[해외연구보고서] 지하수에서 식수에 대한 자연 오염물질 위협
호주 UNSW 시드니 연구결과 기후변화·도시화가 지하수 음용수 질 위협

호주 UNSW(University of New South Wales)의 시드니(Sydney)의 새로운 연구결과에 따르면 기후변화와 도시화는 지하수 음용수 질을 위협할 것으로 보인다.

기후변화와 도시화가 지하수 유기탄소의 증가를 야기할 것으로 예상되기 때문에 세계 인구의 절반 이상이 식수의 질과 가용성에 대한 위협으로 직면하고 있는 것으로 새로운 UNSW 연구에 나타났다.

하룻밤 사이에 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 발표된 이 연구는 6개 대륙 32개국의 대수층으로부터 발표된 9,404개의 가장 큰 지구 데이터 집합을 조사했고, 발표되지 않은 지하수 용존유기탄소(DOC) 농도를 조사했다.

용존유기탄소(DOC)는 지하수의 자연발생 성분이지만 농도가 높을수록 지하수를 마실 수 있게 만드는 것이 어렵고 비용이 많이 든다. 호주에서는 지하수가 많은 도시와 마을의 주요 식수원으로 널리 사용되고 있다.

UNSW의 연결물계획연구센터(the Connected Waters Initiative Research Centre)의 수석 저자인 리자 맥도우(Liza McDough) 박사는 "이번 연구는 기후변화에 따른 예상 기온과 강우량 그리고 도시화의 증가로 인해 용존유기탄소(DOC) 농도가 높아질 것으로 예측했다"고 말했다.

맥도우(McDough) 박사는 이어 "우리는 지하수 용존유기탄소(DOC) 농도가 45%까지 상승했음을 확인했다. 예를 들어, 미국의 많은 남동부 주에서와 같이 연중 가장 습한 분기의 온도가 상승했기 때문이다. 우리는 이러한 지역에서 DOC의 증가는 4인 가족의 물 비용을 연간 134달러까지 증가시킬 수 있을 것으로 예상한다"라고 말했다.

맥도우(McDough) 박사는 특히 "중국 동부, 인도, 아프리카 일부 지역과 같은 다른 지역은 이미 심각한 지하수 오염 문제를 겪고 있다. 이는 특히 중국 남동부에서 2050년까지 연중 가장 습한 분기의 대규모 예상 온도 증가와 관련된 지하수 용존유기탄소(DOC) 증가에 의해 더욱 복잡해질 수 있다"라고 강조했다.

맥도우(McDough) 박사는 또한 "일반적으로 도시화는 지하수 용존유기탄소(DOC) 농도를 농업용지 또는 자연용지 사용에 비해 최대 19%까지 증가시킬 것으로 예상하며, 예를들어 누출된 정화조 및 정화조 및 하수도 시스템의 누출로 인한 오염의 결과일 것이다"하고 말했다.

UNSW, 호주 핵기술기구(the Australian Nuclear Science and Technology Organisation , ANSTO), 서던크로스대학교(Southern Cross University), 영국 지질조사대(British Geological Survey), 브래드포드대학교(the University of Bradford) 간의 공동연구 결과 지하수 DOC 수치에 크게 기여하는 4가지 요인을 발견했는데, 이는 기후, 토지 이용, 무기화학, 대수층 연령이다.

■ 건강 위협
리자 맥도우(Liza McDough) 박사는 자연 발생이든 오염 때문에든 지하수 DOC의 증가 또한 인간의 건강에 위협이 된다고 다음과 같이 말했다.

"지구는 지구의 가장 큰 담수원이며 세계 인구의 50% 이상을 위해 필수적인 식수를 제공한다. 그러나 DOC에 의한 대부분의 건강 영향은 물 처리 염소의 부산물 형성과 관련이 있고 다른 수화학 파라미터의 농도에 의존하기 때문에, 세계보건기구(WHO)와 호주를 포함한 많은 나라들은 식수의 DOC 농도를 직접적으로 규제하지 않는다."

맥도우(McDough) 박사는 또 "DOC가 자연적으로 발생하지만, 지하수가 발생하는 암석과 침전물에 결합하여 운반할 수 있는 지하수의 핵심 요소는 위험할 수 있다"고 말했다.

"예를 들어, 미국에서만 10만 명 이상의 평생 발암 사례가 식수 오염 물질에 기인할 수 있는 경우, 이는 우려되는 사항이다."

■ 수처리 비용 상승
맥도우(McDough) 박사는 "지하수에서 높은 DOC 농도를 유발하는 원인이 무엇인지 이해하는 것이 중요하다"고 말했다.

"지하수 DOC 농도의 증가는 지하수를 마실 수 있는 능력에 영향을 미치고, 따라서 지하수를 마시기 위한 비용이 든다"고 그녀는 말했다.

"예를 들어, 우리는 미국 일부 지역에서 DOC 농도의 증가를 제거하기 위해 추가적인 물 처리 조치를 시행할 필요 때문에 연간 가정용수 비용이 16% 증가할 것"으로 예측했다.

