지하수 비소오염

Arsenic contamination of groundwater
지하수 비소 오염지역

지하수의 비소 오염은 지하수 오염의 한 형태로, 더 깊은 수준의 지하수에서 자연적으로 높은 농도의 비소가 발생하기 때문에 종종 발생하기 때문입니다.갠지스 삼각주의 상수도용 깊은 관정을 사용해 많은 사람들에게 심각한 비소 중독을 초래해 세간의 주목을 받고 있는 문제입니다.2007년의 한 연구는 70개 이상의 국가에서 1억3700만명 이상의 사람들이 아마도 마시는 물의 비소 중독에 영향을 받는다는 것을 발견했습니다.이 문제는 방글라데시에서 물이 대량으로 중독된 후 심각한 건강상의 문제가 되었습니다.[1]지하수의 비소 오염은 미국을 포함한 세계 여러 나라에서 발견되고 있습니다.[2]

세계보건기구는 물의 비소 농도를 10μg/L로 제한할 것을 권고하고 있지만, 이는 종종 상수원에서 비소를 제거하는 어려운 특성 때문에 많은 문제 지역에서 달성할 수 없는 목표입니다.[3]

지하수 비소 오염의 주요 원인은 대략 20건 정도로 보고되었습니다.[4]이 중 방글라데시, 인도 서벵골, 내몽골, 중국, 대만 등 아시아에서 4건의 주요 사건이 발생했습니다.[5]잠재적으로 위험한 유정의 위치가 중국에 지도로 표시되었습니다.[6]

원천

금광은 일반적으로 금을 함유한 광석에서 발생하기 때문에 지하수를 비소로 오염시킬 수 있습니다.금 가공은 광산 미광에서 비소를 방출하며, 오염된 지하수는 수십 년 동안 마시기에 안전하지 않을 수 있습니다.[7]

수중 비소화합물 규격

비소 오염수는 일반적으로 비소와 비소 또는 이들의 유도체를 포함합니다.그들의 이름은 "산"은 형식적인 것입니다. 이 종은 공격적인 산이 아니라 중성 pH에 가까운 용해성 형태의 비소일 뿐입니다.이 화합물들은 대수층을 둘러싸고 있는 밑에 있는 암석들로부터 추출됩니다.비소산은 중성수에서 이온[HASO4]2− 및 [HASO24]−으로 존재하는 경향이 있는 반면, 비소산은 이온화되지 않습니다.

비소 오염 지하수는 일반적으로 비소산(HASO34), 비소산(HASO33) 및 이들의 유도체를 포함합니다.

특정 국가 및 지역의 오염

이 사람은 오염된 물을 통해 비소 중독 증상의 일부를 보여줍니다.

남미

칠레의 한 시골 마을인 소카레의 물과 음식 소비량을 분석한 결과, 2008년 11월과 2009년 9월 사이에 마을 사람들이 비소를 섭취한 총 양이 물과 지역 농산물의 소비량과 상관관계가 있다는 것을 발견했습니다.[8]

아르헨티나의 중앙부는 비소에 오염된 지하수의 영향을 받고 있습니다.특히 라팜파는 리터당 4-5300 마이크로그램의 물을 생산합니다.[9]

남아시아

방글라데시

이 섹션은 방글라데시 § 지하수의 비소 오염수 공급 및 위생에서 발췌한 것입니다.[편집]

방글라데시 지하수의 비소 오염은 심각한 문제입니다.1970년대 이전 방글라데시는 세계에서 가장 높은 유아 사망률을 기록했습니다.비효율적인 정수 및 하수 시스템과 주기적인 몬순 및 홍수는 이러한 문제를 더욱 악화시켰습니다.해결책으로, 유니세프와 세계은행은 더 깊은 지하수를 이용하기 위한 우물의 사용을 옹호했습니다.1970년대에 유니세프는 공중 보건 공학부와 함께 튜브 우물을 설치했습니다.웰은 직경 5cm의 튜브로 구성되어 있으며 지면에 200m 미만으로 삽입되고 철 또는 강철 핸드 펌프로 캡을 씌웁니다.당시 표준 물 검사 절차에는 비소 검사가 포함되지 않았습니다.[10]이러한 예방책의 부족은 음용에 사용된 지하수가 비소로 오염되었기 때문에 인구의 가장 큰 집단 중독 중 하나로 이어졌습니다.[11]

