잔류성 유기 오염 물질
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1. 개요
잔류성 유기 오염 물질(POPs)은 화학적 안정성, 높은 친유성, 생물 농축성으로 인해 환경에 장기간 잔류하며, 장거리 이동을 통해 광범위한 지역에 영향을 미치는 유해 물질이다. POPs는 토양, 식물, 수역에서 대기로 휘발되어 이동하며, 먹이 사슬을 따라 생물체 내에 축적되어 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 유엔환경계획(UNEP)의 스톡홀름 협약은 POPs의 생산, 사용, 배출을 규제하며, 1995년 12가지 물질을 시작으로 규제 대상을 확대해왔다. 한국은 과거 POPs 사용으로 인해 환경 오염이 심각하며, 과불화화합물(PFAS)과 같은 새로운 POPs에 대한 관리도 필요한 상황이다.
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2. 정의 및 특징
잔류성 유기 오염 물질(POPs)은 할로겐화 유기 화합물이 대부분이며, 높은 친유성을 보인다. 이러한 성질 때문에, 이들은 생물 농축되어 지방 조직에 쌓인다.[3][4][5][6] 할로겐화 화합물은 C-Cl 결합이 가수 분해 및 광분해에 대해 반응하지 않기 때문에 뛰어난 화학적 안정성을 나타낸다. 유기 화합물의 안정성과 친유성은 할로겐 함량과 관련이 있는 경우가 많으므로, 다할로겐화 유기 화합물은 특히 주의해야 한다.[1]
POPs는 다양한 종류가 있으며, 주로 다음과 같이 분류된다.
잔류성 유기 오염 물질이 생물에 축적되는 것은 화합물의 높은 지질 용해도, 그리고 인체 조직을 포함한 생물체의 지방 조직에 오랫동안 축적되는 능력과 관련이 있다.[13][15] 잔류성 화학 물질은 농도가 높고 제거되는 속도가 느린 경향을 보인다. 식이 축적 또는 생물 축적은 POPs의 또 다른 특징인데, POPs가 먹이 사슬을 따라 이동하면서 유기체의 특정 조직에서 처리 및 대사되면서 농도가 높아진다. POPs의 빈약한 대사 및 소수성 특성과, 동물이 섭취한 화학 물질을 농축하는 인간 위장관의 자연적인 능력으로 인해 이러한 화합물은 생물 축적에 매우 취약하다.[16] 따라서 POPs는 환경에 잔류할 뿐만 아니라 동물이 섭취하면서 생물 축적되어 환경에서의 농도와 독성이 증가한다.[9][17] 이러한 농도 증가는 생물 농축이라고 하며, 먹이 사슬의 상위에 있는 유기체가 POPs를 더 많이 축적하게 된다.[18]
경제 발전을 위해 다양한 종류의 유기 화합물이 합성되어 여러 방면에서 사용되어 왔다. 이러한 물질들은 안정성을 추구하여 만들어졌기 때문에, 자연 환경에는 존재하지 않는 유기물이 많고, 분해되지 않고 장기간 잔류하는 성질을 지닌다. 또한, 반휘발성 성질이 많아 공기 중에 퍼져 국경을 넘어 이동한다. 이러한 과정을 반복하면서 오염 물질은 극지방에 집중된다. 가장 큰 특징은 배출되기 어렵고, 지방에 잘 녹으며 생물의 지방에 농축되기 쉽다는 점이며, 먹이 사슬의 상위에 있는 생물일수록 더 큰 피해를 입는다.
POPs는 다음과 같은 특징을 갖는다.
