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ISSN : 1225-7672(Print)
ISSN : 2287-822X(Online)
Journal of the Korean Society of Water and Wastewater Vol.32 No.5 pp.389-398
DOI : https://doi.org/10.11001/jksww.2018.32.5.389

Risk assessment and distribution characteristics of N-nitrosamines in drinking water treatment plants

Boyoung Son1, Leenae Lee1, Mihee Yang1, Sangmin Park1, Heesoo Pyo2, Wonsuk Lee1, Juhyun Park1*
1National Institute of Environmental Research, Water Supply and Sewerage Research Division, Hwangyeong-ro 42, Seo-gu, Incheon, 22689, Korea
2Korea Institute of Science and Technology, Molecular Recognition Research Center, 5 Hwarangno 14-gil, Seongbuk-gu, Seoul, 02792, Korea
Corresponding author: Juhyun Park (E-mail: soyang@korea.kr)
24/07/2018 27/09/2018 28/09/2018

Abstract


A nationwide survey of 8 N-nitrosamines in finished water samples from drinking water treatment plants (DWTPs) in Korea was conducted. The samples were pre-treated by solid-phase extraction (SPE) and analyzed using a gas chromatography coupled with tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). According to the study results, four N-nitrosamines (NDMA, NDEA, NMOR, NDBA) were detected for three consecutive years, NMEA and NPYR were only found in samples collected in 2013. Two of these N-nitrosamines, N-nitrosodimethylamine (NDMA) and N-nitrosodiethylamine (NDEA), have received attention and were the most commonly detected. The concentration of NDMA and NDEA in this study ranged from 0.002 μg/L to 0.013 μg/L and in 0.001 μg/L to 0.008 μg/L, respectively. In comparison to studies performed in EPA(UCMR2), the concentrations of NDMA (from 0.002 μg/L to 0.630 μg/L) and NDEA (from 0.005 μg/L to 0.100 μg/L) observed in the this study were low.



나이트로사민류의 국내 정수장 분포 특성 및 위해성 평가

손 보영1, 이 이내1, 양 미희1, 박 상민1, 표 희수2, 이 원석1, 박 주현1*
1국립환경과학원 상하수도 연구과, 인천시 서구 환경로 42, 22689
2한국과학기술연구원 분자인식연구센터, 서울시 성북구 화랑로14길 5, 02792

초록


    Ministry of Environment
    NIER-2017-01-01-063

    1. 서 론

    정수처리 공정에서는 수인성 전염병의 원인이 되는 각종 미생물의 사멸 및 배관에서의 2차 오염 방지를 위해서 오래전부터 소독제를 사용하고 있다. 소독제 의 종류로는 염소, 오존, 이산화염소 및 UV 등 다양 한 방법이 사용되고 있는데 이러한 소독제의 산화력 은 긍정적인 효과가 있는 반면 원수 중의 유기물과 반응하여 소독 부산물을 생성시킴으로써 또 하나의 수돗물 문제를 야기하기도 한다. 소독제 중 염소는 소 독효과가 뛰어나고 경제적이기 때문에 가장 일반적으 로 사용하고 있는 소독제이나 천연유기물질(Natural Organic Matter, NOM)과 같은 전구물질(Precusor)과 반 응하여 소독부산물을 생성한다. 특히 정수처리 과정에 서 염소(Chlorine)와 암모니아(Ammonia)의 반응하여 아래 (1)∼(3)의 반응식과 같은 산화제인 클로라민 (Chloramines)을 형성한다 (Yee et al., 2008; Choi and Valentine, 2002).(2)

    HOCl + NH 3 NH 2 Cl ( monochloramine )
    (1)

    HOCl + NH 2 Cl NHCl 2 ( dichloramine )
    (2)

    HOCl + NHCl 2 NCl 3 ( trichloramine )
    (3)

