수은

   

   

10. 수 은 (Hg)

가. 성 상

   

상온에서 액체상태로 존재하는 유일한 금속으로서, 광택이 있으며 은백색이다. 전기를 잘 통하고 유리를 적시지 않으며 연성이 좋다. 수은은 주로 Elemental mercury (Hg⁰), 무기수은 화합물 (HgCl₂), 유기수은 화합물 (메틸수은) 등의 세 가지 형태로 존재하며 이러한 수은 전체의 화합물을 총수은이라고 한다. 무기수은 화합물은 금속수은, 제1수은염, 제2수은염 또는 아말감으로 나뉘어지고, 유기수은 화합물은 알릴 수은과 알킬 수은화합물로 나뉘어진다. 알릴 수은화합물로는 초산 페닐 수은 (농약)이나 머큐로크롬 (소독약) 등이 있고, 알킬 수은화합물로는 메틸 수은, 에틸 수은 및 메토시 에틸 수은염 (농약) 등이 있다. 모든 수은의 형태는 매우 독성이 있고, 각각의 형태마다 인간의 건강에 각기 다른 영향을 준다.

이온형태에 있어서 수은은 Hg(Ⅰ)과 Hg(Ⅱ)이라고 하는 두 종류의 산화 형태로 존재하는데 이 중에서 Hg(Ⅱ)가 더 안정적이다. 수은은 철을 제외한 거의 모든 금속과 합금이나 아말감을 형성하는 특성을 갖고 있다. 수은은 부식 저항이 뛰어난 금속을 만들기 위해 vanadium, iron, niobium, molybdenum, cesium, tantalum, tungsten과 아말감을 형성한다. 수은은 실온에서 안정적인데 공기, 암모니아, 이산화탄소, 질소산화물, 산소와는 반응하지 않으나 할로겐이나 황과는 즉시 결합한다. 수은은 대기중의 H₂S와 반응하기 때문에 밀폐된 용기에 보관해야 하며 염산에는 영향을 받지 않지만 진황산에는 영향을 받는다. 질산에 용해되어 Hg(Ⅰ)염이나 Hg(Ⅱ)염을 형성한다. 유기수은은 특히 독성이 강한데, 공해병의 원인물질이기도 한 알킬수은도 유기수은의 한 종류이다. 이에 비해 무기수은은 비교적 독성이 약한 편이고, 공장의 공정에서 직접 혹은 미생물에 의해 유기수은으로 변한다.

o 원자번호 : 80

o 원자량 : 200.59 g

o 비중 : 13.55 g/㎤ (20℃)

o 비점 : 356.7

o 융점 : -38.87℃

o 증기압 : 1.3×10^-3 mmHg (20℃), 2×10^-3 mmHg (25℃)

   

나. 발생원 및 용도

(1) 발생원

㈎ 수은의 primary production은 주로 금광의 부산물로서 발생한다. 예전에는 Nevada에 있는 수은광석에서 채광되었으나 1990년에 폐광되었고 아직도 Nevada, California, Utah에 있는 금광석에서 부산물로 비교적 소량이 생산된다.

㈏ 수은의 secondary production (recycling)으로는 processing of scrapped mercury-

containing products와 산업폐기물 등이 있다. recycled mercury의 주요 배출원으로는 치아 아말감, 산업 및 전기 제조시설로부터의 scrap mercury (형광 램프 포함), 연구 실험실과 electrolytic refining plants로부터의 폐기물과 슬러지, 수은 배터리 등이 있다.

㈐ EPA가 의회에 제출한 보고서에 의하면 대기로의 수은 배출원으로는 석탄 연소시설 (발전 소), 의료용 폐기물 소각시설(MWIs), 도시고형폐기물 소각시설 (MWCs), 염소-알칼리 공 장, 구리·납 제련소, 시멘트 제조시설 등이 있는데 이 중에서도 연소시설의 보일러가 전체 인위적인 배출원의 거의 25%를 차지하고, 그 중 90% 이상은 석탄 연소시설의 보일러가 차 지하고 있다. 수은 배출량 자체로 보면 발전소가 가장 큰 배출원이긴 하지만, 발전소에서 사용하는 화석연료보다 폐기물속의 수은 함유 비율이 크기 때문에 소각장에서의 배출농도 가 높고,또한 금속생산공정이나 염소생산공정에서 배출되는 수은 농도가 소각장보다 높긴 하지만 총배출량은 소각장보다 훨씬 적다.