관정은 국가에 안전한 물 공급원을 제공하기 위해 지하 대수층으로부터 물을 끌어오기로 되어 있었습니다.그 결과 수백만 개의 우물이 만들어졌습니다.1993년에 방글라데시의 많은 지역의 지하수가 비소에 의해 자연적으로 오염되었다는 것이 발견되었습니다.[12][13]: 389 이 문제는 1995년에 국제적인 관심을 끌었습니다.[14][15]

갠지스 삼각주에서 영향을 받는 우물은 일반적으로 20미터 이상 100미터 미만입니다.[16]지표면에 가까운 지하수는 일반적으로 땅속에서 더 짧은 시간을 보내므로 더 낮은 농도의 비소를 흡수할 가능성이 있습니다. 100미터 이상 깊이의 물은 이미 비소가 고갈된 훨씬 오래된 퇴적물에 노출됩니다.[17]

수 백만 개의 관정이 가라앉은 1990년대에 이 문제를 부인했던 구호단체들에 대한 비판이 제기되었습니다.구호 기관들은 나중에 조건에 맞지 않거나, 정기적으로 고장이 나거나, 비소를 제거하지 않는 처리 공장을 추천하는 외국 전문가들을 고용했습니다.[18]

인디아

비하르에서는 13개 지역 지하수가 0.05mg/L를 초과하는 비소에 오염된 것으로 확인됐습니다.이 지역들은 모두 강가나 간닥 같은 큰 강들과 가까이 위치해 있습니다.[19]

인도의 웨스트 벵골에서는, 물이 대부분 강, 열린 우물, 또는 연못으로부터 공급됩니다.이것들은 이질, 장티푸스, 콜레라, 간염과 같은 전염성 질병으로 오염될 수 있습니다.1970년대부터 인도의 비정부기구들은 질병에 오염되지 않은 식수를 공급하기 위해 관정을 가라앉히는 일에 주력해 왔으며, 일부 사람들이 비소에 오염된 지하수에 노출되는 예기치 못한 부작용을 초래했습니다.[20][21]

네팔

네팔은 비소 오염으로 심각한 문제를 겪고 있습니다.문제는 테라이 지역에서 가장 심각한데, 가장 심각한 것은 얕은 우물의 26%가 WHO 기준인 10ppb를 충족하지 못한 나왈파라시 지구 근처입니다.카트만두 계곡의 일본 국제협력기구와 환경청의 연구 결과 깊은 우물의 72%가 WHO 기준을 충족하지 못했고, 12%는 네팔 기준인 50ppb를 충족하지 못한 것으로 나타났습니다.[22]

파키스탄

실험된 1200개의 샘플 중 66%가 WHO 권고 기준치 이상의 비소를 함유하고 있어 6천만 명 이상의 주민들을 위협하고 있습니다. 5천만 ~ 6천만 명의 주민들은 비소 수준이 리터당 50마이크로그램 이상인 물을 소비하며, 이는 전 세계적으로 허용 수준을 훨씬 초과하는 사람들은 비소 수준이 리터당 50마이크로그램 이상인 물을 소비합니다.[23]

미국

규정

음용수 기준 0.05mg/L (10억분의 50 parts 또는 ppb) 비소는 1942년 공중보건국에 의해 미국에서 처음 제정되었습니다.1974년의 안전한 식수법(SDWA)이 통과된 후, 환경보호청(EPA)은 공공 상수도의 오염물질의 최대 함유 수준(MCLs)을 설정할 수 있는 권한을 부여받았습니다.1996년 의회는 SDWA를 개정하고 식수 공급 개선을 위한 융자를 제공하기 위해 식수 국가 회전 기금을 만들었고, 이 기금은 EPA의 의무 설정 권한을 증가시켰습니다.이 개정안은 새로운 MCL을 구현하는 비용이 건강상의 이익을 초과하는지 여부를 결정하기 위해 "비용과 편익 규칙"을 만들었습니다.새로운 MLC를 설정하는 데 드는 비용과 이점을 극대화하기 위해 EPA는 MLC 표준을 완전히 충족하지 못하는 보다 저렴한 기술을 대체할 수 있도록 허용하기 시작했습니다.