# 환경에서 잘 분해되지 않는다(난분해성).
# 먹이 사슬 등을 통해 생물 체내에 쉽게 쌓인다(고축적성).
# 먼 거리를 이동하여 극지방 등에 쌓이기 쉽다(장거리 이동성).
# 사람의 건강이나 생태계에 해롭다(독성).
3. 종류
2001년 잔류성 유기 오염 물질에 관한 스톡홀름 협약 목록에 추가된 POPs는 다음과 같다.[24]
경제 발전을 위해 다양한 종류의 유기 화합물을 합성하여 이용하면서, 일상 생활 속에서 사용되는 많은 화학 물질들은 안정성을 추구하여 만들어졌기 때문에 자연 환경에는 존재하지 않는 유기물이 많고, 분해되지 않고 장기간 잔류하는 성질을 가진다. 또한, 반휘발성 성질이 많아 공기 중에 확산되어 국경을 넘어 강하한다. 이러한 운동을 반복하면서 오염 물질은 극지방에 집약된다. 가장 큰 특징은 배출되기 어렵고, 지방에 잘 녹으며 생물의 지방에 농축되기 쉬우므로, 먹이 사슬의 상위에 있는 생물일수록 심각한 유해성을 갖는다.[37]
유기 염소계 농약 (OCP)은 독성이 잔류하며, DDT, 알드린, 클로르단, 디엘드린, 엔드린, 헵타클로르, HCB, 밀렉스, 톡사펜 등은 사용 금지 또는 사용 제한을 받고 있으며, 아프리카, 남아시아, 중앙 아메리카, 남아메리카 등의 지역에서 아직 사용되고 있다[39]。
베트남 전쟁에서 사용된 고엽제로 유명한 다이옥신은 210종의 화합물을 포함하는 총칭으로, 다른 화학 물질의 쓰레기 소각 처리 등에서도 부산물로 생성된다[38]。폴리염화 바이페닐 (PCB)은 다이옥신과 일부 유사하게 작용한다[38]。
폴리염화 바이페닐 (PCB)과 폴리브롬화 디페닐 에테르 (PBDE)는 PCB는 변압기나 콘덴서의 냉각제, 윤활제 및 전기 기기에 널리 사용되었고, PBDE는 1960년대부터 전자기기 및 건축 자재에 사용되어 왔으며, 폐기 처리되면서 환경에 방출되어 생물 농축되어 특히 식품의 지방에 녹아 인체에 섭취된다[39]。
PCB의 대체물로 브롬계 난연제인 PBDE와 Hexabromocyclododecane|헥사브로모사이클로도데칸영어 (HBCD)이 사용되었으며, PBDE에서는 그 동족체인 펜타 및 옥타 BDE가 2004년에, decaBDE 혼합물은 2013년까지 미국에서 중단되었다[38]。
다환 방향족 탄화수소 (PAH)는 수백 개의 화학 물질 그룹으로, 석탄이나 나무에서 자연 발생하며, 자동차 배기가스, 담배 연기, 식품 조리로부터 인위적으로 발생한다[39]。
4. 환경 영향
POPs는 장거리 이동을 통해 환경에 부정적인 영향을 미친다. 이들은 발생원으로부터 멀리 이동할 수 있으며, 생물 농축을 통해 잠재적으로 위험한 수준으로 화학 물질을 재농축시킨다.[7] POPs는 특정 환경 온도에서 기체 상태로 들어가 휘발되어 토양, 식물, 수역에서 대기로 이동하며, 공기 중에서 분해 반응에 저항하며 재침착되기 전에 장거리를 이동한다.[9] 이는 POPs가 사용되거나 배출된 지역에서 멀리 떨어진 지역, 특히 남극, 북극권과 같이 POPs가 전혀 유입되지 않은 환경에 축적되는 결과를 낳는다.[10]
