PFOA & PFOS Drinking Water Health Advisories

1. Drinking Water Health Advisory for Perfluorooctanoic Acid (PFOA)

『EPA 822-R-16-005 (May 2016)』

Perfluorooctanoic acid (PFOA)는 합성된 플루오르화 유기산으로 다양한 상업용품과 플루오르폴리머의 생산에 사용된다. PFOA는 강한 탄소-플루오르 결합으로 매우 안정한 물질이며 퍼플루오르알킬 (Perfluoroalkyl substances, PFASs) 그룹 중 가장 많은 비중을 차지하는 것으로 알려져 있다. 특히 PFOA는 가수분해, 광분해 및 생물분해에 대해 내성을 가지며, 환경 중에 장기간 머물어 생물축적 및 생물확대의 원인이 되기 때문에 인간과 동물들에게 심각한 피해를 유발하는 것으로 보고되고 있다. 이에 2015년 말 이후 미국의 주요 제조업자들은 PFOA 생산 중단에 자발적으로 동의한 상태이다.

PFOA는 인간의 신장과 고환에 종양을 발생시키는 것으로 알려져 있으며, 쥐 실험에서 발암성을 확인하였다. 1999년에서 2012년 사이 미국에서 일반인 대상으로 실시한 혈액의 혈장에서의 PFOA 검출이 99 %로 나타났다. 그러나 이 혈액 내 농도는 PFOA 생산 중단 이후에 점차 감소하는 것으로 나타났다. 물에서의 PFOA의 오염은 PFOA 관련 제품 생산 및 폐기 과정에서 환경 중에 유입된 것으로 보고되었다.

EPA에서는 2009년 PFOA를 CCL (Contaminant Candidate List)에 포함시켜서 CCL 3으로 하였고 2015년에 CCL 4로 분류하였다. Table 1에 미국 각 주에서의 PFOA의 가이드라인 값을 정리하였으며, Table 2에 각국의 PFOA의 가이드라인 값을 정리하였다.

그림 1. Chemical Structure of PFOA.

Table 1. State Guideline Values for PFOA

State	Guideline Value (ug/L)	Source
Delaware department of resources and environmental control	0.4	DNREC (2016)
Maine department of health and human services	0.1	Maine DHHS (2014)
Michigan department of environmental quality	0.42	Michigan DEQ (2013)
Minnesota department of health	0.3	MDH (2009)
New Jersey department of environmental protection	0.04	NJDEP (2014)
North Carolina division if water quality	2.	NCDEQ (2013)
Vermont agency of natural resources	0.02	Vermont ANR (2016)

Table 2. International Guideline Values for PFOA

Country/Agency	Guideline Value (ug/L)		Source
	Health-based	Administrative
German Ministry of Health	0.3	Composite precautionary guidance value for PFOA+PFOS is 0.1	German Ministry of Health (2006)
United Kingdom (UK) Drinking Water Inspectorate	5.0	Action levels: Tier 1: potential hazard Tier 2: >0.3 Tier 3: >5.0 Tier 4: >45	UK Drinking Water Inspectorate (2009)
Danish Ministry of the Environment	0.3	Composite drinking water criteria are based on relative toxicity of PFOS, PFOA, and PFOSA	Danish Ministry of the Environment (2015)
Swedish National Food Agency	-	Also 0.09 for the mixture of: PFOS, PFOA, PFHxS; PFBS; PFHpA; PFHsA, PFPeA (total PFASs) 0.9: Pregnant women, women trying to get pregnant, and infants should not consume if total PFASs exceeds	Livsmedelsverket (2014), cited in Danish Ministry of the Environment (2015)

PFOA = perfluorooctanoic acid, PFOS = perfluorooctane sulfonate, PFBS = perfluorobutane sulfonate, PFHpA = perfluoroheptanoic acid, PFHsA = perfluorohexanoic acid, PFHxS = perfluorohexane sulfonic acid, PFOSA = perfluorosulfonamide, PFPeA = perfluoropentanoic acid

1.1. 비발암 건강권고치

건강권고치(health advisory, HA)를 설정하기 위한 상대적인 노출원(Relative Source Contribution, RSC)은 공기, 음식, 먹는물 및 산업제품 등 다양하다. 주요 노출경로는 섭취에 의한 것으로 음식, 먹는물, 그리고 어린이들이 카펫에서부터 토양과 먼지 섭취 등 다양한 노출원이 존재한다고 하였다. 2000년에 발행된 EPA's exposure decision tree에서 이러한 PFOA의 다양한 노출원 중 먹는물에 의한 노출은 식품 등 다른 노출원에 비해 기여도가 낮기 때문에 EPA에서는 PFOA의 RSC값을 20%로 제시하였다.