EPA는 1980년대 후반과 1990년대에 수년간 비소 MCL을 낮추는 장단점을 연구했습니다.2001년 1월, 클린턴 행정부가 마지막 몇 주 동안 0.01 mg/L (10 ppb)의 새로운 기준을 공포하여 2006년 1월부터 효력이 발생하기 전까지 어떠한 조치도 취해지지 않았습니다.[24]부시 행정부는 자정 규정을 유예했지만, 몇 달간의 연구 끝에, 신임 EPA 관리자 크리스틴 토드 휘트먼은 새로운 10ppb 비소 기준과 그것의 원래 발효일인 2006년 1월을 승인했습니다.[25]많은 장소가 이 제한을 초과합니다.[26]2017년 Lancet Public Health 연구는 이 규칙의 변화가 암 사망률을 감소시킨다는 것을 발견했습니다.[27][28]

미국 전역의 많은 공공 급수 시스템은 이전의 50ppb 비소 기준을 충족했지만 새로운 10ppb MCL을 초과하는 지하수로부터 급수를 얻었습니다.이 공익 사업체들은 물에서 비소를 제거하기 위한 대체 공급 또는 저렴한 처리 방법을 찾았습니다.애리조나 주의 경우 상수도 관의 약 35%가 새로운 규정을 준수하지 않게 되었으며 캘리포니아 주의 경우 38%를 차지했습니다.[29]

적절한 비소 MCL에 대해서는 계속 논의되고 있습니다.어떤 사람들은 10ppb 연방 기준이 여전히 너무 높다고 주장했고, 다른 사람들은 10ppb가 불필요하게 엄격하다고 주장했습니다.각 주에서는 비소 허용치를 낮출 수 있습니다. 뉴저지 주는 이를 통해 식수에 포함된 비소에 대해 최대 0.005mg/L(5ppb)를 설정했습니다.[30]

애팔래치아 산맥의 개인 수도관을 조사한 결과, 6퍼센트의 수도관이 미국 MCL 0.010mg/L 이상의 비소를 가지고 있는 것으로 나타났습니다.[31]

사례 연구 및 사고

네바다주 팰런(Fallon)은 비소 농도가 비교적 높은 지하수(0.08mg/L 초과)를 보유하고 있는 것으로 오랫동안 알려져 왔습니다.[32]아리조나의 베르데 강과 같은 일부 지표수도 때때로 0.01 mg/L의 비소를 초과하며, 특히 강물 흐름이 지하수 배출에 의해 지배되는 저류 기간에는 더욱 그렇습니다.[33]

미시간 주 남동부의 인접한 6개 카운티 지역에서 수행된 한 연구는 중간 정도의 비소 수준과 23개의 질병 결과 사이의 관계를 조사했습니다.질병 결과에는 여러 종류의 암, 순환계와 호흡기계의 질병, 당뇨병, 신장과 간 질환이 포함되었습니다.순환계의 모든 질환에서 높은 사망률이 관찰되었습니다.연구원들은 자신들의 발견을 복제할 필요성을 인정했습니다.[34]

정수용액

깨끗한 식수에 대한 접근은 정치적, 사회 경제적, 문화적 불평등으로 가득합니다.실제로, 많은 수처리 전략은 더 큰 문제에 대한 일시적인 해결책인 경향이 있으며, 종종 과학적인 문제를 처리하는 동안 사회적인 문제를 연장시킵니다.[35]과학적 연구에 따르면 정수에 대한 학제적 접근이 특히 중요하며, 장기간의 개선은 엄격한 과학적 접근보다 더 큰 관점을 수반합니다.[36]

소규모 수처리

파키스탄의 지하수에서 비소를 제거하는 방법에 대한 검토는 가장 기술적으로 실행 가능한 저렴한 방법을 요약합니다.[37]대부분의 소규모 치료법은 유통 현장을 떠난 후 물에 집중하기 때문에 신속하고 일시적인 수리에 더 중점을 둡니다.

소노 비소 필터는 비소 제거의 보다 단순하고 비용이 적게 드는 형태로 알려져 있으며, 첫 번째 피칭에는 주철 회오리와 모래가, 두 번째 피칭에는 목재 활성탄과 모래가 들어 있는 세 개의 피칭을 사용합니다.[38]플라스틱 버킷은 필터 용기로도 사용할 수 있습니다.[39]기존 비소 제거 공장에 내재된 유독성 폐기물 처리 문제를 피하면서 수천 개의 시스템이 사용되고 있고 수년간 지속될 수 있다고 주장합니다.이 필터는 새롭기는 하지만 NSF, ANSI, WQA와 같은 위생 기준에 의해 인증되지 않았으며 다른 철 제거 공정과 유사하게 유독성 폐기물 처리를 피할 수 없습니다.

