미세플라스틱 거동특성 연구 보고서입니다. 도움이 되시길 바랍니다.

-------------------

1. 연구 개요

정수처리 공정에서 미세플라스틱 거동특성 규명 연구

2. 연구목적 및 필요성

전세계적으로 플라스틱 생산 및 소비량의 폭발적인 증가와 미관리된 폐플라스틱으로 인한 환경 내 미세플라스틱 유입 및 거동에 대한 위해성 이슈가 대두되고 있다. 미세플라스틱 섭취를 통해 인체에 축적되는 정도 및 위해성 기전 등 인체 건강영향 규명을 위한 인체 노출에 따른 위해성평가 연구가 진행 중에 있으며, 물리적 및 화학적인 잠재적인 위험성이 예측되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 정수공정에서 미세플라스틱의 거동파악 및 검출원인을 규명하여 수질관리 강화 및 관리 개선방안을 마련하여, 안전한 수돗물 생산 공급체계 확보 및 체계적 관리로 먹는 물에 대한 신뢰도를 제고하고자 하였다.

3. 연구개발의 내용 및 범위

이를 위해, (1) 국내외 먹는 물 중 미세플라스틱 연구동향 조사, (2) 정수공정에서 미세플라스틱 거동 특성 조사, (3) 정수공정에서 미세플라스틱 검출원인 규명, (4) 정수공정 등 관리 개선방안에 대한 연구를 수행하였다. 동일 원수 및 취수원에 다른 정수처리공정을 사용하는 비슷한 경과년수의 정수장 3개소(표준처리공정 1개소, 고도처리공정 2개소(O3 및 UV)를 조사대상 정수장으로 선정하여, 원수 - 각 단위공정 처리수 - 정수의 수질시료 및 수처리제(응집제, 소독제, 산화재) 시료, 현장 및 실험실 바탕시료 등의 미세플라스틱을 분석하였다.  μFT-IR를 이용한 미세플라스틱의 정성 및 정량분석을 통해 정수장 내 45 μm 이상의 크기에 해당하는 미세플라스틱의 거동 특성 및 검출 원인(유입 및 제거)을 연구하였다.

4. 연구결과

1) 정수처리공정에서 미세플라스틱 거동 특성 및 검출원인 규명

가. 검출된 미세플라스틱의 특성

각 조사대상 정수장의 정수처리공정에 따라 검출되는 미세플라스틱의 종류 및 크기는 상이하였지만, 전체 정수장의 수질 및 수처리제 시료에서는 주로 폴리올레핀 및 스티렌 계열의 미세플라스틱(45μ m이상)이 검출(80%이상)되었으며 정수장별 20%내의 검출 종류 차이가 있었다. 정수장 전체시료에 서 검출된 미세플라스틱의 크기별 분포는 45~100 μm 입자(82.8%), 100 μm 이상 입자(17.2%)로 작을수록 검출율이 높게 나타났다. 정수장 내 수질 및 수처리제 시료에서 검출되는 미세플라스틱 전체 종류는 12종이며, 그 종류는 폴리올레핀류(EVA, PE, PP), 스티렌류(ABS, PS, SBR), 아크릴류 (Acrylics), 에폭시류(Epoxy), 불소수지류(PTFE), 폴리우레탄류(PUR), 폴리에스터류(Polyester), 비닐 류(PVC)였다.

나. 정수처리공정을 통한 미세플라스틱 제거

조사대상 정수장 3개소의 원수 대비 미세플라스틱 제거율을 보면 정수처리 공정별로 상대적인 증감의 차이는 있었지만, 최종 처리수인 정수(0.2~1.6 개/L)에서 원수(1~14 개/L)로 유입된 미세플라 스틱 대부분이 표준 또는 고도처리공정을 통해 제거됨(80%이상)을 알 수 있었다. 특히 응집침전 공정을 통하여 45 μm 이상의 미세플라스틱이 효과적으로 제거가 되며, 활성탄 접촉조는 정수처리 다층여과(multi-barrier)의 최종 공정으로 적합한 것으로 보인다.

다. 정수처리공정에서 미세플라스틱 검출원인 규명

- 정수장 내 미세플라스틱 예상 거동경로: 정수처리 단위공정 내 미세플라스틱의 입자수 및 종류에 영향을 줄 수 있는 경로는 (1) 원수 및 전단공정 처리수, (2) 수처리제(자체 또는 주입시설), (3) 시설 및 설비, (4) 실내·외 환경 중 혼입으로 기인하는 미세플라스틱 유입과 (5) 각 처리공정별 제거율에 따른 제거 경로의 합산으로 추정된다. 정수처리공정에서 미세플라스틱의 검출원인 규명은 검출된 미세플라스틱의 정량적 정보를 기반으로 정성적인 종류와의 연관성을 분석하여 규명할 수 있다. - 원수 및 전단공정 처리수: 원수 및 전단공정 처리수로 유입되는 미세플라스틱 종류가 일치하지 않는 것은 반응시간이나 체류시간, 채수이송시간 등으로 발생하는 정수처리공정의 시간적 지연 (time-lag)이 원인이 될 수 있으나, 각 단위 처리공정별 유입원 및 제거율이 다를 가능성을 보여준다. 

