-ray spectrometry with a HPGe detector. The $^{131}I$ in SWTPs was detected mostly in the discharged effluent at the sampling sites. However, from the surface water of the rivers, $^{131}I$ was found only at two sites from each sampling period of the first (MS4 and MS10) and the second half (MS4 and MS7) of the year 2017. The concentrations of $^{131}I$ in the effluent discharged from SWTPs were in the range of 0.0870 to 3.87 Bq/L for SWTP1, and $^{131}I$ in the river revealed that it was not detected in the upper streams of the mainstreams and tributaries, while continuous detection was found in the SWTPs and downstream sites affected by the effluent. However, the concentration of $^{131}I$ decreased downstream, eventually becoming undetectable. Such behavior was closely related to the behavior found in the SWTPs. CONCLUSION: These results indicated that medically-derived $^{131}I$ was discharged to the river via sewage effluent at the SWTPs. It is necessary to evaluate the influence of aquatic ecosystems through continuous monitoring in the future.
BACKGROUND: Recently, the use of $^{131}I$ for diagnosis and treatment of thyroid cancer has been increasing, and the radionuclide is continuously released into aquatic ecosystem. This study was carried out to investigate the $^{131}I$ concentrations in mainstreams, tributaries, and sewage wastewater treatment plants (SWTPs) of the Yeongsan River Basin and to identify their origins from the assessment of behaviors in the rivers. METHODS AND RESULTS: The water samples were collected from 19 sites including mainstreams (13), tributaries (4) and SWTPs (2). The $^{131}I$ concentration was measured using a gamma-ray spectrometry with a HPGe detector. The $^{131}I$ in SWTPs was detected mostly in the discharged effluent at the sampling sites. However, from the surface water of the rivers, $^{131}I$ was found only at two sites from each sampling period of the first (MS4 and MS10) and the second half (MS4 and MS7) of the year 2017. The concentrations of $^{131}I$ in the effluent discharged from SWTPs were in the range of 0.0870 to 3.87 Bq/L for SWTP1, and $^{131}I$ in the river revealed that it was not detected in the upper streams of the mainstreams and tributaries, while continuous detection was found in the SWTPs and downstream sites affected by the effluent. However, the concentration of $^{131}I$ decreased downstream, eventually becoming undetectable. Such behavior was closely related to the behavior found in the SWTPs. CONCLUSION: These results indicated that medically-derived $^{131}I$ was discharged to the river via sewage effluent at the SWTPs. It is necessary to evaluate the influence of aquatic ecosystems through continuous monitoring in the future.
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문제 정의
그러므로 본 연구는 영산강 수계에 위치한 하수처리장 및 하천 중에서 인공방사성핵종 131I의 농도 분포와 거동 평가를 통해 기원을 확인하고자 수행하였다
본 연구는 영산강 수계에 위치한 하수처리장 및 하천 중 인공방사성핵종 131I의 농도 분포와 하천에서 거동 평가로부터 기원을 확인하고자 수행하였다. 조사지점은 하천 중 본류 13개 및 지류 4개 지점과 하수처리장 2개 지점을 포함하여 총 19개 지점을 선정하였다.
제안 방법
조사지점은 하천 중 본류 13개 및 지류 4개 지점과 하수처리장 2개 지점을 포함하여 총 19개 지점을 선정하였다. 131I 방사능 분석은 고순도 게르마늄 검출기와 다중파고분석기로 구성된 감마분광계를 이용하여 계측하였다.
131I핵종의 농도 분포 조사를 위한 시료는 전처리 과정 없이 채취한 시료 1 L을 정량하여 직접 분 석에 사용하였고, 131I핵종의 거동 평가를 위한 시료는 전처리용 유리 비이커에 채취한 시료 10 L을 넣고 증발 및 농축 과정을 거쳐 분석에 사용하였다. 분석용 시료들은 마리넬리 용기(Marinelli, 1 L)에 옮겨 측정하였다.
)을 사용하였다. 표준시료는 표준 용적선원을 1 M HCl 용액으로 적당히 희석하여 조제 한 다음 감마분광계로 30,000초 동안 측정하여 분석용 Aptec software로 에너지 교정 및 측정 효율을 계산하였다.