    클로라민 처리는 1900년대 초반부터 식수처리를 위 해 사용되어져 왔으며, 주로 THMs이나 HAAs와 같은 소독부산물의 형성을 줄이기 위해 2차 소독제로 사용 된다 (Kucukcongar et al., 2017). 하지만 클로라민처리 (Chloramination)는 배수시스템의 질산화와 N-nitrosamines 과 같은 소독부산물이 chloramine과 유기 아민 전구체 사이에서의 다양한 니트로화 물질과 질소 화합물이 친전자성 치환 반응에 의해서 형성된다. West D.M. 연구팀에 의하면 세 가지 소독제(monochloramine, free chlorine, peracetic acid)중 monochloramine이 8종의 N-nitrosamines을 형성하는 실험에서 가장 빨랐으며 NDMA가 최대 농도로 형성되었다 (West et al., 2016).

    1.1 나이트로사민류 형성 메커니즘

    나이트로사민류는 질산염과 아질산염 아민을 이용 하는 산업의 부산물로 생성되는 물질로 고무공업, 농 약제조, 식품가공, 주조산업, 염료 산업 등의 산업 폐 수에 포함될 가능성이 있다. 또한 전구물질(디메틸아 민 및 질산염)을 포함한 식품의 가열에 의해 생성되거 나 디메틸아민(DMA)와 질소 산화물의 반응에 의해 생성될 수 있다. 특히 우리나라의 수 환경에서는 공장 폐수 자체에 포함되어 있거나 클로라민 처리에 의한 생성, 오존 처리에 의한 생성에 의해서도 오염이 될 수 있다는 보고가 있다. 최근에는 먹는물 정수 처리과 정에서 나이트로사민류와 다른 질소 소독부산물의 형 성 경로 및 전구물질에 관련하여 많은 연구가 진행되 고 있다 (Kosaka et al., 2014; Shah and Mitch, 2012; Krasner et al., 2013). NDMA의 전구물질로 2009년에 4,4-hexamethylenebis(1,1-dimethylsemicarbazide), 1,1,1,1-tetramethyl-4,4-(methylenedi-p-phenylene)sidemica rbazide이 밝혀지기도 했다 (Kosaka et al., 2014).

    나이트로사민류는 이급아민과 아질산염이 산성조건에 서 반응하는 나이트로소화반응을 통해 R1N(-R2)-N=O 형태의 기본 구조를 가지며, R1과 R2의 경우 alkyl 또는 aryl 그룹이 치환되어 다양한 나이트로사민류가 형성 된다 (Fig. 1.) (Rostkowska et al., 1998). NDBA, NDEA, NDMA, NDPA는 대칭 dialkylnitrosamines이고 NMEA 는 비대칭 dialkylnitrosamine이다. NPYR, NMOR, NPIP 는 고리형 N-nitrosamines이다 (Table 1).

    N-nitrosamines은 미국 식품의약청(EPA) 및 국제암연 구소(IARC)에서 인체 발암가능성이 있는 물질로 분류하고 있으며, NDMA 등 N-nitrosamines의 대표 물질은 유전 독성이 있는 것으로 보고되고 있다. 이러한 유해성이 알려지면서 미국 등 여러 국가에서는 수질 가이드라 인을 마련하고 관리하고 있다. 하지만 인체 발암성에 대한 자료의 불완전성으로 인해 기관별 관리 수준이 매우 다양하다.

    1.2 국내외 N-nitrosamines 규제(관리)