POPs는 물에 대한 용해도가 낮지만 고체 입자에 쉽게 포획되며 기름, 지방, 액체 연료와 같은 유기 액체에 용해된다. POPs는 안정성과 낮은 화학적 분해 속도로 인해 환경에서 쉽게 분해되지 않는다. 이러한 장거리 이동 능력으로 인해 POPs의 환경 오염은 POPs가 사용된 적이 없는 지역에서도 광범위하게 나타나며, 분해에 대한 저항성으로 인해 규제가 시행된 후에도 수년 동안 이러한 환경에 남아 있을 것이다.[1][13][14]
잔류성 유기 오염 물질의 생물 축적은 일반적으로 화합물의 높은 지질 용해도와 인체를 포함한 생물체의 지방 조직에 장기간 축적되는 능력과 관련이 있다.[13][15] 잔류성 화학 물질은 농도가 높고 제거 속도가 느린 경향이 있다. 식이 축적 또는 생물 축적은 POPs의 또 다른 특징으로, POPs가 먹이 사슬을 따라 이동하면서 유기체의 특정 조직에서 처리되고 대사되면서 농도가 증가한다. 동물이 섭취한 화학 물질을 농축하는 자연적인 능력인 인간 위장관과 POPs의 빈약한 대사 및 소수성 특성으로 인해 이러한 화합물은 생물 축적에 매우 취약하다.[16] 따라서 POPs는 환경에 잔류할 뿐만 아니라 동물이 섭취함에 따라 생물 축적되어 환경에서의 농도와 독성이 증가한다.[9][17] 이러한 농도 증가는 생물 농축이라고 하며, 이는 먹이 사슬의 상위에 있는 유기체가 POPs를 더 많이 축적하는 경우이다.[18] 생물 축적과 장거리 이동은 POPs가 남극과 같은 외딴 지역에서도 고래와 같은 유기체에 축적될 수 있는 이유이다.[19]
5. 건강 영향
잔류성 유기 오염 물질(POP) 노출은 발달 장애, 만성 질환 및 사망을 유발할 수 있다.[1] 일부 POP는 국제 암 연구기구(IARC)에 의해 발암 물질로 분류되며, 유방암도 포함될 수 있다.[1] 많은 POP는 내분비 교란을 일으켜 생식계, 중추 신경계, 또는 면역계에 영향을 미칠 수 있다.[26] 사람과 동물은 주로 식단, 직업적 노출, 또는 자궁 내에서 POP에 노출된다.[1] 사고 또는 직업적 노출을 제외한 인간의 경우, 90% 이상의 노출이 동물성 식품에서 발생하며, 이는 지방 조직 내의 생물 농축과 먹이 사슬을 통한 생물 축적 때문이다. 일반적으로 POP 혈청 수치는 나이가 들수록 증가하며, 남성보다 여성에게서 더 높게 나타나는 경향이 있다.[15]
낮은 수준의 POP 노출과 다양한 질병 간의 상관관계에 대한 연구가 진행되어 왔다. 특정 지역에서 POP로 인한 질병 위험을 평가하기 위해, 정부 기관은 오염 물질의 생체 이용률과 용량-반응 관계를 고려한 인간 건강 위험 평가를 수행할 수 있다.[27]
대부분의 잔류성 유기 오염 물질은 내분비계의 정상적인 기능을 교란시키는 것으로 알려져 있다. 태아, 신생아 및 아동의 중요한 발달 시기에 잔류성 유기 오염 물질에 낮은 수준으로 노출되면 평생 지속적인 영향을 미칠 수 있다. 2002년 연구[28]에서는 유기체의 생애주기에서 중요한 발달 단계 동안 잔류성 유기 오염 물질 노출로 인한 내분비 교란 및 건강 합병증에 대한 데이터를 요약했다. 이 연구는 만성적이고 낮은 수준의 잔류성 유기 오염 물질 노출이 다양한 종의 유기체의 내분비계와 발달에 건강 영향을 미칠 수 있는지 여부에 대한 질문에 답하는 것을 목표로 했다. 연구 결과에 따르면 중요한 발달 시기에 잔류성 유기 오염 물질에 노출되면 유기체의 발달 경로에 영구적인 변화가 발생할 수 있다. 중요하지 않은 발달 시기에 잔류성 유기 오염 물질에 노출되는 것은 나중에 생명에서 감지 가능한 질병 및 건강 합병증으로 이어지지 않을 수 있다. 야생 동물에서 중요한 발달 시기는 자궁 내, 난생 시기, 생식 기간 동안이다. 인간의 경우 중요한 발달 시기는 태아 발달 기간이다.[28]
