미국 등 환경선진국, 과학적·체계적 연구 통해 수질기준 설정  
먹는물로 이용되는 지하수 우라늄 수질기준 30㎍/L로 설정 필요

▲ 박 선 구 박사(성균관대학교 화학과 박사·미국 하와이대학교 해양화학 Post-doc·한국과학기술연구원(KIST) Post-doc·전 국립환경과학원 유기물질분석연구과장·워트랩생활환경연구원 부사장(현)·본지 편집위원(현))

▲ 지하수를 먹는물로 이용하는 비율이 크게 증가하고 있어 지하수 중 우라늄 등 방사성물질에 대한 기준 설정 등 관리가 매우 시급하다. 사진은 지난해 2월 경기 이천시 대월면 장평1리의 마을상수도에서는 콩팥에 독성을 끼치는 우라늄이 미국 기준의 54.6배인 1640㎍/L 검출돼 음용 중단 조처가 내려졌던 마을상수도에서 이 마을 주민이 물통에 담고 있는 모습.

1. 방사성물질 일반적 개념

■ 방사능의 정의  방사능(radioactivity)이란, 불안정한 원소의 원자핵이 안정한 상태로 되기 위해 스스로 붕괴하면서 내부로부터 방사선(radiation)을 방출하는 현상을 말한다. 방사선(radiation)이란, 높은 에너지의 전자파 또는 입자선의 총칭으로, 고속의 헬륨원자핵 흐름인 알파(α)선, 전자의 흐름인 베타(β)선, 그리고 감마(γ)선 등을 말한다.
방사선을 방출하는 성질을 가진 원자핵을 방사성핵종(radionuclides)이라 하고, 방사성핵종을 함유하는 물질을 방사성물질이라고 한다. 자연계의 우라늄, 라돈 등 비교적 원자번호가 큰 40종에 이르는 원소의 원자핵이 이에 속한다.

이들 방사성핵종이 α선, β선, 혹은 γ선을 방출하는 성질을 방사능이라고 한다. 방사선은 외기 중에서는 그 위해의 크기가 γ＞β＞α선의 순이나, 식품 등을 통하여 인체에 침투한 경우에는 반대로 α선이 가장 큰 피해를 유발한다.

■ 방사선의 단위  방사능의 양은 보통은 단위시간에 붕괴하는 입자의 수로 표시하며, 주로 큐리(curie, Ci)로 나타낸다. 1Bq은 매초에 원자가 하나씩 붕괴하는 방사성물질의 양을 말하며, 1 Ci는 1초당 37×10-9개의 원자가 붕괴하는 방사성물질의 량을 말한다. Bq와 Ci의 관계는 1 Ci = 3.7×1010 Bq와 같다.< BR >
방사선이 생체조직에 입히는 피해는 입자나 광자의 개수와 이들의 에너지에 비례하고, 방사에 의해 생성된 입자의 양이나 축적된 에너지량이 중요하다. 방사선이 생체조직에 미치는 정도를 수치로 나타내기 위해서는 퀴리 값은 적합하지 않기 때문에 몇 가지 다른 단위가 사용되고 있다.

Rad(radiation absorbed dose, 흡수된 방사선량)는 조직 1㎏당 10-2J의 에너지가 축적되는 방사선량으로 정의한다. 인체 조직에 주는 피해는 조직의 성질, 방사선 종류, 총 방사선량, 방사선조사 빈도 등 여러 요인에 의존한다.

이 모든 것을 고려하여 만든 rem(roentgen equivalent in man, 인체 뢴트겐 당량)은 인체에 노출되었을 때 미치는 유효 방사선량을 측정하는 것으로 정의된다. 근래에 많이 사용되고 있는 단위로는 Sv(sievert)가 있는데 약 1g의 226Ra 방사선량에 해당한다.
R(roentgen)은 방사선이 물질에 통과하면서 일어나는 현상을 측정하는 단위이다. 발생원을 정량적으로 나타내는 단위로 ppb(parts per million) 또는 ppm(parts per billion)을 사용하고 있다[표 참조].

■ 라돈과 우라늄의 붕괴  222Rn, 219Rn 및 220Rn은 각각 238U, 235U 및 232Th의 붕괴계열로부터 생성되는 딸 핵종(daughter nuclide)들이다. 222Rn은 226Ra의 방사성 붕괴과정에서 형성되며 222Rn의 반감기는 3.82일이다. 짧은 반감기 때문에 라돈의 딸원소는 라돈 모원소와 방사성 평형에 빠르게 도달되며, 토양에서 라듐으로부터 형성되는 대부분의 라돈은 그대로 지구상에 잔류하게 된다.

0.03Bq/g의 라듐을 포함하는 일반적인 토양은 1㎡에서 1천∼2천Bq의 라돈을 매일 대기 중으로 방출한다. 라돈의 또 다른 근원지로는 지하수가 라듐을 함유하는 암석과 토양을 통하여 흐르는 경우가 해당된다.