일생 동안의 건강권고치를 계산하기 위해 우선 먹는물에 의한 노출을 100 %로 가정하여 DWEL (Drinking Water Equivalent Level)값을 산출한다. 여기서 RfD (Reference Dose)값은 0.00002 mg/kg-day를 사용하는데, 이는 Lau et al.(2006)의 실험 값 중 LOAEL (Lowest Observed Adverse Effect Level)을 적용한 값이다. DWI (Drinking Water Intake) / bw는 0.054 L/kg-day 값으로 EPA에서 2011년 제시한 수유중인 여성이 물을 섭취하였을 때를 90 %의 신뢰수준으로 계산한 값이다. 그리하여 계산한 DWEL 값은 다음과 같다.

[eqn: DWEL= {RfD TIMES bw} over {DWI} = {0.00002`mg/kg-day} over {0.054`L/kg-day} =0.00037`mg/L]

일생 동안의 RSC값 20 %를 적용하여 구한 건강권고치는 다음과 같다.

[eqn: LifetimeHA=DWEL TIMES RSC=0.00037`mg/L TIMES 0.2=0.000074`mg/L]

그러므로 EPA는 임산부의 태아와 모유수유 중인 유아에 대한 노출 시나리오를 적용하였을 때 0.07 ug/L의 값을 PFOA의 일생동안(lifetime)의 HA로 설정하였다. 또한, PFOA가 단독 혹은 PFOA + PFOS가 0.07 ug/L를 초과할 경우, 상수도 계통에서는 신속히 추가적인 오염원 주변에 대한 샘플링을 실시하여야 하며, EPA 혹은 state drinking water safety agency에 즉시 보고하여야 한다.

1.2. 발암 위해도

PFOA의 경우, 발암성이 확인되었으므로 cancer risk를 적용하여 위해도를 계산할 수 있다. 2011년 EPA에서 제시한 21세 이상의 성인 평균 몸무게인 80 kg을 적용하였고 slope factor 값은 0.07 (mg/kg/day)-1을 사용하였다.

[eqn: 10^{-6 } cancer``risk = {0.000001 times 80 `kg}over{0.07 `mg/kg/day times 2.5`L/d}=0.00046 `mg/L]

로 나타나므로 약 0.5 ug/L로 나타난다. 이는 비발암을 적용하였을 때 값인 0.07 ug/L보다 높은 값으로 나타난다.

2. Drinking Water Health Advisory for Perfluorooctane Sulfonate (PFOS)

『EPA 822-R-16-004 (May 2016)』

Perfluorooctane sulfonate (PFOS)는 합성된 플루오르화 유기산으로  PFOA와 마찬가지로 플루오르폴리머 생산에 사용된다. 2002년 이후 미국의 주요 제조업자들은 PFOS 생산 중단에 자발적으로 동의한 상태이다. PFOS는 PFOA와 달리 발암성에 대한 보고 자료가 충분하지 않다. 2009년 EPA에서는 먹는물에서 PFOS에 대한 예비 건강권고치를 0.2 ug/L으로 설정하였다.  Table 3에 미국 각 주에서의 PFOA의 가이드라인 값을 정리하였으며, Table 4에 각국의 PFOA의 가이드라인 값을 정리하였다.

그림 2. Chemical Structure of PFOS Anion.

