다시 뛰는 공정도시 서울!

문서번호 신물질분석과-974 결재일자 2020.3.2. 공개여부 대시민공개 방침번호 시 민 ★주무관 신물질분석과장 수질분석부장 정관조 박영복 03/02 김복순 협 조 고도정수처리공정에서 우라늄(U) 거동 연구 『2020년 우라늄 연구과제 중간결과 보고』 2020. 2. 수질분석부 (신물질분석과) 1. 서 론 우라늄은 천연(天然)으로 존재하는 원소 중에서 가장 무거운 방사성물질이며 천연 우라늄은 질량수 234(0.005%), 235(0.72%), 238(99.275%)의 세 가지 동위원소로 이루어져 있다. 우라늄은 지하수와 지표수 모두에서 발견되며 주로 지하수에서 높은 농도를 나타낸다. 화강암과 인회석, 변성암류, 갈탄 그리고 인산염광산 등이 우라늄을 함유하고 있으며 자연 상태에서 보통 산화상태로 존재하고 U3+, U4+, Ⅴ가인 UO2+ 및 Ⅵ가인 UO22+의 4종류 형태로 존재한다. 자연계에서 Ⅵ가의 우라늄이 가장 흔하며 보통 산소와 결합하여 우라닐이온(UO22+)으로 존재한다. 우라늄으로 인한 주된 건강상의 영향은 용해성 우라늄 화합물의 화학적 독성에 기인한 신장의 손상이며, 둘째로 뼈에 침적된 우라늄의 방사성 붕괴산물과 연관된 영향으로써 골격계에 암을 유발할 수 있는 것으로 알려져 있다. 먹는물에서는 낮은 우라늄 농도도 관심의 대상이 되며 안전성의 목적을 위해 환경부와 US EPA는 먹는물 중의 우라늄 농도를 30 ㎍/L 이하로 규제하고 있다. 서울시의 경우, 2002년 5월부터 수질감시항목으로 지정하여 원수, 정수 및 수돗물에 대해 지속적으로 모니터링을 실시해 왔으며 우라늄 기준도 15 ㎍/L 이하로 환경부보다 엄격하게 규제하고 있다. 한국기초과학지원연구원(2017년)에 의하면, 국내 조사대상 13개 생수 제조업체 가운데 3곳의 취수원수에서 우라늄 법적 수질기준인 30 ㎍/L 이상의 우라늄이 검출되었으며 하이트진로음료 천안공장의 경우, 공정수에서 우라늄 수치가 기준치를 초과한 것으로 보고했다. 또한 2019년 충남 청양군 정산정수장에서 기준치의 2 ~ 3배의 우라늄 검출되었으며 지하수 관정 근처 암석에서 녹아 나온 우라늄이 겨울 가뭄으로 농도가 상승한 것이 주 원인인 것으로 보고되었다. 서울의 상수원은 한강과 팔당호이며 상수원의 북부지역인 의정부, 포천군, 가평군 지역과 북동부지역인 춘천지역, 남동부지역인 남한강 본류의 여주, 이천지역은 우라늄 농도와 관련이 있는 화강암류 지역으로 구성되어 있고 대부분 우라늄 함유와 관련이 없는 호상편마암과 편암류, 미그마타이트질 편마암으로 구성된 지질구조 형태로 상수원 지점별 우라늄 농도의 차이가 있을 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 서울시의 물 공급원인 한강？팔당 상수원수와 정수 및 주요 지류천에에 대해 우라늄(이하 238U 또는 Uranium)의 양과 발생원인를 조사하고 서울시의 정수공정인 고도처리과정에서 우라늄의 거동 및 제거 특성을 평가하고자 한다. 2. 재료 및 방법 2.1. 시료 채취 및 전처리 지표수에 존재하는 우라늄 농도는 대부분 수 ㎍/L 수준으로 상당부분이 시료 중의 부유입자 표면과 채수 용기의 표면에 흡착되어 손실될 수 있는 가능성을 고려하여 채수 용기는 polyethylene (PE) 용기를 사용하였고, 산(질산)을 첨가하여 pH<2 되도록 조정하였다. 원수(착수정 원수 등), 침전수는 실험실에서 질산를 추가로 첨가(5 ~ 10%)한 후 마이로파전처리기(microwave digester)를 이용하여 추가 전처리를 실시했다. 탁도가 0.1 NTU 이하인 여과수, 활성탄 통과수 및 정수는 별도의 전처리 없이 산 농도가 5~10%(시료의 matrix 일치)가 되도록 질산을 추가 첨가하여 측정하였다. 2.2. 기간 및 대상 2020년 1월부터 2월까지 강북 및 구의 아리수정수센터 정수처리리공정별로 시료를 채수하여 고도처리공정에서의 우라늄 농도 및 변화 특성을 조사 3. 결과 및 고찰 3.1. 고도정수처리공정별 우라늄(U) 거동 변화 3.1.1. 고도정수처리공정별 우라늄 함량 Table 1에 나타낸 바와 같이 강북, 구의 아리수정수센터 공정별 우라늄 농도는 원수 0.056 ~ 0.70 ㎍/L, 침전수 0.012 ㎍/L, 여과수 0.03 ㎍/L, 활성탄수 0.02 ㎍/L, 정수 0.02 ~ 0.03 ㎍/L의 범위로 나타났다. 