음용수에서의 병원성 미생물과 소독부산물의 비교위해도 분석

Abstract

[한글]

음용수를 생산하는데 있어 소독은 어느 나라를 막론하고 매우 중요한 처리과정이며, 단일 공공보건 수단으로서는 가장 효과가 큰 방법이다. 그러나 현재 광범위하게 사용되고 있는 염소소독은 물 속의 병원성 미생물을 불활성시키기는 하나 동시에 인체에 유해한 소독부산물을 생성하는 것으로 알려졌다. 특히 기존의 염소소독에 저항력이 매우 강한 원생동물류를 불활성화 시키기 위해서는 보다 많은 양을 투입하거나 보다 강력한 소독제를 사용해야 하므로 소독부산물의 발생량을 오히려 증가시키거나 새로운 소독부산물이 생성하게 된다. 따라서 병원성 미생물에 의한 위해도를 감소시키기 위해 소독할 경우 소독부산물에 의한 위해도가 증가하는 결과를 초래하게 되므로, 위해도 균형(risk balancing)을 이루는 최적의 조건을 찾아내는 것이 필요하다. 그러나 병원성 미생물과 소독부산물은 인체영향과 임상적인 증상 그리고 인체영향이 나타나는 시기가 다르며, 위해성 평가를 적용한 결과에서도 최종 인체영향결과를 직접 비교할 수 없는 문제점이 있다. 따라서 최종 결과인 위해도를 서로 비교 가능케 하는 도구가 필요하며 이러한 도구로서 경제성 분석에서 사용되는 비용-효용·편익분석을 적용하여 결과를 도출하였다.

이론적 배경에서는 병원성 미생물과 화학물질의 위해성 평가방법 및 보건정책에서의 경제성분석 방법론을 서술하였다. 특히 최근에 보건학 분야에서 새롭게 대두되고 있는 병원성 미생물의 인체영향을 평가하기 위해 기존의 화학물질 평가에 적용된 건강위해성평가 방법의 문제점과 위해성평가 방법론을 설명하였다. 경제성 분석에서는 최종 인체영향 결과가 서로 다른 위해를 비교할 수 있는 도구로 선정된 장애보정생존년수(disability adjusted life years; 이하 DALYs)에 대한 정의와 적용방법을 설명하였다. 본론에서는 병원성 미생물과 소독부산물의 비교 위해도 평가시 이론적 배경에서 소개한 내용들을 정수 생산시 사용되는 처리방법에 따라 평가하였다.

정수처리방법은 염소소독과 염소처리에 오존처리를 첨가하는 방법, 염소소독 후 일반가정에서 정수기를 사용하는 것으로 하였다. 그리고 바이러스, 세균, 박테리아 및 다른 원생동물들보다 소독에 저항성이 크며 크기가 작은 Cryptosporidium parvum과 소독부산물중 발암성 물질인 THMs, bromate을 위해성평가 방법론에 따라 위해도를 산출하였다. 위해도는 불확실성 분석을 위해 용량-반응평가와 노출평가에서의 모든 입력변수들을 가능한한 확률분포값을 구해 입력하였으며, Crystal Ball 프로그램을 이용 Monte-Carlo 시뮬레이션을 10,000번 수행후 위해도를 산출하였다. 비용은 정수장에서의 연간 물 생산비용을 추정하여 사용하였다. 산출된 위해도를 기반으로 정수처리방법에 따라 서울시 인구를 대상으로 감염, 질병이환, 사망자수를 산출하여, 효용분석 도구인 장애보정생존년수(DALYs)를 추정한 주요 결과는 다음과 같다.

산출된 소독부산물과 병원성 미생물의 위해도를 최종건강상태에 따라 일반건강지표인 건강손실(health lost; DALYs lost)을 산출해 중앙값을 비교해 본 결과, 염소처리시 THMs이 1.66 DALYs 손실, C. parvum으로 인해 144.71 DALYs 손실이 있었다. 오존처리시의 DALYs 손실을 보면, bromate이 61.6 DALYs, C. parvum으로 인해 0.6 DALYs의 손실이 있다. 따라서 염소처리시 소독 부산물로 인한 DALYs 손실은 병원성 미생물인 C. parvum로 인한 손실에 비해 매우 적었으며, 오존처리시 C. parvum으로 인한 건강손실이 염소처리시보다 현저히 줄어들었으나 소독부산물의 위해는 증가함을 알 수 있었다. 가정에서의 정수기 설치시의 경우 THMs로 인해 1.7 DALYs 손실이 예상되며, C. parvum은 ''0'' DALY 손실이 추정된다. 정수처리별 총 건강손실을 보면, 염소처리(146.4 DALYs 손실)가 가장 높았으며, 다음은 오존처리(62.2 DALY 손실), 정수기 설치(1.7 DALYs 손실)순이었다. 비용-효용 분석결과 중앙값으로 서울시 인구집단에서 1DALY 손실을 줄이는데 염소소독처리는 1인당 641원, 오존처리시 1인당 1594.1원, 가정에서 정수기 설치시 1인당 148,829원이 소요됨을 알 수 있다. 따라서 염소소독이 가장 비용-편익(효용)이 높다고 할 수 있다.

이상과 같이 본 연구는 수계의 병원성 미생물과 소독부산물의 인체 위해를 평가하는데 위해도를 기반으로 경제성 분석을 적용한 연구이다. 평가과정에 사용된 입력자료들은 국내에서 측정되지 않은 자료들이 많아 외국자료를 인용하였으며, 다만 단편적으로 존재하는 자료들을 고찰하여 그 범위상 크게 벗어나지 않는 선에서 입력자료를 선정하였다. 근래에 유사한 연구결과를 보면 추정된 건강 손실이 소독 부산물보다 병원성 미생물로 인한 기여률이 큼을 알 수 있으며, 본 연구결과와 일치하였다.

