건물은 가교 폴리에틸렌(PEX; crosslinked polyethylene), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE; high-density polye, thylene), 폴리염화비닐(PVC; polyvinylchloride), 염소로 처리된 폴리염화비닐(cPVC; chlorinated PVC) 및 폴리프로필렌(polypropylene) 관 등을 포함한 수많은 유형의 플라스틱 음용수 관(plastic drinking water pipe)을 이용하여 배관된다고 미국 퍼듀 대학(Purdue University) 산하 도시공학부 조교수인 Andrew Whelton은 밝혔다.
플라스틱 관(plastic pipe)은 금속 관보다 설치가 용이하고 가격이 저렴할 뿐 아니라 더 가볍다. 2012년 수행된 비교는 PEX 관이 플라스틱 관 중에서 가장 저렴하며, 1 피트당 43 센트의 비용이 소요된다는 것을 보여 주었다. 가장 고가의 금속 관인 구리 관은 피트당 2.55달러였다.
금속 배관 시스템 대신 플라스틱 배관 시스템을 설치함으로써 건축이 이루어지는 동안 수천 달러가 절감됐으며, 지지자들은 플라스틱 관이 제조에 더 적은 에너지를 필요로 하고, 금속 관 과 비교했을 때 더 적은 이산화탄소를 생성한다고 주장하고 있다. 따라서 이러한 플라스틱 관은 표면상으로 녹색 건물(green building)을 구축하는데 적합하다.
미국에서 판매된 플라스틱 관이 음용수 질(drinking water quality)에 끼친 영향에 대하여는 알려진 바가 거의 없다고 Whelton은 밝혔다.
그는 2014년 10월 24일 뉴올리언스에서 개최되는 미국 녹색 건물 위원회의 녹색 건물 국제 컨퍼런스 및 심포지엄 동안 연구 결과를 세부적으로 설명하는 발표를 할 예정이다. 일부 테스트 결과는 2014년 9월 Water Research 저널 온라인 판에 발표됐다. 연구진은 미국에서 이용할 수 있는 6 개 상표의 PEX 관으로 유발되는 음용수 영향에 대하여 기술했다.
9월 연구에서, 음용수는 시스템이 설치된 지 6개월 후 메릴랜드에 순-제로 에너지 건물(net-zero energy building)에 구축된 PEX 배관 시스템(PEX plumbing system)에서 테스트됐다. 테스트는 PEX 관 구성성분과 구성성분의 퇴적물(ingredient degradation products)로 11개 화학물질이 존재한다는 사실을 규명했다. 실험실에서 PEX 관을 이용한 연구는 6개 상표가 미국 환경보호국(EPA; Environmental Protection Agency)의 최대 권고 음용수 냄새 한계(drinking water odor limit)를 초과한다는 것을 보여주었다고 Whelton은 밝혔다. EPA의 최대 음용수 냄새 한계는 한계 냄새 수치(TON; threshold odor number) 3 또는 3 TON이다. 음용수 냄새 기준이 건강을 고려하는 것이 아니라 심미적인 고려를 기반으로 하기 때문에, 규정의 준수는 자율에 맡겨졌다.
냄새와 화학물질 수준은 6개 관 상표에 대하여 30 일에 걸쳐 염소 처리(chlorine treatment) 전과 후에 대하여 모니터링됐다. 미국에서 사용되고 있는 가장 인기 있는 소독제인 염소는 물이 수도꼭지까지 이동할 때, 질병을 유발하는 유기체로부터 음용수를 보호한다. 염소가 플라스틱 관에서 침출되는 화학물질과 반응할 때, PEX 관 1개의 상표에 대하여 냄새 수준은 3배로 증가했다. PEX 관에 의해 침출된 화학물질의 전체 질량이 30일 테스트 후 감소된 한편, 냄새는 관이 노후 될 때 점차 지속됐다고 Whelton은 밝혔다.
미국에서 음용수 냄새에 대하여 책임이 있는 화학물질은 건강 위험 요인이 아니라고 일반적으로 가정하고 있다. 비록 배관 연구에서 발견된 몇 가지 화학물질이 건강 기준에 따라 규제되고 있다고 하더라도, PEX 관 1개의 상표가 ETBE(ethyl-tert-butyl ether) 음용수 건강 기준을 초과했다. ETBE는 뉴햄프셔 주와 뉴욕 주에서 음용수 기준에 따른 PEX 관 제조 부산물이다.
뉴햄프셔 주에서 ETBE 한계를 수립할 때, 공중 보건 관계자는 의심되는 발암 가능성에 대하여 10배 감축을 특별히 추가했다. 그러나 연방 음용수 기준은 아직까지 수립되지 않았다고 Whelton은 지적했다.
연구진은 ETBE 음용수 수준이 PEX 관 사용 첫 3일 동안 175 ppb(parts per billion)에 도달했으며, 이후 테스트가 종료된 30일 사용 후 74 ppb로 조사됐다. 뉴햄프셔는 40 ppb의 가장 엄격한 음용수 건강 기준을 가지고 있다. 미시간 주 역시 ETBE 기준을 가지고 있지만, 이러한 기준은 ETBE에 의해 유발된 음용수 냄새에 대한 한계치를 기반으로 하고 있다.
