Download the Korean version

(1)

발간등록번호 51-6110000-001274-01

먹는물과

의약물질

Pharmaceuticals in Drinking-water

Seoul Water Institute

서울특별시

서울물연구원

먹는물과

(2)

먹는물과

의약물질

Pharmaceuticals in

Drinking-water

(3)

발행인 서울특별시서울물연구원장 정득모

편 집 수질분석부장 김복순, 신물질분석과장 안재찬

먹는물과

의약물질

비매품

이책은서울특별시서울물연구원이세계보건기구의승인을받아번역출판하였습니다.

한국어판에대한책임은서울물연구원에있습니다.

서울특별시서울물연구원은상수도분야의발전을위하여비영리목적으로사용할경우 이책의전체및부분복사를허용합니다.

이책의어떠한부분을복사할경우에도서울물연구원에저작권이있음을명기하여야합니다.

※본책자는환경부‘차세대에코이노베이션사업(글로벌탑환경기술개발사업)’의지원에의해출판되었습니다

(과제번호 : GT-SWS-11-02-005-2).

©서울특별시서울물연구원 2016

이책의원본은세계보건기구가 2012년에발간한‘Pharmaceuticals in drinking-water’입니다. ©세계보건기구 2012

세계보건기구는서울특별시서울물연구원에한국어판에대한번역및출판권한을부여하며, 한국어판의품질과신뢰성에대한책임은전적으로서울물연구원에있습니다.

영어판과한국어판간의일치하지않는사항이있는경우영문원본이효력이있는정본입니다.

(4)

04 약어목록

06 감사의글

08 요약

1. 수중의의약물질거동

16 1.1 분석기술의발전

18 1.2 지표수에서의약물질의거동

21 1.3 먹는물에서의약물질의거동

22 1.4 결론

2. 먹는물중의약물질에대한인체건강위해성평가

24 2.1 서론

24 2.2 먹는물에서의약물질의위해성평가

28 2.3 최소치료용량(MTD) 접근방법 : 영국먹는물감시청(DWI) 연구

30 2.4 일일섭취허용량(ADI) 접근방법

①미국수도협회(AWWA) 연구재단연구

②재이용수에대한호주의가이드라인

32 2.5 결론

3. 수중의의약물질제거를위한처리기술

34 3.1 서론

34 3.2 하수처리공정에서의약물질제거

36 3.3 정수처리공정에서의약물질제거

38 3.4 결론

4. 먹는물로의약물질유입방지

43 4.1 의약품폐기물관리에관한규정및지침개선방안

44 4.2 의약품회수프로그램

45 4.3 소비자인식개선

46 4.4 결론

5. 결론, 권장사항, 향후과제

48 5.1 결론

49 5.2 권장사항

50 5.3 향후과제

(5)

약어 목록

ADI

DWEL

EDC

FAO

GAC

GC

LC

LOAEL

LOQ

MF

MOE

MS

MS/MS

MTD

nd

acceptable daily intake (일일섭취허용량) drinking-water equivalent level (먹는물상당수준) endocrine disrupting chemical (내분비계장애물질)

Food and Agriculture Organization of the United Nations (유엔식량농업기구) granular activated carbon (입상활성탄)

gas chromatography (기체크로마토그래피) liquid chromatography (액체크로마토그래피)

lowest-observed-adverse-effect level (최소영향관찰용량) limit of quantification (정량한계)

microfiltration (정밀여과) margin of exposure (노출한계) mass spectrometry (질량분석법)

(6)

NF

NOAEL

NSAID

PAC

PoD

PUB

RO

SF

TDI

UF

USA

USEPA

UV

WHO

WSH

nanofiltration (나노여과)

no-observed-adverse-effect level (무영향관찰용량)

non-steroidal anti-inflammatory drug (비스테로이드성소염진통제) powdered activated carbon (분말활성탄)

point of departure (시작값)

Public Utilities Board (싱가포르수자원국) reverse osmosis (역삼투)

sand filtration (모래여과)

tolerable daily intake (내용일일섭취량) ultrafiltration (한외여과)

United States of America (미국)

United States Environmental Protection Agency (미국환경보호청) ultraviolet (자외선)

World Health Organization (세계보건기구)

(7)

감사의 글

세계보건기구(WHO)는본보고서를작성하는데시간을아끼지않고전문지식과경험을제공 한모든분들에게감사를표한다.

WHO는먹는물에서새롭게대두되는문제를해결하기위해이가이드라인을만드는데재정 적, 기술적지원을해준미국환경보호청(USEPA)과싱가포르수자원국(PUB)에감사드린다.

먹는물의약물질실무그룹은 WHO의요청사항에대해중요한기술적인자료를제공하여본 보고서를작성하는데기여하였다. 실무그룹구성원은다음과같다:

– Joe Cotruvo 박사, 컨설턴트, Joseph Cotruvo and Associates, 미국

– Merry Couper 박사, 전품질보증및안전의약품국, WHO, 스위스

– David Cunliffe, 건강 · 환경 · 보건서비스국, 호주

– John Fawell, 컨설턴트, 잉글랜드

– Michele Giddings, 물 · 공기 · 기후변화국, 캐나다보건부(Health Canada), 캐나다

– Edward Ohanian 박사, 미국환경보호청(USEPA), 미국

– Choon Nam Ong 교수, 싱가포르국립대, 싱가포르

– Hans Sanderson 박사, 덴마크국립환경연구소, 오르후스(Aarhus) 대학, 덴마크

– Dai Simizaki, 국립보건연구소, 일본

(8)

특히이보고서의작성에소중한시간과기술적전문지식을제공해준 John Fawell(컨설턴트,

영국)씨에게감사드린다. 또한하수처리및정수처리에서의약물질의제거효과에관한부분을 작성하는데기술적으로도와주신 Cranfield 대학의 Emma Goslan 박사에게감사드린다. Robert Bos(코디네이터, WSH), Bruce Gordon, Chee-Keong Chew(기술자문관)씨를포함 해 WHO 물 · 위생 · 보건국(WSH) 부서의직원들이본보고서를편집하였다. WHO 본부의

Carolyn Vickers와 Angelika Tritscher 박사가화학적위해성평가에관한소중한정보를제공 하였다.

캐나다오타와의 Marla Sheffer씨는전문적인편집서비스를제공해주었고, 또한 Penny Ward

(9)

지난 10년동안지표수, 하수, 지하수와정도는덜하지만먹는물등물순환(water cycle)

에서보통낮은μg/L에서 ng/L 수준의의약물질이검출된다고보고되었다. 검출사례가

증가하게된주요요인은분석기술의발전이다. 매우낮은농도로물속에존재하는의약

물질이검출됨으로써먹는물을통한미량의약물질에의노출로부터인체건강의잠재적

인위해성에관하여정부당국자, 수도사업자등이해관계자들사이에서우려가높아지

고있다.

여러회원국들이먹는물에 잔류하는의약물질의 잠재적건강 영향에관한정보를요

청함 에 따 라, 세계 보건기 구(WHO)의 먹는 물 수질위원회(Drinking-Water Quality

Committee, DWQC)는 2005년에이문제를사업계획에포함시켰다. 전문가를실무진

으로구성하고먹는물에서의약물질현황을과학적으로신속하게검토하여안내지침과

권고사항을담은보고서작성을제안하였다.

2009년에독성, 수질화학, 수질및건강, 수처리, 약리학, 먹는물규정및정책전문가로

구성된 WHO 실무진을구성하였다. 2009년과 2010년에먹는물수질위원회와충원된

관련전문가들이함께전문가회의를개최하여관련자료를과학적으로검토하고논의

하였다.

관련문헌을검토하여주요자료들을확보하였다. 수중에서의약물질의발생과거동, 먹

는물에서의약물질의노출, 먹는물의의약물질과관련된인체건강위해성평가, 하수처

리및정수처리에서의약물질의제거, 먹는물에서의약물질의잠재적인노출을저감시

키기위한예방적인관리방안등을조사하였다.

2011년에처음발행된본보고서1)는실무진의주요결과물및권장사항그리고먹는물

수질위원회전문가들과의자문결과를담고있다. 본보고서는관련문헌을검토하여먹

는물중의의약물질에대한우려를해소하는데실무적인지침과권장사항을제공하기

위한것이다. 이러한대두되는문제에대해먹는물의안전성을위협하는미생물및화학

적위해와비교하여물안전관리(water safety management)라는전체적인관점에서우

선순위를정하는것이중요하다는것을강조하였다.

