수질오염물질의 발생원과 영향

 

축산폐수

도시하수에는 고형물의 농도가 500~15000ppm(70~80%는 용해성), COD 150~300ppm, BOD 100~400ppm, SS 200~1000ppm 정도이지만 분뇨는 다량의 유기물이 함유되어 있으며, COD 64000mg/L로 매우 높고, BOD 10000~30000ppm, SS도 COD의 1/3~1/2정도로 높은 편이다. 축산폐수는 BOD 2000~4000ppm으로 가정하수에 비해 월등하게 높으며, 산업폐수는 가정하수에 비해 발생량은 적지만 일반적으로 고농도이고, 중금속 등 유해물질을 많이 함유하고 있는 것이 특징이다.

산업폐수

폐수배출업소

(1) 특정 수질유해물질 : 수질과 수생태계 보전에 관한 법률 중 사람의 생활이나 농수산물의 생육에 직접 간접으로 해를 주는 수질 오염물질을 말한다. 즉, 생태계에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있기 때문에 엄격하게 규제할 필요가 있는 물질들을 의미한다.

 

수질, 수생태계 보전에 관한 법률에서 정하는 특정 수질유해물질의 종류는 다음과 같다.

- 수은, 카드뮴, 구리, 납, 비소, 6가 크롬, 셀레늄

- 시안, 유기인, 사염화탄소, 페놀류, 벤젠, 클로로폼, 브로모폼

- 아크릴아미드, 염화비닐, 아크릴로니트릴, 테트라클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 폴리클로리네이티드바이페닐, 디클로로메탄, 1,1-디클로로에틸렌, 1,2-디클로로에탄, 1,4-다이옥산, 디에틸헥실프탈레이트(DEHP)

 

(2) 오염물질의 발생원과 영향 : 주요 오염물질에 대한 특징과 영향을 요약하면 다음과 같다.

 

㉮ 수은(Mercury, Hg)

- 상온(常溫)에서 유일하게 액체로 존재하는 금속이다.

- Hg은 철, 니켈, 코발트, 마그네슘 등을 제외한 대부분의 금속과 아말감(Amalgam)을 만든다.

- 유기수은(RHgX) 특히, 메틸수은의 독성이 크다.

- 헌터루셀(Hunter-Russel) 증후군, 미나마타병, 중추신경계 마비, 콩팥기능 장해, 운동마비, 언어장애 등을 유발한다.

 

환경의 다양한 경로를 통한 수은의 인체 노출

 

발생원 :

-수은은 자연적으로 발생하는 부분과 인위적인 발생에 의한 부분으로 나누어 볼 수 있는데, 지난 100년간 방출된 수은의 70%는 인위적인 요인에 의함

- 자연적으로 발생하는 수은은 지각변동 및 화산폭발, 바다와 토양의 증발 등 지표면에서 대기 중으로 방출되어 환경에 축적됨

- 인위적으로 화석연료의 사용이 주요 배출원으로 알려져 있으며, 금속광산, 산업 및 전기 제조시설, 고형폐기물 및 의료용 폐기물 소각시설, 염소알칼리 공장, 구리 및 납 제련소, 시멘트 제조시설 등에서 수은이 방출됨.

- 지구상에서 지난 100년간 배출된 수은의 50~70%는 인위적 요인에 의한 것임.

- 수은 원소는 안정된 형태로 환경 중에 1년 이상 머무를 수 있기 때문에, 특정 지역에서 발생된 수은이 전 세계적으로 순환될 수 있음.

 

1) 금속(원소)수은

- 금속 수은은 상온에서 은백색 무취의 액체 상태로 존재하며, 온도계, 압력계, 기압계, 형광등 등에 사용됨.

- 주로 기화된 수은 증기를 흡입하여 몸속으로 흡수되는데, 흡수된 금속 수은은 곧 무기 수은으로 산화되어 단백질과 결합되고 누적됨.

- 금속 수은은 손상되지 않은 피부를 잘 통과하지 못하는 것으로 알려져 있으며, 입을 통하여 노출되었을 경우 흡수되지 않고 배출되는 것으로 알려져 있으나 금속 수은의 피부 접촉, 특히 삼키는 행위는 절대 주의하여야 함.