Table 3. State Guideline Values for PFOS

State	Guideline Value (ug/L)	Source
Delaware department of resources and environmental control	0.2	DNREC (2016)
Michigan department of environmental quality	0.011	Michigan DEQ (2013)
Minnesota department of health	0.3	MDH (2009)

Table 4. International Guideline Values for PFOS

Country/Agency	Guideline Value (ug/L)		Source
	Health-based	Administrative
German Ministry of Health	0.3	Composite precautionary guidance value for PFOA+PFOS is 0.1	German Ministry of Health (2006)
United Kingdom (UK) Drinking Water Inspectorate	1.0	Action levels: Tier 1: potential hazard Tier 2: >0.3 Tier 3: >1.0 Tier 4: >9	UK Drinking Water Inspectorate (2009)
Danish Ministry of the Environment	0.1	Composite drinking water criteria are based on relative toxicity of PFOS, PFOA, and PFOSA	Danish Ministry of the Environment (2015)
Dutch National Institute for Public Health and the Environment	0.53	Negligible concentration: 0.0065	RIVM (2010)
Swedish National Food Agency	0.09	Also 0.09 for the mixture of: PFOS, PFOA, PFHxS; PFBS; PFHpA; PFHsA, PFPeA (total PFASs) 0.9: Pregnant women, women trying to get pregnant, and infants should not consume if total PFASs exceeds	Livsmedelsverket (2014), cited in Danish Ministry of the Environment (2015)

PFOA = perfluorooctanoic acid, PFOS = perfluorooctane sulfonate, PFBS = perfluorobutane sulfonate, PFHpA = perfluoroheptanoic acid, PFHsA = perfluorohexanoic acid, PFHxS = perfluorohexane sulfonic acid, PFOSA = perfluorosulfonamide, PFPeA = perfluoropentanoic acid

2.1. 비발암 건강권고치

건강권고치(Health Advisory, HA)를 설정하기 위한 상대적인 노출원(Relative Source Contribution, RSC)은 공기, 음식, 먹는물 및 산업제품 등 다양하다. 주요 노출경로는 섭취에 의한 것으로 음식, 먹는물, 그리고 어린이들이 카펫에서부터 토양과 먼지 섭취 등 다양한 노출원이 존재한다고 하였다. 2000년에 발행된 EPA's Exposure Decision Tree에서 이러한 PFOA의 다양한 노출원 중 먹는물에 의한 노출은 식품 등 다른 노출원에 비해 기여도가 낮기 때문에 EPA에서는 PFOA의 RSC값을 20 %로 제시하였다.

일생 동안의 건강권고치를 계산하기 위해 우선 먹는물에 의한 노출을 100 %로 가정하여 DWEL (Drinking Water Equivalent Level)값을 산출한다. 여기서 RfD (Reference Dose)값은 0.00002 mg/kg/day를 사용하는데, 이는 Luebker et al.(2005)의 실험 값 중 NOAEL (No Observed Adverse Effect Level)을 적용한 값이다. DWI (Drinking Water Intake) / bw는 0.054 L/kg-day 값으로 EPA에서 2011년 제시한 수유중인 여성이 물을 섭취하였을 때를 90 %의 신뢰수준으로 계산한 값이다. 그리하여 계산한 DWEL 값은 다음과 같다.

[eqn: DWEL= {RfD TIMES bw} over {DWI} = {0.00002`mg/kg/day} over {0.054`L/kg-day} =0.00037`mg/L]

일생 동안의 RSC값 20 %를 적용하여 구한 건강권고치는 다음과 같다.

[eqn: LifetimeHA=DWEL TIMES RSC=0.00037`mg/L TIMES 0.2=0.000074`mg/L]

그러므로 EPA는 임산부의 태아와 모유수유 중인 유아에 대한 노출 시나리오를 적용하였을 때 0.07 ug/L의 값을 PFOS의 일생동안(lifetime )의 HA로 설정하였다. 또한, PFOS가 단독 혹은 PFOA + PFOS가 0.07 ug/L를 초과할 경우, 상수도 계통에서는 신속히 추가적인 오염원 주변에 대한 샘플링을 실시하여야 하며, EPA 혹은 state drinking water safety agency에 즉시 보고하여야 한다.

2.2. 발암 위해도

PFOS는 PFOA와 달리 발암성에 대한 자료가 충분하지 않아 Cancer risk 값을 산출할 수 없다.