요약

배경

먹는물과 의약물질

Pharmaceuticals in Drinking-water

(10)

본보고서는먹는물에서의약물질의노출과관련된건강상위해성을검토하는데주로

초점을두었다. 수중생태계또는광범위한물리적환경에대한잠재적인영향을논의한

것은아니다.

의약물질은처방약품, 처방전없이구입할수있는치료제와동물용의약품에들어가는

합성또는천연의화학물질이다. 의약물질에는약리효과가있는활성성분이 포함되어

있으며사회에상당한혜택을주고있다. 환경과물순환과정에존재하는극미량수준(낮

은μg/L~ng/L의범위)의의약물질에대해서지난 10년간널리논의되어왔으며논문등

으로발표되었다. 의약물질의검출증가는주로분석기술과기기의발전에의한것이라

고볼수있다. 하수및폐수에서의약물질의존재를확인하는실태조사와연구가많이

수행되었고이들이먹는물에서검출되는의약물질의주요오염원인것으로확인되고있

다(그림 1).

화학물질과미생물항목에 대한법적규제와같이 먹는물에서의약물질을주기적으로

검사하는모니터링프로그램은없다. 먹는물에서의약물질의 거동에대한자료는대부

분특별조사나연구프로젝트, 실태조사등의결과이다. 지표수, 지하수, 부분적처리수

에서의약물질의농도는일반적으로 0.1 μg/L(100 ng/L)보다작았고정수처리수에서는

0.05 μg/L(50 ng/L) 이하로보고되고있다.

범위

수중의

의약물질

거동

그림 1. 환경중의약물질의거동(Ternes, 1998)

배출(배설) 배출(배설)

처분(폐기)

하 수 퇴비(액체)

하수처리장 토 양

지표수 지하수

먹는물

인 체 용 의 약 품

동 물 용 의 약 품・

사 료 첨 가 제 (유출)

(소화 슬러지)

(11)

환경중에특히상수원수에서의약물질의발생, 이송, 거동에대한충분한이해를위해

보다체계적인연구가필요하다. 관련문헌의데이터를용이하게비교하기위해서는의

약물질의채수및분석절차에대한표준화가요구된다.

의약품은보통엄격한규제와절차에의해관리되고있으며상품화되기이전단계에서

는약품의효능과안전성을평가하기위해철저한임상연구가필요하다. 따라서의약품

은일반적으로다른환경오염물질보다특성들이잘알려져있다.

본보고서는영국, 호주, 미국에서수행된먹는물에서의약물질의인체건강위해성평

가에대해검토한 것이다. 먹는물에서 의약물질노출에 의한인체건강에 미치는잠

재적인위해성을평가하고자본 연구에서는시작값(PoD, point of departure)으로서

일일섭취허용량(ADI, acceptable daily intake) 또는 최소치료용량(MTD, minimum

therapeutic dose)을 사 용 하 는 방 법 을 채 택 하 였 다. 노 출 한계(MOE, margins of

exposure)는 먹는물에서 측정하였거나모델링으로 얻은 노출수준을참고노출농도

(reference exposure concentration)와비교하여구하였으며, 이값은보통 ADI, MTD

또는먹는물동등수준(DWEL, drinking-water equivalent level)이된다. 이때 고려대

상인의약물질의안전성은 MOE의크기에근거하여결정된다. 즉, 추가조사평가가필요

한지를결정하는스크리닝값은불확실성계수를적절하게적용하여 ADI 또는 MTD로

부터도출된다.

분석결과먹는물에서발견될수도있는의약물질의미량농도에대한노출로부터인체

건강에명백한유해영향은없는것으로나타났다. 먹는물에서의약물질의농도는가장

낮은임상적활성용량인 MTD보다 1,000배이하보다작은것이일반적이었다. 3개의사

례연구결과는지난 10년간에걸친연구결과와일치하였고이것은먹는물에서미량농

도의의약물질노출로인한건강위해성은거의없다는것을시사한다.

생하수(raw sewage) 및하수처리장방류수를지표수와먹는물에서발견되는의약물질

의주요유입원으로설정하고정수처리와하수처리과정에서의약물질의제거에대한처

리공정의효율성을검토하여특성화시키는 것이중요하다. 연구의대부분은실험실규

모로수행되었으며미국, 일본, 한국, 유럽등선진국에서는실규모로진행되었다.

먹는물

중

의약물질에

대한

인체

건강

위해성

평가

수중의

의약물질

제거를

위한

처리

기술

(12)

하수처리공정및 정수처리공정이의약물질을 제거하기위해특별히설계된것은아니

므로시설에따라제거율도다양할수 있다. 의약물질이 "특이한" 화학물질은아니다.

하수처리및 정수처리에서이들의제거 효율은물리적, 화학적특성에따라달라진다.

농약노출로인한위해성을저감하기위한관련규정이있는 경우이미수처리장벽들

(treatment barrier)은의약물질을제거할수도있다.

기존하수처리시설은일반적으로활성슬러지처리공정또는 생물여과와같은생물학

적처리등의방식이다. 이공정들은의약물질에대해 20% 이하에서 90% 이상까지다

양한범위의제거율을가지고있다. 이공정들의의약물질제거율은연구사례별로다양

하며하수처리시설의운영조건에따라서도차이가있다. 의약물질제거에영향을미치는

요인으로는슬러지일령, 활성슬러지조온도와수리학적체류시간등이있다. 역삼투막,

오존및고도산화기술과같은하수고도처리공정의의약물질에대한제거율은상대적으

로더높았다.

기존정수처리공정에대한연구에서응집공정은의약물질을제거하는데거의효과가없

는것으로나타났다. 클로라민은제거율이낮은반면잔류염소는의약물질의약 50%까

지제거하였다. 클로라민에대해서는제거율이낮았지만잔류염소에의한제거율이높았

던의약물질로는설파메톡사졸(sulfamethoxazole), 트리메트로프림(trimethroprim), 에

리트로마이신(erythromycin)과같은항생제도포함된다.

오존, 고도산화, 활성탄, 막(예: 나노여과, 역삼투)과같은고도정수처리공정이대상의약

물질에대해더높은제거율(99% 이상)을보인다는여러연구사례가논문으로발표되었

다.

고비용의고도정수처리기술도민감도가상당히높은분석방법의검출한계미만으로의

약물질을항구적으로완벽하게제거하는것은가능하지않다. 따라서여러화학물질이

인체건강에상당한위해를줄수있다는관점에서독성학적으로타당성이있는지검토

하여야한다. 먹는물에서 의약물질의미량농도를제거하기위해정수장을갱신하거나

고도처리공정을추가설치하고자하는경우부족한재원을투자하기전에위해성평가

를실시하는것이필요하다.

최종처리수검사에중점을둔기존의먹는물수질모니터링은재정투자및인적자원

의관점에서자원집약적이다. 상수원과먹는물에서건강상사소한문제일수도있는화

학오염물질의리스트를확대하여최종처리수모니터링과정수처리시설물의갱신을지

먹는물로

의약물질

(13)

WHO 먹는물수질가이드라인(Guidelines for Drinking-water Quality)에기술된바와

같이물안전계획(Water safety plan)은“수돗물공급의안전성을항상보장하는가장효

과적인방법은 취수부터수요가까지상수도의모든단계에걸쳐포괄적으로위해성을

평가하고관리하는것이다.”물안전계획은원수에서수도꼭지까지전반적으로위해성평

가와위해성관리를고려하여위해원인해소를위한예방조치도입의중요성을강조한

다.

물안전계획의접근방식을적용한다는것은먹는물에서의약물질이생산, 소비(예: 배설),

처분등 상수도순환체계중에유입되지않도록차단하는것이위해성관리상실용적

이고효과적인방법임을의미하는것이다. 예방조치는가능한한위해성(risk)과유해성

(hazard)의근본원인에대해적용하는것이필요하다.

불용약품을 변기와세면대를통해흘려버리거나가정용쓰레기로처분하는부적절한

폐기관행이일반적이며, 이것이하수및지표수, 매립지침출수등환경매체로의약물질

이유입하게된주요인이라고할수있다.

점오염원(예: 의료시설, 동물병원)에서처리실무규정, 정책홍보등의예방조치를수행

하여수역으로유입되는 의약품폐기물의양을줄일 수있다. 또한의약품을올바르게

처분하기위한회수(take-back) 프로그램실시, 처리방법안내, 교육강화등에의해상

수원으로배출되는의약물질을줄일수있다.