 

2) 무기 수은

- 일반 대기환경에서는 무기수은이 대부분을 차지하고 있는데, 이는 과거 및 최근의 인간 활동에 의해 누적되었거나, 지각 또는 화산폭발, 바다와 토양에서의 증발 등의 자연적인 원인으로 발생함.

- 염소, 황, 산소 등과 결합하여 가루형태로 존재하며 방부제나 미백 화장품, 농약 등에 쓰이기도 함.

- 주로 호흡기를 통해 흡수되며 피부 접촉이나 삼킴에 의한 흡수는 상대적으로 적음.

 

3) 유기 수은

- 유기 수은은 수은과 알킬기, 아릴기, 유기산기 등이 결합한 것으로 의약품, 농약, 방부제 등에 다양하게 이용되고 있음.

 

4) 메틸 수은

- 사람의 유기 수은 노출은 주로 메틸수은에 의해서 발생함.

- 환경 중 순환하는 수은은 담수와 해수의 퇴적물 속에 있는 미생물에 의해 메틸수은으로 변환되고, 먹이사슬을 통해 특히 포식자 생선(상어, 고래, 참치 등) 어종일수록 고농도의 메틸수은이 축적됨.

- 메틸수은이 농축된 어류를 사람이 섭취하는 경우 소화기관을 통해 95% 이상 흡수될 수 있기 때문에 어패류의 섭취는 주요한 수은 노출 경로로 작용함.

- 인체 내 수은의 80~90%는 어패류 섭취를 통해 유입되고, 체내에 존재하는 혈중 수은의 75% 정도는 과거 30일 이상의 어패류 섭취를 통한 메틸수은의 체내 유입에 의함.

 

예방 및 관리

- 수은 농도가 높은 몸집이 큰 생선(상어, 고래, 황새치 등)의 섭취 시 주의 요망

- 특히 임산부, 어린이 등 민감 취약 계층의 포식자 생선 섭취 주의

- 폐건전지, 폐형광 등은 반드시 분리수거

- 수은 온도계, 혈압계가 깨지지 않게 취급에 주의

- 파손 시에 보호 장갑을 사용해 밀폐 용기에 담아 폐기

- 유기농 농작물을 섭취하거나 흐르는 물로 충분히 씻어 먹기

- 고기나 채소는 가능한 뜨거운 물에 데쳐서 먹기

- 유독 성분 배출에 도움이 되는 마늘, 파, 양파, 부추 등 섭취하기

- 30분 이상 땀나는 유산소 운동을 주3회 이상 하기

 

 

 

㉯ 카드뮴 (Cadmium, Cd)

- 피부를 통한 흡수가 거의 없으며, 혈액 내의 Cd의 90% 이상이 세포에 존재한다.

- 흡수된 카드뮴은 간, 신장, 장관벽으로 이동하여 -SH기(機)가 있는 효소를 불활성화하여 세포독으로 작용한다.

- 인체의 칼슘대사에 장애를 주어 신결석을 동반한 신증후군 발생, 다량의 칼슘 배설과 뼈의 통증, 골연화증 및 골수공증과 같은 골격계 장애를 유발한다.

 

연하고 은빛이 도는 청색 금속인 순수한 카드뮴

카드뮴(Cadmium)은 원자번호 48번의 원소로, 원소기호는 Cd이다. 주기율표에서는 아연(Zn), 수은(Hg)과 함께 12족에 속하는 금속이다. 카드뮴은 푸른색을 띠는 은백색 금속으로, 칼로 자를 수 있을 정도로 무르며 연성과 전성이 좋다. 녹는점은 321.07℃로 비교적 낮다. 화학적 성질은 아연과 비슷하며, 습기가 있는 공기 중에서 표면이 산화되어 검게 되나, 수화된 산화물 피막은 내부를 보호한다. 고온에서는 붉은색 불꽃을 내면서 타서 산화카드뮴(CdO)이 된다. 가열하면 할로겐 원소들과 반응하나, 수소나 질소와는 반응하지 않는다. 산에 녹아 +2 산화상태의 염들을 만드나, 알칼리에는 녹지 않는다. 중요한 화합물로는 산화카드뮴과 칼코겐(황, 셀레늄, 텔루륨) 화합물들이 있는데, 이들은 모두 화합물 반도체 물질로, 여러 분야에서 요긴하게 사용되고 있다.

