연구리포트

정수처리에서의�방사성물질�제거�방안

정관조·장도일·박영복·김복순

연구배경

요오드는�갑상선�호르몬�성분으로�인간과�동물에�필수적인�원소이며,�두�개의�자연�동위원소�I-127,�I-129로�이루어진�환경

중에�흔하게�존재하는�물질이다.�그러나�I-131은�반감기가�8.05일로�자연�상태에는�존재하지�않고�우라늄�핵분열�과정에서

발생하며�핵사고시�환경�중에�방출되는�위험한�방사성핵종으로�1986년�4월�23일�체르노빌�원전사고�후�원전�주위에서�갑

상선암�발병의�증가가�확인되었다.

세슘은�자연�상태에서�자연방사성핵종�Cs-133으로�대부분�존재하며�인공방사성핵종인�Cs-134,�Cs-137은�반감기가�2.06

년,�30년으로�원자로의�우라늄�핵분열�과정에서�발생한다.�인공방사성�세슘이�인체에�유입될�경우,�적은�양으로도�골수암,

폐암,�백혈병을�유발하는�등�인체에�치명적인�영향을�주는�것으로�보고되고�있다.

이와�같이�환경�중에�존재하는�인공방사성물질인�I-131,�Cs-134,�Cs-137의�주요한�원천은�과거�1945년에서�현재까지�핵무

기�실험과�원전�및�핵연료�재처리�시설을�포함한�원자력�시설에서�기인하는�것으로�알려져�있다.�2011년�3월�일본�대지진으

로�도쿄�전력의�후쿠시마�다이치�원전�폭발이�발생하였으며�이로�인해�많은�양의�인공방사성핵종이�환경�중으로�방출되었

다.�핵사고�후�환경�중에�방출된�주요한�방출�방사성핵종은�Te-132�(77�hr),�Te-131�(24.8�min)�그리고�그들의�딸핵인�I-131

(8.05�day),�Cs-134�(2.06�yr),�Cs-137�(30�yr)이었으며�인공방사성물질�I-131과�Cs-134,�Cs-137이�원전�폭발�후�먹는물에

서�검출되었다.

원전�사고�후�공기�중에�방출된�그들의�형태를�고려할�때�지표수에�존재하는�인공방사성핵종은�입자나�용존성,�콜로이드�형

태로�존재하는�것으로�판단된다.�물속의�용존성� I-131은�방사성�요오드�이온(131I-),�요오드�분자(131I2),�차아요오드산

(HO131I),�요오드산염�이온(131IO3-)�및�유기성�요오드(R-131I)와�같은�다양한�형태로�분리된다.�이와�같이�I-131의�존재�형

태�비율은�지표수의�수질�특성에�따라�다르게�나타나며�지표수에서의�다양한�반응으로�존재�형태의�변화가�발생할�것으로

판단된다.�따라서�정수처리공정에서�I-131의�제거효율은�원수의�특성에�따라�다르게�나타날�수�있으며�물속에서의�방사성

핵종의�존재�형태는�정수처리공정에서�방사성핵종�제거에�큰�영향을�주는�것으로�보고되고�있다.

Morton�등은�응집과�분말활성탄(powered�activated�carbon,�PAC)을�이용한�정수처리공정에서�I-131과�Cs-134,�Cs-137

의�제거에�대한�연구를�실시하였으며�물속에�요오드와�세슘이�이온형태로�존재할�때�제거가�되지�않은�것으로�보고했다.�또

한�Goossensa�등은�표준정수처리공정에서�방사성물질�최대�제거효율은�요오드-131은�17%,�세슘-134는�56%라고�보고

했으며,�Koji�Kosaka�등은�I-131은�입상활성탄(granular�activated�carbon,�GAC)과�분말활성탄(PAC)에�의해�일부�사례를