관련문헌과국가적차원의연구에서하수처리장방류수에의해영향을받는지표수와

지하수의의약물질농도는일반적으로 0.1 μg/L(100 ng/L)이었고, 정수처리수에서의농

도는보통 0.05 μg(50 ng/L) 이하이었다. 먹는물에서의약물질의거동에대한포괄적이

고체계적인연구사례는많지않은편이다. 따라서먹는물에서의약물질의거동에대한

자료가부족하므로먹는물중미량의의약물질검출농도수준에대한잠재적인체건강

위해도(potential human health risk)를평가하는것이과제이다.

의약물질을선별하고 우선순위를 정하는여러 가지방법들이 논문 등으로제시되었

다. 이방법들은일반적으로최대검출농도부터 MTD와 ADI 또는 DWEL와의사이에서

MOE를구하기위해 PoD의원리를적용하고있다.

결론

(14)

영국, 미국, 호주에서실시한조사에서먹는물중의약물질농도는 MTD보다여러자릿

수(1,000배이상) 이하로서 ADI와 DWEL의산출농도보다상당히낮은농도로검출되었

다. 개별화합물들의안전율(margin of safety)이상당히크다는것을감안할때먹는물

에서현재의검출수준으로는인체건강에유해한영향을미칠가능성이매우낮다는것

을시사한다.

의약물질은정수처리의측면에서볼때특이한유기화학물질이아니며, 정수처리제거율

은화합물의물리적, 화학적특성에따라차이가있다. 염소처리(잔류염소)하는기존정

수처리공정(conventional treatment process)에서는앞서언급한화합물의약 50%가

제거될수있는반면오존, 고도산화, 활성탄, 막(예: RO, NF) 등의고도처리공정에서는

보다높은제거율이달성될수있다. 예를들면역삼투(RO) 공정은분자량이큰의약물

질을 99% 이상제거할수있다.

먹는물에서의약물질의미량검출농도로는인체건강에위해성을불러일으킬가능성은

매우작으며이것은검출농도와약리적효과의발생가능한농도사이에 MOE 또는안전

율이상당하기때문이다.

의약물질을우려하여세균, 바이러스, 원생동물등수인성병원균과납, 비소와같은화

학물질로부터수도사업자와관련규제당국의관심과소중한자원을전환시켜서는안된

다.

또한먹는물중의약물질의현재검출수준에서‘WHO 먹는물수질가이드라인’에의약

물질의공식적인가이드라인값을설정하는것은필요하지않다.

수자원과먹는물에서국가적차원의일상적인 의약물질모니터링및 먹는물에서매우

낮은농도를처리하기위한특별한정수처리시설을도입하는것은현재공중보건상추가

적인혜택이제한적이므로필요한것으로보이지않는다. 그러나취수유역과같은특정

한환경하에서물순환(지표수, 지하수, 하수처리장방류수, 먹는물) 중의약물질이높게

검출될가능성이있는곳에서는먹는물을통한노출로부터잠재적인건강위해성평가

를위한정보를확보하기위해선별적이고적정하게계획된조사연구를수행할수도있

다. 또한필요하다면물안전계획(WSP)을활용하여위해성과우선순위의관점에서스크

리닝값을설정하고정수처리강화의필요성을평가해도된다.

(15)

불용의약품을올바르게처분하도록권장하고환경중의약물질유입을최소화하기위

해서의약품회수(take-back) 프로그램, 관련규정, 안내지침, 교육등예방조치에대한

종합적인노력을통해먹는물을통한의약물질의인체노출을줄일수있다.

인체건강상수질문제에대한국민과의소통및교육활동을강화함으로서병원성미생

물위험과같은위해성등과비교하여이문제를이해하는데도움을줄수있다. 이렇게

함으로써먹는물에서매우낮은농도의의약물질에대한노출위해성을국민들에게이

해하기쉽게전달할수있다.

현재도출된위해성평가결과로볼때먹는물중의약물질의미량검출농도로는인체건

강에위해를일으키기매우어렵다는것을의미하지만, 의약물질의낮은농도에장기간

노출되는경우와의약물질들의혼합물에의한병용효과(並用効果)가나타나는경우위

해성평가측면에서는아직불명확한지식의공백(knwledge gap)이존재한다.

향후특히민감한소집단에대한연구를수행하는경우장기간낮은수준의노출에대한

잠재적인건강위해성을평가하는데도움이될수있다.

먹는물에서의약물질의노출을추정하고인체건강에잠재적인위해성을평가하는데있

어주요어려움중의하나는인체용및동물용의다양한의약물질거동에대한데이터가

부족하다는것이다. 모니터링프로그램을수행하는것은비용과인력및인프라자원이

많이소요되며, 모니터링연구를지원하기위한표준화된샘플링및분석프로토콜도부

재한실정이다. 먹는물전체에대한전반적인위해성평가와관련하여의약물질의우선

순위를정하기위한비용효과적인방법과프로토콜을만들어실무자를지원하는연구

등향후연구방향은지식의공백을줄이는데초점을맞추어야한다.

WHO는먹는물중의의약물질이최근대두되는문제로인식하고있으며관련된과학적

증거를지속적으로조사하고, 필요하다면본보고서를갱신하여제공할계획이다.

향후

과제

(16)

1

Occurrence of pharmaceuticals in water

수중의

의약물질

거동

1.1 분석기술의발전

1.2 지표수에서의약물질의거동

1.3 먹는물에서의약물질의거동

(17)

의약물질은처방약품, 처방전 없이구입할수있는치료약, 동물용약품등에들어가는

합성또는천연의화학물질로서, 약리효과를일으키는활성성분이포함되어있으며사

회에상당히많은혜택을주고있다. 인간과동물치료, 양식, 농산물등에의약물질의광

범위한사용으로우리의환경중에다양한화학물질이지속적으로배출되고있다. 그림

1에보인바와같이, 의약물질은인간또는동물의배설물, 하수처리장방류수, 하수처리

슬러지, 산업폐기물, 의료시설및동물병원의병원폐기물, 매립지침출수, 바이오고형 물등많은경로를통해환경중으로유입된다. 의약물질과대사산물은이들의소수성, 생분해성, 온도등에따라환경중에서흡착, 희 석또는분해되어자연감소하게된다. 이들화합물은자연적인물질대사과정을통해서 또는처리가능한경우하수처리공정및 정수처리공정에서제거되기도 하므로따라서 수자원과먹는물의의약물질은보통미량검출되는수준이다. 의약물질이물순환과정(예: 지표수, 지하수, 하수처리장방류수, 먹는물) 등다양한매질 환 경에서매우낮은농도로검출된다는보고가증가하게된데에는주로분석방법과분 석장비의기술발전으로민감도와정확도가향상되었기때문이다. 기체크로마토그래피

질량분석법(GC-MS) 또 는기체크로마토그래피탠덤질량분석법(GC-MS/MS)과액체

크로마토그래피질량분석법(LC-MS) 또 는 액체크로마토그래피탠덤질량분석법

(LC-MS/MS)은대상화합물을 ng/L 수준까지검출할수있는발전된기술로서보통상수와

하수에서의약물질검출에 사용되고있다. 분석대상인 화합물의물리 · 화학적특성에

따라분석방법도다르다. LC-MS/MS는극성이크고용해도가높은화합물을분석하는

수중의

의약물질

거동

1.1 분석기술의

발전

그림 1. 환경중의약물질의거동(Ternes, 1998)

(18)

데보다적합한반면 GC-MS/MS는휘발성물질의검출에 유리하다. 그림 2는이러한

고급분석기술을이용하여상수와하수에서검출할수있는의약물질의예를보여주고

있다(Fatta 등, 2007).

분석능력과검출기술의발전으로물순환과정을포함한환경중에서의약물질의발생과 거동을더욱세부적으로파악할수있게되었지만이러한물질들이검출된다고해서인 체위해성평가방법으로검증된인체건강위해성과바로직결되는것은아니라는것을 인식하는것이중요하다. 또한물또는다른환경매체에서생성된데이터의비교평가및 품질을보증할수있는의약물질의샘플링및분석측정에대한표준화된방법이나프로 토콜은현재부재한실정이다.