 

카드뮴의 용도 :

카드뮴의 용도는 시대에 따라 크게 변하였다. 2009년에는 카드뮴의 89%가 2차 전지인 니켈-카드뮴 전지에 사용되고, 나머지가 전통적인 용도인 안료, 도금, 플라스틱 안정제, 비철 금속 합금 등에 사용되었다. 이는 1959년 당시 미국에서의 용도 분포인 도금 59%, 안료 24%와 매우 대조적이다. 이러한 변화는 카드뮴의 독성 및 이에 따른 환경 규제와 밀접하게 연관되며, 전력 저장 수단의 필요성에 따른 것이다.

 

산업용 니켈, 카드뮴 전지

현재 카드뮴의 주된 용도는 니켈-카드뮴 전지 제작이다. 니켈-카드뮴 전지는 충전이 가능한 2차 전지로, 전압은 1.2V이며 수산화니켈(lll)(NiO(OH)) 양극과 카드뮴 음극이 알칼리 전해액(보통 수산화포타슘, KOH)으로 분리되어 있다. 1899년에 스웨덴의 융너(Waldermar jungner, 1869~1924)가 처음 만들었고, 미국에서는 1946년에 처음 생산되었다. 납축전지에 비해 에너지 밀도가 높고 수명이 긴 장점이 있으나, 가격이 비싸다. 그러나 리튬 이온 전지에 비해서는 에너지 밀도가 낮고, 가격은 저렴하다. 니켈-카드뮴 전지는 카드뮴의 환경 오염이 크게 문제시 되지 않고 리튬 이온 전지가 보편화되기 전까지 휴대용 소형 전자기기의 주된 전원이었다. 그러나 이제는 노트북 컴퓨터와 휴대폰 등에는 무게당 저장 전력이 더 크고 환경문제가 덜한 리튬 이온 전지로 대부분 대체되었다. 유럽연합(EU)은 2004년에 몇 가지 경우를 제외하고는 전자 제품에 니켈-카드뮴 전지를 사용하는 것을 금하였고, 전자 제품의 카드뮴 허용량도 0.002% 이하로 줄였다.

 

카드뮴 안료

안료와 플라스틱 안정제 :

카드뮴 화합물은 페인트 안료로도 많이 사용되는데, 대표적인 것들은 노란색의 황화카드뮴(CdS), 카드뮴레드(Cadmium red)라 불리는 붉은색의 셀렌화카드뮴(CdSe), 그리고 황화카드뮴과 셀렌화카드뮴을 섞어 만든 주황색 안료 등이다. 이들 노랑, 주황, 빨간색의 카드뮴 안료는 그림 및 페인트 물감 재료와 플라스틱 채색제로 사용되는데, 색이 매우 밝고 변색이 안되는 아주 좋은 안료로 여겨지고 있다. 그러나 카드뮴 중독의 위험이 있으므로, 사용할 때 피부에 닿지 않도록 주의하여야 한다. 플라스틱에 사용되는 카드뮴 안료는 대부분이 황화세륨(Ce2S3)으로 대체되었으나, 물감에서는 현재 마땅한 대체 물질이 없는 실정이다. 2009년의 경우, 카드뮴의 약 10%가 안료로 사용되었다. 카드뮴의 유기산염은 PVC 등에서 열, 빛에 대한 안정제로 사용되었으나, 이 역시 환경 문제 때문에 사용이 중지되었고, 이제는 바륨(Ba)/아연(Zn), 칼슘(Ca)/아연, 유기주석계열의 안정제로 완전히 대체되었다.

 

이외에 도금, 합금, 전자 산업에서 카드뮴이 사용되었다. (카드뮴의 독성 때문에 대부분 다른 물질로 대체되었음)

 

이따이이따이병

주기율표상의 같은 족에 있는 아연(Zn)이 생체 내 여러 과정에서 중요한 역할을 하는 필수 미량 원소인 것과는 대조적으로, 카드뮴은 아주 독성이 강하고 생체 내에 축적되어 여러 중독 증상을 일으킨다. 카드뮴은 일부 식품(어패류, 동물의 신장이나 간 등)이나 오염된 물을 통해 인체 내로 들어오고, 간과 신장(콩팥)에 축적되어 이들 기관의 손상을 초래한다. 특히 신장 손상은 인체 기능에 필수적인 여러 단백질과 당을 체외로 배출시켜 여러 질병을 일으키는 원인이 된다. 카드뮴 중독은 아주 쉽게 골절이 일어나는 이타이이타이병의 원인이며, 또한 설사, 복통, 심한 구토를 수반하고, 생식 기능의 저해와 불임, 간장 및 신장 장애, 중추신경계와 면역계의 손상, 정신 질환, 고혈압, 암 발병 등을 초래할 수 있다. 미량으로도 장기간 섭취하면 중독 증상이 일어날 수 있다.