(2) 용도

㈎ Elemental mercury는 전 액체 범위내에서 동일한 부피팽창을 하고 표면장력이 크기 때문에 기압계, 압력계, 온도계 및 기타 측정장치로 사용된다. 또한 전기 저항도가 낮기 때문에 금 속중에서 가장 좋은 전기 전도체중에 하나로서 배터리, 전기램프 등을 포함한 전기 분야에 서 폭넓게 사용되고 있으며, 산업 공정, 정제, 윤활유, 치아 아말감 등에도 사용된다.

㈏ 무기수은제

여러 종류의 화합물이 여러 용도에 사용되고 있으나, 농약으로는 살충제로서 승홍이 사용되 고 있다. 승홍은 살충력이 강한 반면 작물에 대한 약해도 큰데 유제나 분제로 사용하며, 승 홍, 승홍정, 브라스트, 브라민 등의 상품명으로 시판된다. 승홍은 감자, 담배, 야채 등의 병 해충 구제에 사용되고, 물에 잘 용해되지 않으므로 소량의 열탕에 용해하여 사용해야한다. 수은은 농작물중에서 농축되어 그것을 취식한 인간의 체내에 다시 농축되므로 주의해야 한 다.

㈐ 유기수은제

살균제로 벼 도열병의 특효약으로 많이 사용된다. 유기수은계 농약의 대표적인 것으로는 PMI와 PMA가 있는데 이 농약은 토양 잔류성이 강하여 반감기가 5∼15년 정도이다. 우리나 라에서는 1970년 말에 제조·사용이 금지되었다.

   

다. 독성영향

(1) 수은

상온에서는 은백색의 액체상태로 존재하며 피부와 접촉하면 국소적으로 피부염을 유발한다. 호흡기 및 소화기 경로로 인체에 침입하면 80% 정도가 신장 및 간 등에 축적되어 소뇌의 기능을 마비시킨다. 수은은 우리 몸에 흡수되면 용해되지 않고 거의 그대로 장기나 신경계에 고도로 축적되는 성질을 지니고 있다. 이것이 계속 흡입되서 몸안에 축적되어 총 수은량이 30 ppm이상이 되면 수은 중독현상을 일으키게 된다. 미나마타시의 환자중에는 200 ppm인 사람도 발견되었다고 한다. 수은의 축적에 의한 중독을 일으키게 되면, 만성 신경계의 질환으로 인해, 운동장애, 언어장애, 난청, 심하면 사지가 마비되어 죽음에까지 이르른다. Elemental mercury의 주요 노출경로는 작업환경에서의 흡입을 통해서이다. Elemental mercury에 저농도로 노출되는 또다른 경우는 입속의 치아 아말감으로부터 방출되는 경우이다.

(2) 무기수은 화합물

염화 제2수은 (승홍), 염화 제1수은 (감홍), 질산 제2수은, 질산 제1수은 등이 있다. 그 독성은 오래전부터 알려져 있으며, 급성 중독 또는 만성 중독을 일으킨다. 특히 중요시해야 할 것은 무기 수은이 자연계에 생물학적으로 유기수은화된다는 사실이 실험적으로 확인된 점이다. 무기수은 화합물과 알킬 수은화합물에 의한 중독증상은 서로 유사하다. 뇨와 함께 배출되기 쉬으므로 중증의 증상은 적으며, 만성적인 증상이 나타난다. 이에 반해 알킬 수은화합물은 신경계를 침범, 손발이 떨리고 언어장애, 시력 감퇴 등의 중독증상이 나타난다.

