지하수 중 우라늄의 위해성 평가에 관한 사례연구

Abstract

[한글]

일반 대중에 대한 음용수 수질 기준의 적용시 우라늄이 방사성 물질이긴 하나, 발암원으로써 방사성 독성보다는 신장에 대한 화학적 독성이 더 크기 때문에 천연 우라늄은 방사선량보다 신장에서의 화학적 독성을 고려하여 제한함을 권고하고 있다. 그러나 우라늄 동

위원소 ^238U, ^234U 및 ^235U은 방사선을 방출하는 물질 중의 하나로써 이러한 모든 방사성 핵종의 섭취에 기인한 내부 피폭은 인체에 상당부분 기여할 수 있기 때문에 천연 우라늄에 대한 인체 노출 평가 시에는 반드시 방사선 독성과 화학적 독성을 함께 고려해야

한다. 또한 미국 환경보호청(USEPA; US Environmental Protection Agency)의 기준이 상수로 공급되는 물을 전제로 한 것임을 고려할 때 음용수 중 최대오염수준(MCL; Maximum Contaminant Level)의 상회 여부보다는 지하수의 용도를 고려한 우라늄의 위해성 평가에 따른 규제안 및 위해도 관리방안의 제시가 필요하다.

본 연구의 목적은 음용수 용도로 사용되는 일부 지하수의 소규모 실태조사 결과를 바탕으로 지하수 중 우라늄의 섭취에 기인하여 발생할 수 있는 화학적 및 방사성 독성으로 인한 인체의 노출정도와 그 위해도를 산출하고 노출 변수(exposure parameter)들이 내포하

고 있는 불확실성의 분석을 통한 통계적인 분포를 제시하며 국내·외의 음용수 중 우라늄의 위해성 평가 및 기준 설정에 관한 문헌들을 고찰하여 지하수 중 우라늄의 관리 방안을 위한 기초자료를 제공하는데 있다.

조사 대상은 대전시 동구 주거지역의 음용수 용도로 사용되며 직수로 공급되는 일부 지하수를 대상으로 하였으며 본 연구에서는 소규모로 조사된 25개의 지하수 중 ^238U 동위원소의 분석결과(ICP-MS로 측정된 값은 화학적 양, ppb)의 산술평균 값인 0.23ppb에 대해0.332pCi/㎍를 그리고 천연 우라늄 총량(total natural uranium)에 대해서는 0.79pCi/㎍의 전환계수를 이용하여 우라늄이 지니는 화학적 독성과 방사성 독성으로 인한 인체 노출량 및 위해도를 산출하였다.

우라늄의 섭취로 인한 연간유효선량 평가는 일반 인구집단에 대해 국제 방사선 보호 위원회(ICRP; International Commission on Radiological Protection) 에서 제공하는 단위 섭취당 유효선량계수(Sv/Bq)를 이용하였으며 ^238U+D oral slope factor(risk/Bq) : 10^-8.78을 이용하여 방사성 핵종의 노출에 기인한 일반 인구집단에서의 발암 위해도를 예측하였다. 또한 Wrenn 등에 의한 Pharmacokinetic model을 이용하여 우라늄이 함유된 지하

수의 섭취시 신장에 축적되는 우라늄 농도(kidney burden, ㎍/g)를 산출하였다.

불확실성을 지니는 노출 변수들의 확률적 통계 분포에 대한 Monte Carlos Simulation을 수행하였으며 분석을 위해 Software Package Crystal Ball (Version 4.0)을 사용하였다. 본 연구에서 사용된 노출변수들은 가장 최근의 국외 문헌들로부터 수집한 것으로 사용된

변수 값들이 가지는 의미는 EF : Exposure Frequency(노출빈도, day/year), ED : Exposure Duration(노출 기간, year), f1 : Gastrointestinal transfer fraction(위장으로의 흡수 분율), IR_water : Daily Intake of Water(일일 음용수 섭취율, L/day), Conversion factor : 방사성 단위로의 전환계수(pCi/㎍)이다.

연구결과에서 산출된 연간유효선량, 발암 위해도 및 신장 내 우라늄의 농도의 값은 각각2.21×10^-⁴mSv/year, 2.35×10^-7 및 2.45×10^-5㎍/g으로 나타났으며 이러한 값들은 점 추정치로써 잠재적인 위해성에 관한 정보를 제공하는데는 불충분하다고 판단되어 불확실성 분석에 따른 노출 변수들의 확률적인 통계 분포 값(50%, 90% 및 95%)으로 각각 연간유효선량(1.01×10^-⁴, 1.99×10^-⁴, 2.44×10^-⁴mSv/year), 발암 위해도(2.65×10^-8, 1.04×10^-7, 1.57×10^-7) 및 신장 내 우라늄 농도(1.38×10^-5, 5.29×10^-5, 7.92×10^-5㎍/g)와 같이 제시하였다. 또한 발암 위해도의 점추정치(PE; point estimates)는 95%값에 비해 각각 1.5배 가량 과대 평가된 반면 연간유효선량과 신장내 우라늄 농도의 경우 각각 0.91, 0.31배 가량 과소 평가되어 잠재적인 위해성을 감안할 때 그림 3과 5에서 나타난 1.19×10^-⁴mSv/year(90%) 및 1.38×10^-5∼5.29×10^-5㎍/g(50∼90%) 또한 고려할 필요가 있다.