우라늄은 238U 붕괴계열에서 주로 두 가지 형의 동위원소로 존재한다. 즉, 대부분의 경우 동위원소는 238U와 234U이며 235U 붕괴계열로부터의 235U의 활동도는 낮다. 주어진 환경계에서는 화학적, 물리적 변화에 의해 붕괴계열의 흐트러짐이 존재하며, 이에 의해 방사평형이 유지되기 어렵다.    

이러한 분리정도는 관련 과정상의 효율뿐만 아니라 반감기를 척도로 하는 시간 규모, 지질학적, 생물학적 작용에 의해 관련되어진다. 그리고 우라늄 계열은 다음과 같이 크게 4가지로 분리할 수 있다.

첫째, 234Pa의 붕괴에 의해 형성되는 234U 원자는 되튐현상에 의해 본래의 결정구조에서 분리될 수 있으며, 이러한 자유 원자는 수용성이 좋은 형태로 산화될 수 있다. 따라서 238U/234U 원자비가 0.1 정도로 작은 지하수가 특별히 발견되기도 한다. 해양환경에서 230Th은 선택적으로 침전되어 퇴적층에서 농축된다. 체내에서 우라늄과 토륨은 뼈에 축적된다.

둘째, 알칼리 토금속인 226Ra은 칼슘 및 바륨 등과 유사한 화학적 반응 및 신진대사 과정을 따르게 된다. 라듐은 체내에서 90% 이상이 뼈에서 발견되며, 기체상 자핵종인 222Rn의 1/3 이상이 배출되지 않고 피폭선량에 기여한다.

셋째, 222Rn는 불활성 기체로서 화합물 형태로는 자연계에 존재하지 않는다. 222Rn 원자의 되튐(recoil) 에너지는 85keV이다.

넷째, 장반감기의 라돈 자핵종인 210Pb, 210Bi 및 210Po 등이 또 다른 군으로 구분된다. 체내에서 납은 주로 뼈에 축적되며, Po은 뼈뿐만 아니라 연조직에 분산된다. 210Po의 근원은 섭취에 의한 것이 아니라 체내의 210Pb이다.

▲ WHO는 물론 미국, 캐나다, 오스트레일리아, 뉴질랜드, 스웨덴, 노르웨이, 덴마크, 핀란드 등 환경선진국들은 방사성물질에 대한 수질기준을 정해 관리하고 있다.

미국의 먹는물 중 방사성물질에 대한 규정은 1974년 만들어진 SDWA(Safe Drinking Water Act)에 근거하여 잠정적으로 일차 먹는물 규제안(National Interim Primary Drinking Water Regulations)이 1976년에 최초로 공포되었다.

그리고 1977년 전알파(gross alpha radiation), 라듐(radium-226, radium-228) 및 beta & photon emitters의 기준이 발효되었다. 그 주요내용을 살펴보면, 전알파는 우라늄, 라돈을 제외하고, 라듐-226이 포함시켜 15pCi/L로 규정했고, 라듐-226과 라듐-228을 합하여(combined radium-226 & radium-228) 5 pCi/L로, beta & photon emitters는 4mrem/y로 규정했다.

그 후, 1986년 SDWA의 개정에 따라 미국 환경보호청(US Environmental Protection Agency)은 방사성물질에 대한 국민의 건강문제를 기본으로 하는 수질목표치인 MCLGs(Maximum Contaminant Level Goals)와 NPDWRs(National Primary Drinking Water Regulations)를 설정했다.

또한, 비용을 감안하고 기술적으로 처리가 허용가능한 목표치에 가까운 MCL(Maximum Contaminant Level)을 설정했으며, 이를 토대로 1991년 새로 제안된 규정은 우라늄의 MCLG는 0pCi/L로 설정했고, MCL은 20㎍/L 혹은 30pCi/L로 제시했다.

그리고 라돈의 최대오염허용농도 목표(MCLG)를 0pCi/L로, 최대오염허용농도(MCL)는 300pCi/L로, 최적처리기술(BAT)은 폭기(aeration)방법을 각각 제안했다. 1994년 라돈의 다매체 위해성 및 비용평가(Multimedia Risk and Cost Assessment of Radon) 결과, 1994년 국정보고서에 따르면 규제 대상 산업체에서는 MCL인 300pCi/L의 규제치를 만족하기 위해서 EPA에서 제시한 비용(연간 2억7천200만 달러)보다 많은 비용이 지출된다고 했다.

1997년∼1991년에 제안되었던 라돈의 MCL은 300pCi/L였으나, 39% 이상의 지역에서 이보다 높은 수준의 라돈 농도가 검출되어 이것이 현실적인 문제로 제기되었으며, 따라서 MCL 300pCi/L은 부적합하다는 결론을 내렸고, 결국은 전면적인 재검토를 하게 되었다.