(3) 메틸수은

일반적으로는 염화메틸수은을 가리키며, 강한 신경독성을 나타내고 미나마타병의 원인물질로서도 유명하다. 알데히드 제조공정에서 촉매로 사용된 무기수은의 일부가 메틸수은으로 변화하고, 이것이 공장배수로 방출되어 어패류에 고농도로 축적되는데 이 어패류를 오랜 기간 잡아먹은 사람들에게 불가역성의 중추신경계장애, 이른바 미나마타병을 일으킨다. 메틸수은을 고농도로 섭취한 산모에게서 태어난 아기는 지능발달 지연, 보행장애, 시력감퇴, 대뇌마비 등을 나타낸다. 메틸수은에의 노출은 주로 물고기를 섭취함으로써 발생한다. 예전에는 살균제를 처리한 곡물과 그러한 곡물을 섭취한 동물의 고기를 통해서 메틸수은이 노출되었다. 그러나 수은을 포함한 살균제는 현재 미국에서 금지되어 이러한 경로로 노출되는 경우는 무시할 정도이다.

(4) 급성영향

인간이 Elemental mercury에 고농도로 단기간 흡입 노출되면 환각, 정신착란, 자살 등과 같은 중추신경계 영향을 일으킨다. 가슴 통증, 호흡곤란, 기침, 폐기능 장애, 간질성 폐렴 등과 같은 소화기와 호흡기의 영향은 Elemental mercury에 흡입 노출되었을 때 발생하는 것으로 알려져 있다.

무기수은 화합물에 단기간으로 경구 노출되었을 경우의 증상에는 금속성 맛, 메스꺼움, 구토, 심한 복부 통증 등이 있다. 대부분의 무기수은 화합물에 대한 치명적인 단기간 섭취량은 성인의 경우 1∼4 g, 70 ㎏인 사람의 경우 14∼57 ㎎/㎏이다. 메틸수은에 고농도로 단기간 노출되면 귀먹음, 지각수준 장애, 사망 등과 같은 중추신경계 영향을 일으킨다. 메틸수은의 치명적인 최소 섭취량은 70 ㎏인 사람의 경우 20∼60 ㎎/㎏인 것으로 추정된다.

(5) 만성중독 (비발암성)

인간이 Elemental mercury와 메틸수은에 장기간 노출되면 중추신경계에 영향을 준다. 신경과민, 흥분, 부끄러움 증가, 떨림 등과 같은 영향들은 Elemental mercury에 의한 것이고, 감각이상, 시력감퇴, 불쾌감, 언어소통 장애, 시야감소 등은 메틸수은에 의한 것이다. 장기간 노출과 무기 수은은 신장에 영향을 미친다.

중추신경계는 Elemental mercury의 독성이 인간에게 미치는 주요한 목표 기관이다. 그허한 영향에는 신경과민, 흥분, 과도한 부끄러움, 불면증, 유연증, 치은염, 떨림 등이 있다. Elemental mercury에 장기간 노출되면 단백뇨 등 인간의 신장에 영향을 준다. Acrodynia는 Elemental mercury나 무기수은 화합물에 노출된 어린이들에게서 발견되는 희귀한 신드롬이다. 이것은 심한 다리 경련, 흥분, 감각이상, 손·발·코 등의 피부가 벗겨지는 등의 증상이 있다.

무기수은에 장기간 노출되는 경우의 주요 영향은 신장 장애이다. 메틸수은에 장기간 노출되는 경우의 주요 영향은 중추신경계의 피해이다. 초기 증상은 마비, 시력감퇴, 불쾌감 등이다. 상당량이 섭취된 경우에는 귀먹음, 언어장애, 시야감소 등이 발생한다.