 

환경 오염의 문제 :

연간 약 25000톤의 카드뮴이 지구 환경으로 배출되는 것으로 추정되는데, 이중 약 반은 암석의 풍화작용을 통한 강으로의 유입, 그리고 산불과 화산 활동에 의한 대기 중으로의 방출 등 자연적인 것이다. 나머지 약 반이 인간의 산업 활동에 의한 것으로 여겨지는데, 화석 연료의 연소, 인산 비료의 생산과 사용, 카드뮴이 들어있는 여러 제품의 생산과 소각 처리, 카드뮴 도금 철강 제품, 각종 폐기물 등이 주요 배출원들이다. 일본 진즈강 하류에 거주했던 사람들에게서 발생한 이타이이타이 병은 강 상류에 있는 아연제련소에서 나오는 폐기물을 카드뮴을 제거하지 않고 그대로 버린 것이 원인인 것으로 밝혀졌다.

 

생물농축의 과정

토양에 존재하는 카드뮴은 식물에 흡수되고 먹이사슬을 통해 동물에게로 이동하고 축적되며, 결국 인체로 유입된다. 카드뮴으로 오염된 농토에서 수확한 채소나 곡류에도 카드뮴이 들어있을 수 있는데, 식품위생법에서는 쌀(현미)의 카드뮴 함량을 1.0ppm 미만으로 정하고 있다. 동물의 간과 콩팥(신장)에는 높은 농도의 카드뮴이 들어있을 수 있으며, 어패류, 새우, 게, 물고기 등에도 카드뮴이 축적될 수 있다. 일반인에게는 흡연이 가장 큰 카드뮴 유입원으로 여겨지고 있다. 흡연할 때 담배에 들어있는 카드뮴의 약 10%가 폐로 들어가고 이의 약 50%가 폐에서 흡수되는 것으로 추정되는데, 이는 피부 접촉을 통해서는 체내로 흡수되는 비율이 1%미만인 것에 비해 월등히 높다.

 

이미 판매한 제품에 카드뮴이 들어있는 것이 발견되어 대대적인 회수(recall)가 이루어진 경우가 수 차례 있었으나, 이제는 거의 대부분의 소비 제품에서 카드뮴 사용을 아예 금지하거나 카드뮴 함량 상한치를 엄격히 정하고 있다.

 

 

 

㉰크롬(Chromium, Cr)

- 자연수 중에서는 주로 6가 크롬으로 존재한다.

- 만성중독은비점막 염증, 위장장애, 호흡기 증상(기관지 자극, 부종 등), 원발성 기관지암 및 폐암을 유발한다.

 

크로뮴(Chromium, Cr)

크로뮴(Chromium)은 원자번호 24번의 원소로, 원소기호는 Cr이다. 주기율표에서는 6족에 속하는 약간 푸른색을 띤 회색 금속이다. 전이금속의 일종으로 단단하고 광택이 나며 또 부식이 되지 않아 표면 보호와 장식용 도금, 그리고 스테인리스 강을 만드는 데 주로 사용된다. 화합물들이 진한 여러 색을 내기 때문에 크로뮴이라는 이름이 주어졌다. 화합물들은 여러 색깔의 안료, 고성능 자기 테이프, 매염제(섬유에 염료가 잘 부착되도록 하는 물질), 무두질제(동물 원피를 가죽으로 가공하는 데 쓰이는 물질) 등에 사용되며, 알루미늄 등에 산화물 보호 피막을 입히는 데, 그리고 산화제 등으로 널리 사용된다. 크로뮴은 산화 상태가 다른 여러 가지 화합물들을 만드는데 산화 상태가 +3과 +6인 화합물들이 가장 흔하고, +3의 산화 상태가 에너지적으로 가장 안정하다. 크로뮴은 필수 미량 영양소로는 분류되지 않으나, +3가 크롬이 당과 지질 대사에 필요한 것으로 여겨지고 있다. 그러나 +6가 크로뮴은 잘 알려진 독성 물질로, 가끔 환경오염 문제를 일으킨다.