"지하수의 질 저하와 물 처리 비용의 실질적 증가도 가용성을 포함한 지하수 자원에 대한 기존의 제약조건을 복합화시킬 것이다."

■ 습한 기후 와 건조한 기후
맥도우(McDough) 박사는 "기후 변화와 도시화로 인한 지하수 DOC 수치에 대한 영향은 지리적, 기후에 따라 다르지만 세계적으로 발생할 가능성이 높다"고 말했다.

"우리의 연구는 건조한 기후에서, 미생물들이 따뜻하고 점점 더 습해지는 조건에서 잎과 같은 유기 물질을 더 잘 분해할 수 있기 때문에, 지하수 DOC 농도는 더 높은 강우량과 함께 증가한다는 것을 발견했다"고 말했다.

"그러나 건조한 환경에서는 온도가 증가하여 지하수 DOC 농도가 낮아졌다. 왜냐하면 조건이 너무 뜨겁고 건조할 때는 식물과 유기물 공급원이 제한되기 때문이다"라고 말했다.

[원문보기]

Natural Contaminant Threat To Drinking Water From Groundwater

Climate change and urbanisation are set to threaten groundwater drinking water quality, new research from UNSW Sydney shows.

More than half of the world’s population faces a looming threat to the quality and availability of their drinking water because climate change and urbanisation are expected to cause an increase in groundwater organic carbon, a new UNSW study has found.

The research, published in Nature Communications overnight, examined the largest global dataset of 9404 published and unpublished groundwater dissolved organic carbon (DOC) concentrations from aquifers in 32 countries across six continents.

DOC is a naturally occurring component of groundwater, but the higher its concentration, the more difficult and expensive it is to make groundwater drinkable. In Australia, groundwater is widely used as the main source of drinking water for many cities and towns.

Lead author Dr Liza McDonough, of the Connected Waters Initiative Research Centre at UNSW, said the study forecasted elevated DOC concentrations because of projected changes in temperature and rainfall due to climate change, as well as increased urbanisation.

“We identified groundwater DOC concentration increases of up to 45 per cent, largely because of increased temperatures in the wettest quarter of the year ? for example, in a number of south-eastern states in the United States. We predict increases in DOC in these locations could increase water costs for a family of four by US$134 per year,” Dr McDonough said.

“Other areas such as eastern China, India and parts of Africa already experience severe groundwater contamination issues. These may be further compounded, particularly in south-eastern China, by groundwater DOC increases associated with large predicted increases in temperature in the wettest quarter of the year by 2050.

“Generally, we expect urbanisation to increase groundwater DOC concentrations by up to 19 per cent, compared to agricultural or natural land use, likely as the result of contamination ? for example, through leaking septic and sewer systems.”

The research, a collaboration between UNSW, the Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO), Southern Cross University, British Geological Survey, and the University of Bradford, found four major contributing factors to groundwater DOC levels: climate, land use, inorganic chemistry and aquifer age.

Health threat
Dr McDonough said increased groundwater DOC, whether naturally occurring or due to contamination, also posed a threat to human health.

“Groundwater is Earth’s largest source of freshwater and provides essential drinking water for more than 50 per cent of the world’s population,” she said.

“But, because most health impacts caused by DOC are related to the formation of by-products of water treatment chlorination and depend on concentrations of other water chemical parameters, the World Health Organization and many countries ? including Australia ? do not regulate DOC concentrations in drinking water directly.”

Dr McDonough said that while DOC is a naturally occurring, key element of groundwater it could combine with, and transport, potentially dangerous heavy metals otherwise bound to rocks and sediment where groundwater occurs.

“This is a concern when, for example, more than 100,000 lifetime cancer cases in the United States alone can be attributed to drinking water contaminants,” she said.

Water treatment costs to rise
Dr McDonough said it was important to understand what caused high DOC concentrations in groundwater.

“An increase in groundwater DOC concentration impacts the ability and therefore cost to make groundwater drinkable,” she said.

“For example, we projected a 16 per cent increase in annual household water costs in some parts of the United States because of rising water treatment costs ? due to the need to implement additional water treatment measures to remove increased DOC concentrations.

“The decrease in groundwater quality and substantial increase in water treatment costs will also compound existing constraints on groundwater resources, including availability.”

Wet vs arid climates
Dr McDonough said the impacts on groundwater DOC levels from climate change and urbanisation, while likely to occur globally, differed by geography and climate.

“Our research found that in arid climates, groundwater DOC concentrations increased with higher rainfall because microbes can better break down organic matter, such as leaves, under warm and increasingly wet conditions,” she said.

“Increased temperatures in arid environments, however, reduced groundwater DOC concentrations because when conditions are too hot and dry, vegetation and organic matter sources are limited.

[출처=워터온라인(https://www.wateronline.com/doc/natural-contaminant-threat-to-drinking-water-from-groundwater-0001) / 2020년 3월 10일]