IEG 환경지질연구정보센터

(1)

KSEG Conference / April 7 - 9, 2011 / Jeju / Korea

- 233 -

충청북도 청원지역의 지하수중 자연방사성 물질

Radionuclides of groundwaters in Chungwon area, Choong Chung Book Do

이 병 대 Byeongdae Lee, 조 병 욱 Byong-Wook Cho, 윤 욱 Uk Yun

한국지질자원연구원, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources

* 교신저자:

[email protected]

주요어: 지하수, 자연방사성물질, 우라늄, 라돈.

1. 서론

지하수에 함유된 자연방사성물질은 여러 가지가 있으나 그 중에서 주 관심대상은 우라늄과 라돈이다. 지하수중 방사성물질에 대한 수질기준은 일반적인 오염물질과는 달리 기준이 아닌 제안치 수준이며, 지하수를 많이 사용하는 일부 국가에 국한되어 있다. 지하수내 방사성물질의 허용 농도는 미국 EPA(Environmental Protection Agency)의 경우 우라늄은 30 μg/L, 라돈은 4,000 pCi/L, 전알파는 15 pCi/L이다. 우리나라는 우라늄을 먹는물 감시항목으로 지정하고 상수 원수에 대하여 년 2회 측정하도록 되어 있다.

이 논문의 연구지역은 충청북도 청원군 지역으로 이 지역은 화강암, 변성암, 퇴적암 등의 다 양한 지질로 구성되어 있으며, 상수원수로서 지하수의 비중이 높은 지역이다. 금번 연구의 목적 은 연구지역 지하수의 우라늄, 라돈, 전알파에 대한 농도분포를 파악하고 방사성물질의 일반적 인 특성을 밝히는 것이다.

2. 연구지역의 지질

연구지역의 지질은 선캠브리아기의 경기 편마암복합체와 시대미상의 옥천누층군에 해당하는 변성암류, 쥬라기 화강암류, 그리고 백악기 퇴적암류로 구성되어 있다.

변성암류중 경기 편마암복합체는 주로 호상편마암 및 복운모편암으로 구성되어 있다. 호상편 마암은 연구지역에서 최고기에 속하는 암석으로 사질 및 석회규산질암이 협재되어 있다. 복운 모 편암은 주로 쥬라기 화강암류의 포획암체로 산재 분포한다. 옥천누층군의 암석은 구룡산층, 미동산층 및 운교리층에 해당된다. 구룡산층의 주구성암석은 천매암, 운모편암, 흑색 slate, 함탄 저변성셰일 등이며, 미동산층은 규질원인 규암대와 이질원인 사질천매암대와의 호층으로 이루 어진다. 운교리층의 주 구성암석은 저변성내지 열변성된 사질암이며 층간에는 이질암이 협재되 어 있다.

화강암류는 쥬라기에 관입한 화강암류로 반상화강암, 흑운모화강암, 섬록암 등이 분포하며 암 상은 일반적으로 화강섬록암～화강암 계열에 속한다.

백악기 퇴적암류는 오창면 여천리 일대에 소규모로 분포한다. 흑운모 편마암 위에 부정합으

(2)

KSEG Conference / April 7 - 9, 2011 / Jeju / Korea

- 234 -

로 놓이며 저색의 역암, 사암 및 이암으로 구성되며 역암은 주로 하부에 발달하고 상부에 이를 수록 자색 이암이 우세하다.

3. 시료채취 및 측정방법

본 연구를 위하여 천부지하수 및 심부지하수 47개소의 지하수공을 대상으로 방사성물질 측정 용 시료를 채취하였다. 시료는 수질의 안정을 위해 10～20분 동안 양수공 체적의 약 3～5배를 양수하고, pH, EC, Eh, 수온 등이 안정된 후에 채취하였다. 우라늄 분석용 시료는 0.45 μm 여 과지를 이용하여 여과후 20 mL 채취하였다. 금속 이온들의 침전이나 용기 내의 흡착을 방지하 기 위해 고순도의 농질산(65%)을 1 ml 첨가하여 pH를 2 이하로 산성화시켰다. 라돈 측정용 시 료는 22 mL 유리용기에 지하수 시료 8 mL와 섬광용액(Optiphase Hisafe3) 12 mL를 첨가하여 5분간 잘 흔들어 섞어 채취하였다.

우라늄 농도는 고분해능 유도결합플라즈마 질량분석기(High Resolution ICP/MS)를 이용하여 분석하였다. ICP-MS 분석용 시료는 시료 채취시 0.45 μm 여과지로 여과 및 산을 첨가하여 용 액을 안정화 시켜 놓았기 때문에 별도의 전처리 없이 ICP/MS용 표준용액을 사용하여 검량선을 작성하였다. 검량선을 이용하여 측정된 시료에 함유되어 있는 우라늄의 함량을 구하였으며, 우 라늄 정량치가 50 μg/L 이상인 시료는 희석하여 정량분석 하였다.

222

Rn의 측정은

²²⁶

Ra 표준선원 용액 8mL를 취하여 섬광용액 Hisafe3 12mL과 잘 혼합한 후 PSA 준위 100에서 알파선의 총 피크영역에서 측정효율을 구하였다. 표준시료의 측정효율 값을 결정하는데 있어서 이들 표준시료의 재현성을 보기 위하여 같은 시료를 3개 제조하여 각각의 측정효율 값을 얻은 후 측정효율의 평균값(91.6±3.6%)을 실제시료 측정효율 값으로 적용하였다.