제외하고�약�30�~�40%�제거되며�Cs-134과�Cs-137의�경우,�처리�원수의�탁도가�높을�때�혼화-응집에�의해�효과적으로�제

거되나�탁도가�낮은�빗물,�연못물은�혼화-응집에�의해�제거되지�않는다고�보고했다.�이와�같이�먹는물에서의�방사성물질의

관리를�위해서는�방사성물질에�대한�실태조사뿐만�아니라�제거방법에�대한�연구가�필요하며�정수처리공정에서�방사성핵종

의�효과적인�제거를�위해서는�원수�중에�존재하는�방사성핵종의�존재�형태에�대한�정보는�매우�중요하다.�그러나�상수원으

로�사용하는�지표수와�우리가�직접�음용하는�수돗물에�대한�방사성물질의�실태조사와�제거에�대한�자료와�연구가�매우�부족

한�실정이다.

이에�본�연구에서는�핵실험�및�원전�사고�시�생성되는�주요�인공방사성핵종�3종(I-131,�Cs-134,�Cs-137)과�자연상태에�존재

하는�주요�자연방사성핵종�3종(I-127,�Cs-133,�U-238)을�선정하여�서울시�원·정수�및�수돗물에서의�실태조사를�실시하고,

정수처리공정에�사용되고�있는�정수약품,�활성탄,�여과막에�대해�제거율�연구를�실시하여�합리적인�제거방법을�도출,�유사

시�방사능�사고에�적극�대처하고자�본�연구를�실시하였다.

연구결과

인공방사성핵종�I-131은�물속에서�요오드�이온,�요오드산염�이온�등�대부분�이온상태로�존재하며�접촉시간이�짧을�경우,�정

수약품(PACl)과�분말활성탄(PAC)에�의해�제거되지�않는�것으로�나타났다.�그러나�분말활성탄과의�접촉시간�증가에�따라�I-

131의�제거율은�증가하는�것으로�나타났으며,�혼합주입(PACl+PAC)에�의해�40%�이상의�I-131�제거를�위해서는�PACl�24

mg/L�이상,�PAC�40�mg/L�이상을�주입해야�하는�것으로�나타났다.�또한�I-131은�모래여과에�의해�제거되지�않았으며,�입상

활성탄(GAC)에�의한�제거율은�신탄,�구탄�모두에서�검출하한치(MDA)�0.10�Bq/L�미만으로�거의�100%�제거되었다.�막에

의한�I-131의�제거율은�정밀여과막(MF,�0.1�㎛)에�의해서는�제거되지�않았지만�역삼투막(RO,�0.0001�㎛)에서는�92%�제

거되었다.

실험실에서�사용하는�방사선�측정기기의�모습.

세슘은�물속에서�이온상태인�Cs+로�존재하며�모래여과,�정수약품(PACl),�분말활성탄(PAC)�및�정수약품(PACl+PAC)�혼합

주입에�의해�제거되지�않았다.�그러나�원수�탁도가�증가함에�따라�세슘�제거율이�증가하는�것으로�나타났다.�G-취수장�주변

고형물과�황토를�이용하여�탁도를�각각�74�NTU와�103�NTU로�증가시겼을�때�세슘의�제거율은�각각�약�56%,�51%이었으

며,�상징수를�GAC로�여과할�경우,�세슘의�약�80%가�제거되었다.�따라서�활성탄�여과시설이�도입된�고도정수처리에서�효

과적인�세슘�제거(80%)를�위해서는�황토�등을�이용하여�원수�탁도를�80�NTU�이상�조정해야�하는�것으로�나타났다.�GAC

에�의한�세슘�제거의�경우,�약�60%가�제거됨을�알�수�있었으며�이것은�접촉에�따른�흡착에�의해�제거된�것으로�판단된다.�막

에�의한�세슘�제거에�있어서�정밀여과막으로는�제거되지�않았으나�역삼투막에서는�75%가�제거되었다.

활용방안

방사성물질�누출�사고시�대응�매뉴얼을�작성하여�유사시�아리수정수센터의�정수처리�운영에�적절하게�대처할�수�있는�자료

로�활용한다.

연구원이�방사선�측정기기를�이용해�방사선량을�측정하고�있다.

참고문헌

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메인화면

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