[논문]경북 지역 먹는 물의 은 검출 특성

이해근; 김정진; 김영훈

doi:10.22807/kjmp.2020.33.3.233

경북 지역 먹는 물의 은 검출 특성
Silver Contamination in Drinking Water of Gyeongbuk Area in Korea 원문보기

광물과 암석 = Korean journal of mineralogy and petrology, v.33 no.3, 2020년, pp.233 - 242

이해근 (경상북도 보건환경연구원) , 김정진 (안동대학교 지구환경과학과) , 김영훈 (안동대학교 환경공학과)

초록
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나노물질에 대한 연구와 산업화가 급격히 진행되면서 수환경으로 유출되는 나노물질의 양도 점차 많아지고 있다. 특히 은나노물질의 경우 은의 항균성으로 인하여 다양한 분야에서 사용되고 있으며 환경으로 유출되어 입자상태와 용해된 상태로 존재할 수 있다. 은나노물질과 은이온은 생태환경에 악영향을 줄 수 있으며 미국에서는 2차 먹는물 규제 항목(secondary drinking water standards)으로 정하고 있으며 규제농도는 0.1 mg/L로 정하여 관리하고 있다. 본 연구에서는 경북지역의 지하수와 소규모 먹는 물 공급시설을 대상으로 은의 농도를 측정하였으며 오염 정도를 미국 EPA 기준과 비교하고 시료를 채취한 지역의 특성, 물의 사용 목적 등을 고려하여 분석하였다. 총 293개의 시료 중 EPA의 secondary drinking water standards를 초과한 시료는 2개이며 비율로 0.6 7%이다. 검출률은 마을 상수도와 소규모 급수시설에서 상대적으로 높으며 농도 기준으로는 지하수에서 상대적으로 높은 농도를 보여 인위적 오염원과 지질적 기원이 동시에 작용한 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

As studies and developments of nano-material increase, the release of the nano-sized material to water environment increase. Especially, silver nanoparticles have been found as dissolved and particulate state since nano-silver particle have been intensively used in industrial and our living environment due to the anti-bacterial effect of the nano-particles. The silver nano-particles and silver ion gives adverse effect on ecology and US-EPA set a secondary drinking water standards as 0.1 mg/L. Current study focused on the analysis of silver in groundwater, small scale water supply systems in Gyeongbook area. The results have been compared with the secondary drinking water standards and discussed at the point of characteristics of the local area and purpose of use of the water sample. Among the total of 298 samples, 2 samples exceed the secondary drinking water standards of EPA, 0.64% rate. Community drinking water and simplified water service showed relatively high detection rate and groundwater gave relatively higher concentration of silver indicating anthropogenic source and natural source could contribute simultaneously on groundwater.

주제어

표/그림 (11)

표 Table 1. Optimized analytical conditions of ICP-MS
그림 Fig. 1. Average Ag concentrations with type of water sample.
표 Table 2. Mean silver concentration in drinking water of each sample type in Gyeongbook area
그림 Fig. 2. Detection rate of type of water sample (detection limit :0.5 μg/ℓ).
그림 Fig. 3. Average Ag concentrations with type of water sample over detection limit of 0.5 μg/ℓ.
그림 Fig. 4. Detection rate of city of water sample(detection limit: 0.5 μg/ℓ). (GS: Gyeongsan, GJ: Gyeonju, GR: Goryeong, GU: Gumi, GW: Gunwi, GC: Gimcheon: SJ: Sangju, SE: Seongju, YD: Yeongdeok, YC: Yeongcheon, UL: Ulleung, CD: Cheongdo, CS: Chengsong, CG: Chilgok, PH: Pohang)
표 Table 3. Silver concentration in drinking water of each city area in Gyeongbook area
그림 Fig. 5. Average Ag concentrations with sampling site.
그림 Fig. 6. Average Ag concentrations over detection limit of 0.5 μg/ℓ with sampling site.
표 Table 4. Ag concentration of water and rock type of sampling site
그림 Fig. 7. Ag concentration of water with rock type of sampling site.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 경상북도보건환경연구원에 의뢰되는 경상북도 중남부지역의 물시료 중 마을 상수도, 소규모 급수시설, 지하수, 샘물 및 먹는 샘물, 먹는물 공동시설, 지하수 측정망 및 민방위 비상급수 시설 등의 물 시료를 대상으로 은의 농도를 분석하여 지역별, 시료별 은의 검출 특성을 제시하는 것이다.