    1.2.1 캐나다

    캐나다 보건부(Health Canada)에서 평생(70년) 동안 MAC(The maximum acceptable concentration)농도로 노 출되었을 때 백만명당 1명(10-6) 또는 십만명당 1명(10-5) 이 암에 걸릴 수 있다고 정의한 먹는물 가이드라인을 발표한다. 나이트로사민류 중 NDMA의 생체내(in vivo) 실험과 시험관내(in vitro) 실험 모두에서 유전독성의 충 분한 근거가 있으며 인간의 여러 가지 대조연구와 코호 트 연구 사례에서 위암과 대장암의 관련성이 있음을 확 인하였다. WHO (2002)와 캐나다환경보건부에서 동물 실험을 통해 간암에 대한 TD05 (Tumorigenic dose 05)를 평가하였는데 암컷 랫드 TD05는 34∼82 μg/kg bw per day(95% LCLs 18~61 μg/kg bw per day)이고 수컷 랫드 TD05는 35∼78 μg/kg bw per day(95% LCLs 29∼48 μ g/kg bw per day)였다 (Health Canada, 2008). TD05 값으로 단위 위해도(unit risks)를 계산하는데 단위 위해도는 TD05 에서 0.05를 나누거나 TD05의 95% LCL 값을 사용한다. NDMA에 대한 종간의 감수성 차이를 설명하는 동물과 인간의 상대적 환산계수 (0.35/70)1/4를 적용하였다. NDMA의 단위 위해도는 2.28×10-3 ∼ 5.57×10-3 범위이 고, 용량은 하루 1.9 L 먹는물에서 인간에게 평균 노출 될 수 있는 평균 농도로 변환하며 70 kg 성인 몸무게로 계산하였다.(4)

    MAC ( μg/L ) = Dose ( μg/kg bw per day ) × 70 kg/1.9 L-eq/d
    (4)

    계산된 단위 위험도를 기준으로 평생 동안의 물을 섭취했을 때 인간의 암 위험에 해당하는 예상농도이다.

    NDMA의 먹는물 최대허용농도(MAC)는 10-5 위험 도와 관련된 0.00004 mg/L(0.04 μg/L)이다.

    1.2.2 WHO

    세계보건기구(WHO)의 먹는물 수질 지침값으로 0.1 μg/L(2011)로 설정하였다. 평생 발암 위험도 10-5에 해당 하고 60 kg 성인이 하루 2 L의 물을 섭취했을 경우를 기준으로 한다. 캐나다와 다르게 상대적 환산계수를 사 용하지 않는다. 암컷, 수컷 랫드 실험에서 단위 위험도 는 6.07×10-4∼1.48×10-3 per μg/kg bw day (95% 신뢰도 8.22×10-4∼2.77×10-3 per μg/kg bw day)이다. 가장 민감 도가 높은 종말점(end-point)은 암컷 랫드의 간 담관낭선 종(Hepatic Biliary Cystadenoma)이며 TD05에서 95% 낮은 신뢰 한계는 18 μg/kg bw day이다. 즉 단위 위험은 2.77×10-3 per μg/kg bw per day (2.77×10-3는 암컷 랫드의 간 담관낭선종에 대한 TD05의 95% 신뢰 한계에서 계산 된 단위 위험임)이다. 보수적인 접근 방식을 취해, guideline value(GV)는 10-5의 평생 암 위험도 초과 상한 계 값을 고려하였다 (WHO 2008).(5)

    G V = 60 k g × 10 5 2.77 × 10 3 p e r μ g / k g o f b o d y w e i g h t p e r d a y × 2 L / d a y = 0.1 μ g / L ( 100 n g / L )
    (5)

    1.2.3 미국 EPA

    EPA의 통합 위험 정보 시스템(IRIS) 데이터베이스 에서는 8종의 나이트로사민류(NDMA, NDEA, NMEA, NDPA, NEBA, NPYR, NDPhA, NPIP)가 먹는물에서 ng/L정도의 낮은 농도로 검출된다고 보고했다. 그중 5 종의 나이트로사민류(NDMA, NDEA, NDPA, NPYR, NDPhA)가 CCL3와 CCL4에 포함되었다. 미국환경보 호국(EPA)는 백만분의 일 확률(10-6 cancer risk level) 로 암을 발생시킬 수 있는 NDMA 농도를 0.0007 μg/L 로 설정하고, NDMA 보다 독성이 더 강한 NDEA는 백 만분의 일 확률로 암을 발생시킬 수 있는 농도로 0.0002 μg/L로 발표하였다. 또한 EPA는 unregulated contaminant monitoring Rule2 (UCMR2), contaminant candidate list3 (CCL3)로 설정하여 NDMA를 포함한 N-nitrosamines 6종에 대하여 수돗물 모니터링 조사를 실시하였다 (USEPA, 2012; USEPA, 2009).

