환경 측정 결과 덴마크 상수도 시설에서 물에 포함된 400가지 이상의 화학물질이 발견됐다. 특히 몇몇 화합물은 건강에 악영향을 미칠 수 있는 것으로 밝혀졌다.

이번 연구를 주도한 덴마크 코펜하겐대학교(University of Copenhagen)의 분석 화학자들에 따르면, 모니터링은 유해물질인 PFAS(Perfluoroalkyl Sulfonate ; 과불화합물)와 살충제에만 초점을 맞추는 것이 아니라 더 광범위해야 한다. 그렇게 하는 기술은 이미 존재하고 있다.

덴마크 수돗물에 함유되어 있는 PFAS 물질과 살충제 등 농약 잔류물에 대한 집중적인 관심에도 불구하고, 우리 지하수에 있는 수백 가지의 다른 화합물에 대해서는 거의 관심을 기울이지 않고 있다.

코펜하겐대학의 분석 화학자들은 덴마크의 상하수도회사인 노바포스(Novafos)와 협력하여 3개의 상수도 시설에서 나오는 수돗물에 포함된 물질을 광범위하게 측정했다.

연구원들은 한 수도관의 물에서 400가지 이상의 다른 화학물질을 발견했다. 다른 2개의 수돗물에서는 각각 100개 이상의 화합물이 발견되었다.

그러나 이러한 화합물 중 자연적으로 발생하는 화합물과 인공적으로 생성되는 화합물의 수는 아직 알려지지 않았다. 그들 중 적어도 9개는 연구원들이 특히 관심을 갖고 있는 물질이다. 무엇보다도 인체 장기에 해로울 수 있으며 발암성 및 내분비 장애를 일으킬 수 있다.

코펜하겐대학의 식물환경과학부 조교수이자 현재 『환경오염 저널(Journal Environmental Pollution)』에 발표된 이 연구의 첫 번째 저자인 셀리나 티슬러(Selina Tisler) 박사는 “우리가 발견한 화합물 중에는 발암성이 있을 수 있는 살충제로 사용되는 독성 염소화 물질인 TCP(trichlorophenol ; 트리클로로페놀)와 플라스틱 산업에서 사용되며 방광과 신장을 손상시킬 수 있는 멜라민(melamine)이 있었다. 고농도일 때 건강에 해로울 수 있는 다른 화합물도 검출됐다. 우리는 또한 아무도 독성을 알지 못하는 많은 다른 화학물질들도 측정했다”라고 말했다.

현재까지 알려진 바로는 검출된 화합물 중 5개가 전 세계 어느 곳에서도 지하수에서 보고된 적이 없다. 여기에는 자동차 타이어와 인조잔디구장에 사용되는 화합물인 벤조티아졸(benzothiazole)이 포함되어 있으며, 세포 테스트에서 높은 독성을 보였다.

연구원들은 덴마크 지하수에서 추가로 다섯 가지 화합물이 발견된 적이 없다고 보고했다. 여기에는 TCP(2,4,6-트리클로로페놀) 및 TFMS(trifluoromethane sulfonic acid ; 트리플루오로메탄설폰산)가 포함되며, 이들은 소방용 발포체에 사용되며 PFAS 물질의 큰 그룹에 속한다. 최근의 연구는 이것들이 포유류의 장내 박테리아에 생리적 변화와 교란을 일으키는 것으로 나타났다.

연구원들은 현재로서는 개별 화학 화합물의 농도가 얼마나 큰지에 대한 지표만 가지고 있다고 강조한다. 따라서 수돗물 소비와 관련하여 건강상의 위험은 아직 확립되지 않았다. 덴마크의 상하수도회사인 노바포스(Novafos)에 따르면, 3개의 상수도 시설 각각의 물은 모든 해당 규정을 준수하고 있다.

모니터링은 더 광범위 해야 

연구원들은 액체 크로마토그래피-고해상도 질량 분석법(liquid chromatography-high resolution mass spectrometry)을 사용하여 각 물 샘플에서 다양한 화학 화합물의 상당 부분을 검출했다. 이 기술을 통해 그들은 현재 지하수 검사(screening)를 하는 데 사용되는 표준기술로는 검출할 수 없는 화합물을 검출할 수 있었다.

연구원들에 따르면, 오늘날 검사의 주요 약점은 공공기관이 제한된 수의 사전 결정된 물질에 대해서만 모니터링을 요구한다는 것이다.

코펜하겐 대학의 식물환경과학부교수이자 이번 연구의 주 저자인 얀 H. 크리스텐슨(Jan H. Christensen) 박사는 “PFAS 물질과 살충제에 대한 조치를 취하는 것은 확실히 중요하다. 그러나 우리 환경에 있는 화학물질에 대한 광범위한 개요가 있어야 한다. 결국 우리 몸에 도달하게 될 것”이라고 강조했다.