 

크로뮴

크로뮴은 필수 영양소로 분류되지는 않았으나, 동물과 식물에서 미량 필요한 것으로 알려져 있다. 미량의 3가 크로뮴 (크로뮴(lll)또는 Cr3+)이 포유동물에서 당과 지질 대사에 관여하며, 인슐린과 함께 혈당을 내리는 역할을 하는 것으로 보인다. 크로뮴을 완전히 제거한 음식만을 섭취한 경우는 당뇨병과 같은 증상을 보인다고 알려져 있으나 크로뮴 결핍 증상을 보인 예는 극히 적다.

 

크롬 건강 영양이 풍부한 음식

6가 크로뮴은 산화력이 크기 때문에 독성이 크며, 급성 경구독성은 0.05~0.15mg/kg으로 Cr3+에 비해 10배 이상 독성이 크다. 체내로 들어간 크로뮴은 결과적으로 크로뮴(lll)으로 환원되지만, 환원되기 전에 신장, 간, 혈액 세포를 산화시켜 손상시킬 수 있다. 크로뮴(Ⅵ)에 노출되는 가장 흔한 경로는 크롬산염이나 중크롬산염을 생산하고 취급하는 과정에서 이들을 함유하는 먼지를 흡힙하는 것이다. 크로뮴(Ⅵ)은 발암성이 있는 것으로 1890년에 보고되었으며, 또한 일부 사람에게는 알레르기 반응을 나타내고 알레르기성 접촉 피부염을 유발하기도 한다. 따라서 가급적 사용을 피하고, 대체물질을 찾는 것이 바람직하다. 꼭 사용하여 할 경우는 몸에 닿지 않고, 또 먼지가 몸 속으로 들어가지 않도록 안전 조치를 취하는 것이 필요하다.

 

㉱ THM(Trihalomethane, 트리할로메탄)

- THM은 염소소독 부산물로서 대부분 클로로폼(CHCl3)으로 존재하며, 발암성 물질로 알려져 있다.

- THM은 일정 기준 이상의 염소를 과량주입하면 생성량은 급증한다.

- THM은 수온이 높을수록, PH가 높을수록 증가하는 특성이 있다.

- THM은 염소와의 접촉시간이 길수록, 염소주입량이 많을수록 생성량은 증가한다.

- THM의 발생량은 여름철에 발생량이 많고, 상대적으로 겨울철은 발생량이 적다.

 

트리할로메탄

클로로폼(CHCl3), 브로모폼(CHBr3), 아이오딘폼(CHI3)의 통칭이며 할로폼이라고 한다. 일반식 CHX3(X는 할로젠). 트리할로메테인은 염기의 존재하에서 메틸케톤(RCOCH3)과 할로젠(X2)의 반응으로 만든다. 트리클로로메테인(클로로폼)은 메테인과 염소의 광반응으로도 생성된다. 수용액에서는 할로폼이 쉽게 생성되기 때문에 트리할로메테인은 광범위한 환경오염물질로서 문제가 된다. 트리할로메테인은 상수도물을 얻기 위한 할로젠화 처리과정에서 주로 생긴다. 염소로 처리했을 때 생기는 클로로폼은 암을 유발하는 화합물이다. 여러 나라의 환경관리리관에서는 상수도 또는 천연 식수 중 총 트리할로메테인의 최대허용함량을 법으로 정하고 있다. 용매와 냉매로 산업에 많이 사용된다.

 

오염물질	발생원	영향
수은(Hg)	- 제련, 살충제, 온도계, 압력계 제조	-미나마타병, 신경장애, 지각장애
PCB	- 변압기, 콘덴서 공장	- 카네미유증
비소(As)	- 비소광산, 농약, 유리공업	- 피부염, 색소침착
카드뮴(Cd)	- 아연제련, 건전지, 플라스틱 안료	- 이따이이따이병, 골연화, 빈혈증, 고혈압
크롬(Cr)	- 도금, 피혁재료, 염색공업	- 폐암, 피부염, 피부궤양
납(Pb)	- 축전지, 인쇄, 페인트, 휘발유	- 다발성 신경염, 관절염
구리(Cu)	- 전기용품, 합금	- 간경변, 구토