응집, 침전, 여과(모래, 활성탄), 소독공정을 거치면서 원수에 함유되어 있는 우라늄의 약 96%가 감소됨을 알 수 있었다. Table 1. Uranium concentration at the individual water treatment process Purification plant Process Gangbuk Guui Raw water 0.70 0.56 Settled water 0.12 0.12 Filtered water 0.03 0.03 activated carbon-passed water 0.02 0.02 Finished water 0.03 0.02 제거율(%) 96%(≒95.7) 96%(≒96.4) 3.1.2. 고도정수처리공정별 우라늄(U) 제거 특성 Fig. 1은 서울시 강북, 구의 아리수정수센터 공정별로 우라늄 농도를 나타낸 것이다. 그림에서 보듯이 2개 아리수정수센터 모두 응집, 침전, 여과, 소독공정 중 응집-침전공정에서 우라늄의 제거율이 가장 높게 나타남을 알 수 있다. 정수처리공정별 평균 우라늄 농도는 원수 0.63 ㎍/L, 침전수 0.12 ㎍/L, 여과수 0.03 ㎍/L, 활성턴 통과수 0.02 ㎍/L, 정수 0.02 ㎍/L로 나타났다. 여과공정 이후의 우라늄 농도는 최대 0.03 ㎍/L 이하의 낮은 수준으로 이것은 환경부 및 US EPA 먹는물 수질기준 30 ㎍/L의 1/1000 수준으로 안전한 것으로 나타났다. Fig. 1. Uranium concentration from individual water treatment process. 원수 대비 정수처리 공정별 평균 우라늄 제거율을 응집-침전공정에서 80%, 여과공정에서 14%, 활성탄공정 및 소독공정에서 약 2%가 제거됨 알 수 있었다. 또한 시료 채수시 아리수정수센터 정수의 잔류염소 농도 범위는 0.35 ~ 0.40 ㎎/L이었고 폴리염화알루미늄(polyaluminiumchloride, PACl)은 11 ~ 12 ㎎/L 범위로 주입되고 있었다. 4. 결 론 강북, 구의 아리수정수센터 정수처리공정별 평균 우라늄 농도는 원수 0.63 ㎍/L, 침전수 0.12 ㎍/L, 여과수 0.03 ㎍/L, 활성턴 통과수 0.02 ㎍/L, 정수 0.02 ㎍/L로 나타났다. 응집, 침전, 여과(모래, 활성탄), 소독공정을 거치면서 원수에 함유되어 있는 우라늄의 약 96%가 감소됨을 알 수 있었다. 또한, 여과공정 이후의 우라늄 농도는 최대 0.03 ㎍/L 이하의 낮은 수준으로 이것은 환경부 및 US EPA 먹는물 수질기준 30 ㎍/L의 1/1000 수준으로 안전한 것으로 나타났다. 원수 대비 정수처리 공정별 평균 우라늄 제거율을 응집-침전공정에서 80%, 여과공정에서 14%, 활성탄공정 및 소독공정에서 약 2%가 제거됨 알 수 있었다. 참고문헌 1. Kim, S. M., Jang, A., Lee, J. U., Choi, H. C., Kim, K. W., and Kim, I. S., ？？Uranium removal from uranium-bearing black shale by bioleaching using an iron-oxidizing bacterium,？？ J. of KSEE., 24(12), 2129～2138(2002). 2. Duenas, C., Fernandez, M. C., Liger, E., and Carretero, J., ？？Natural radioactivity levels in bottled water in spain,？？Wat. Res., 31(8), 1919～1924(1997). 3. Bakac, M., Kumru, M. N., ？？Uranium, radium and field measurements in the water of Gediz River,？？Turk J. Engin. Environ. Sci., 24, 229～236(2000). 5. Ortega, X., Valles, I., and Serrano, I., ？？Natural radioactivity in drinking water in catalonia(spain),？？Environment international, 22(1), S347～S354(1996). 6. 이병주, 김유봉, 이승렬, Explanatory note of the Seoul-Namchonjeom sheet, 과학기술부, pp. 10-34(1999).

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