    캘리포니아주 보건국(California Department of Public Health, CDPH)에서는 먹는물에서의 NDMA 공중 보건 목표값(PHG)을 0.003 μg/L(10-6 발암 위험도)로 설정하 였고, 하루 2 L의 물을 섭취량으로 사용하여 일반적으 로 사용하는 최소 발암 위해도(10-6의 평생발암위험) 로 계산하여 NDEA는 0.001 μg/L, NDPA는 0.005 μg/L 로 설정하였다. Notification level은 낮은 검출한계와 정수 처리와 관련해 잠재적으로 존재할 가능성을 고 려하여 최소 수준보다 약간 높은 0.010 μg/L(2006)로 설정하였다. 또한 response level은 10-4의 발암 위험도 에 해당하며 최소수준(10-6)보다 100배의 값으로 NDMA, NDEA, NDPA 3종을 0.3 μg/L, 0.1 μg/L, 0.5 μ g/L로 설정하였다. response level을 초과할 경우 캘리 포니아 보건국은 식수원 서비스를 중단해야 한다 (CDPH, 2009; OEHHA, 2006).

    1.2.4 일본

    일본은 2007년 국립보건의료과학원이 전국에서 NDMA 조사를 실시한 원수 및 정수 중 원수는 여름 철 ND∼1.6 ng/L, 겨울철 ND∼10 ng/L가 검출되었으 며 오존처리를 하여 정수에서는 원수보다 농도가 낮 았다. 따라서 요검사 항목에 2009년 4월부터 평가를 시작해 WHO와 EPA의 독성평가를 근거로 하여 평가 값 검토를 진행시켰다. 일본은 수돗물 수질 기준의 요 검토항목에서 WHO 지침값을 참고하여 0.1 μg/L의 목 표치를 설정하였다 (MHLW, 2007).

    WHO에서는 총트리할로메탄 외 13종 소독부산물의 권고치를 설정하였고, NDMA는 2011년에 0.1 μg/L로 설정하였다. EPA의 경우 8항목의 소독부산물을 1차 먹는물 규정(NPDWR, National Primary Drinking Water Regulations)으로 선정하여 관리하고 있으며, NDMA와 NDEA는 모니터링 조사의 필요성을 인지하여 1차 먹 는물 규정에는 선정하지 않았지만 발암위해도 10-6수 준인 0.0007 μg/L, 0.0002 μg/L을 설정하여 수돗물 모 니터링을 실시하였다. 우리나라에서도 먹는물 중 소 독부산물을 관리해 오고 있다. 그 중 소독부산물인 총 트리할로메탄을 1990년 1월 수질기준 항목 추가를 시 작으로 클로로포름, 브로모디클로로메탄, 디브로모클 로로메탄, 클로랄하이드레이트, 디브로모아세토니트 릴, 디클로로아세토니트릴, 트리클로로아세토니트릴, 할로아세틱에시드를 선정하였다. 또한 2011년부터 먹 는물 수질감시항목으로 운영해오던 브롬산염을 국민 환경보건에 선제적으로 대응하기 위해 2016년 10월 수질기준으로 추가 설정하여 총 12종을 관리하고 있 다. 먹는물 수질감시항목으로는 1998년 에틸렌디브로 모마이드, 브로모클로로아세토니트릴을 시작으로 총 5항목 소독부산물을 관리하고 있으며, 수돗물 중 NDMA와 NDEA의 인체 발암위해도를 평가한 결과 사전예방적 관리수준에 도달함에 따라 수질감시항목 으로 추가되었다. 따라서 본 연구에서는 2017년 먹는 물 수질감시항목으로 새롭게 추가 설정된 나이트로사 민류인 NDMA와 NDEA에 대한 추진배경으로 모니터 링 결과와 위해도를 평가하고자 한다.