미국에서는 식수에서 비소를 제거하기 위해 "싱크대 밑"이라는 작은 단위가 사용되어 왔습니다.이 옵션을 "사용 시점" 치료라고 합니다.가장 일반적인 유형의 국내 치료법은 흡착(Bayoxide E33, GFH, 활성 알루미나 또는 이산화티타늄과 같은 배지 사용)[40] 또는 역삼투법의 기술을 사용합니다.이온 교환과 활성 알루미나는 고려되었지만 일반적으로 사용되지는 않습니다.

왕겨 기반 필터는 물의 비소 함량을 3μg/L(3ppb)로 감소시키는 것으로 보고되었습니다.이는 지하 대수층에서 추출된 물을 여과하여 음용수를 공급하는 지역에서 특히 중요합니다.[41]

철 전기응고(Fe-EC)에서는 전기를 이용하여 쉬지 않고 철을 용해시키고, 그 결과 생성된 수산화철, 옥시수산화물, 산화물은 비소에 쉽게 끌리는 흡수제를 형성합니다.비소 고갈을 극대화하기 위해 공정의 물 리터당 전달되는 전하량인 전류 밀도를 종종 조작합니다.[42]이 치료 전략은 방글라데시에서 주로 사용되어 왔고,[43] 대체로 성공적인 것으로 입증되었습니다.사실, 물 속의 비소를 제거하기 위해 철 전기응고제를 사용하는 것이 가장 효과적인 치료 방법임이 증명되었습니다.[44]

대규모 수처리

미국과 같은 일부 지역에서는 공공 사업체가 가정에 공급하는 모든 물이 1차(건강 기준) 식수 기준을 충족해야 합니다.규정에 따라 급수에서 비소를 제거하기 위해 대규모 처리 시스템이 필요할 수 있습니다.모든 방법의 효과는 특정 급수의 화학적 구성에 따라 달라집니다.비소의 수성 화학은 복잡하며, 특정 공정에 의해 달성될 수 있는 제거율에 영향을 미칠 수 있습니다.

여러 개의 급수 관이 있는 일부 대형 유틸리티는 비소 농도가 높은 관을 폐쇄할 수 있으며, 비소 기준을 충족하는 관 또는 지표수 공급원에서만 생산할 수 있습니다.그러나 다른 공공 시설, 특히 몇 개의 우물만 있는 소규모 공공 시설에는 비소 기준을 충족하는 사용 가능한 물 공급 장치가 없을 수 있습니다.

응고/여과(또는 응집이라고도 함)는 철 응고제를 사용하여 공침 및 흡착에 의해 비소를 제거합니다.알루미나를 사용한 응고/여과는 일부 유틸리티에서 부유물을 제거하기 위해 이미 사용되고 있으며 비소를 제거하기 위해 조정될 수도 있습니다.[45]

산화철 흡착은 산화철이 함유된 입상 매질을 통해 물을 여과합니다.산화철은 비소와 같은 용해된 금속을 흡착하는 데 높은 친화력을 갖습니다.산화철 매질은 결국 포화 상태가 되어 교체해야 합니다.여기도 슬러지 처리가 문제입니다.

활성 알루미나는 비소를 효과적으로 제거하는 흡착제입니다.인도와 방글라데시의 얕은 관정에 연결된 활성 알루미나 기둥은 수십 년 동안 지하수에서 As(III)와 As(V)를 모두 제거했습니다.장기적인 컬럼 수행은 운영 및 유지관리를 위해 지방상수도세를 징수하는 지역사회 선출 수도위원회의 노력을 통해 가능했습니다.[46]또한 바람직하지 않게 높은 농도의 불소를 제거하는 데도 사용되었습니다.

이온 교환은 일반적으로 한 가정에서 이루어지지만, 물 연화 과정으로 오랫동안 사용되어 왔습니다.전통적인 음이온 교환 수지는 As(V)를 제거하는데 효과적이지만, 순전하를 갖지 않는 As(III) 또는 삼산화비소는 제거하지 못합니다.비소의 효과적인 장기 이온 교환 제거를 위해서는 숙련된 작업자가 컬럼을 유지해야 합니다.

역삼투압과 전기투석(전기투석 반전이라고도 함)은 순수 이온 전하로 비소를 제거할 수 있습니다.(비소 산화물인 AsO는23 수용성이지만 순전하가 없는 지하수에 포함된 비소의 일반적인 형태입니다.)일부 유틸리티는 현재 총 용해 고형물을 감소시켜 맛을 개선하기 위해 이 방법 중 하나를 사용합니다.두 가지 방법 모두에서 문제가 되는 것은 염수, 즉 농축액이라고 불리는 고염도 폐수를 생산하는 것입니다. 그런 다음 처리해야 합니다.

