[미국] 화학학회, 식수서 독성 크롬 종이 형성되는 방법 조사
"음용수 분배 시스템의 6가 크롬(Hexavalent Chromium) 방출 : 철 부식 스케일의 0가 크롬(Zerovalent Chromium )에 대한 새로운 통찰력"
미국 미시간주 플린트(Flint)의 물 위기는 수화학이 변화할 때 식수 분배관으로부터 잠재적으로 독성이 있는 금속이 방출되는 문제에 많은 관심을 가져왔다.
이제, 미국화학학회(American Chemical Society ; ACS)의 환경과학기술(Environmental Science & Technology)에서 보고된 연구자들은 부식된 주철 파이프가 잔류 소독제와 상호작용할 때, 크롬(Cr)으로 알려진 육각 크롬이 식수에서 어떻게 형성될 수 있는지를 조사했다.
그들의 연구 결과는 상수 공급에서 Cr(VI) 형성을 제어하기 위한 새로운 전략을 제안할 수 있다.
Cr(0)로 알려진 금속 크롬은 물 분배 시스템에서 가장 널리 사용되는 배관 재료인 주철 합금에서 발견된다.
파이프가 부식됨에 따라 파이프 내벽에 저울로 알려진 퇴적물이 쌓인다. 물 속의 미량 화학 물질은 저울과 반응하여 물 속으로 방출될 수 있는 새로운 화합물을 형성할 수 있다.
이들 화합물 중 일부는 Cr(VI)을 함유하고 있는데, 이는 높은 용량에서 폐암, 간 손상, 생식 문제, 발달 문제를 일으킬 수 있다. 캘리포니아는 2014년 먹는물 기준치를 10μg/L Cr(VI)로 정했지만, 수돗물에서 Cr(VI)를 제거하는 경제적으로 실현 가능한 처방이 없어 이후 가이드라인이 철회됐다.
하이저우 류(Haizhou Liu)와 동료들은 Cr(VI)가 정확히 어떻게 식수로 들어가는지를 알고 싶어했는데, 이것이 그 형성을 막는 새로운 방법을 밝혀낼 수도 있을 것이다.
연구진은 Cr(VI) 수치가 자연적으로 높은 지하수(11∼24 μg/L)를 사용하는 시스템에서 주철 파이프를 채취했고, 감지할 수 없는 Cr(VI)를 가진 지표수를 사용하는 시스템에서 주철 파이프를 채취했다.
그 연구팀은 파이프에서 비늘을 긁어내고 그 구성을 분석했다. 총 Cr의 수준은 첫 번째 파이프에서 두 번째 파이프보다 약 18배 높았다. 두 파이프 모두에서 크롬은 Cr(0)과 Cr(III)의 두 산화상태로 존재했다.
연구진이 저울에 염소나 브롬을 함유한 살균제를 첨가하자, 앞서 의심했던 것처럼 Cr(III)가 아닌 Cr(0)과 빠르게 반응해 Cr(VI)를 형성했다.
연구진은 Cr(VI) 수치를 완화하기 위해 식수 처리를 위해 소활성 소독제를 첨가하는 방안을 모색할 수 있으며, 크롬 합금을 사용한 주철 파이프를 주의해서 사용해야 한다고 말한다.
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How A Toxic Chromium Species Could Form In Drinking Water
“Hexavalent Chromium Release in Drinking Water Distribution Systems: New Insights into Zerovalent Chromium in Iron Corrosion Scales”
The water crisis in Flint, Michigan, brought much-needed attention to the problem of potentially toxic metals being released from drinking water distribution pipes when water chemistry changes.
Now, researchers reporting in ACS’ Environmental Science & Technology have investigated how hexavalent chromium, known as Cr(VI), can form in drinking water when corroded cast iron pipes interact with residual disinfectant.
Their findings could suggest new strategies to control Cr(VI) formation in the water supply.
The metal chromium, known as Cr(0), is found in cast iron alloy, which is the most widely used plumbing material in water distribution systems.
As pipes corrode, a buildup of deposits, known as scale, forms on the pipes’ inner walls. Trace chemicals in water can react with scale, forming new compounds that could be released into the water.
Some of these compounds contain Cr(VI), which, at high doses, can cause lung cancer, liver damage, reproductive issues and developmental problems. In 2014, California set a drinking water standard of 10 μg/L Cr(VI), but the guideline was later withdrawn because no economically feasible treatment to remove Cr(VI) from tap water existed.
Haizhou Liu and colleagues wanted to find out how exactly Cr(VI) makes its way into drinking water, which might reveal new ways to prevent its formation.
The researchers collected two sections of cast iron pipe from two drinking water distribution systems in the U.S.: one from a system using groundwater with naturally high Cr(VI) levels (11~24 μg/L), and the other from a system using surface water with undetectable Cr(VI).
The team scraped off scale from the pipes and analyzed its composition. The levels of total Cr were about 18 times higher in the first pipe than in the second. In both pipes, chromium existed in two oxidation states, Cr(0) and Cr(III).
When the researchers added a chlorine- or bromine-containing disinfectant to the scale, it quickly reacted with Cr(0), rather than Cr(III) as previously suspected, to form Cr(VI).
To help mitigate Cr(VI) levels, adding less-reactive disinfectants to treat drinking water could be explored, and cast iron pipes with chromium alloy should be used with caution, the researchers say.
The authors acknowledge funding from the National Science Foundation.
[출처=워터온라인(https://www.wateronline.com/doc/how-a-toxic-chromium-species-could-form-in-drinking-water-0001) / 2020년 9월 30일]