그림 2. 상수와하수에서의약물질검출을위한분석법(Fatta 등 2007)

유도체화 없이

GC-MS, GC-MS/MS를 이용한 분석

아스피린(Aspirin) 코데인(Codeine) 사이클로포스파미드(Cyclophosphamide) 갈락소라이드(Galaxolide) 펜톡시필린(Pentoxyfylline) 토날라이드(Tonalide) 트리클로산(Triclosan)

LC-MS, LC-MS/MS를 이용한 분석

17α-에티닐에스트라디올

(17α-Ethinylestradiol)

17β-에스트라디올(17β-Estradiol)

아세틸-설파메톡사졸

(Acetyl-sulfamethoxazole)

아미도트리조산(Amidotrizoic acid)

아미노피린(Aminopyrine) 아목시실린(Amoxycillin) 안하이드로-에리트로마이신 (Anhydro-erythromycin) 아테놀올(Atenolol) 베탁소롤(Betaxolol) 비소프롤올(Bisoprolol) 클로람페니콜(Chloramphenicol) 클로르테트라사이클린(Chlortetracycline) 시프로플록사신(Ciprofloxacin) 클라리트로마이신(Clarithromycin) 클렌부테롤(Clenbuterol) 클로삭실린(Cloxacillin) 사이클로포스파미드(Cyclophosphamide) 댑손(Dapsone)

디메틸다이아제팜(Demethyl diazepam)

덱스트로프로폭시펜(Dextropropoxyphene) 디클록사신(Dicloxacillin) 독시사이클린(Doxycycline) 에스트론(Estrone) 하이드로클로로티아지드 (Hydrochlorothiazide) 이오파미돌(Iopamidol) 로페프라민(Lofepramine) 메트로니다졸(Metronidazole) 오플록사신(Ofloxacin) 에날라프릴(Enalapril) 푸라졸리돈(Furazolidone) 이포스파미드(Ifosfamide) 케토롤락(Ketorolac) 메티실린(Methicillin) 나프실린(Nafcillin) 에리트로마이신(Erythromycin) 푸로세미드(Furosemide) 이오메프롤(Iomeprol) 린코마이신(Lincomycin) 메토트렉세이트(Methotrexate) 노르플록사신(Norfloxacin) 올레안도마이신(Oleandomycin) 심바스타틴(Simvastatin) 소탈올(Sotalol) 오메프라졸(Omeprazole) 옥사실린(Oxacillin) 옥시테트라사이클린(Oxytetracycline)

페니실린 G(Penicillin G)

페니실린 V(Penicillin V)

핀돌올(Pindolol) 피로시캄(Piroxicam) 라니티딘(Ranitidine) 로니다졸(Ronidazole) 시피라마이신(Spiramycin) 설파아세타미드(Sulfacetamide) 설파디아진(Sulfadiazine) 설파디메톡신(Sulfadimethoxine) 설파디미딘(Sulfadimidine) 설파구아니딘(Sulfaguanidine) 설파메타진(Sulfamethazine) 설파피리딘(Sulfapyridine) 설파살라진(Sulfasalazine) 설파티아진(Sulfathiazine) 타목시펜(Tamoxifen) 터부탈린(Terbutaline) 테트라사이클린(Tetracycline) 틸마이코신(Tilmicosin) 트리메토프림(Trimethoprim) 티로신(Tylosin) 버지니아마이신(Virginiamycin)

유도체화 후 GC-MS, GC-MS/MS를 이용한 분석

아스피린(Aspirin) 에토피브레이트(Etofibrate) 에토필린클로피브레이트(Etofyllinclofibrat) 플루르비프로펜(Flurbiprofen) 케토프로펜(Ketoprofen) 나돌올(Nadolol)

톨페나믹산(Tolfenamic acid)

메페남산(Mefenamic acid)

(19)

과학자들은 1970년대미국에서하수중심장약, 진통제, 피임약이검출된다고보고하는

등 30년이전부터환경중에의약물질이존재한다는것을입증하였다(Tabak & Bunch,

1970; Garrison, Pope & Allen, 1976; Hignite & Azarnoff, 1977). 지표수에서의약물

질의거동에관한논문에서가장많이인용된문헌은 1999년과 2000년에미국 30주

의 139개 하천에서 50종 이상의의약물질을검출한미국지질조사국(United States

Geological Survey)의보고서이다(Kolpin 등, 2002).

지표수에서의약물질의주요유입원은 처리되었거나 미처리된도시하수처리장의방

류수를 통해지표수 수역으로 유입되는 배설물과 욕조수등이었고(Buser, Muller &

Theobald, 1998; Ternes, 1998; Buser, Poiger & Muller, 1999; Daughton & Ternes, 1999; Daughton, 2001; Heberer등, 2001; Heberer, Reddersen & Mechlinski,

2002; Kolpin 등, 2002) 또한소비자와의료시설, 동물병원등에서하수관거와우수관

거로의약품폐기물의부적절한폐기및과다투여량등도포함된다. 표 1에는영국먹는

물감시청(Drinking Water Inspectorate)이수행한하수처리장유입수에대한조사에서

검출된여러종류의의약물질들을나타냈다.

영국의모니터링프로그램은지표수중의의약물질또는대사산물 12종에중점을두고

수행되었다(Ashton, Hilton & Thomas, 2004). 그결과치료제계열의의약물질이영국

잉글랜드에있는하수처리장의유입수와방류수에서검출되었다. 이것은보다광범위하

게모니터링을실시했던유럽과미국에서검출된농도와 동일한범위를보여주었다. 또

한미국과유럽에서수행한연구에서하수처리방류수및그방류수가유입되는하천수

역에서측정된의약물질검출농도는의약품사용량과의관련성이분명하다는결과가도

출되었다. 표 2와 3에영국과유럽의여러나라에서검출된의약물질을나타냈다.

1.2 지표수에서

(20)

화학물질 의약물질그룹 모체화합물

배출률(%) 참고문헌

아목시실린

(Amoxycillin)

항생제

(Antibiotic) 60 Bound & Voulvoulis(2005)

아테놀올

(Atenolol)

베타차단제

(Beta blocker) 90 Bound & Voulvoulis(2005)

베자피레이트

(Bezafibrate)

지질조절제

(Lipid regulator) 50 Bound & Voulvoulis(2005)

카바마제핀

(Carbamazepine)

항간질제

(Antiepileptic) 3 Bound & Voulvoulis(2005)

세티리진

(Cetirizine)

항히스타민제

(Antihistamine) 50 Bound & Voulvoulis(2005)

클로피브릭산

(Clofibric acid)

활성대사산물

(Active metabolite) 6 Alder 등(2006)

디클로페낙

(Diclofenac)

소염제

(Anti-inflammatory) 15 Alder 등(2006)

에리트로마이신

(Erythromycin)

항생제

(Antibiotic) 25 Bound & Voulvoulis(2005)

펠바메이트

(Felbamate)

항간질제

(Antiepileptic) 40–50 Bound & Voulvoulis(2005)

이부프로펜

(Ibuprofen)

진통제

(Analgesic) 10 Bound & Voulvoulis(2005)

표 1. 대상의약품에대한비대사성(unmetabolized) 활성성분의인체배출률

(21)

화학물질 중앙값(최대값) 농도 (ng/L) 참고문헌 하수처리장방류수 하천수

블레오마이신

(Bleomycin) 11 (19) nd (17) Aherne, Hardcastle & Nield(1990)

클로트리마졸

(Clotrimazole) 14 (27) - 21 (34)7 (22) Roberts & Thomas(2006)Thomas & Hilton(2004)

디클로페낙

(Diclofenac)

424 (2349) 289 (598)

-< LOQ (568) < LOQ < LOQ (195)

Ashton, Hilton & Thomas(2004) Roberts & Thomas(2006) Thomas & Hilton(2004)

덱스트로프로폭시펜

(Dextropropoxyphene) 195 (585)37 (64) 58 (682)12 (98) Ashton, Hilton & Thomas(2004)Roberts & Thomas(2006)

에리트로마이신

(Erythromycin)

-< LOQ (1842)

< LOQ (80) < LOQ (1022)

Thomas & Hilton(2004) Ashton, Hilton & Thomas(2004)

플루오세틴 (Fluoxetine) 202 (290) 7.6–52.9 5 (70) 2–43.7

Roberts & Thomas(2006) Boucard & Gravell(2006)

이부프로펜

(Ibuprofen)

3086 (27 256) 2972 (4239)