하천 표층수 중 131I의 농도는 2015년부터 2017년까지 상·하반기로 구분하여 년 2회, 하수 처리장 방류수는 2016년 9월부터 2017년 8월까지 월 1회 조사하였다.
하천 표층수와 하수처리장 방류수 시료 중 131I 분석은 고순도 게르마늄 검출기(GEM-MX7080P4-RB-SMP-S, Ortec, USA; GCDX-40180, BSI, Latvia)와 다중파고분석기(DSPEC50, Ortec, USA; BOSON, BSI, Latvia)로 구성된 감마분광 계를 이용하여 80,000초 동안 측정하였다. 측정된 스펙트럼은 Aptec software (Aptec Co.
대상 데이터
감마분광계의 에너지 및 효율 교정에 사용된 표준시료는 감마선 에너지가 50 keV에서 2 MeV 사이의 감마선을 방출하는 241Am, 109Cd, 57Co, 139Ce, 203Hg, 113Sn, 85Sr, 137Cs, 88Y 및 60Co의 감마 핵종이 혼합되어있는 감마 교정용 표준 용적선원(SRS 108209, EZA Co.)을 사용하였다. 표준시료는 표준 용적선원을 1 M HCl 용액으로 적당히 희석하여 조제 한 다음 감마분광계로 30,000초 동안 측정하여 분석용 Aptec software로 에너지 교정 및 측정 효율을 계산하였다.
강수량은 광주기상청(www.kma.go.kr), 유량 변화는 영 산강홍수통제소(www.yeongsanriver.go.kr)에서 관측된 자료들을 활용하였다. 강우시 및 비강우시 월 강수량은 각각 280.
하천 표층수 중 131I의 농도는 2015년부터 2017년까지 상·하반기로 구분하여 년 2회, 하수 처리장 방류수는 2016년 9월부터 2017년 8월까지 월 1회 조사하였다. 그리고 131I의 거동 평가는 영산강 수계 중류에 위치한 하수처리장 및 주변 하천을 대상으로 2017년 8월(강우) 과 10월(비강우)에 조사하였다.
본 연구의 대상유역인 영산강은 유역면적이 3,371 km2 이고, 본류의 유로연장이 136 km로 광주천, 황룡강, 지석천, 고막원천 및 함평천 등의 지류가 합류하여 흐른다. 영산강 수계 중류에는 광주광역시 대부분의 생활하수와 산업공단의 공업 용수를 복합적으로 처리하는 2개의 하수처리장이 있다.
영산강 수계에 위치한 하수처리장 방류수 중 131I 농도는 2016년 9월부터 2017년 8월까지 월 1회 조사하여 Table 1에 나타내었다. 하수처리장 SWTP1과 SWTP2 지점은 각각 0.
2). 유량은 8월 23일부터 8월 28일까지 5일간 영산강 본류 MS3, MS4 및 MS7 지점의 하류와 지류 TR1 및 TR2 지점의 상류에 설치된 5개 관측소로부터 얻어진 자료들을 이용하였고, 강우가 발생한 시기에 유량이 급증하는 특성들을 보였다(Fig. 3).
조사지점은 영산강 수계에 위치한 하천 중 본류 13개 및 지류 4개 지점과 하수처리장 2개 지점을 포함하여 총 19개 지점을 선정하였다(Fig. 1). 하천 표층수 중 131I의 농도는 2015년부터 2017년까지 상·하반기로 구분하여 년 2회, 하수 처리장 방류수는 2016년 9월부터 2017년 8월까지 월 1회 조사하였다.
I의 농도 분포와 하천에서 거동 평가로부터 기원을 확인하고자 수행하였다. 조사지점은 하천 중 본류 13개 및 지류 4개 지점과 하수처리장 2개 지점을 포함하여 총 19개 지점을 선정하였다. 131I 방사능 분석은 고순도 게르마늄 검출기와 다중파고분석기로 구성된 감마분광계를 이용하여 계측하였다.