2002년의 동일한 연구[28]에서는 잔류성 유기 오염 물질(POPs)과 내분비 교란 간의 연관성뿐만 아니라 POPs의 낮은 용량 노출이 생식 건강에 미치는 영향도 연결지었다. 이 연구는 POPs 노출이 특히 남성 생식계에 부정적인 건강 영향을 미칠 수 있으며, 이는 정자의 질과 수 감소, 성비 변화, 조기 사춘기 발현 등으로 이어진다고 밝혔다. 여성의 경우 POPs에 노출되면 생식 조직의 변화, 임신 결과, 그리고 자궁내막증이 보고되었다.[2]
2014년 그리스 연구에서는 임신 중 산모의 체중 증가, PCB 노출 수준, 신생아의 PCB 수준, 출생 체중, 임신 기간 및 머리 둘레 간의 연관성을 조사했다. 신생아의 출생 체중과 머리 둘레가 낮을수록 산전 발달 중 POP 수준이 높았는데, 이는 산모가 임신 중 과도하거나 부적절한 체중 증가를 보인 경우에만 해당했다. POP 노출과 임신 기간 사이에는 상관관계가 발견되지 않았다.[29]
2009년 인도 산모와 그 자녀를 대상으로 2013년에 수행된 사례 대조 연구에 따르면, 두 종류의 유기염소 살충제(HCH, DDT 및 DDE)에 대한 산전 노출은 태아의 성장을 저해하고, 출생 체중, 신장, 머리 둘레 및 가슴 둘레를 감소시켰다.[30][31]
실험 환경에서 건강에 대한 잔류성 유기 오염 물질(POPs)의 영향 평가는 매우 어렵다. 예를 들어, POPs 혼합물에 노출된 유기체의 경우, 그 영향은 부가적인 것으로 가정된다.[32] POPs 혼합물은 원칙적으로 상승 효과를 일으킬 수 있다. 상승 효과에서는 혼합물 내의 다른 화합물의 존재에 의해 각 화합물의 독성이 강화(또는 감소)된다. 함께 작용할 때, 그 효과는 POP 화합물 혼합물의 근사적인 부가적 효과를 훨씬 초과할 수 있다.[7]
유기 염소계 농약 (OCP)은 독성이 잔류하며, DDT (디클로로디페닐트리클로로에탄), 알드린, 클로르덴, 디엘드린, 엔드린, 헵타클로르, HCB, 밀렉스, 톡사펜 등은 사용 금지 또는 사용 제한을 받고 있다. 아프리카, 남아시아, 중앙 아메리카, 남아메리카 등의 지역에서는 아직 사용되고 있다.[39] 1962년에 레이첼 카슨이 조류에 대한 DDT의 영향에 대한 『침묵의 봄』을 출판했고, 결국 1972년 DDT 금지로 이어졌다.[38]
베트남 전쟁에서 사용된 고엽제로 유명한 다이옥신은 210종의 화합물을 포함하는 총칭으로, 다른 화학 물질의 쓰레기 소각 처리 등에서도 부산물로 생성된다.[38] 폴리염화 바이페닐 (PCB)은 다이옥신과 일부 유사하게 작용한다.[38]