사회전체를 대상으로 하는 공공정책의 효과는 사회전반에 걸쳐 나타나게 되며, 이것은 공공정책의 분석 범위가 광범위하고 분석구조가 복잡하다. 또한 한번 시행된 정책은 시행전으로의 원상 복구가 불가능하므로 시작단계부터 정책효과의 다양한 측면이 신중히 고려되어야 한다. 다목적 댐의 건설, 도로건설, 정수장, 하수처리장 등이 여기에 속하며, 본 연구는 국민이 음용하는 물을 생산하는 정수장의 처리방법에 따른 병원성 미생물과 소독부산물의 위해도를 추정하고, 경제성과 인체위해를 고려한 최적의 대안을 선택하는 방법론을 제시하고 있다. 이와 같은 연구방법은 정수장의 음용수 생산방법 및 시설의 결정을 위한 것뿐만 아니라 환경정책의 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것이다.

[영문]

The purpose of this paper is to describe and demonstrate through a limited case study, an adaptable framework that is capable of appropriately comparing risks related to both drinking water disinfectants

disinfectant byproducts and infectious microbiologic agents, and which also considers the financial costs of potentially reducing these risks. The study frames the problem as a cost-effectiveness analysis(cost-utility analysis) which compares public health risks for different potential audiences.

The primary goal of this study is to advance a methodology capable of evaluating the interdependent and disparate health outcomes and financial costs of alternative treatment systems. The secondary goal of this study is to highlight the usefulness of the methodology through a case study. The study applies the methodology from the perspective of a drinking water treatment system purveyor to a hypothetical but plausible site(Suoul city) in Korea. The purveyor considers the benefits and costs of three drinking water conventional chlorination-based treatment train preceded by a ozonation step, treatment alternatives: 1) a conventional chlorination-based treatment train, 2) a conventional chlorination-based treatment train preceded by a ozonation step and 3) a conventional chlorination-based treatment train coupled with the installation of a point-of-use device(home-filter) in the homes of the population.

The framework presented and applied in this paper represents the integration of cost-effectiveness analysis as applied to public health interventions with the Risk Assessment Paradigm. The CRMD(comparative risk assessment for microbial and DBPs) provides a systematic approach to assessing the expected impact of specific treatment alternatives on microbial and chemical risks, and comparing these disparate risks to the costs associated with the alternatives.

To compare chemical and microbial risks, the effects estimated in the risk characterization must be expressed as human health conditions. For microbial risks this requires a description of the potential types or stages of microbial illness that may result from exposure, and the specific symptoms associated with each. For risks associated with DBPs, outcomes as specific cancer must be identified as the most likely or relevant human health conditions. The range of potential human health conditions can then be converted into a common health metric. In this study, DALYs are used to capture changes in the length and quality of life associated with the different health conditions(Common Health Metric). The CRMD assesses microbial and chemical risks in relation to specific treatment alternatives. As a result, an analysis must consider the estimated impact of baseline and alternative strategies on the different risks under consideration. In this study, treatments affect contaminant concentrations, exposures, and ultimately the type and number of in expected health outcomes. In addition to affecting the different health risks, the alternative treatment strategies also require different resource expenditures for implementation. In the final stage of the framework, alternative strategies are compared by assessing their expected impact on health (DALYs) and economic outcomes(Comparison of Costs and Utility).

The study uses probabilistic techniques, implemented using Monte Carlo analysis, to address uncertainty and variability.

Table 1 presents point estimates of health loss of supplying drinking water with and without ozonation, with home-filter. The estimates(median) of DALY(per 10 million) are 146,4(chlorination), 62.2(ozonation) and home-filter(1.7). The ozonation step in the treatment chain dose not completely eliminate health risk, although it reduces the median health loss by C. parvum from 144.7 to. 0.6. But the median health benefit of home filter is 0 DALY.

Table 1. DALYs lost estimates according to alternatives a DALY per 10 million person/b YLD : years lived with disability, LYL : life years lost

Table 2 present point estimates of cost-utility analysis of supplying drinking water with and without ozonation, with home-filter. C/U ratio for chlorination, ozonation and home-filter was 641.2, 1594.1 and 148,828.8 won/DALY. Hence, The most cost-effective alternative is chlorination.

Table 2. Cost-Utility analysis a Cost/Utility (￦/DALY)/b per 10 million person

This study characterizes risks associated with C. parvum and DBP exposure by quantifying the risk of health effects, translating these to a health condition and estimating the number of discrete health events(e.g., numbers of cases of cancer, gastrointestinal illness, etc.), and converting them to a common metric (DALY) useful in combining and comparing their impacts. By estimating the financial costs(won) for each treatment option, cost-utility(CU) ratios(won/DALY) can be calculated, and these ratios can be compared across options. It may be noted that there is no a priori way to determine whether an option is acceptable based on the CE ratio alone; rather, the acceptability of the CE ratio depends on what society is willing to pay per DALY, which may depend on a number of issues, such as the voluntary nature of the risks, etc.

Use of the CRMD should also be beneficial to risk assessors and managers at the national level who must develop data and draft regulations. From the perspective of the national risk manager, the study can be used to recognize which parameters and assumptions most affect analysis results, while identifying data gaps and uncertainties.