(6) 생식과 발생에 미치는 영향

Elemental mercury이 인간의 생식과 발생에 미치는 영향에 관한 연구는 혼합된 결과를 보여준다. 하나는 수은 노출과 자연유산과는 관련이 없다고 보는 반면, 다른 하나는 자연유산의 비율이 증가한다고 본다. 다른 연구에서는 출생시의 결함이 있는 빈도가 더 높다는 것을 보여준다. 무기수은이 인간의 생식과 발달에 미치는 영향에 대해서는 아무 정보가 없고, 동물 연구에서는 고환세포의 변경, 재흡수율의 증가, 비정상적인 발달 등의 영향이 보고되었다. 메틸수은의 경구노출은 발달에 상당한 영향을 주는 것으로 관찰되었다. 메틸수은을 고농도로 섭취한 산모에게서 태어난 아기는 지능발달 지연, 보행실조, 귀먹음, 시야감소, 시각장애, 대뇌마비 등 중추신경계 장애를 보인다. 저농도의 메틸수은에서도 발달 지연과 비정상적인 반사작용을 보이는 것으로 알려졌다.

(7) 발암성

Elemental mercury과 인간의 암과 관련된 몇 가지 연구가 수행되고 있으나 이러한 연구는 근거가 확실한 노출 데이터 등의 부족으로 결론을 내리지 못하고 있다. 무기수은 화합물이 인간의 발암성에 미치는 잠재적인 영향을 명확히 밝히려는 세 개의 연구가 있다. 염화수은 (HgCl(Ⅱ))의 쥐에 대한 장기적인 연구에서는 위상부의 발병율 및 갑상선 종양의 증가, 신장부의 종양 증가 등이 보고되었다. 메틸수은이 인간의 발암성에 미치는 영향에 대해서는 아무런 연구도 없고 쥐의 신장부 종양에 관한 동물 보고서만이 하나 있다. EPA는 무기수은과 메틸수은을 인간 발암성이 가능한 Group C로 분류하였고, elemental mercury는 인간 발암성으로 분류되지 않은 Group D로 분류하였다.

표 3.10.1 세계 여러 기구에서 제시하는 폭로 허용 기준

   

NIOSH IDLH (mercury vapor)	28 ㎎/㎥
NIOSH IDLH (organo (alkyl) mercury compounds)	10 ㎎/㎥
OSHA PEL (mercury vapor), ACGIH TLV (all forms except alkyl vapor)	0.1 ㎎/㎥
OSHA PEL, ACGIH TLV, NIOSH TLV (mercury vapor)	0.05 ㎎/㎥
OSHA, ACGIH(STEL) (alkyl compounds)	0.03 ㎎/㎥
ACGIH TLV, NIOSH TLV (alkyl compounds)	0.01 ㎎/㎥
Reference Dose (RfD) (for methyl mercury)	0.0003 ㎎/㎏/d
Reference Concentration (RfC) (for elemental mercury)	0.0003 ㎎/㎥

   

라. 자연계 분포

수은은 지구상의 거의 모든 곳에 존재하며, 주로 광물중에 가장 많이 함유되어 있고, 해수, 토양, 대기중 및 생물체에도 고루 존재하고 있다. 전지구적으로 볼 때 수은의 지하 매장량은 대략 20만톤으로 알려져 있으며, 이들 중 과반수가 스페인 지역에 매장되어있다. 수은의 지구상에서의 존재도를 보면 조암광물에 0.1∼7 ppm, 화성암에 대략 64∼80 ppb, 퇴적암에 30∼500 ppb, 토양중에 약 150 ng/g, 해수중에 평균 3 ng/l, 일본에서의 우수중에는 평균 340 ng/l, 대기중에는 지역 및 계절적 차이가 있으나 서울 도심지역의 '88년도 년평균치가 14.7 ng/㎥이다. 화석연료인 석탄 및 석유류에는 대략 0.7∼33 ppm(평균 3.3ppm)의 수은이 존재한다. 석탄류의 연소시에는 전체 배출수은의 98%가 가스상으로 배출된다고 보고되고 있다.

   

마. 규제법규 및 각종 기준

(1) 한국 : 모든 배출시설 5 ㎎/S㎥

(2) 미국 : 도시폐기물 소각시설 (기존 및 신규시설) 80 ㎍/S㎥ (7%O₂)

(3) 독일 : 폐기물 소각시설 0.05 ㎎/N㎥

대기공학과 환경연구사 석광설(공학석사)

   

   

원본 위치 <http://home.sunchon.ac.kr/~bioenvlab/data2/ham3/3-10.htm>