-826 (5044) 297 (2370) 48 (930)

메페남산 (Mefenamic acid) 133 (1440) 340 (396) -62 (366) < LOQ < LOQ (196)

노르플루오세틴

(Norfluoxetine) 5.2–30.7 4.5–83.0 Boucard & Gravell(2006)

파라세타몰 (Paracetamol) < 20 -555

Roberts & Thomas(2006) Bound & Voulvoulis(2006)

프로파놀롤 (Propanolol) 76 (284) 304 (373) -29 (215) 61 (107) < LOQ (56)

설파메톡사졸

(Sulfamethoxazole) < LOQ (132) < LOQ Ashton, Hilton & Thomas(2004)

타목시펜

(Tamoxifen) < LOQ (42) < LOQ Ashton, Hilton & Thomas(2004)

테트라사이클린

(Tetracycline) - ~1000 Watts 등(1983)

테오필린

(Theophylline) - ~1000 Watts 등(1983)

트리메토프림

(Trimethoprim)

70 (1288) 271 (322)

-< LOQ (42) 9 (19) 7 (569)

표 2. 영국의수생환경에서분석한의약물질검출농도

LOQ: 정량한계(limit of quantification)

nd: not detected (검출한계이하, below the detection limit)

(22)

화학물질 중앙값 (최대값) 농도 (ng/L)

오스트리아 핀란드 프랑스 독일 스위스

베자피브레이트(Bezafibrate) 20 (160) 5 (25) 102 (430) 350 (3100)

-카바마제핀(Carbamazepine) 75 (294) 70 (370) 78 (800) 25 (110) 30–150

디클로페낙(Diclofenac) 20 (64) 15 (40) 18 (41) 150 (1200) 20-150

이부프로펜(Ibuprofen) nd 10 (65) 23 (120) 70 (530) nd (150)

이오프로마이드(Iopromide) 91(211) - 7 (17) 100 (910)

-록시스로마이신(Roxithromycin) nd - 9 (37) < LOQ (560)

-설파메톡사졸a_{(Sulfamethoxazole)} _nd _- _{25 (133)} _{30 (480)}

-표 3. 유럽의지표수에서분석한의약물질검출농도

LOQ: 정량한계(limit of quantification)

nd: not detected (검출한계이하, below the detection limit)

a_인체_대사물질_{N4-acetyl-sulfamethoxazole}_포함

출처: Ternes 등(2005)

다양한의약물질과그대사산물을분석하기위해서는고비용및분석기술과실험시설의

부족등 어려움이있기 때문에대부분의국가들은먹는물에서 의약물질을정기적으로

조사하는모니터링프로그램을실시하지못하고있다. 그결과지표수와먹는물에서의

약물질거동에대한대부분의자료는정교한검출기술과분석방법을개발하고검증하기

위해실시한특정연구프로젝트, 대상물질표적조사와특별조사등으로부터얻게된

것이다. 그럼에도불구하고이연구결과들은환경중에서의약물질의존재를처음으로

알려주는계기가되었다.

미국에서실시된연구에서는정수중의약물질검출농도는매우낮았다. 가장높게검

출된농도는메프로바메이트(meprobamate) 40 ng/L 이었다(Benotti 등, 2009). 또한

독일, 네덜란드, 이탈리아를포함한유럽여러나라에서수행된연구에서도수돗물(tap

water)에서여러 종류의의약물질이 ng/L에서낮은μg/L의 농도범위로 검출되었다

(Huerta-Fontela, Galceran & Ventura, 2011). 독일에서실시한별도의두연구에서베

를린시의먹는물중 페나존(phenazone, 진통제)과 프로피페나존(propyphenazone,

해열제)이 검출되었으며 가장 높 은 농도는 페나존 400 ng/L 이었다(Reddersen,

Heberer & Dunnbier, 2002; Zuhlke 등, 2004). 이것은먹는물로사용되는지하수가하

수에의해오염되어높은농도를보인것이었다(Jones, Lester & Voulvoulis, 2005). 네

덜란드에서는항생제, 항간질제, 베타차단제가먹는물에서 100 ng/L 이하로미량검출

되었으며대부분 50 ng/L 이하이었다(Mons, Hoogenboom & Noij, 2003).

1.3 먹는물에서

(23)

1.4 결론

지금까지여러 과학문헌에보고된바와 같이전세계적으로정수처리된 먹는물에서

15 ~ 25종의 의약물질이검출되었다(Jones, Lester & Voulvoulis, 2005; Benotti 등,

2009). 물순환과정중하수, 지표수, 지하수등미처리수에서의약물질이보다많이검

출되었는데이는 항고지혈증제, 비스테로이드성소염진통제(NSAID) 등의의약물질사

용량이많기때문이다(Focazio 등, 2008).

물순환과정을포함하여환경중에서 ng/L에서낮은μg/L의농도범위까지검출되는

의약물질의거동에대해지난 10년에걸쳐널리논의되어왔으며 학술논문등으로도

보고되었다(Heberer, Schmidt-Baumler & Stan, 1998; Zuccato 등, 2000; Heberer

등, 2001, 2004; Stackelberg 등, 2004, 2007; Zuhlke 등, 2004; Jones, Lester & Voulvoulis, 2005; Vieno, Tuhkanen & Kronberg, 2005; Loraine & Pettigrove, 2006; Snyder 등, 2006; Vanderford & Snyder, 2006; Loos 등, 2007; Perez & Barcelo, 2007; Togola & Budzinski, 2008; Mompelat, Le Bot & Thomas, 2009).

관련문헌과국가적차원의연구에서하수방류수에의해영향을받은지표수와지하

수의의약물질농도는 일반적으로 0.1 μg/L(100 ng/L)이었고, 정수처리수에서는보통

0.05 μg(50 ng/L) 이하이었다.

먹는물에서의약물질에대한포괄적이고체계적인연구사례는많지않은편이었으며따

라서의약물질의 거동에대한자료가부족하므로먹는물에서 미량의의약물질검출농

도수준에대한잠재적인체건강위해성(potential human health risk)을평가하는것이

과제이다. 또한의약물질의샘플링과분석측정에대한표준화된프로토콜은부재한실

정이다. 환경중에서의약물질의발생, 이송, 거동에대한추가적인연구와상호연구방

법을비교할수있는체계적인연구가필요하며, 관련문헌의데이터를용이하게비교평

가하기위해서는의약물질의채수및분석측정절차에대한표준화가요구된다.

(24)

2

Human health risk assessment for pharmaceuticals in drinking-water

먹는물

중

의약물질에

대한

인체

건강

위해성

평가

2.1 서론

2.2 먹는물에서의약물질의위해성평가

2.3 최소치료용량(MDT) 접근방법 :

먹는물감시청(Drinking Water Inspectorate) 연구

2.4 일일섭취허용량(ADI) 접근방법

(25)

의약품의법적승인절차에서활성화합물의효능과안전성을입증하기위한철저한평

가가요구된다. 이 평가에서는인간의식용과관련된안전율을 결정하고위해성-이익

(risk-benefit) 방정식으로계산한다. 폭넓게많이사용되는의약품, 특히처방전없이판

매되는약품은가장엄격한평가가요구되고안전율도상당히크게하는것이필요하다.

물에서검출될가능성이있는의약물질은대부분사용량이많은의약품의범주에속한

다. 특별한의약품의사용승인평가는임상전실험, 임상실험, 때로는기계론적연구등

일련의평가절차를거쳐야하며보통치료용량에가까운투여량으로실시한다. 또한많

이사용되는의약품의경우, 일부연구에서는예상복용량이상의투여량으로실험한다.

이러한엄격한법적승인절차때문에의약품은대부분의환경오염물질보다특성이잘

구별되며관리도잘되고있는편이다.

그러나먹는물을통해의약물질에노출되는것은어쩌면장기간에걸쳐의도하지않는

비자발적노출이기때문에우려가높아지고있다. 또한개별종및혼합성분의의약물질

이먹는물중저농도로노출될때이에대한과학적인위해성평가결과가많지않은실

정이다.