4. 결과 및 고찰

4.1 방사성물질 분포 특성

우라늄은 높은 이동성, 긴 반감기 및 상대적으로 많은 분포량으로 인하여 지하수에 널리 분 포한다. 연구지역 지하수의 우라늄 농도는 ND～178 μg/L로 매우 넓은 분포를 나타내고 있다.

평균 농도는 6.6 μg/L로 전국 지하수의 우라늄 평균 농도인 4.50 μg/L보다 높다. 전체의 55.3%

인 26개 시료가 1 μg/L 이하의 매우 낮은 농도를 보여주고 있다. 대부분 시료의 우라늄 농도가 낮은데도 불구하고 평균 농도가 6.6 μg/L로 높게 나타나는 것은 178 μg/L로 최고 농도를 보이 는 CW-34의 영향이다.

연구지역 지하수의 라돈 농도는 80～12,900 pCi/L로 매우 넓은 분포를 나타내고 있으며, 평균 농도는 2,006 pCi/L로 전국 지하수의 라돈 평균 농도인 1,862 pCi/L보다 낮다. 평균 농도보다 낮은 농도를 보여주는 시료는 전체의 59.6%인 28개소로 연구지역 지하수의 라돈 농도는 대체로 낮은 분포를 보여주고 있다. 연구지역 라돈 농도는 우리나라와 지질여건이 비슷한 노르웨이나 핀란드에 비해서 아주 낮은 편이다. 중앙값은 1,250 pCi/L로 평균 농도와 차이가 큰 편인데, 이 는 EPA AMCL을 초과한 3개소의 농도 영향으로 고려된다.

4.2 방사성물질간 상관관계

우라늄의 농도와 라돈 농도와는 상관성은 R

²

이 0.53으로 미약한 편이다. 라돈은 자연 상에 널

(3)

KSEG Conference / April 7 - 9, 2011 / Jeju / Korea

- 235 -

리 분포하는 방사성 기체로 우라늄의 붕괴과정에서 생성된다. 따라서 우라늄의 농도와 라돈 농 도사이에는 상관성이 클 것으로 예상되나 연구지역에서 양자 사이의 상관성은 미약하다. 이와 같은 현상은 라돈이 가스상태로 존재하기 때문에 시료 채취 과정에서 탈기되어 실제 농도와 차 이가 있을 수 있다. 또한 반감기가 3.82일로 짧기 때문에 지하수 공급원으로부터의 거리와 지하 수의 이동 속도 등에 영향을 받을 것으로 판단된다.

4.3 방사성물질과 지질과의 상관관계

화강암지역에서의 우라늄 농도는 0～178 μg/L로 변성암이나 퇴적암지역에 비해 매우 넓은 분 포를 보여주고 있다. 최고 농도를 나타내며 EPA MCL을 초과하는 CW-34 지하수공 역시 화강 암지역에 위치하고 있다. 평균 농도와 중앙값은 13.46 μg/L와 1.8 μg/L로 우리나라 화강암지역 지하수의 평균 우라늄 농도 10.53 μg/L와 중앙값 0.34 μg/L에 비하여 높다. 변성암지역의 우라 늄 농도는 0.11～11.33 μg/L로 화강암지역 보다는 낮은 농도를 보여주고 퇴적암지역 보다는 높 은 분포를 나타내고 있다. 평균 농도와 중앙값은 1.62 μg/L와 0.54 μg/L로 우리나라 변성암지역 지하수의 평균 우라늄 농도 0.52 μg/L와 중앙값 0.09 μg/L에 비하여 높다. 퇴적암지역 지하수의 우라늄 농도는 0.11～0.35 μ g/L로 화강암이나 변성암에 비해 낮은 분포를 나타낸다. 평균 농 도와 중앙값은 0.19 μg/L와 0.12 μg/L로 우리나라 퇴적암지역 지하수의 평균 우라늄 농도 0.78 μ g/L와 중앙값 0.16 μg/L에 비하여 조금 낮다. 연구지역에서 지질별 지하수의 우라늄 농도는 화강암지역의 지하수에서 가장 높다. 일반적으로 지하수에서 우라늄이 높게 나타나는 것은 암 석 내의 우라늄의 함량과 관련이 있다.

참고문헌

전대영, 2009, 부산지역 지하수의 방사성물질 특성, 한국지하수토양환경학회지, 14(5), 51-61.

성익환, 조병욱, 김대업, 김건한, 박덕원, 박중권, 윤윤열, 이봉주, 이병대, 이종철, 임현철, 정강섭, 조수영, 홍영국, 장우석, 양재하, 2002, 지하수중 방사성물질 함유실태에 관한 조사연구(Ⅳ), 국립환경과학원, 357.

이진용, 2008, 지하수내 우라늄, 라듐과 라돈의 발생, 건강위해 및 저감방법에 대한 고찰, 대한지질학회지, 44(3), 341-351.

J. Singh, H. Singh, S. Singh, B.S. Bajwa, 2009, Estimation of uranium and radon concention in some drinking water samples of Upper Siwaliks, India, Environ Monit Assess, 154, 15-22.

Osmond, J.K., 1980, Uranium Disequilibrium in Hidrologic Studies, Elsevier, Oxford, 259.

Zapecza, O.S., and Szabo, Z., 1986, Natural radioactivity in groundwater - a review. USGS Water Supply Paper 2325, Ground Water Quality: Hydrologic Conditions and Events, USGS, 50-57.