폴리염화 바이페닐 (PCB)과 폴리브롬화 디페닐 에테르 (PBDE)는 PCB는 변압기나 콘덴서의 냉각제, 윤활제 및 전기 기기에 널리 사용되었고, PBDE는 1960년대부터 전자기기 및 건축 자재에 사용되어 왔다. 이들은 폐기 처리되면서 환경에 방출되어 생물 농축되어 특히 식품의 지방에 녹아 인체에 섭취된다.[39] 신체 부하의 90%는 생선, 육류, 유제품 섭취가 원인이다.[39] 내열 및 절연을 위해 만들어진 폴리염화 바이페닐 (PCB)은 산업적으로 빈번하게 사용되었으나, 미국에서는 1979년에 금지되었다.[38] 또한 1968년 일본에서는 다이옥신이 혼입된 쌀기름을 먹고 카네미 유증 사건이 발생하여 1000명 이상에게 피해를 입혔고, 1979년에는 PCB가 식품에 대량으로 혼입된 대만 유증이 발생했다.[38]
PCB의 대체물로 브롬계 난연제인 PBDE와 Hexabromocyclododecane|헥사브로모사이클로도데칸영어 (HBCD)이 사용되었으며, PBDE에서는 그 동족체인 펜타 및 옥타 BDE가 2004년에, decaBDE 혼합물은 2013년까지 미국에서 중단되었다.[38]
다환 방향족 탄화수소 (PAH)는 수백 개의 화학 물질 그룹으로, 석탄이나 나무에서 자연 발생하며, 자동차 배기가스, 담배 연기, 식품 조리로부터 인위적으로 발생한다.[39] 비흡연자의 경우, 식사로부터의 섭취가 70%를 차지한다.[39]
비스페놀 A (BPA)는 반감기가 짧기 때문에 POPs는 아니지만, 환경 오염 물질의 맥락에서 종종 POPs와 함께 묶인다.[38] 플라스틱, 영수증 용지, 페인트 등 다양한 용도로 사용되며, 반감기가 긴 화학 물질처럼 환경 중에 존재한다.[38]
POPs는 호수에 축적되고 먹이 사슬을 통해 생물 농축되기 때문에 환경뿐만 아니라 인간의 건강에도 잠재적인 위협이 있다.[40] 오래된 POPs는 이미 전 세계의 다양한 호수에서 검출되었지만, 신흥 POPs는 아직 호수에서 검출되지 않았다.[40] 게다가, 지하수맥이나 우물을 지속적으로 이용하는 과정에서 체내에 축적될 수도 있다.
다음은 건강에 대한 악영향과의 관련성을 연구한 결과이다(명확하지 않은 것도 있다).[39]
| 종류 | 건강에 대한 영향 |
|---|---|
| OCP | 내분비 교란, 불임, 태아 기형, 암, 당뇨병, 심혈관 질환[39] |
| PCB | 내분비 교란, 신경계, 간, 암, 당뇨병, 비만, 심혈관 질환[39] |
| PBDE | 생식, 고환암, 당뇨병, 비만, 심혈관 질환[39] |
| 다이옥신 | 인지 기능 및 정신 운동, 암, 당뇨병, 비만, 심혈관 질환[39] |
| PAH | DNA 손상, 남성 정자, 호흡기 질환, 유방암 및 인지 기능[39] |
다이옥신이나 OCB는 많이 연구되어 왔지만, 보다 새로운 POPs일수록 연구가 적고, 동물 실험으로부터 건강에 대한 영향이 추정되고 있으며, 그 영향이 해명되었다고는 할 수 없다.[38]
6. 국제 협약 및 규제
유엔 환경 계획(UNEP)은 2001년 5월 22일 잔류성 유기 오염 물질(POPs) 규제를 전 세계적으로 다루어야 한다고 결정하고, 잔류성 유기 오염 물질에 관한 스톡홀름 협약을 채택하여 시행하였다. 이 협약의 목적은 "잔류성 유기 오염 물질로부터 인간의 건강과 환경을 보호하는 것"이다.[20] 2024년 현재, 185개 국가와 유럽 연합이 스톡홀름 협약을 비준했다. 협약과 참여국들은 POPs의 잠재적인 인간 및 환경 독성, 장거리 이동 및 생물 축적, 생물 농축 가능성을 인식하고 있다.