식품및먹는물에서검출되는물질에대한화학물질의위해성평가를위해독성및역학

데이터베이스로부터 PoD(point of departure)를 정하고몇 가지를계산(예: 외삽, 불확

실성계수(UF))하여 ADI(acceptable daily intake, 일일섭취허용량) 또는 TDI(tolerable

daily intake, 내용일일섭취량)를설정한다. 일반적인많이사용되는 PoD로는독성이감

지되지않는농도인 NOAEL(no observed adverse effect level, 무영향관찰용량)이고

최선은아니지만독성이나타나는최소량인 LOAEL(lowest observed adverse effect

level, 최소영향관찰용량)을 사용하기도한다. PoD는용량-반응 곡선(dose-response

curve)의통계적인평가에기초하여기준용량(benchmark dose)으로유도될수도있

다(FAO/WHO, 2009).

먹는물

중

의약물질에

대한

인체

건강

위해성

평가

2.1 서론

2.2 먹는물에서

의약물질의

위해성

평가

(26)

수중의의약물질에대한건강위해성은대부분 MTD(최소치료용량, 대상집단에서원하

는치료효과가나타나는최저농도)를 PoD로하여평가한다(DWI, 2007; Bull 등, 2011).

NOAEL/LOAEL 또는기준용량을도출하는것이필요하지만이러한이유는일반국민

들을대상으로용이하게사용할수있는독성자료가부족하기때문이다. MTD는일반

적으로허용할수없는부작용이나독성이관찰되는농도이하의용량이다. 따라서위해

성평가를위해 PoD로서 MTD를사용하게되면종종보수적인스크리닝값(후술한것

처럼추가조사평가가필요한지를결정하는데사용되는기준농도)을설정하는것이필

요하다.

스크리닝값은유도하는데있어 MTD를적용하는것에는일부한계가있다. MTD는일

반적으로약물을투여하지않은취약개체군의민감도에기초하여정하는것이아니고

사전에선택된특정집단의대조군연구로결정된다. 또한이러한세포독성의암치료제

와같은특정사례에서 MTD는독성효과가관찰되는농도보다클수도있다. 그렇지만

특히 MOE(margins of exposure, 노출한계)가큰경우에는 MTD를사용하는것이위해

성을광범위하게평가하고스크린하는데실용적이며합리적인방법으로고려될수있다.

위해성을평가하는데있어주요과제는먹는물에서적용할수있는의약물질의거동데

이터부족, 다양한의약품사용, 국가간개별의약품사용량의차이, 공개자료의제한,

의약물질및혼합성분의약품의미량복용에대한만성노출위해성평가에 있어기술

적한계등이다. 그럼에도불구하고, 먹는물중저농도의의약물질로부터인체건강의잠

재적위해성평가를위해스크리닝하고우선순위를정하는몇가지방법이사용되고있

다(USEPA, 2008b). 이연구결과들은관련전문가들에의해면밀히 검토되었다(DWI,

2007; USEPA, 2008b; Bull 등, 2011). 이들연구에서는 MTD를 PoD로사용하였고잠

재적위해성에대한안전율과스크리닝값을유도하기위해불확실성계수(UF)를적용하

(27)

스크리닝값은관찰된특정물질의농도가우려되는수준이므로좀더상세하게조사평

가를수행할것인지를판단하기위한값이다. 많은물질중에서가장중요하고보다면밀

히고려해야할물질을파악하는데스크리닝값을이용한다. 전술한바와같이두가지

방법이사용될수있다. ADI 또는 TDI는일반적으로건강에중대한위해없이장기간평

생동안매일섭취하는양이다. ADI 또는 TDI를설정할때주로불확실성계수(UF)를크

게하며이것은단기간에 ADI 또는 TDI를초과하여노출되거나또는때때로작지만장

기간노출되었을때어떤유해한영향을미칠가능성이없다는것을보증하는역할을한

다. 그러나 ADI 또는 TDI를초과한물질의성질과독성학적특성에따라많은차이가있

는경우에는케이스별로평가되어야할필요가있다.

일반적으로 ADI는부작용이관찰되지않는용량(NOAEL), 또는최선은아니지만독성이

관찰되는최소량(LOAEL)을 결정하여얻는다. 불확실성계수(UF)는두 경우모두에대

해 ADI를유도하는데있어동물실험결과를인체에적용하는외삽에의한불확실성, 노

출된집단내에서의편차또는데이터베이스에서중요한자료결여등의불확실성을반

영하기위한것이다. 불확실성계수(UF)는전문가의판단에따라정해지며이를위해서

는많은경험이필요하다. 일반적으로동물실험모델로명확한용량-반응관계를입증한

연구자료를이용하는것이바람직하지만인체에적용가능한적절한데이터가있는경

우에는그렇게하지않아도된다. 먹는물에서화학물질에대한지침값이나스크리닝값

을설정하는 방법은 WHO의 먹는물수질가이드라인(Guidelines for Drinking-water

Quality)의 8장에서설명하고있다(WHO, 2011). ADI는보통체중의 kg당섭취량으로나

타내며, 먹는물에서적합한농도수준을결정하는데 ADI를적용하려면체중을고려해물

섭취량을가정하는것이필요하다. WHO에서는성인 60 kg의값을이용하며하루에 2

L의물은마신다고가정한다. ADI를설정하는데있어, 일반적으로식품과공기를통해서

도물질에노출되므로따라서다른경로의노출량에대한먹는물에해당하는 ADI의비

율을할당한다. 의약물질의경우다른경로를통한노출량은무시할수있으므로할당비

율은 100%까지될수있다. 치료목적으로의약품을복용하는사람의경우에는먹는물

로부터추가되는노출량은무시할수있을정도로매우작다.

(28)

MTD 또는임상적으로효과가나타나는최소투여량은일반적으로처방또는권장하는

최소투여량과동일하며 1일투여량횟수로계산한다. 약의효능과안전성사이의균형

을고려하여이값을구한다. 먹는물에대한스크리닝값을도출하기위해사용된방법은

MTD를 약리적인효과또는독성효과가나타나기 매우어려운합리적으로확신할수

있는계수(factor)로나눈다. ADI를유도하는데사용된불확실성계수(UF)와같이전문가

적판단에기초하여이값을구한다. Versteegh, van der Aa & Dijkman(2007), Webb

등(2003), van der Aa 등(2009), Bull 등(2011)은인체건강에대한의약물질의잠재적

위해성 평가또는 가이드라인값을 도출하기위한출발점으로 MTD를이용하였으며,

Schwab 등(2005)은미국의지표수에서의약물질의인체건강위해성평가에적용하였

다. 또한 DWI(2007)도먹는물에서의약물질의위해성평가를위한근거로서 MTD를사

용했다.

스크리닝값을구한다음이를모니터링결과를판정하는기준점으로사용한다. 모니터

링자료가매우한정되어있기때문에경우에따라서는물을통한잠재적노출의최악인

경우를모델링하여추정하기도한다. 어떤화학물질이원수또는 먹는물에서검출되는

경우의사결정을지원하기위한기준으로스크리닝값을이용한다. 만일특정의약물질

농도가스크리닝값을초과한다면이때의약물질의거동과독성을추가평가한다. 한편

의약물질의농도가스크리닝값이하이면건강에유해한영향이예상되지않는다는것

(29)

영국잉글랜드와웨일즈의먹는물감시청(DWI)은활성의약물질성분에관한특정인구

통계및사용량데이터와실제취수유역을기반으로한모델링농도를이용하여영국의

먹는물에서의약물질 396종과불법약품 11종에대한전반적인자료조사및잠재적인

농도수준을추정하는연구를추진했다. DWI(2007)는 MTD를이론적인최대먹는물섭

취량과비교하여각각의의약물질에대한 MOE를결정하고자하였다.

먹는물섭취량으로부터구한모델링농도는두가지방법을기반으로하였다. 1) 먹는물

에서최악인경우의농도를추정하는결정론적방법과 2) 먹는물에서보다현실적인농

도를추정하는 확률론적방법이다. 먼저결정론적방법을이용하여고려대상인의약물

질을평가하였다. 그런다음 MOE가최소인 24종물질에대해확률론적방법을이용하

여추가평가를수행하였다.

건강에관해이연구에서최종적으로 구하고자했던것은 MTD 이었다. 자료가불충

분한의약물질에대해서는 일반적으로 10 mg/day의 MTD 값을적용하였고, 불법약

품등자료가없는의약물질에대해서는 1 mg/day의보수적인 MTD 값을사용하였다.