    2. 연구방법

    2.1 시료채취 지점과 방법

    시료채취는 2013년 5월, 7월, 9월 총 연 3회 모니터 링을 하였고, 2014년에도 5월, 7월, 9월 진행하였다. 2015년에는 7월과 10월, 2016년 1월과 3월 채취하여 3 차년에는 연 4회 모니터링을 하였다. 조사대상 정수장 은 전국 주요 50~70개 정수장에서 최종 처리수를 채 취했으며 수도권 25개, 경상도 20개, 충청도 12개, 전 라도 8개, 강원도 4개, 제주도 1개 정수장이 포함되었 다. 시료 채취 시에는 1L 갈색유리병에 잔류염소를 제 거하기 위한 티오황산나트륨(Na2S2O3)을 80~100 mg 넣은 후 시료를 가득 채워 냉장보관(4℃)하여 분석하 였다. Table 2

    2.2 분석방법

    2.2.1 전처리 방법

    전처리는 SPE(Solid Phase Extraction)법으로 추출하 였으며 activated coconut carbon이 충전된 카트리지를 사용하였다. 카트리지의 활성화를 위해 디클로로메탄, 메탄올, 정제수를 차례대로 3 mL 씩 2∼5회 주입하고 시료 500 mL를 통과시켰다. 목적 성분을 카트리지에 흡착시킨 후 질소가스로 건조한 후 디클로로메탄 11 mL로 용출하였다. 용출된 디클로로메탄에 소량의 무 수황산나트륨(Na2SO4)을 넣어 잔존 수분을 제거한 후 1 mL까지 질소 농축하여 시험용액을 준비하였다.

    2.2.2 기기분석 방법

    시험용액 2 μL를 40~230℃까지 15 ℃/min 속도로 각각의 분석물질이 분리되도록 승온 조작하여 기체크 로마토그래프-질량분석기(GC-MS/MS)로 분석하였다. 분석에 사용한 컬럼은 길이 60 m, 내경 0.32 mm, 두 께 1.8 μm을 사용하였다. 8종에 대한 검출한계 및 정 량한계 등을 다음 표에 정리하였다 (Table 3).

    2.3 위해도평가

    2.3.1 위해성 자료 수집 및 용량-반응평가

    US EPA의 drinking water standards and health advisories 와 IRIS(Integrated Risk Information System), EU ECB의 RAR(Risk Assessment Report), ATSDR (Toxicological Profiles), WHO IARC(International Agency for Research on Cancer) 등의 독성 정보 데이터베이스를 참고하여 물질의 독성 영향 및 정량적 용량-반응 평가 자료를 검색하였다. Table 4

    2.3.2 분석결과 처리 방법

    위해도 평가시 모든 값이 있어야하기 때문에 검출한계 미만인 경우에는 별도의 기준을 두어 오염도 값을 계산한 다. 식품의 위해성 평가를 위한 지침(GEMS/Food-EURO, 1995)을 근거로 하여 검출률 20∼40%인 경우의 불검출은 1/2검출한계 값으로 사용하고 20% 미만은 불검출로 계산 한다. N-nitrosamines의 경우 8종 모두 검출률이 20% 미만 이므로 0으로 대체하여 적용하였다. Table 5

    2.3.3 수용체 체중 및 물 섭취량 평가 방법

    국민건강영양조사(2010∼2014)의 물 섭취량(1컵, 200 mL) 및 체중(kg) 자료로부터 SAS 통계 프로그램으로 산출 하였다. 전 연령의 물 섭취량은 평균 2.3 L이고, 평균 체중은 56 kg이고, 성인(19세 이상)의 경우 평균 섭취 량은 1.9 L, 체중은 62 kg으로 산출되어 적용하였다. Table 6

    2.3.4 인체 위해도 추정 방법

    Monte-Carlo simulation에 의해 위해도 확률분포를 결 정하였다. 인체 발암성 물질인 경우 평생초과발암위해 도(ECR)을 추정하여 백만명당 1명을 초과할 경우 위해 가능성이 있는 것으로 평가하였다. 인체 비발암 독성 물질의 경우 일평균독성위험값(HQ)을 추정하여 0.1을 초과할 경우 위해 가능성이 있는 것으로 평가하였다. Table 7