일부 화합물은 제거 가능

많은 국가에서 식수 등 소비를 목적으로 하는 지하수는 처리 과정을 거친다. 덴마크에서 지하수는 일반적으로 사람들의 수도꼭지로 펌핑되기 전에 산소가 공급되고 여과된다.

처리 효과를 알아보기 위해 3개의 수돗물을 다른 국가에서 일반적으로 사용되는 정화 기술인 고도산화공정(AOP purification)으로 알려진 UV 빛(UV light)을 사용하여 처리했다.

이 연구는 치료가 큰 차이를 만들 수 있다는 것을 보여준다. 평균적으로 이 방법은 화학 화합물의 70%를 제거하는 결과를 가져왔다. 그러나 동시에 자외선 처리 결과, 소위 변형 생성물이라고 하는 많은 새로운 물질도 형성되었다. 실제로 세척이 제거된 만큼의 많은 화합물이 생성되었다.

처리한 후 수돗물은 생물학적 활성탄(BAC) 필터를 통해 4단계로 여과되었다. 여기에서 대다수의 화합물이 포획되었지만 모두 포착된 것은 아니다.

셀리나 티슬러(Selina Tisler) 박사는 “철저한 여과를 통해 새로 형성된 화합물의 대부분과 처음부터 물에 있던 일부 화합물을 모두 수집하지만 문제가 되는 화합물의 범위는 여전히 빠져나간다”라면서 “여기에는 PFAS(과불화합물) 및 PFAS 관련 화합물과 같은 불소화합물(fluorinated compounds)이 포함된다”라고 강조했다.

그럼에도 불구하고 이번 연구의 주 저자인 셀리나 티슬러(Selina Tisler) 및 크리스텐슨(Christensen) 등 코펜하겐대학교 2명의 화학자는 식수가 덴마크에서 처리되어야 한다고 믿고 있다. 

셀리나 티슬러 박사는 “우리의 연구는 치료의 복잡성을 보여준다. 예를 들어, 이 치료 기술이 일부 살충제를 제거하는 데는 효과적이었지만 PFAS 화합물에는 효과가 없다는 것을 알 수 있다. 유해물질은 제거를 위해 우선순위가 지정되고 있다. 실제로 모든 화합물에 작용하는 하나의 처리 프로세스가 반드시 있는 것은 아니다”라고 지적했다.

가장 독성이 강한 화합물 사용 중단해야

크리스텐슨 교수는 “지하수에 숨겨진 모든 것을 보다 철저히 측정하고 오염물질 부하를 가장 잘 줄이는 방법을 배우기 위해서는 이와 같은 이니셔티브가 필요하다. 물 유틸리티 부문이 소비자를 위해 깨끗한 식수를 보장하기 위해 적극적이고 책임을 지는 것을 보는 것이 좋다”라면서 “상수도회사인 노바포스(Novafos)의 모니터링 이니셔티브는 칭찬할만 하다”고 말했다.

그러나 크리스텐슨 교수는 단순히 문제를 해결하는 데에만 의존할 수 없다고 강조한다. “어떤 물질이 어떤 농도로 존재하는지에 대한 개요를 알게 되면 어떤 유정을 열어 두어야 하고 어떤 유정을 닫아야 하는지, 그리고 어떤 처리 기술이 가장 효과적인지 우선순위를 정하는 데 도움이 될 수 있다”고 말했다.

그는 하지만, “그 이상으로 우리는 문제의 근원을 공격하기 위해 우리는 가장 독성이 강하고 분해하기 어려운 화합물의 사용을 중단하여 근원 자체를 제거해야 하며, 해롭고 때로는 더 심할 수도 있다”라고 역설했다.

크리스텐슨 교수는 끝으로 “물이 처리되는 방법과 정도에 관계없이 식수에 도착하면 제거하기가 매우 어려운 매우 끈질긴 화학 화합물이 있기 때문이다”라고 결론을 내렸다.

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New types of chemicals found in Danish drinking water

ENVIRONMENT Measurements reveal more than 400 different chemicals in water from a single Danish waterworks. 

Several of the compounds can have adverse health effects. According to the University of Copenhagen analytical chemists behind the study, monitoring needs to be broader and not solely focused on PFAS and pesticides. The techniques to do so already exist.

Despite a massive focus on PFAS substances and pesticide residues in Danish drinking water, little attention is paid to the hundreds of other chemical compounds in our groundwater.

Analytical chemists at the University of Copenhagen, in collaboration with Danish water and wastewater company Novafos, have taken broad measurements of substances in drinking water from three waterworks.

The researchers detected more than 400 different chemical compounds in water from a single waterworks. More than 100 compounds were found in water from each of the other two. 