- 수처리제: 수처리제에서 검출되는 미세플라스틱 종류와 수처리제 주입 후 공정수 및 정수에서 검출되는 종류를 비교해봤을 때, 연관성이 적은 것으로 보아 미세플라스틱 검출 및 유입원에 대해 향후 정밀 추가조사 및 연구가 필요하다. 다만 원수 및 처리유량 대비 수처리제 주입량을 고려해보면, 수처리제 자체에서 기인하는 주입량(원수 유량 대비 수처리제 주입량 비율, 최대 0.003%)은 매우 미미한 것으로 판단된다. 또한 응집제 및 산화제는 후단에 정수처리 공정이 존재하여 미세플라스틱 이 공정으로 주입되어도 제거 가능성이 있지만, 최종 정수처리 공정수에 주입되는 후염소의 경우 정수 내 미세플라스틱 검출에 영향을 줄 가능성이 있으므로 후염소 주입으로 인한 시설 및 설비의 영향 추후 정밀조사 및 연구가 필요하다. 

- 시설 및 설비: 정수장 시설 및 설비에서 사용하고 있는 플라스틱 재질과 정수 내 검출되는 미세플라스틱 종류가 일치하지 않는 것으로 보아 미세플라스틱 검출 및 유입원에 대해 향후 정밀 추가조사 및 연구가 필요하다. 특히 미세플라스틱 종류가 전단공정 처리수인 여과 유출 수(표준처리 공정시) 및 활성탄 접촉조 유출수(고도처리 공정시)와 다른 것으로 보아 후염소 주입과정 및 정수지 시설·설비에서 다른 종류의 미세플라스틱 유입 가능성이 있는 것으로 판단된다. 

- 실내·외 환경 중 혼입: 현장바탕시료(Field blank) 및 실험실바탕시료(Lab blank) 분석 결과, 실내·외 환경 중 혼입으로 인한 미세플라스틱 검출량은 미미한 것으로 판단되나, 정수장 내 미세플라스틱 조사(채수, 전처리, 분석)시 현장 바탕 및 실험실 바탕시료 테스트를 수행하여 실내외 환경에서 미세플라스틱이 유입될 수 있는 가능성 및 영향을 고려해주어야 한다.

라. 정수공정 등 관리개선 방안 마련

정수장 시설 및 설비의 상당 부분이 플라스틱 재질로 되어 있어, 노후화 및 각종 수처리제 등에 의한 물리화학적 반응 및 풍화 등으로 인한 미세플라스틱 발생 가능성이 있다. 하지만 원수 및 정수공정을 통해서 유입되는 미세플라스틱의 대부분이 표준 또는 고도처리공정의 다층여과 (multi-barrier)를 통해 45 μm 이상의 미세플라스틱이 80%이상이 제거된다. 다만 정수에서 검출되는 폴리올레핀류 (PE 86.1%, PP 13.9%) 미세플라스틱 0.2~1.6 개/L의 기원을 역추적하여 시설 개선을 통해 효과적으로 제어할 수 있다면, 먹는물의 안전성을 더욱 제고할 수 있을 것으로 보인다. 시설 및 설비의 재질 개선, 노후화로 인한 교체주기, 운전 조건 등을 개선하는 효과적인 관리방안을 마련하기 위해서는 향후 검출원인을 세분화하여 정밀조사 및 연구가 요구되어진다.

5. 연구결과 활용에 대한 건의

본 연구과제를 통해 정수장 내 미세플라스틱의 거동특성 및 검출원인을 규명하기에 적합한 연구방법 및 평가법(정수장 및 조사시점 선정, 시료 채취, 전처리, μFT-IR분석 등)을 정립하였다. 이를 바탕으 로 향후 지속적인 모니터링 실시로 공정별 미세플라스틱 거동 특성에 대한 충분한 양의 DB가 확보된 다면, 데이터 분석기법을 이용하여 주요 영향인자 중 정수 내 미세플라스틱 검출량에 대한 기여율을 산정할 수 있을 것이다. 따라서 정수장 미세플라스틱 유입경로 및 검출원인을 규명하여, 정수장 처리공정 및 시설·설비 개선, 수처리제 관리 기초자료로 활용할 수 있을 것이다. 또한 미세플라스틱 크기 분포는 잠재적인 인체 위해성과 연관성(입자 자체 영향 및 입자에 흡착된 잔류성 유기오염물질 (POPs))이 있으므로, 향후 추가적인 연구에서는 미세플라스틱(1μm~5mm) 및 초미세플라스틱(1μm 이하) 분석방법을 정립하여 정수장 내 미세플라스틱 거동특성 규명이 필요하다. 이를 기반으로 정수장 내 미세플라스틱 모니터링 실시를 통해 먹는물 수질관리 강화 및 관리 방안을 마련하여, 안전한 수돗물 생산·공급체계 확보 및 체계적 관리로 먹는물에 대한 신뢰도를 제고할 수 있을 것이다.