음용수 냄새의 존재는 주택소유주가 음용수를 피하는 것을 촉발할 수 있다. 오클라호마에 백만 달러에 이르는 주택의 일부에 PEX를 설치한 계약자는 주택소유주가 욕실 수돗물에서 휘발유와 같은 냄새가 난다고 보고했기 때문에 연구진에게 도움을 요청했다고 Whelton은 밝혔다. 주택소유주는 건강에 대한 우려 때문에, PEX 배관으로 설계된 욕실에서 목욕하는 것을 거부했다.
가정으로부터 수돗물 테스트에서, Whelton 연구팀은 플라스틱 수지 합성에 사용되는 용매인 톨루엔과 냄새가 검출되는 수준 이상으로 존재하는 ETBE를 발견했다. 그러나 톨루엔과 ETBE는 모두 건강 기준을 초과하지는 않았다. 휘발유 냄새의 물은 사용에는 안전한 것으로 나타났다.
그림1> 미국에서 환경 친화적인 녹색 건물(green building)의 음용수에 대한 플라스틱 관의 효과를 조사한 연구를 주도한 퍼듀 대학 도시 공학부 조교수인 Andrew Whelton.
Buildings are being plumbed with many types of plastic drinking water
pipes. These include crosslinked polyethylene (PEX), high-density polyethylene (HDPE), polyvinylchloride (PVC), chlorinated PVC (cPVC) and polypropylene (PP) pipes, said Andrew Whelton, an assistant professor of
civil engineering in Purdue University's Lyles School of Civil Engineering and Division of Environmental and Ecological Engineering.
Plastic pipes are generally less expensive, lighter and easier to install than metal pipes. A 2012 comparison showed PEX pipe was the least expensive among plastic pipes, costing 43 cents per foot compared to the most expensive metal, copper pipe, at $2.55 per foot.
Thousands of dollars can be saved during construction by installing plastic instead of metal plumbing systems, and proponents assert plastic pipes require less energy to manufacture - generating less carbon dioxide compared to metal pipes - ostensibly making them a good fit for green buildings.
"Little is known about the degree to which plastic pipes sold in the U.S. affect drinking water quality," Whelton said.
He will detail research findings in a presentation during the 2014 U.S. Green Building Council's Greenbuild International Conference & Exposition on Friday (Oct. 24) in New Orleans with Rebecca Bryant, managing principal of Watershed LLC of Fairhope, Alabama. Some testing results were published online in September in the journal Water Research. There, the researchers describe drinking water impacts caused by six brands of PEX pipes available in the United States.
In the September study, drinking water was tested from a PEX plumbing system in a "net-zero energy" building in Maryland six months after the system had been installed. The testing revealed the presence of 11 chemicals that were PEX pipe ingredients and ingredient degradation products. Research with PEX pipes in the laboratory also showed that six brands caused drinking water to exceed the U.S.
Environmental Protection Agency's maximum recommended drinking water odor limit, Whelton said. The U.S. EPA's maximum drinking water odor limit is a "threshold odor number" of 3, or 3 TON. Compliance is voluntary because the standard is based on aesthetic - not health - considerations.
Odor and chemical levels were monitored with and without chlorine treatment over a 30-day period for the six pipe brands. Chlorine, the most popular disinfectant chemical used in the United States, protects drinking water from disease-causing organisms as it travels to the tap. When chlorine reacted with chemicals leached by the
plastic pipes, odor levels for one brand of PEX pipe tripled. While the total mass of chemicals leached by PEX pipes was found to decline after 30 days of testing, odors generally continued as the pipes aged, Whelton said.
A general assumption in the United States is that chemicals responsible for drinking water odors pose no health dangers. Although, several chemicals found in the plumbing research have regulated health limits, and one PEX pipe brand caused drinking water to exceed the ethyl-tert-butyl ether (ETBE) drinking water health standard. ETBE is a PEX pipe manufacturing byproduct with drinking water standards in New Hampshire and New York state.
When establishing the ETBE limit in New Hampshire, public health officials specifically added a 10-fold reduction to allow for its suspected carcinogenic potential. However, no federal drinking water standard exists, Whelton said.
The researchers found ETBE drinking water levels as high as 175 parts per billion (ppb) during the first three days of PEX pipe use and then 74 ppb after 30 days of use when the testing ended. New Hampshire has the most stringent drinking water health standard of 40 ppb. Michigan also has an ETBE standard, but it is based on limiting drinking water odor caused by ETBE.
The presence of drinking water odor can prompt homeowners to avoid their
drinking water altogether.
"A contractor who installed PEX in parts of a million-dollar home in Oklahoma asked us for help because the homeowners reported gasoline-like odors in a bathroom's tap water," Whelton said. "The homeowners refused to take showers in the PEX-plumbed bathroom because they were concerned about their health."
By testing tap water from the home, Whelton's team discovered that toluene, a solvent used for plastic resin synthesis and ETBE were present above levels where odors would be detected. Neither toluene nor ETBE exceeded health standards, however. The gasoline smelling water was safe to use.
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