1995년 5월, 유엔환경계획(UNEP) 이사회는 잔류성 유기 오염 물질(POPs)을 조사했다.[21] 처음에는 이 협약은 인체 건강과 환경에 유해한 영향을 미치는 12가지 POPs만을 인정하여, 특히 유해하고 독성이 강한 이 화합물에 대해 세계적인 금지를 부과하고, 당사국들이 환경에서 POPs의 배출을 제거하거나 줄이기 위한 조치를 취하도록 요구했다.[2][22][23] 2001년 첫 회의에서는 POP로 분류되는 화학 물질의 예비 목록, 이른바 "더티 더즌"이 만들어졌다.[22]
2001년 이후 이 목록은 일부 다환 방향족 탄화수소(PAHs), 브롬화 난연제 및 기타 화합물을 포함하도록 확장되었다.[24][22]
국내에서 발생하는 문제뿐만 아니라, 지구 환경 문제이기 때문에 예방 원칙에 따라, 2001년 잔류성 유기 오염 물질에 관한 스톡홀름 협약(POPs 협약)이 채택되어, 국제적인 POPs의 폐절, 삭제 등을 수행하는 틀이 마련되었다.[37]
협약에 의해 규제되어 생산이 금지된 후에도, 쉽게 분해되지 않고 환경 중에 존재하며, 수십 년 동안 인간은 잔류성 유기 오염 물질에 노출된다.[38]
;제조·사용 원칙적 금지(부속서 A)
- 알드린(살충제)
- 헥사클로로사이클로헥산
- * α-헥사클로로사이클로헥산
- * β-헥사클로로사이클로헥산
- * γ-헥사클로로사이클로헥산(린덴)
- 클로르덴(살충제)
- 클로르데콘
- 디엘드린(살충제)
- 엔드린(살충제)
- 헵타클로르(살충제)
- 헥사브로모비페닐
- 헥사브로모디페닐에테르
- 헵타브로모디페닐에테르
- 헥사클로로벤젠(살균제)
- 엔도설판
- 마이렉스(방화제)
- 펜타클로로벤젠
- 폴리염화비페닐(PCB)(절연유, 열매체 등)
- 테트라브로모디페닐에테르
- 펜타브로모디페닐에테르
- 톡사펜(살충제)
;제조·사용의 원칙적 제한(부속서 B)
- DDT (살충제)
- PFOS와 그 염, PFOSF(PFOS에 대해서는 반도체 용도 등에서의 제조·사용 등의 금지 제외를 규정)
;비의도적 생성 물질의 배출 삭감(부속서 C)
- 헥사클로로벤젠(HCB)
- 펜타클로로벤젠(PeCB)
- 폴리염화비페닐(PCB)
- 다이옥신류(PCDD)
- 디벤조푸란류(PCDF)
※HCB, PeCB, PCB는 부속서 A와 중복
7. 한국의 특수 상황
과거에는 잔류성 유기 오염 물질(POPs)에 노출되는 주요 경로가 식품 섭취라고 생각되었지만, 실내 오염 패턴이 이러한 견해와 다르다는 것이 밝혀졌다. 최근 실내 먼지와 지구 대기 연구에 따르면, 흡입 및 섭취를 통한 인간 노출의 주요 원인은 실내 환경이다.[33]
현대 사회에서 사람들이 실내에서 더 많은 시간을 보내는 경향을 고려할 때, 실내 POP 오염은 인간의 POP 노출에 큰 영향을 미친다. 여러 연구에서 실내(공기 및 먼지) POP 농도가 실외(공기 및 토양) POP 농도보다 높다는 것이 확인되었다.[32]
8. 향후 과제
현재 환경에서 잔류성 유기 오염 물질(POPs)을 최소화하기 위한 연구로 광촉매 산화 반응에서의 POPs 거동을 조사하고 있다.[34] 인간과 수생 생태계에서 가장 많이 발견되는 POPs가 이 실험의 주요 대상이다. 방향족 화합물 및 지방족 화합물 분해 생성물이 이러한 반응에서 확인되었다. 광촉매 반응에 비해 광화학적 분해는 미미하다.[2] 해양 환경에서 POPs를 제거하는 방법 중 하나로 흡착이 연구되었다. 이는 흡수 가능한 용질이 다공성 표면 구조를 가진 고체와 접촉할 때 발생한다. 이 기술은 이집트 아스완 대학교의 모하메드 나기브 라셰드에 의해 연구되었다.[35] 현재는 POPs 제거보다는 전 세계적으로 POPs의 사용 및 생산을 금지하는 데 더 집중하고 있다.[15]
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