하수처리장과 하천에서 검출되는 131I핵종에 대한 거동 평가는 영산강 수계 중류에 위치한 하수처리장(STWP1, STWP2) 과 이들로부터 상류 또는 하류에 인접해 있는 본류 7개(MS3 ∼MS9) 및 지류 3개(TR1∼TR2, TR4) 지점의 하천들을 대상으로 2017년 8월(강우)과 10월(비강우시)에 조사하였다.
하천 표층수와 하수처리장 방류수 시료는 반돈 채수기 및 비이커로 채취하였다. 131I핵종의 농도 분포 조사를 위한 시료는 전처리 과정 없이 채취한 시료 1 L을 정량하여 직접 분 석에 사용하였고, 131I핵종의 거동 평가를 위한 시료는 전처리용 유리 비이커에 채취한 시료 10 L을 넣고 증발 및 농축 과정을 거쳐 분석에 사용하였다.
데이터처리
I 분석은 고순도 게르마늄 검출기(GEM-MX7080P4-RB-SMP-S, Ortec, USA; GCDX-40180, BSI, Latvia)와 다중파고분석기(DSPEC50, Ortec, USA; BOSON, BSI, Latvia)로 구성된 감마분광 계를 이용하여 80,000초 동안 측정하였다. 측정된 스펙트럼은 Aptec software (Aptec Co.)를 이용하여 131I의 감마선 에너지 364.5 keV (감마 방출율 81.2%, 반감기 약 8.04일)으로 분석하였고, 모든 시료에 대한 방사능 농도는 시료의 채취일 시와 계측시간에 따른 131I의 방사능 붕괴를 고려하여 보정한 후 계산하였다. 측정에 사용된 검출기들의 상대효율, 에너지 분해능( 60Co, 1332 keV) 및 peak/compton 비는 각각 66%와 40%, 1.
성능/효과
I 핵종은 하수처리장의 영향을 받지 않는 가장 상류의 본류와 지류의 하천 지점들에서 검출되지 않은 반면 하수처리장과 이들 하류에 위치한 하천 지점들에 서만 지속적으로 검출되었다. 또한 하류로 갈수록 농도가 감소하거나 불검출되는 경향이 나타나 하천에서 검출되는 131I 핵종은 상류에 위치한 하수처리장의 방류수로부터 영향을 받은 것으로 평가되었다. 따라서, Table 2와 같이 2017년에 131I 핵종이 검출된 하천 지점들은 이러한 거동 평가로부터 충분히 설명되어질 수 있었다.
하지만 하류 하천으로 갈수록 감소하다가 불검출되어 하수처리장과 밀접한 관계가 있었다. 이상의 결과, 하천에서 검출되는 131I핵종은 하수처리장에서 유래된 것으로 의료 기원임을 확인할 수 있었다.
이상의 결과로부터 131I 핵종은 하수처리장의 영향을 받지 않는 가장 상류의 본류와 지류의 하천 지점들에서 검출되지 않은 반면 하수처리장과 이들 하류에 위치한 하천 지점들에 서만 지속적으로 검출되었다. 또한 하류로 갈수록 농도가 감소하거나 불검출되는 경향이 나타나 하천에서 검출되는 131I 핵종은 상류에 위치한 하수처리장의 방류수로부터 영향을 받은 것으로 평가되었다.
04일)으로 분석하였고, 모든 시료에 대한 방사능 농도는 시료의 채취일 시와 계측시간에 따른 131I의 방사능 붕괴를 고려하여 보정한 후 계산하였다. 측정에 사용된 검출기들의 상대효율, 에너지 분해능( 60Co, 1332 keV) 및 peak/compton 비는 각각 66%와 40%, 1.9 keV와 1.8 keV 및 75:1과 62:1이었다. 하천 표 층수와 하수처리장 방류수의 최소 검출 가능농도(Minimum Detectable Concentration, MDC)는 각각 0.
021 Bq/L이었다. 표층수 중 131I 농도는 Table 1에서 보는 것처럼 131I 핵종이 검출된 두 개의 하수처리장 하류에 위치한 MS4, MS7 및 MS10 지점의 하천들에서만 방류수의 영향으로 검출되었다. 반면, 방류수의 영향이 없거나 적은 상·하류 및 유입지천의 하천들에서는 불검출되었다.
