ⓒ www.jadam.kr 2014-05-12

새로운 연구는 수질을 측정하기 위하여 음용수(drinking water)를 분석하는데 일상적으로 사용되는 테스트가 수압 파쇄(hydraulic fracturing)로부터 발생하는 폐수에서 라듐(radium)을 모니터링하는데 부적절하다고 제안하고 있다.

에너지 기업들이 수압 파쇄를 이용하여 셰일(shale)로부터 천연가스를 추출할 때, 기업들은 라듐 동위원소를 포함한 자연적으로 발생하는 방사성핵종(radionuclide)을 포함하는 소금 용액(brine solution)이 재분배되는 폐수를 생성시킨다. 이러한 폐수의 일부는 처리장에서 처리되어 실제로 지역 수로로 방류되기 때문에, 주 환경 기관은 폐수에서 라듐 수준을 모니터링하는 공정을 수립하기 시작했다. 그러나 새로운 연구는 주 정부 기관이 사용하고 있는 한 가지 테스트가 99% 가까이 라듐의 수준을 과소평가하는 것으로 평가되고 있다고 제안했다.

펜실베이니아 주와 뉴욕 주에 있는 환경 보호부(Environmental protection department)는 다른 주들이 음용수를 분석하는 방안에 대하여 미국 환경보호국(EPA; Environmental Protection Agency)이 권고하는 라듐 측정 기술을 사용한다고 제안했다. 테스트에서, 연구진은 물 시료에 바륨을 추가한 후 두 가지 금속의 황산염(sulfate salt)을 침전시키기 위하여 황산(sulfuric acid)과 혼합했다. 침전된 고체의 방사능(radioactivity)을 측정함으로써, 연구진은 현재 존재하는 라듐의 양을 계산할 수 있다.

미국 아이오와 대학(University of Iowa) 산하 방사선학과 교수인 Michael K. Schultz와 그의 동료 연구진은 음용수를 분석하는 방법을 다룬 다른 연구들이 파쇄 폐수(fracking waste)에 대한 사례에서 높은 농도의 이온을 가진 용액에 대하여 적합하지 않다는 것을 보여주었기 때문에, 이러한 방법의 정확성을 테스트하기로 결정했다.

그의 연구팀은 미국 북동부 지역에 셰일 가스를 추출할 수 있는 거대 형성지인 마르셀루스 셰일(Marcellus Shale)로부터 재분배되는 물 시료에서 라듐 동위원소(radium isotope)의 양을 측정하는 몇 가지 방법을 사용했다. ① 공동 침전 기술(coprecipitation technique) 이외에, 연구진은 라듐 분해 산물인 라돈 동위원소(radon isotope)를 검출하는 ② 휴대용 분광 기술(portable spectrometry technique)과 몇 가지 라듐 동위원소의 직접적인 측정을 제공하는 고순도 Ge 감마선 분광기(high-purity germanium gamma-ray spectroscopy)를 테스트했다.

라듐 분석에 대한 금 본위제(gold standard)로 간주되고 있는 감마선 분광기와 비교했을 때, 공동 침전 방법은 시료에 가장 풍부한 라듐 동위원소인 226Ra를 1% 미만으로 회수한다. 라돈 동위원소 방법은 시료 중 라듐 동위원소의 91%를 검출했다.

EPA가 권고하는 방법은 이 방법이 다루기 힘든 양의 침전물을 생성하기 때문에, 파쇄 폐수를 분석하는데 비효과적이다. 재분배된 물에서 당신이 소량의 황산을 첨가할 때, 바륨과 다른 2가 양이온(divalent cation)의 농도는 너무 높아서 많은 양의 재료를 얻게 된다고 Schultz는 밝혔다. 용액은 거품이 일어 넘치고, 침전물의 양은 정확한 방사능 측정을 위하여 건조하기 어렵다. 이 방법은 라듐과 다른 이온 수준이 음용수 시료에서 전형적으로 낮기 때문에, 음용수에 적용하기 유용하다. 그러나 라듐 수준은 감마선 분광법으로 파쇄 폐수에서 직접 측정할 수 있기에 충분한 정도로 높다고 Schultz는 밝혔다.

듀크 대학 소속의 지구화학자인 Avner Vengosh는 그의 실험실과 미국 지리조사(U.S. Geological Survey)를 포함한 파쇄 폐수에서 라듐 동위원소를 연구하는 대부분의 연구진이 감마선 분광법을 이용하여 직접적으로 라듐 수준을 측정했다고 밝혔다. 사람들은 EPA가 권고하는 방법이 다른 높은 염분이 함유된 용액 또는 수압 폐수에 이용하기 위하여 갱신되지 않았다는 것을 알 필요가 있다고 그는 밝혔다.

2013년 Vengosh와 그의 동료 연구진은 수압 폐수를 처리했던 펜실베이니아 플랜트의 침전물 하류가 상류의 226Ra 수준보다 약 200배 가량 높다는 것을 발견했다. 이러한 오염을 피하기 위하여, 가스 회사들은 시추 운영에서 폐수의 재활용을 시작하거나 처리 플랜트에 폐수를 보내는 대신에 깊은 유정에 폐수를 주입하기 시작했다.

그림1> 방사성 동위원소를 함유할 수 있는 수압 파쇄 공정으로부터 발생하는 폐수

키워드 : 수압 파쇄, 라듐, 방사성핵종, 방사능, 라듐 동위원소

출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

원문: http://cen.acs.org/articles/92/web/2014/03/Analytical-Test-Underestimate-Radioactivity-Fracking.html

제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2014.05.12 13:36

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