염소화는 니트로메탄이 고독성 클로로피크린과 반응하게 한다. 클로로피크린은 1차 세계대전 때 "녹십자-1 / Green Cross-1"이라는 이름으로 화학전 병기로 사용됐다.
체중 1 킬로그램 당 250 밀리그램의 클로로피크린의 용량은 생명 위협. 분석 결과 Shi와 그의 팀은 1리터의 정수에서 6~10 마이크로그램의 독성 산물을 발견했다.

염소를 이용한 폐수처리, 약물 잔류물을 독으로 바꾼다.
오존과 염소로 폐수를 처리하면 독성 염소 클로로피크린이 생성돼.

▲ 하늘에서 내려다 본 폐수처리장

위험한 잔류물 :

메탐페타민과 같은 의약품 및 약물은 소비자의 건강을 해칠 뿐만 아니라 폐수를 오염시킨다. 과학자들이 폐수를 오존으로 처리할 때 이러한 잔류물이 독성을 품은 분해 산물이 되는 것을 확인했다. 물이 염소 처리되면, 클로로피크린은 치명적인 화학병기를 만들 수 있다.

▲ 물이 염소 처리되면, 클로로피크린은 치명적인 화학병기를 만들 수 있다.

식수는 전 세계적으로 점점 더 희귀해지고 있는 귀중한 상품이다. 폐수 처리 및 처리는 저수지의 오염을 방지하기 위해 더욱 중요하다. 많은 지역에서 지하수가 이미 살충제로 오염되었거나 과다 살포로 인해 질산염의 한계치를 넘어섰다.

또 다른 문제로 많은 폐수에는 물에 도달하는 약물 및 마약 잔류물이 있다.
그러나 기존의 폐수 처리 방법은 여기서 도움보다 더 해를 끼칠 수 있다.
남부 캘리포니아 대학(University of Southern California)의 지아빙 릴리 쉬(Jiaming Lily Shi)가 이끄는 연구팀은 오존 처리 후 오존성 제약 잔류물이 더 많은 독성 물질로 분해되는 것을 발견했다. 

▲ 기존의 하수 처리장에서는 종종 오존 (O3)을 사용해 박테리아와 바이러스를 죽인다.

폐수 정화 오존

기존의 하수 처리장에서는 종종 오존 (O3)을 사용해 박테리아와 바이러스를 죽인다.
“오존 처리는 미세 여과 및 역삼투 처리 전에 이루어지며, 여기서 오염 물질은 별도의 용기에 압력이 가해진다. 이에 대한 대안은 생물학적 활성탄에서 오존을 사용하는 것이다. 이 방법은 에너지 소비가 적어 점점 더 자주 사용된다.”고 쉬는 설명한다.

그러나 최근의 연구에 따르면 오존화와 염소화는 건강에 해로운 수많은 부산물을 형성하는 것으로 나타났다. 무엇보다도 클로로피크린 (클로로피크린)과 같은 할로니트롬에탄이 정수된 식수에 형성된다. 쉬(Shi) 연구원들은 이제 이러한 독성 화합물의 출처와 형성 방법을 처음으로 조사했다.

의약품과 약물 시발점

독소의 기원을 확인하기 위해 연구원들은 남부 캘리포니아에 있는 3개의 다른 하수 처리장에서 나온 폐수 샘플을 조사했다. 그들은 오존 처리 과정에서 건강에 해로운 니트로메탄 (CH3NO2)이 형성되었음을 발견했다. 과학자들이 보고한 바와 같이 이 유기 질소화합물의 양은 폐수의 약물 잔류물 농도에 따라 증가했다. 대조적으로, 니트로메탄의 생물학적 기원은 거의 없다.

니트로메탄은 폐수에서 어떻게 발달할까?  

이 물질은 특정 질소성 항우울제와 에페드린 및 메탐페타민과 같은 자극제로 형성될 수 있다고 연구원들은 설명한다. 이 물질에는 오존과 반응해 니트로 탄화수소를 형성할 수 있는 화학 기가 포함돼 있다. Shi와 그의 팀은 이 활성 성분 클래스의 대표 10개를 대상으로 한 실험에서 이것을 테스트했다. 10개 모두 니트로메탄이 형성되었다.

▲ 고독성 클로르피크린 분자구조

염소화는 잔류물의 독성을 높인다.

계속된 염소화는 니트로메탄이 고독성 클로로피크린과 반응하게 한다. 클로로피크린은 1차 세계대전 때 "녹십자-1 / Green Cross-1"이라는 이름으로 화학전 병기로 사용됐다.
체중 1 킬로그램 당 250 밀리그램의 클로로피크린의 용량은 생명을 위협하는 것으로 간주된다. 분석 결과 Shi와 그의 팀은 1리터의 정수에서 6~10 마이크로그램의 독성 산물을 발견했다.

연구원에 따르면 오존 처리 후 세척 단계에서 니트로메탄을 제거할 수 있는 방법을 찾기 위해 추가 조사가 필요하다. 독일 하수 처리장에는 염소 처리가 없기때문에 적어도 독일에서는 식수가 클로로피크린으로 오염 될 위험이 없다.

Environmental Science & Technology, 2020, doi: 10.1021/acs.est.9b04742)
출처: American Chemical Society

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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