지하 비소제거(SAR) 기술 SAR 테크놀로지

지하 비소 제거 작업에서는 공기화된 지하수를 대수층으로 다시 충전하여 흡착 과정을 통해 철과 비소를 토양 입자에 가둘 수 있는 산화대를 형성합니다.공기화수에 의해 생성된 산화대는 비소를 산화시킬 수 있는 비소산화 미생물의 활성을 +3에서 +5 상태의 SAR Technology로 증가시킵니다.대수층 자체에서 철과 비소 화합물이 비활성화되기 때문에 화학물질이 사용되지 않고 운영 단계에서 슬러지가 거의 발생하지 않습니다.따라서 유독성 폐기물 처리와 향후 이동의 위험이 방지됩니다.또한 얕은 대수층에서 물을 끌어오는 긴 관정과 비슷하게 운영 수명이 매우 깁니다.

세계 은행이 자금을 지원하고 Ramakrishna Vivekananda Mission, Barrackpore & Queen's University Belfast, UK가 건설한 6개의 SAR 공장이 웨스트 벵골에서 운영되고 있습니다.각 공장은 매일 3천 리터가 넘는 비소와 무쇠수를 농촌 지역 사회에 전달해 왔습니다.SAR 기술을 기반으로 한 최초의 지역사회 수처리 공장은 2004년 Queen's University Belpast의 Baskar Sen Gupta가 TiPOT을 위해 이끄는 유럽 및 인도 엔지니어 팀에 의해 콜카타 근처의 Kashimpore에 설립되었습니다.[47][48][49][50]

SAR 기술은 2010년 IChemEUK의 화학 혁신 부문에서 Dhirubhai Ambani Award를 수상한 바 있습니다.SAR는 다시 세인트루이스의 우승자였습니다.앤드류스 환경상, 2010.SAR 프로젝트는 2009년 세계 최악의 오염 장소 보고서에서 "청정 성공의 12가지 사례" 중 하나로 스위스의 블랙스미스 연구소(Blacksmith Institute – New York & Green Cross - Swiss)에 의해 선정되었습니다(참조: www.worstpolluted.org .

현재 미국, 말레이시아, 캄보디아, 베트남 등에 대규모 SAR 공장을 설치하고 있습니다.

나노기술기반 비소치료제

나노물질을 이용하면 미생물을 효과적으로 파괴하고 비소와 불소를 흡착하며 중금속을 제거하고 물에서 주로 발견되는 농약을 분해할 수 있습니다.[51][52]연구원들은 실험실에서 산화철/수산화물/옥시수산화물 조성물을 합성하는 새로운 방법을 연구하여 정수에 사용했습니다.인도 기술연구소 마드라스(Indian Institute of Technology Madras)가 개발한 'AMRIT'은 첨단 소재를 기반으로 한 알뜰 정수 기술로[53][54], 연구[55] 논문과 특허를 통해 검증을 거쳐 인도 내 국가 구현을 승인받은 제품입니다.이 기술은 여러 음이온, 특히 비소와 비소(비소에 오염된 물에 존재하는 일반적인 두 종)와 불소를 물에서 제거할 수 있습니다.현재 이 기술은 매일 약 1,000만 명의 사람들에게 비소가 없는 물을 배달하고 있습니다.[56]

조사.

매핑

2008년, 스위스 수생 연구소인 Eawag는 지하수의 지질학적 독성 물질에 대한 위험 지도를 제작할 수 있는 새로운 방법을 제시했습니다.[57][58][59][60]이를 통해 테스트할 웰을 효율적으로 결정할 수 있습니다.연구진은 2016년 지하수 평가 플랫폼(GAP)을 통해 자유롭게 정보를 제공했습니다.이를 통해 전 세계의 전문가들이 직접 측정 데이터를 업로드하여 시각적으로 표시하고 원하는 영역에 대한 위험 지도를 작성할 수 있습니다.GAP는 또한 물에서 독성 물질을 제거하는 방법의 추가적인 개발을 가능하게 하는 지식 공유 포럼의 역할을 합니다.

식사섭취량

방글라데시와 영국의 연구원들은 비소의 식이 섭취가 오염된 물이 관개를 위해 사용되는 총 섭취량에 상당한 양을 더한다고 주장했습니다.[61][62][63]

참고 항목

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