제안 방법

ICPMS 분석의 경우 표준용액(1 mg/L)을 증류수로 희석 하여 2, 5, 10, 20, 30 µg/L 5 point의 은(Ag)농도 검량선을 작성하여 시료를 분석하였다.
각 분석 원소의 분석을 위해 표준원액(ICP-MS용 120 µg/mL)과 유해중금속용 질산(68∼70%, 특급)을 사용하여 표준용액(0.1 mg/L)을 조제하였다.
경북지역의 대형 상수시설을 제외한 마을 상수도, 비상급수, 상수 정수, 소규모급수시설, 지하수 등의 물시료를 대상으로 은의 농도를 조사하였으며 시료의 종류, 시료 채취 위치, 시료 채취 지역의 지질 등을 고려하여 특성을 분석하였다.
물시료는 Whatman사의 0.45 µm의 PTFE Syrige Filter를 이용하여 여과한 뒤 유해중금속용 질산으로 전처리 (0.5 V/V %로 산처리)하여 유도결합플라즈마 질량분 석기(ICP-MS Spectrometer, Perkin Elmer, ELAN DRC-e)를 사용하여 정량분석 하였다(Table 1).
시료 채취 지점의 지질과의 연관성을 알아보기 위하여 미국 환경보호청의 기준인 100 µg/L의 20%에 해당하는 20 µg/L이상의 농도를 나타내는 17개의 시료에 대해 시료 채취 지점의 암석에 대해 조사하였다.

대상 데이터

물 시료는 경상북도 경산시, 경주시, 고령군, 구미시, 군위군, 김천시, 상주시, 성주군, 영덕군, 영천시, 울릉군, 청도군, 청송군, 칠곡군, 포항시 등 15개 시군으로부터 의뢰받거나 직접 채취하였으며 마을상수도(Community drinking water), 먹는샘물(drinkable spring water), 비상급수(Emergency feedwater), 정수 (Water works), 소규모급수(Simplified water), 수영장 욕수(Pool water), 정수기 물(Water purifier), 지하수 (Ground water), 하천수(Stream water), 해양심층수 (Deep sea water) 등으로부터 채취한 것이다. 마을상수도, 비상급수, 정수, 소규모급수시설, 지하수 등의 시료는 모두 동일한 공정에서 생산된 것은 아니며 각 시료 채취 지역 특성 및 사용된 정수공정 등의 차이가 있어 엄격하게 구분하는 것은 어렵다.
본 연구에는 물 분석을 위하여 고순도의 유해중금 속용 질산 및 표준금속 원액 등을 사용하였다. 중금속 표준원액은 Multi-Element Calibration Standard (20 µg/mL, 500 ml, PE-CAL1-ASL-5)가 사용되었으며, Manufactured under ISO 9001 Quality Assurance System 농도는 0.
Table 2는 시료 종류에 따른 특성을 나타낸 것이다. 분석에 포함된 시료는 총 298개이며 시료의 종류를 구분하면, 마을 상수도 44개, 먹는샘물 3개, 비상급수 33개, 정수 85개, 소규모급수 84개, 수영장 욕수 1개, 정수기 물 4개, 지하수 42개, 하천수 1개, 해양심층수 1개 등이다. 구성 비율은 각각 14.
시료 채취 지역인 울릉군의 지질은 주로 화산암 류로 현무암와 조면암으로 구분되지만 대부분 현무암이 분포하고 있다. 울릉군에서 채취한 시료는 3개로 채취 지점은 현무암 지대이고 정수 2개와 지하수 1개이다. 상수 원수인 계곡수의 은의 농도가 118.
지역별 특성을 알아보기 위하여 경산시, 경주시, 고령군, 구미시, 군위군, 김천시, 상주시, 성주군, 영덕군, 영천시, 울릉군, 청도군, 청송군, 칠곡군, 포항시 등으로 구분하였다. Table 3은 지역별 시료에 대한 정보를 나타낸 것이다.