DWI(2007)는효과가나타나는농도이하로추정되는예방적인 값으로서모든물질에

대해불확실성계수(UF)를 1,000으로적용하여평가하였다. 그결과로얻은 스크리닝

값을확률론적모델링으로추가검토할수있도록물질의우선순위를결정하는데이용

하였다. 의료분야에서 예방적인단계로서널리사용되고있는 이불확실성계수(UF)는

유아와어린아이들의노출에대해서도추가적인안전을보증하게한다.

MTD와먹는물의최대추정농도를비교하여대상의약물질의각각에대한 MOE를산

출하였다. 그결과먹는물에서노출을통한개별의약물질의중대성을평가할수있었다.

최악인경우의결정론적모델링에서단지 10종의 물질이 1,000보다작은 MOE를 보

였고그중 4종은불법약품으로이는최저활성용량에대해큰예방적인값을가지고

있는것이된다. 하나의경우만이 100 이하의노출비율로유일하였으며, 이것은전체

NSAID(비스테로이드성소염진통제)에대해서합산한것으로대상집단에서각 NSAID

를각각의최저 MTD와비교한것이었다. 따라서이결과는최악의경우에서도먹는물을

통한의약물질의섭취로부터건강상중대한위해성이없다는것을시사한다.

먹는물에서보다현실적인농도를추정하기위해확률론적모델링을사용했을때, 하나의

물질을제외한모든물질의추정농도가상당히낮았다. 물질들의 MOE는대부분 1,000

보다훨씬더컸으며단지테트라히드로칸나비놀(tetrahydrocannabinol) 및오셀타미비

르카르복실레이트(oseltamivir carboxylate)만이 1,000보다작은 MOE를가졌다(표 4).

2.3 최소치료용량

(MDT)

접근방법

:

먹는물감시청

(Drinking Water

Inspectorate)

연구

2)

(30)

DWI(2007) 연구는의약물질의대부분이 1,000보다큰 MOE를가지고있으며이는먹

는물중미량의의약물질농도에대한노출로부터잠재적건강유해영향에대해서상당

한안전율을가진다는결론을이끌어냈다.

의약물질 PECdw

평균값 (μg/L) MTD(mg) MOE 비고

총비스테로이드성소염진통제

(Total NSAIDs) 2.74 7.5 2 737 소염제 19종혼합

칸나비스(Cannabis) 1.377 1 726 불법_{테트라하이드로칸나비놀}약물

오셀타미비르카르복실레이트

(Oseltamivir carboxylate) 107 52 486

대규모유행병에사용 타미플루활성대사산물

LSD 0.097 1 10 309 불법약물

코카인(Cocaine) 0.029 1 34 483 불법_{메틸벤조일에코닌}약물

아미노필린(Aminophylline) 0.15 1 6 667 평활근근이완제 베클로메타손(Beclometasone) 0.005 0.05 10 000 항천식제 지도부딘(Zidovudine) 0.057 0.5 8 772 항바이러스제 엑스터시(Ecstasy) 0.487 1 2 053 불법약물 아캄프로세이트(Acamprosate) 0.435 1 2 299 알코올중독치료제 총스타틴(Total statins) 1.27 5 3 937 콜레스테롤저하제 니트로글리세린(Nitroglycerine) 0.035 4 0.15 4 234 혈관확장제

헤로인(Heroin) 0.004 49 1 222 717 불법_{디아모르핀}약물

심바스타틴(Simvastatin) 1.18 5 4 227 콜레스테롤저하제 코데인(Codeine) 0.015 7 20 1 277 139 마약성진통제 라미프릴(Ramipril) 0.153 1.25 8 177 이뇨제

리시노프릴(Lisinopril) 0.396 2.5 6 316 안지오텐신변환효소저해제 메타돈(Methadone) 0.082 2 1 12 173 오피오이드작용제

푸로세미드(Furosemide) 1.74 20 11 507 이뇨제

암페타민(Amphetamine) 0.017 4 1 57 405 불법약물 노르에치스테론(Norethisterone) 0.023 6 0.35 14 824 프로게스테론유도체 독사조신(Doxazosin) 0.006 81 1 146 843 알파차단제

벤드로플루메티아지드

(Bendroflumethiazide) 0.275 2.5 9 094 이뇨제

사이클로스포린(Cyclosporin) 0.000 8 2 2 500 000 면역억제제 표 4. 최악인경우의결정론적모델링결과중상위 24종의약물질의확률론적모델링데이터

LSD: lysergic acid diethylamide(리세르그산디에틸아미드)

PECdw: 먹는물중예상농도(predicted concentration in drinking-water)

(31)

①미국수도협회연구재단

(Awwa Research Foundation)

연구3)

미국수도협회(AWWA) 연구재단은먹는물에서의약물질과잠재적인내분비계장애물

질(EDCs, endocrine disrupting chemicals)의거동및위해성평가에대한중요한정보

를제공하기위해연구를추진했다. 이연구에서의약물질과활성대사산물 20종, 잠재

적인 EDCs 26종, 스테로이드 호르몬제 5종, 피토에스트로겐(식물의천연에스트로겐)

11종등총 62종의화학물질을조사하였다. 표 5에나타낸바와같이보수적인접근방법

으로 ADI 값을구하여적용하였다.

이연구에서는성인의체중이 70 kg이고 1일 2 L의물을마신다고가정하여μg/L(ppb,

parts per billion)의먹는물상당수준(DWELs, drinking-water equivalent levels)으로 ADI를변환하였다.

이연구에서우수하고민감도가매우높은분석방법(ng/L 또는 ppt의보고농도)이사

용되었지만조사대상인의약물질모두정수처리수에서설정한건강위해성의문턱값

(threshold)을초과하여검출되지않았다. 보수적인최악의시나리오접근법을채택하였

으며, 정수처리수와배급수에서최대검출농도로각대상의약물질의 DWEL을산출하

였다. 먹는물에서검출된의약물질모두각각의 ADI를초과하여검출되지않았다.

DWEL을최대검출농도로나누어각화학물질의최소안전성또는 MOE를계산하였다.

미국환경보호청(USEPA) 정책에따르면, MOE가 100보다큰화학물질은일반적으로

우려하기에는낮은수준이다. 표 6은먹는물에서검출된일부화학물질의 MOE를계산

한것이며이들은 100 보다크므로낮은우려수준이라는것을시사한다.

2.4 일일섭취허용량

(ADI)

접근방법

구분 ADI 도출방법

비발암성물질

동물또는인체독성실험에서효과가관찰되지않는최대용량

(NOAEL) 또는효과가관찰되는최소용량(LOAEL)을민감한집 단을고려하기위해불확실성계수(UF)로나눔

투여량대비종양발생률에대한고용량동물실

험및데이터의긍정적인발암증거가있는물질 소용량에서종양반응을예측하기위해선형외삽모델사용

동물실험에서증거가있지만종양발생률데이터 가없는발암성물질

백만명당 1명이발암위해성을가진안전한용량(safe dose)

추정 표 5. 연구대상화학물질에대한 ADI 도출원리

(32)

화학물질 MOE

아테놀올(Atenolol) 2 700

디아제팜(Diazepam) 110 000

플루옥세틴(Fluoxetine) 41 000

메프로바메이트(Meprobamate) 6 000

노르플루옥세틴(Norfluoxetine) 44 000

설파메톡사졸(Sulfamethoxazole) 6 000 000

트리클로산(Triclosan) 2 200 000

표 6. AWWA 연구재단의연구에서산출한대상화학물질의 MOE

②재이용수

(Water Recycling)

에대한호주의가이드라인4)

물재이용에대한호주의가이드라인은먹는물공급량을증가시키고자관계당국에서하

수를재이용하기위해만든참고기준이다. 이가이드라인은의약물질을포함하여미생

물및화학적위해로부터보호하기위해마련된것이다. 대상의약물질은인체용으로사

용되는것과농업용및동물용을목적으로사용되는두범주로분류되었다.

동물용의약품의경우, 국제식량농업기구/세계보건기구합동 식품첨가물 전문가위원

회(FAO/WHO Expert Committee on Food Additives), 호주 의 약 품 청(Australian

Therapeutic Goods Administration), 유럽의약국(European Medicines Agency) 등

에서농업용및동물용의약물질에대해설정한 ADI를기초하여건강위해성을평가하

였다.