일반 대중에 대한 음용수 수질 기준의 적용시 천연 우라늄에 대해 신장 중 우라늄 농도에 대한 제한치는 0.02∼3㎍/g의 범위를 지니며 음용수 섭취를 통한 우라늄의 신장 내 농도를 0.02㎍/g으로 규제할 것을 제안하고 있다(Wrenn, 1985). 0.02㎍/g은 0.1mSv(10mrem)의 연간유효선량과 상응하는 것으로 본 연구결과에서 나타난 신장내 우라늄 농도 7.92×10^-5㎍/g(95%)과 연간유효선량 2.44×10^-⁴mSv/year(95%)는 상당히 낮은 수준임을 알 수있으며 1.57×10^-7(95%)의 위해도는 USEPA의 음용수 중 우라늄 MCL 30㎍/L, 30pCi/L에

해당하는 위해도 1×10^-⁴에 대해 약 10^-³의 수준으로 평가되었다.

본 연구의 조사 지역에 따른 조사규모 및 시료수의 한계로 인해 지니는 연구결과는 위해성 평가 방법의 제시를 위한 단순한 사례이며 국내 음용수로 사용되는 지하수 중 우라늄 농도를 대표하고 있지는 않다. 또한 사용된 노출 변수들은 최근의 국외 문헌들로부터 수집된 것으로 지하수 용도에 따른 적절한 실태조사와 국내 상황에 맞는 노출 변수를 적용한다면 불확실성의 감소 및 보다 현실적인 위해성 평가와 규제안과의 비교가 가능하다고 판단된다.

[영문]

In the application of drinking water standards for the public, Wrenn et al recommended that intakes of natural U in the water be limited by consideration of chemical toxicity in the kidney rather than radiation dose; however, both of radiogenic and chemical toxicity should be cosidered in the assessment of human

health effect of uranium because Uranium Isotopes may contribute appreciably to the dose received by humans through internal exposure due to their ingestion.

Considering the drinking water standard of USEPA which is premised on the water supplied through the tap, it is more necessary suggesting the regulations and risk management of uranium based on risk assessment after the consideration of

groundwater uses than determining whether uranium concentration exceeds the MCL or not.

This study was performed in order to evaluate human health effects and estimate the risk due to chemical and radiogenic toxicity of uranium by the ingestion and suggest the probabilistic distribution of the uncertain exposure parameters by uncertaity analysis, and provide the basic knowledge for management of uranium in groundwater through reviewing literatures related risk assessment and regulations of uranium.

The groundwater sampling was carried out in the part of Dong-Gu residential in Dae-Jeon city and all groundwater samples(n=25) were only for dringking use and supplied through the tap.

In the evaluation of health effects due to the radiogenic and chemical toxicity of uranium, conversion factors(0.332pCi/㎍ for ^238U and 0.79pCi/㎍ for total natural uranium) were used to calculate the radioactivity of uranium because ^238U concentration(ppb) measured by ICP-MS in this study was just chemical quantity.

The annual effective dose(mSv/year) and carcinogenic risk was calculated using the committeed effective dose per unit ingestion provided by ICRP 72 and ^238U+D oral slope factor(risk/Bq) provided by ORNL in order to evaluate the health effets due

to the radiation exposure. Kidney Burden from chronic ingestion of uranium was also calculated in order to evaluate the chemical toxicity of uranium using the Pharmacokinetic model by Wrenn et al.

Monte Carlos simulation was performed to provide the information of the probabilistic distribution of the uncertain exposure parameters in this study by the software package Crystal Ball, Version 4.0. and all exposure parameters(EF; Exposure Frequency, day/year, ED; Exposure Duration, year, f1; Gastrointestinal

transfer fraction, IR_water; Daily Intake of Water, L/day), Conversion factor; pCi/㎍) used in this study were collected from the most recent sources in literatures.

The results showed by the values correspond to the percentile(50%, 90% and 95%) like annual effective dose(1.01×10^-⁴, 1.99×10^-⁴, 2.44×10^-⁴ mSv/year),

carcinogenic risk(2.65×10^-8, 1.04×10^-7, 1.57×10^-7) and kidney Burden(1.38×10^-5, 5.29×10^-5, 7.92×10^-5㎍/g) because point estimates that were calculated in this study could be often conservative and could result in an overestimate of the potential risk.

The PE/MEF(95%) of annual effective dose showed 1.5 and the PE/MEF(95%) of carcinogenic risk and kidney Burden showed 0.91 and 0.31. Those values were used toquantify the degree of conservatism present in the exposure parameters and meant

the overestimation of point estimates when the PE/MEF(95%) > 1.

In the application of drinking water standards for the public, the limits for the regulation of uranium in the kidney have the range of 0.02∼3㎍/g.

Wrenn et al recommended that intakes of natural U in the water be limited by 0.02㎍/g and this limit corresponds to 0.1mSv/year. Kidney burden 7.92×10^-5(95%) and

annual effective dose 2.44×10^-⁴(95%) were evaluated in much low level compared with 0.02㎍/g and 0.1mSv/year.

The carcinogenic risk 1.57×10^-7(9%) was also much lower than the risk estimate(1×10^-7) which corresponds to 30㎍/L(30pCi/L).

Uranium concentration in groundwater samples in this study was not representative of uranium concentration in groundwater used for drinking use in Korea but was used to provide the risk assessment methodology of uranium and it would be the better

assessment using the proper exposure parameters for our situation.