1999년 인체 위해성 감소 및 비용·분석(Health Risk Reduction and Cost Analysis, HRRCA)에 따라  국민 건강을 보호하면서 보다 효과적으로 인체 위해도를 저감시키고, 궁극적으로 음용수에 의한 위해성을 감소시킴과 동시에 상대적으로 위해도 기여율이 높은 실내공기에 의한 노출을 감소시키고자 다매체 완화체제[Multi-Media Mitigation(MMM)] framework을 적극 도입했고, 라돈으로 인한 인체 위해도 및 비용·편익 분석 결과를 고려하여 MCL을 300pCi/L로, MCLG은 0으로 각각 제안했다.

또한 자연 발생적인 실외공기 중의 라돈농도보다 높지 않은 수준으로 실내공기 중의 라돈농도를 증가시키지 않는 물 중의 라돈 농도를 고려, Alternative Maximum Contaminant Level(AMCL)을 4천pCi/L로 제안했다.

특히 미국은 각 주마다 먹는물 이용 인구수에 따라 급수시설별로 라돈을 탄력적으로 적용하고 관리하고 있다. 2000년 먹는물 중 라돈과 우라늄과 기타 방사성물질(radionuclides)에 대한 규정들을 최종 확정하여 공포했다. 라돈의 MCL 300pCi/L, AMCL 4천pCi/L(MMM program 도입), 우라늄 30㎍/L, 226Ra+228Ra MCL 5pCi/L이다.
그 외에도 WHO, 캐나다, 오스트레일리아, 뉴질랜드, 스웨덴, 노르웨이, 덴마크, 핀란드, 루마니아, 러시아 등 많은 여러 나라에서 방사성물질에 대해 관리하고 있다.

3. 제 언

미국 등 세계 여러나라의 환경선진국에서는 과학적이고 체계적인 연구를 토대로 우라늄 등 방사성물질에 대해 국가가 수질기준을 설정하여 관리하고 있다. 앞에서 언급했듯이 미국에서처럼 국내에서도 인체 노출 위해도와 비용·편익 분석에 따라 보다 효율적인 측면과, 국민 의식수준을 감안한 지역환경특성 변화에 능동적인 대처와 전문가들의 충분한 의견수렴을 통하여 수질기준을 설정해야 한다.

▲ 국민들에게 안전하고 신뢰성 있는 먹는물을 공급하기 위해서는 지하수 중 우라늄, 라돈과 라디움 등 방사성물질 관리기준 설정이 시급하다. 환경운동연합 회원들이 지난해 2월 26일 이천시 대월면 장평1리 마을을 찾아가 마을상수도 방사능 오염실태를 점검하고 있다.

국내에서도 1998∼2002년까지 4년간에 걸쳐서 636개소 지하수공에 대해 조사했다. 심성암 249개소(40%), 퇴적암 155개소(24%), 변성암 129개소(20%), 옥천계 변성암 89개소(14%), 제주 화산암 14개소(2%)로 전국 지질별로 조사했다. 또한 이어서 지금까지 지속적으로 조사연구를 실시하고 있다.

국내에서는 언제까지 조사연구만 한다고 이야기 할 것인가? 초기 4년간에 걸쳐 조사 연구한 결과와 그 이후로도 수행된 연구결과를 토대로 먹는물로 이용하는 지하수 중 우라늄 등 방사성물질에 대한 수질기준을 설정하는데 적정하다고 판단되므로 이에 대한 관리가 매우 시급하다.

현행 국내에서는 지하수 공의 한정적인 조사결과로, 외국의 기준치를 초과할 경우, 음용 중단 및 처리 후 음용토록하는 단편적인 환경정책보다는 국민들에게 안전하고 신뢰성 있는 먹는물을 공급하기 위한 근본적인 관리정책을 시급히 수립해야 한다. 우선적으로 기준을 설정한 후, 그 기준을 적용하고 시행하며, 조사연구를 병행함으로써 그 문제를 끊임없이 개선하고 보완하는 선진적 환경정책을 펼쳐나가야 한다.

따라서 지금까지 국내에서의 조사연구결과와 미국 등 환경선진국의 기준설정과정 등을 종합적으로 고려할 때 국내에서도 먹는물로 이용하는 지하수 중의 우라늄 수질기준을 30㎍/L로 설정할 것을 시급히 제안한다. 그리고 단계적으로 2010년까지 라돈과 라디움에 대한 수질기준도 설정해야 할 것을 제안한다.

특히, 방사성물질의 특성상 지역간, 동일지역 내 지점간 변이가 크기 때문에 대표성 있는 통계치를 얻기가 쉽지 않으므로 전국적인 지하수 수질측정망으로 확대 조사해야 한다. 이와 더불어 위해성 평가 결과에 가장 민감한 영향을 주는 오염농도와 노출인구에 대한 지속적이고 장기적인 조사연구와 병행하여 국민의 건강을 보호하고 안전한 삶의 질을 향상시키기 위한 방사성물질에 대한 수질관리 정책이 시급히 요구된다.