하수처리장 SWTP1과 SWTP2 지점은 각각 0.0870∼3.87 Bq/L 및 MDC이하∼0.534 Bq/L 범위로 대부분 검출되었고, 두 지점 모두 2016년 10월에 가장 낮은 반면 2016년 11월에 가장 높았으나 조사 시기에 따라 다양한 분포 특성을 보였다.
534 Bq/L 범위로 대부분 검출되었고, 두 지점 모두 2016년 10월에 가장 낮은 반면 2016년 11월에 가장 높았으나 조사 시기에 따라 다양한 분포 특성을 보였다. 하수처리장간 131I 농도를 비교한 결과, SWTP1 지점은 SWTP2 지점보다 대부분 높게 검출되었다. 이는 Fig.
174 Bq/L 범위였다. 하천에서 131I거동 평가 결과, 본류 중에서 가장 상류와 지류의 하천 지점들에서는 검출되지 않았고, 반면 하수처리장과 이들의 영향을 받는 하류의 하천 지점들에서는 지속적으로 검출되었다. 하지만 하류 하천으로 갈수록 감소하다가 불검출되어 하수처리장과 밀접한 관계가 있었다.
후속연구
I 핵종은 하수처리장에서 유래된 것으로 의료 기원임을 확인할 수 있었고, 이들 농도는 WHO의 음용수 권고치인 10 Bq/L보다 극미량으로 무시할 수준이었으나 향후 지속적인 모니터링을 통해 수생태계 미치는 영향에 대해 평가할 필요가 있다고 판단된다. 또한 하수처리장 기원의 다양한 오염원들을 추적 평가하는데 유용하게 활용될 것이라 기대된다.
종합적으로, 하천에서 검출되는 인공방사성물질 131I 핵종은 하수처리장에서 유래된 것으로 의료 기원임을 확인할 수 있었고, 이들 농도는 WHO의 음용수 권고치인 10 Bq/L보다 극미량으로 무시할 수준이었으나 향후 지속적인 모니터링을 통해 수생태계 미치는 영향에 대해 평가할 필요가 있다고 판단된다. 또한 하수처리장 기원의 다양한 오염원들을 추적 평가하는데 유용하게 활용될 것이라 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
영산강의 유역면적의 넓이는?
본 연구의 대상유역인 영산강은 유역면적이 3,371 km2 이 고, 본류의 유로연장이 136 km로 광주천, 황룡강, 지석천, 고막원천 및 함평천 등의 지류가 합류하여 흐른다. 영산강 수계 중류에는 광주광역시 대부분의 생활하수와 산업공단의 공업 용수를 복합적으로 처리하는 2개의 하수처리장이 있다.
환경 중에 존재하는 방사성 요오드는 어떻게 방출되나?
2%)을 방출하는 핵분열 생성물이다. 환경 중에 존재하는 131I는 핵실험 및 원자력 발전소 사고 등으로 방출되나, 대부분은 의학적 목적으로 생산되어 병원에서 사용된 후 배출된다. 131I는 병원에서 주로 갑상선 질환의 환자들에게 치료와 진단을 위해 의학적으로 사용되며 (ICRP, 2004), 최근 국내에서도 갑상선암 환자의 발생 빈도가 증가함에 따라 131I핵종의 사용량이 증가하고 있다(KARA, 2017).
방사성 요오드는 무엇인가?
방사성 요오드( 131I)는 비교적 반감기(약 8.04 일)가 짧고 강한 감마선(364.5 keV, 81.2%)을 방출하는 핵분열 생성물이다. 환경 중에 존재하는 131I는 핵실험 및 원자력 발전소 사고 등으로 방출되나, 대부분은 의학적 목적으로 생산되어 병원에서 사용된 후 배출된다.
참고문헌 (26)
Journal of Environmental Radioactivity J. V., Carolan 102 10 953 (2011) 10.1016/j.jenvrad.2009.10.002
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