90년대 후반에 자연수계 내에서 의약물질의 검출이 보고된 이후로 환경 중 의약물질에 관한 연구가 급증하고 있다. 의약물질은 수환경 중 검출되는 수준에서도 생태적, 인간건강적 영향을 줄 수 있으므로, 환경 중 의약 물질로 인한 부정적인 영향을 최소화하기 위하여 의약물질의 배출 전후의 여러 단계에서 관리될 필요가 있다. 그러한 관리가 실효를 나타내기 위해서는 의약물질의 배출 비율에 대한 지식이 필수적이다. 본 연구에서는 의약물질의 공급부터 지표수 배출에 이르기까지의 전과정을 포괄하는 새로운 배출량 산정 모형을 개발하였다. 연구의 주요 과정 및 결과는 다음과 같다. 첫째, 인체의약물질의 생애주기를 생산/수입, 유통, 회수/폐기, 처리/배출 등 7단계로 구분하고, 각 단계별 행위 주체들 및 주요 거점 사이에서 인체의약물질의 흐름을 정량적으로 정의하고, 이를 통하여 인체의약물질의 지표수 배출량 산정 모형을 개발하였다. 둘째, 배출량 산정 모형에 사용되는 변수들 각각에 있어서 가능한 범위를 지정하고 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하여, 모형 예측값의 분포에 강하게 영향을 미치는 변수들을 식별하고 그 영향을 정량적으로 평가하였다. 모형 예측값의 분포에 가장 강하게 영향을 미치는 변수로는 하수처리장 제거율, 분뇨처리장 제거율, 체외배설율 등이 식별되었다. 셋째, 10가지 인체의약물질을 선정하여 본 모형을 적용한 지표수 배출량을 산정하고, 각 인체의약물질의 지표수 배출량 분포로부터 예측환경농도를 산정, 기존 문헌에서 보고된 해당 인체의약물질의 측정환경농도와 비교함으로써, 본 연구를 통해 개발된 배출량 산정 모형의 활용 가능성을 확인하였다. 넷째, 환경 배출량 정보로부터 국내 환경에 적합한 예측환경농도를 산정하기 위하여, SimpleBox 모형을 기반으로 Modified SimpleBox 모형을 개발하였다. 마지막으로, 인체의약물질을 속성에 따라 분류하고, 가상의 관리 기준을 초과하는 그룹을 식별, 해당 그룹 내 인체의약물질의 지표수 배출 수준을 통제하기 위한 관리 방안을 모색하였다.
Since the presence of pharmaceuticals in aquatic environments was initially identified in the late 1990''s, studies on pharmaceuticals in the environment have been rapidly increasing. As pharmaceuticals could pose ecological and human health effects at levels found in aquatic environments, management actions may be required in various stages prior to, or following their discharge to minimize adverse health effects. For management actions to be effective, knowledge of emission rates of pharmaceuticals is essential. A new emission estimation model was developed covering the life cycle of pharmaceuticals from supply to discharge into surface water. The major results are as follows. Firstly, the life cycle stages of pharmaceuticals were divided into production/import, supply, take-back/waste, and treatment/discharge. A set of equations was formulated for calculating the amounts of pharmaceuticals in the pathways and stages of the life cycle using the parameters and variables identified to be necessary for the calculation. Secondly, Monte-Carlo calculations were conducted for the uncertainty and sensitivity assessment of the parameters/variables used in the emission model. The removal rate of sewage treatment plant, nightsoil treatment plant, and the excretion rate of pharmaceuticals were identified as the most important factors influencing emission rates. Thirdly, the model assessment by comparing predicted concentrations with measured concentrations in Korean surface waters for ten selected pharmaceuticals supports that the model can potentially be used for the management purpose. Fourthly, modified SimpleBox was developed based on SimpleBox to estimate the predicted environmental concentration in Korean aquatic environment. Finally, selective management actions were suggested for groups of human pharmaceuticals divided by specific properties.
1. 서론 11.1 연구의 배경 11.2 연구의 목적 42. 문헌연구 62.1 환경 중 의약물질의 환경 영향 62.1.1 환경 중 의약물질 노출현황 62.1.2 환경 중 의약물질의 유해성 발현 사례 72.2 의약물질의 환경 중 배출 및 노출 평가 92.2.1 각국의 환경 중 의약물질규제를 위한 노출평가도구 92.2.2 지리정보시스템 기반의 노출평가모형 112.3 의약물질의 생애주기를 통한 환경 배출 122.3.1 의약물질의 생애주기 개념 122.3.2 가정 내 의약품의 환경 배출 경로 143. 연구방법론 153.1 개요 153.2 연구 방법 173.2.1 지표수배출량 산정 모형 173.2.2 예측환경농도 산정 모형 303.2.3 불확실성 및 민감도 분석 323.2.4 모형 적합성 평가 333.2.5 모형의 적용 343.3 연구 범위 363.3.1 대상 영역 363.3.2 대상 물질 374. 인체의약물질 지표수배출량 산정모형 개발 424.1 생애주기 관점의 인체의약물질 배출경로 모사 424.1.1 생애주기 단계별 인체의약물질 이동경로 424.1.2 인체의약물질 지표수배출량 산정 514.2 불확실성 및 민감도 분석 604.2.1 포괄적 분석 604.2.2 체외배설율, 하수 처리장 처리율의 영향 704.2.3 외래환자 투약률, 수거프로그램 참여율의 영향 755. 예측환경농도 산정모형 개발 795.1 SimpleBox 변형을 통한 인체의약물질 노출경로 모사 795.1.1 국내 적용을 위한 SimpleBox 변형 795.1.2 Modified SimpleBox를 통한 예측환경농도 산정식 825.2 불확실성 및 민감도 분석 895.2.1 중요 변수의 식별 및 해석 906. 모형의 평가 및 적용 946.1 모형 적합성 평가 946.1.1 실측환경농도-예측환경농도 비교 946.1.2 모형의 확장 1076.2 배출저감방안의 모색 1126.2.1 수거프로그램의 효용성 분석 1126.2.2 생애주기 각 단계별 인체의약물질 이동 1187. 결론 1237.1 연구 주요결과와 의의 1237.2 연구의 한계 및 제한점 1277.3 향후 연구방향 1298. 참고문헌 131