인체의약품에대해서는 1일 최소치료용량을 1,000 ~ 10,000 범위의안전율(safety

factor)로나누어 ADI를산출하여위해성을평가하였다. 다른연구에서도가이드라인값

을구하기 위한출발점으로 1일 최소치료용량을적용한 사례가있다(Webb 등, 2003;

Schwab 등, 2005; DWI, 2007; Versteegh, van der Aa & Dijkman, 2007; Bull 등,

2011). 원수중의의약물질대사산물과관련하여대사산물의 활성도는모체화학물질

(parent compound)에비해일반적으로더 낮았으며, 보수적으로충분한 여유를두기

(33)

대부분의의약품에대해 1일최소치료용량에 1,000의안전율을 적용하였으며, 그리고

민감한사람에대해 10배, 유아및어린이에대해 10배, 무영향수준(no-effect level)이

없는최소치료용량에대해 10배하였다. 또한이화학물질들과관련되어큰독성을나타

내는세포독성약품과매우저농도에서도활성이있는호르몬활성스테로이드, 국민의

부정적인인식이큰약품에대해서도 10배하였다.

의약물질에대해계산한가이드라인값을 2차처리방류수에서측정한가장높은농도

와비교하여 MOE를산출하였다. 계산한 MOE의대부분은 1,000 이상이었으며, 처리공

정에서제거된감소량을고려하지않은경우에의약물질이권장가이드라인값에도달

하거나인체건강에어떤부정적인영향을일으킬것으로보이지는않았다.

영국, 미국, 호주의위해성평가에서먹는물중의약물질에대한스크리닝값을도출하기

위해불확실성계수(UF)와함께 ADI 또는 MTD를적용하였다. 분석결과, 처리된먹는물

에서검출되는미량의의약물질로부터노출로인한인체건강에미치는유해한영향은

일어나기매우어려운것으로나타났다. 검출된물질의농도는임상적으로최소활성투

여량인 MTD보다 1,000배이상작았다.

먹는물중 의약물질의미량 농도로부터 건강에 대해식별가능한위해가발생할 가

능성은 거의 없다는결론은 지난 10년간의 다른 연구결과 들과 일치하는 것이다

(예: Christensen, 1998; Schulman 등, 2002; Webb 등, 2003; Jones, Lester & Voulvoulis, 2005; Bercu 등, 2008; Snyder, 2010).

인체건강위해성이낮다는것을감안할때, 자원집약적인모니터링프로그램을반드시

일상적으로수행할필요는없으며먹는물에서보다중요하고심각한문제, 특히수인성

병원균등으로부터관심을전환시켜서는안된다. 그러나특정환경에서농도가높아질

우려가있는곳에서는스크리닝값과대상물질조사모니터링을고려할수있다.

향후연구가필요한 과제로는각 개별 물질별로값을설정하는대신에현재 식품첨

가물과 오염물질에 널리 사용되고 있는 감별수준(screening-level) 위해성 평가인

TTC(threshold of toxicological concern, 독성학적우려의문턱값) 개념의적용가능성

및강건성에대한연구이다(Kroes 등, 2004). 또한임산부, 특정질병및의료환자와같

은민감한집단의노출등을포함하여의약물질에저농도만성노출의영향과의약물질

의혼합물에관한문제를해결하는위해성평가방법의개선방안을마련하는연구도있

을수있다(Rowney, Johnson & Williams, 2009). 다수의화학물질결합에의한노출의

위해성평가에대한 WHO Framework를활용하여혼합물질의문제를다룰수도있다

(34)

3

Treatment technologies for removal of

pharmaceuticals from water

수중의

의약물질

제거를

위한

처리

기술

3.1 서론

3.2 하수처리공정에서의약물질제거

3.3 정수처리공정에서의약물질제거

(35)

다수의연구결과에서 하수처리장 방류수에의약물질이 존재한다고 보고되어 왔고 (Ternes, 1998; Andreozzi 등, 2003; Miao 등, 2004; Paxeus, 2004; Castiglioni 등,

2006; Vieno, Tuhkanen & Kronberg, 2007), 또한이방류수가의약물질과그대사산

물을강, 호수, 저수지, 지하수대수층과같은먹는물공급을위해 사용되는수자원으

로운반한다는것이확인되었다(Heberer, 2002; Ternes & Joss, 2006; Xu 등, 2007; Zhang, Geissen & Gal, 2008; Huerta-Fontela, Galceran & Ventura, 2011).

물순환과정중일반적으로 ng/L에서 낮은μg/L 범위의미량으로 존재하는의약물질

을제거하는데있어정수처리공정및하수처리공정의처리효율에대해의문이제기되

어왔다. 처리효율에관한연구는대부분유럽과미국에서추진되었고아시아의선진국

에서도일부연구한사례가있다(Lee 등, 2008; Simazaki 등, 2008; Van De Steene,

Stove & Lambert, 2010; Huerta-Fontela, Galceran & Ventura, 2011). 또한특히정수

처리공정에있어서실규모의처리공정보다는실험실규모또는단일처리공정에서의제

거효율에중점을둔연구가더많았다.

3장에서는관련문헌에기초하여기존및고도처리의하수및정수처리공정에의한의

약물질제거에대해검토하였다.

기존하수처리시설은보통활성슬러지법을이용한생물학적 분해에의한것이며반면

고도처리시설에는역삼투, 오존, 고도산화기술과같은 3차처리공정이있다. 의약물질

은변화하는물리적, 화학적성질을가진 다양한그룹의 화학물질이다(Jelic 등, 2011).

제거효율은물리적, 화학적특성(예: 소수성)과 고형물체류시간, 온도, 수리학적체류

시간등다양한처리공정및공정제어에있어서그들의반응성에따라차이가있다. 예

를들어, 의약물질의대부분은비교적 소수성이므로슬러지의흡착에의한제거효과

는좋지않다(Vieno, Tuhkanen & Kronberg, 2007). 따라서처리제거효율은처리시설

에따라다양하며동일한처리시설내에서도처리시간의차이에따라크게다를수있다

(Vieno, Tuhkanen & Kronberg, 2007).

표 7은상이한하수처리공정에서예상제거율에대한연구결과들을조사하여정리한것

이다. 이처리공정별제거율은하나의단위공정부터실규모의하수처리시설에이르기까

지다양한연구를통해얻은결과들이다.

수중의

의약물질

제거를

위한

처리

기술

3.1 서론

3.2 하수처리공정에

서

의약물질

제거

(36)

처리공정 제거율 (%) 대상시료 연구국가 참고문헌

> 기존하수처리공정

활성슬러지

11–99 _{(Raw sewage)}생하수 호주 Watkinson, Murby &

Costanzo(2007) 7–100 일차침전수 유럽, 일본 DWI(2007)

< 20–80 일차침전수 프랑스 Gabet-Giraud 등(2010)

-193–86a _일차_침전수 _유럽 Vieno, Tuhkanen &

Kronberg(2007) 8–98 - 브라질, 유럽, 일본 Ziylan & Ince(2011)

생물학적여과 6–71 일차침전수 유럽 DWI(2007)

일차침전 3–45

-브라질, 유럽, 일본 Ziylan & Ince(2011)

응집, 여과, 침전 5–36

-모래여과 0–99 활성슬러지유출수

> 고도하수처리공정

오존처리 1–99 활성슬러지유출수 브라질, 유럽, 일본 Ziylan & Ince(2011)

86–100 이차처리수 프랑스 Gabet-Giraud 등(2010)

오존처리/초음파및

초음파촉매 23–45 - 유럽_터키, 인도_,_미국, 일본, Ziylan & Ince(2011)

오존처리및촉매오존 > 9–100

UV 처리 29 - 브라질, 유럽, 일본 Ziylan & Ince(2011)

광분해

(UV/과산화수소) 52–100

- 유럽_터키, 인도_,_미국, 일본, Ziylan & Ince(2011)

펜톤처리 80–100 UV/TiO2 > 95

생물막법 23–99 처리유출수 브라질, 유럽, 일본 Ziylan & Ince(2011)

정밀여과와역삼투법 91–100 이차처리수 호주 Watkinson, Murby &

Costanzo(2007)

역삼투법 62–97 이차처리수 프랑스 Gabet-Giraud 등(2010)

초음파법 24–100 - 유럽_터키, 인도_,_미국, 일본, Ziylan & Ince(2011)

표 7. 기존및고도하수처리공정과의약물질의예상제거율

UV, ultraviolet(자외선)

a_일부_{의약물질은}_음_(-)_제거율을_보였다_._이것은_수리학적_{체류시간을}_고려하지_않고_제거율을_계산했기_때문이다_._따라