    2.3.5 우선관리 방안 제안

    3년 연속 모니터링 결과 정수의 검출률이 40% 이상 이고, 50분위수 또는 95분위수의 위해도가 허용위해수 준의 1/10 (1×10-6) 또는 허용위험지수위 1/10 (0.1)을 초 과하는 물질을 우선관리가 필요한 항목으로 제안한다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 함유실태 조사

    3.1.1 연도별

    2013년에는 전국 주요 50개 정수장에서 총 3회에 걸쳐 150개 정수시료를 분석하였고 2014년에 70개 정 수장에서 210개 시료를 분석하였다. 2015년에는 70개 정수장에서 총 4회에 걸쳐 279개 정수 시료가 포함되 었다. NDMA, NDEA, NMOR, NDBA는 3년 동안 검출 되었고, NMEA, NPYR은 2013 모니터링에서만 검출되 었으며 2014년, 2015년에는 불검출이었다. NDPA와 NPIP는 3년 연속 불검출이었다. 또한 NDEA와 NDBA가 2013년에 비해 2014년에 평균 농도가 소폭 상승한 것 을 제외하면 대체적으로 평균농도가 감소되었다. 이 는 원수에 질소 화합물이 감소하여 소독부산물이 감 소한 것으로 판단된다. 검출률이 높은 NDMA 경우, 2013년에는 0.003∼0.013 μg/L의 범위에서 평균 0.00067 μg/L 농도로 검출되었다. EPA UCMR2 결과 에서도 NDMA가 27%의 검출률로 가장 높았으며 0.002∼0.630 μg/L 범위에서 평균 0.009 μg/L 농도로 검출되었다. 다른 항목(NDEA, NDBA, NDPA, NMEA, NPYR)도 우리나라 평균 검출 농도보다 높았다 (EPA UCMR2, 2012). 일본의 경우 오존 처리를 하는 정수장 (NDMA 최대 농도 0.010 μg/L)을 제외하면 여름에는 N.D.∼0.0022 μg/L, 겨울에는 N.D.∼0.0028 μg/L의 낮 은 검출 농도를 보였는데 이는 우리나라와 마찬가지 로 일본은 일반적으로 클로라민 처리를 하지 않기 때 문이다 (Charroris and Hrudey, 2007; Asami et al., 2009). Fig. 2

    3.1.2 수계별

    3년 동안의 수계별 모니터링 결과, 8종 N-nitrosamines (NDMA, NMEA, NDEA, NDPA, NMOR, NPIP, NDBA, NPYR)은 2013년이 모든 수계에서 높게 검출되었고 (Fig. 3a), 그 후로는 검출되는 농도와 빈도가 낮아졌다. 특히 2013년 여름철 영산강에서 NPYR이 0.029 μg/L 농 도로 1회 높게 검출되어 총 검출 평균 농도가 올라갔 으나, 그 후의 2차년과 3차년 채수에서는 검출되지 않 았다. 각각의 항목이 수계에서 차지하는 비율을 보기 위해 Fig. 3(b)을 나타내었다. 모든 수계에서 NDMA가 높은 비율로 검출되었고, NDPA와 NPIP는 모든 수계 에서 검출되지 않았다 (Fig. 3b). 한강의 경우 원수에 서 암모니아성 질소가 검출되었으며 오존의 처리로 인해 다른 지역에 비해 상대적으로 높게 검출된 것으 로 판단된다.

    3.2 위해도평가

    3.2.1 위험성 확인

    N-nitrosamines 중 NDMA는 독성이 높고 간에 대한 친화성이 높아 간괴사, 응고장애, 출혈 등이 일어날 수 있다는 연구가 있으나 발암성에 대한 동물자료는 충분하지만 인간에 대한 발암성 실험 자료는 불충분 하다. 국제암연구소(IARC)에서는 NDMA, NDEA를 2A(인체발암추정물질)로 분류하고 있다. 그 외 NMEA, NPYR, NMOR, NDPA, NPIP, NDBA는 2B(인 체발암가능물질)로 분류한다. 미국 환경보호청(EPA IRIS)은 NDMA, NMEA, NDEA, NPYR, NDPA, NDBA 을 동물에 대한 충분한 증거가 있으나 인체에 대한 증거는 거의 없거나 전혀 없음을 의미하는 B2 그룹으 로 분류하였다.