But how many of these compounds are naturally occurring versus man-made remains unknown. At least nine of them are of particular concern to the researchers. Among other things, they can be harmful to organs and be carcinogenic and endocrine disrupting.

"Among the compounds we found were TCP, a toxic chlorinated substance used as an insecticide that can be carcinogenic, and melamine, which is used in the plastics industry and can damage the bladder and kidneys. Other compounds that can be harmful to health when in high-enough concentrations were also detected. We also measured many other chemicals that no one knows the toxicity of," says analytical chemist Selina Tisler, an assistant professor at the Department of Plant and Environmental Sciences and first author of the study, now published in the journal Environmental Pollution.

As far as is known, five of the compounds detected have never before been reported in groundwater anywhere in the world. These include benzothiazole, a compound used in car tyres and on artificial turf pitches, that has shown high toxicity in cell tests. 

The researchers report that an additional five compounds have never been found in Danish groundwater. These include the above-mentioned TCP (2,4,6-trichlorophenol) and TFMS (trifluoromethane sulfonic acid), which are used in firefighting foams and belong to the large group of PFAS substances. A recent study shows that these cause physiological changes and disturbances in the gut bacteria of mammals.

The researchers strongly emphasize that, as for now, they only have indications of how large the concentrations of individual chemical compounds are. Therefore, no health risk can yet be established with regards to tap water consumption. According to Novafos, water from each of the three waterworks complies with all applicable regulations.

Monitoring needs to be broader

The researchers used liquid chromatography-high resolution mass spectrometry to detect a large portion of the various chemical compounds in each water sample. This technology allowed them to detect compounds that standard techniques currently used for screening groundwater are unable to detect. 

According to the researchers, the major weakness in screening today is that public agencies only require monitoring for a limited number of predetermined substances.

"Taking action against PFAS substances and pesticides is definitely important. But one should also be after a broader overview of the chemicals in our environment that eventually will end up in our bodies. And, we have the techniques to help water utilities and agencies accomplish this task," says Jan H. Christensen, a professor at the Department of Plant and Environmental Sciences and the study’s lead author.

Some compounds can be treated away, but...

In many countries, groundwater destined for consumption goes through a treatment process. In Denmark, groundwater is usually just oxygenated and filtered before being pumped out to people's taps. 

To study the effect of treatment, water from the three waterworks was treated using UV light (known as AOP purification), a commonly used purification technique in other countries.

The study demonstrates that treatment can make a big difference. On average, this method resulted in the removal of 70% of the chemical compounds. But at the same time, many new substances, so-called transformation products, were also formed as a result of UV light treatment. In fact, nearly as many compounds were created as the cleaning removed.

After treatment, the water from one waterworks was filtered through biological activated carbon (BAC) filters in four stages. Here, the vast majority of compounds were captured - but not all of them:

"While thorough filtration collects both the majority of newly formed compounds and some of those that were in the water from the beginning, a range of problematic compounds still slip through. These include fluorinated compounds like PFAS and PFAS-related compounds," says Selina Tisler.

Nevertheless, the two chemists believe that drinking water should be treated in Denmark. Selina Tisler points out:

"Our study demonstrates the complexity of treatment. For example, we can see that this treatment technique was effective in removing some of the pesticides, but didn’t work on PFAS compounds. So it’s important to make use of different treatment techniques depending on which substances are being prioritized for removal. Indeed, there is not necessarily one treatment process that works on all chemical compounds."

Stop using the most toxic compounds

According to Jan H. Christensen, waterworks company Novafos’ monitoring initiative is commendable:

“Initiatives like this are needed to more thoroughly measure whatever is hidden in our groundwater and learn how to best reduce the load of contaminants. It’s good to see the water utility sector being proactive and taking responsibility for ensuring clean drinking water for consumers," says Jan H. Christensen.

But he highlights that we cannot simply rely on cleansing the problem away: 

"Once you have an overview of which substances are out there and in what concentrations, it can help to prioritize which wells should remain open and which should be shut, as well as which treatment technologies would be most effective. But beyond that, we need to attack the root of the problem. We need to stop using the most toxic and difficult-to-degrade compounds and thereby eliminate the source itself. And then we should not use, as often happens, alternative compounds that turn out to be just as harmful - and sometimes even more so," says Jan H.  Christensen, who concludes:

"Because there are some extremely tenacious chemical compounds that are very difficult to remove from our drinking water once they get there, regardless of how and to what extent the water is treated."

[출처=코펜하겐대학교(University of Copenhagen)(https://science.ku.dk/english/press/news/2023/new-types-of-chemicals-found-in-danish-drinking-water/) 2023년 4월 17일]

[보고서 원문=『환경오염 저널(Journal Environmental Pollution)』(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749122009721#fig1)