지표수와 지하수계의 비소 및 타 독성 원소

지표수와 지하수계의 비소 및 타 독성 원소

1. 머리말

○ 물 부족은 현재 지구 육지표면의 1/3에서 심각한 문제로 되어있다. 지표수와 지하수에서 얻을 수 있는 물 중에 소량만이 마실 수 있으며, 지난 수십 년 동안에 자연적 및 인위적 오염원에서 나온 여러 가지 독성용질의 농도가 전 지구적으로 광범하게 증가되어 앞으로 얻을 수 있는 안정한 식수양이 한층 제한받게 되었다. 이들 독성 용질의 장기간 섭취 는 인간의 건강에 심각한 악영향을 줄 수 있다.

○ 미국의 ATSDR(Agency for Toxic Substances and Disease Registry: 독성물질·질병 등록기관)은 오염물질의 화학적 성질이나 공급과는 관계없이 275개의 물 오염물질을 목록에 유지하고 있으며 As를 1997년 이후 전 세계에서 가장 무서운 오염물질로 분류하였다. 용존 As에 관심이 높아진 주요 이유 중의 하나는 As로 인한 급성 발암과 기타 건강에 미치는 영향 그리고 As는 여러 지질학적, 지리학적, 지형학적 및 수리학 적 시스템에 존재한다는 인식 때문이다.

○ As양이 지각의 표준에 가까운 지역에서도 As농도가 높은 지표수와 지하수가 나타나는데 이것은 공급원보다 As가 원암에서 녹아 나오는 작용(mobilization)이 더 중요함을 지시한다. 지표수와 지하수에 As농도를 높이는 중요 요인은 (1) As 공급원, (2) As를 지하수에 방출하는 기구, (3) 지하수의 한정된 분출이다. 지난 20년 간 As연구는 지속적으로 증가되었으며, 식수의 As 기준이 0.05mg/L에서 0.01mg/L로 엄격해져 이 전의 “안정” 식수원이 불안정한 것으로 분류되었다.

○ 지하수로 인한 As독성의 영향은 특히 동남부 및 동부 아세아에 널리 퍼져있다. 이 지역은 인구밀도가 가장 높고 히말라야 혹은 티베트 고원 에서 발원한 세계에서 가장 큰 강 시스템에 의하여 배수된다. 이들 지역 중 하나인 동부 인도와 방글라데시의 벵골 분지는 세상에서 As의 피해가 가장 큰 지역으로 인식되고 있으며 수백만의 인구가 As로 부화 된 지하수를 식수로 이용하고 있다.

○ 지하수가 As로 부화된 동남부 및 동부 아세아의 기타 지역은 캄보디아 의 메콩 분지, 베트남의 레드강 분지 및 대만과 내몽고가 포함되며 이 들 지역 대수층은 As 이동에 유리한 비슷한 수리지화학적 조건을 가지 고 있다. 그러나 지하수와 지표수에 As가 부화된 세계 여러 지역의 나라는 서로 다른 지질학적 및 지구화학적 환경을 가지고 있으며 북미와 남미, 서아프리카, 호주해안지대의 여러 지역이 이에 포함된다.

○ 본 특집의 20개 논문은 2009년 10월 1일∼18일에 미국 오리건 주의Portland에서 개최된 2009년 GSA(미국 지질학회) 연차회의 topical session 에서 발표되었으며 “비소와 타 독성 원소의 지구화학 및 지구 지하수 시스템의 환경적 위험의 평가” session은 현 편집진에 의하여 조직되고 여러 관련기관의 후원으로 개최되었다.

○ 구두 및 포스트 주제는 (1) 여러 규모의 지하수 중 As와 타 독성원소의 공급원과 특징, (2) 지하수와 지표수 중 As와 타 독성원소의 이동, 운명, 분종을 규제하는 과정, (3) 안정한 교체 지하수원의 발견, (4) 농업, 식수 및 자연 생태계에서 As의 개선과 관리에 집중되었으며, 15개 이 상의 국가에서 온 연구자들에 의하여 총 35개가 발표되었다.

2. 특집의 구성

○ 비소와 독성원소의 근원, 분포 및 특성화
  – 자연적으로 As가 높아진 지하수에 대한 연구는 큰 강의 범람원이나 해침 지층에 퇴적된 신제3기 퇴적층의 대수층에 집중되었다. 그러나 연구들에 의하면 As가 부화된 지하수는 빙하퇴적물, 풍성퇴적물, 고생대 사암 및 염기성 화성암을 포함하는 다양한 지대에 산출한다. 6 개 논문은 용존 As의 분포에 관하여 다루었다.

○ 비소와 독성원소의 이동과 계기
 – 광역 규모의 지표수와 지하수의 As와 독성원소의 높은 농도는 자연 적 과정으로 형성되었다는 것이 연구자들 간에 대체로 일치된 의견 이다. 수계의 독성원소에 대한 최근 연구는 대부분 이들 과정에 집중 되었으며 기계적 이해에 도움이 된다.

○ 비소-안정 대수층의 탐사와 적합성
 – 최근 몇 개 보고서에서 As농도가 낮은 심부 대수층의 개발 가능성이 검토되었다. 이들 대수층에 관한 지식은 방글라데시에서 Fe가 낮은 대수층을 탐사해온 시굴자로부터 수집되었는데 이 대수층은 인접 대수층보다 As가 낮아 대체 식수원으로 이용될 수 있다. 관련 논문이 4개 발표되었다.

○ 비소 부화수의 지속가능한 개선
 – As제거를 위한 기술은 응고-응집법 내지 이온교환과 역삼투법이다.
자연 흡수제 (라테라이트, 보크사이트 혹은 Fe-옥시졸)의 이용과 같은 저렴한 개선방법이 용존 As를 제거하는 유망한 대체기술로 개발 되었으며 자연 홍토의 사용도 연구되었다.

3. 맺음말
○ 논문은 As와 타 독성원소의 산출과 거동, 그리고 여러 수리지질학적 환경의 지하수에서 이들 원소의 이동 기구에 관한 최신 지식을 반영하고 있다. 특집에 포함된 주제는 과거의 기지 및 미지 지역의 As와 타독성원소의 분포범위와 공급원부터 As를 제거하는 새로운 방법까지를범위에 포함한다.

○ 어떤 연구는 같은 지질연구 지역에서도 구역에 따라 As 부화에 대하여 해석을 달리하는데 이는 경계선 밖의 지하수는 광역적으로 통합된 수리지질학적 연구를 계속하고 지하수 흐름의 시뮬레이션으로 토지 이용과 토지 피복의 광역적 변화를 설명할 필요가 있음을 강조한다.

○ 논문에서 토의는 지하수 중 As의 전 지구적 문제와 As 경감의 최근 지식을 제공하며, 전 세게 수백만 사람들에게 절대적으로 필요한 수자 원의 관리에 기여할 것으로 기대한다.


출처 : Abhijit Mukherjee, Prosun Bhattacharya, Alan E. Fryar, "Arsenic and other toxic elements in surface and groundwater systems", Applied Geochemistry, 26, 2011, pp.415~420.
한국과학기술정보연구원, 이재영전문연구위원으로 부터 퍼왔습니다.