    3.2.2 용량-반응평가

    NDMA는 IRIS에 의하면 구강 섭취 기울기 계수 (Oral Slope Factor)가 5.1E+1 per (mg/kg)/day 이고, Anderson연구(1978)에 의한 만성 경구 RfD값을 임시 검토 독성값(PPRTV)으로 채택하였다. 이때 만성 임 시 RfD값은 발생 독성에서 확인된 0.025 mg/kg-day LOAEL에 불확실성 계수(UF) 3000을 나누어 값을 구하였다. 그 외 NMEA, NDEA, NPYR, NDPA, NDBA도 US IRIS에서 평생 발암 위험을 산정하기 위해 평생 노출의 추정치를 곱한 구강 섭취 기울기 계수를 적용하였다. NDMA, NMEA, NDEA, NDPA, NPYR는 구강 노출로 인한 간에 대한 발암 위험을 계산하였고, NDBA는 위에 대한 발암 위험을 산정 한 값이다.

    3.2.3 노출평가

    수돗물의 섭취에 의한 인체 노출량을 산출하기 위 해서 국민건강영양조사 (2010∼2014)를 참고하였으며 100% 수돗물 음용을 가정하였다. 전 연령의 물 섭취 량은 평균 2.3 L, 평균 체중은 56 kg이고, 성인(19세 이상)의 경우 평균 섭취량은 1.9 L, 체중은 62 kg으로 산출되어 적용하였다. 발암성 물질의 평생 노출일은 국내 기대수명을 고려하여 70년에 해당하는 25,550일을 적용하였으며, 비발암 독성 물질은 위해도 평가 기준이 일일노출량에 대한 것이므로 평균 노출 기준과 동일한 30년과 동일한 노출일(10,950일)을 적용하였다.(6)

    인체노출량 d r i n k i n g w a t e r ( m g / k g / d a y ) = C ( m g / L ) × C R ( L / d a y ) × E F ( d a y s / y r ) × E D ( y r s ) B W ( k g ) × A T ( d a y s )
    (6)

    • C : 먹는물 오염도

    • CR : 일일물섭취량

    • EF : 평균연간노출일

    • ED : 평균노출기간

    • BW : 체중

    • AT : 평생노출일

    3.2.4 위해도 추정

    3.2.4.1 발암성물질

    발암성 물질로 분류하는 NDMA 등 6종은 기대수명 중 30년 동안 매일 섭취함으로써 발생 가능한 평생초 과발암위해도(Excess Cancer Risk, ECR)를 추정하였다. 발암물질인 경우 검출 빈도가 5% 이상이고, 초과발암 위해도가 WHO 허용위해수준(10-5)의 1/10을 초과한 항목을 수질감시항목으로 선정 검토한다. NDMA, NDEA의 경우 검출빈도가 5%이상이고 95분위 인체노 출수준으로 평가한 초과발암위해도가 백만명당 1명 (10-6) 이상이었다. 95분위 농도는 위해성 평가시 어린 이, 노인등 약자에게 노출된 경우를 고려한 값으로 평 균농도보다 강화된 수치이다. NDMA와 NDEA는 WHO 허용위해수준의 1/10(10-6)을 초과하는 비율이 각각 23.1%, 25.9%로 나타났다.(7)

    E C R = 섭취발암잠재력 ( p e r m g / k g d a y ) × 인체노출량 ( m g / k g d a y )
    (7)

    3.2.4.2 비발암성물질

    비발암성 물질의 경우 검출빈도가 50%이상이고 WHO 허용위해수준(1.0)의 1/10 수준인 0.1 이상인 경우 수질감시항목으로 설정 검토한다. N-nitrosamines 중 비 발암성 물질로 분류한 NMOR, NPIP의 경우 검출률이 50 이하이거나 불검출이며 95분위 허용위해수준(0.1)을 넘지 않아 수질감시항목 설정시 비검토 되었다.(8)