성능/효과

모든 시료에 대해 은의 평균 농도는 마을 상수도 5.2 µg/L, 먹는샘물 16.8 µg/L, 비상급수 5.8 µg/L, 정수 4.2 µg/L, 소규모급수 4.1 µg/L, 수영장 욕수 13.2 µg/L, 정수기 물 불검출, 지하수 8.0 µg/L등이며, 하천수와 해양심층수는 불검출 되었다(Fig. 1).
분석 시료에서 검출된 은의 농도를 살펴보면 전체 평균 농도는 5.1 µg/L이며, 표준편차는 17.8로 시료 간 편차가 비교적 크다는 것을 알 수 있다.
67%의 초과율을 보였다. 사용 용도별 구분에서는 마을 상수도와 소규모 급수시설에서 검출률이 상대적으로 높으며 농도 기준으로는 지하수에서 상대적으로 높은 농도를 보여 인위적 오염원과 지질적 기원이 동시에 작용한 것으로 판단되었다. 시료 채취 위치에 따른 경향은 포항, 구미 등 산업단지가 많은 지역에서 비교적 검출률이 높으며 검출농도 기준으로는 고령군의 시료에서 높은 농도의 은이 검출되었다.
2). 소규모급수시설의 물이 은의 검출비율이 76.2%로 가장 높고 마을 상수도와 지하수의 순의 비율로 은이 검출되었다. 은이 검출된 시료에 대한 평균 농도는 마을 상수도 7.
사용 용도별 구분에서는 마을 상수도와 소규모 급수시설에서 검출률이 상대적으로 높으며 농도 기준으로는 지하수에서 상대적으로 높은 농도를 보여 인위적 오염원과 지질적 기원이 동시에 작용한 것으로 판단되었다. 시료 채취 위치에 따른 경향은 포항, 구미 등 산업단지가 많은 지역에서 비교적 검출률이 높으며 검출농도 기준으로는 고령군의 시료에서 높은 농도의 은이 검출되었다. 시료 채취 지역의 모암의 종류에 따라 약간의 농도 차이를 나타내며, 은의 평균 농도는 퇴적암>현무암>안산암>화강암>편마암 순으로 울릉군의 현무암과 고령군의 퇴적암에서 채취한 시료에서 미국 환경보호청의 기준을 초과하였다.
시료 채취 지역의 모암의 종류에 따라 약간의 농도 차이를 나타내며, 은의 평균 농도는 퇴적암>현무암>안산암>화강암>편마암 순으로 울릉군의 현무암과 고령군의 퇴적암에서 채취한 시료에서 미국 환경보호청의 기준을 초과하였다.
암석의 종류에 따른 은의 평균 농도는 퇴적암>현무암>안산암>화강암>편마암 순이며 울릉군의 현무암과 고령군의 퇴적암에서 채취한 시료에서 미국 환경보호청의 기준을 초과하는 것으로 나타났다(Fig. 7).
전체 분석 결과에서 농도 기준으로 시군을 비교하면 고령군이 22.4 µg/L로 가장 높고 상주시 16.8 µg/L, 군위 9.8 µg/L, 경산 9.3 µg/L 등이며 그 외 다른 시군의 경우 0-6.8 µg/L의 범위를 보이고 있다(Fig. 5).
전체 분석 결과에서 농도를 기준으로 비교하면 고령군>상주시>군위군>경산시>청도군>포항시>울릉군>경주시 등이며, 검출 한계인 0.5 µg/L 이상을 기준으로 평균 농도를 비교하면 고령군>상주시>경산시>군위군>청도군>울릉군>김천시>경주시>포항시 등으로 약간의 차이를 나타낸다.
채취한 시료 중 검출 한계인 0.5 µg/L 이상으로 검출된 시료의 비율은 포항시>구미시>군위군>청도군>경산시>영천시>경주시>울릉군 >고령군>김천시 순이며 순이며 산업시설이 많은 포항시와 구미시가 타 시군에 비해 비교적 높은 비율로 은이 검출된 것으로 나타났다(Fig. 4).
총 293개의 시료 중 54%인 161개의 시료가 0.5 µg/ L 이상의 은을 포함하고 있으며 미국 EPA의 환경기준을 초과한 개수는 2개로 약 0.67%의 초과율을 보였다.

후속연구

시료 채취 지역의 모암의 종류에 따라 약간의 농도 차이를 나타내며, 은의 평균 농도는 퇴적암>현무암>안산암>화강암>편마암 순으로 울릉군의 현무암과 고령군의 퇴적암에서 채취한 시료에서 미국 환경보호청의 기준을 초과하였다. 은은 용해성 은이 입자성 은으로 변화할 수 있고 입자성 은이 다시 용해될 수 있으므로 물의 pH 및 산화, 환원, 자연 유기물질 등 코팅제의 존재 여부에 따라 물속에서의 농도가 변화할 수 있어 종합적이고 광범위한 조사가 필요하다고 판단된다.
또한 정수처리공정이 각 처리시설에 따라 다르므로 정수처리 등을 일괄적인 인자로 반영하기 어렵다. 현재 연구결과에서 은의 농도가 미국기준에 비추어 크게 염려할 사항은 아니지만 공업단지나 자연적 기원에 의해 고농도로 검출될 경우 이에 대한 관리 대책이 필요할 것으로 판단된다.

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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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