    H Q = 인체노출량 ( m g / k g d a y ) / 섭취노출참고치 ( R f D ) ( m g / k g d a y )
    (8)

    3.3 먹는물 감시항목 후보 물질 제안

    NDMA와 NDEA의 평균 검출농도 및 검출빈도는 매우 낮게 나타났다. 그러나 위해 평가시에 민감계층 을 고려하여 사용하는 95분위 인체 노출량으로 위해 도를 평가한 결과 WHO에서 제시하는 허용위해수준 (10-5)의 1/10을 초과하여 두 항목 모두 사전위해관리 를 위해 수질감시항목으로 설정할 필요성이 있는 것 으로 나타났다. NDMA, NDEA는 국내외 분석기술 수 준과 정수처리 여건을 고려하여 국내 먹는물 가이드 라인을 각각 0.07 μg/L, 0.02 μg/L 수준으로 제안하고 자 한다. 추후 국외 수질관리 동향 및 국내 관리여건 을 고려하여 가이드라인에 대한 강화여부를 검토할 필요가 있다.

    4. 결 론

    8종의 나이트로사민류를 국내 주요 정수장을 대상 으로 3년(2013~2015)간의 모니터링과 위해성 평가를 하였다.

    • 1) NDMA, NDEA, NMOR, NDBA는 2013년, 2014 년, 2015년 모두 검출되었고, NMEA, NPYR은 2013년 모니터링에서만 검출되었으며 2014년, 2015년에는 검 출되지 않았다. NDPA와 NPIP는 3년 연속 모두 불검 출이었다. 검출 수준이 높은 NDMA 경우, 0.002∼ 0.013 μg/L 범위에서 평균 0.0009 μg/L 농도로 검출되 었고, NMEA는 9.1%로 검출률은 높으나 평균 오염 (0.0002 μg/L)수준이 낮았다. NDMA 다음으로 평균 검 출 농도가 높았던 NDEA는 0.001∼0.008 μg/L 범위에 서 평균 0.0004 μg/L 농도로 검출되었다. NPYR, NDBA, NMOR는 검출 농도가 낮거나 검출률이 낮았 다. NDPA와 NPIP는 검출되지 않았다.

    • 2) 8종의 나이트로사민류의 위해성평가를 위해 발 암성 물질(NDMA, NMEA, NDEA, NPYR, NDPA, NDBA)과 비발암성 물질(NMOR, NPIP)로 구분하였다, 일일노출량평가를 통해 평생초과발암위해도(ECR)과 비발암위해도(HQ)를 계산하였다. 그 중 NDMA와 NDEA가 사전 예방적 관리를 위해 수질감시항목으로 설정할 필요성이 있는 것으로 나타났다.

    사 사

    본 논문은 환경의 재원으로 국립환경과학원의 지 원을 받아 수행하였습니다 (NIER-2017-01-01-063).

    Figure

    JKSWW-32-389_F1.gif

    Generic N-nitrosamine structure.

    JKSWW-32-389_F2.gif

    The average concentrations of N-nitrosamines from 2013 to 2015.

    JKSWW-32-389_F3.gif

    (a) The concentratons of N-nitrosamines detected in drinking water treatment plants; (b) percent distribution (scaling up to 100%) of N-nitrosamines.

    Table

    The estimated concentrations corresponding to lifetime human cancer risks based on the calculated unit risks

    Chemical structures and properties of the 8 N-nitrosamines analysed in this study

    Results of accuracy, precision and detection limits of N-nitrosamines

    Analysis results of detected compounds in drinking water samples

    Information of carcinogen group and dose-response assessment

    Human exposure dose and Excess Cancer Risk(ECR) of carcinogens of N-nitrosamines

    Human exposure dose and Hazard Quotient(HQ) of non-carcinogens of N-nitrosamines

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