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문제 정의
- 주변 농경지는 주로 논으로 구성되며(83%) 사과와 감을 주로 재배하는 과수원(9%)과 고추, 고구마, 참깨가 주 작물인 밭(8%)이 있다. 이 연구에서는 팔봉광산의 폐광 광미 유출수가 주변 농경지에 어떤 영향을 미치는 가를 파악하기 위해 주변 지역 토지 현황, 주변 지질 및 지질구조, 생태계 현황 등을 파악하였으며, 이를 기초로 하여, 토양을 중심으로 한 광미·광재, 하천 퇴적물 등의 오염실태와 침출수 유출문제 지하수 및 간이상수도 오염문제, 농작물을 포함하는 변 식물의 중금속 축적 정도 등을 연구 조사하여 그 오열 특성을 밝히고자 하였다. 이 연구를 통해 밝혀진팔봉광산의 오염 확산의 룩성들은 광산 주변의 오염 방지 대책을 수립하는 데 일조할 것으로 기대된다.
가설 설정
- 카드뮴보다는 심하지는 않지만 팔봉 광산 주변 하천에서의 구리의 농도도 광미 자체에서보다 조금 높아져 있다. 광산수가 카드뮴을 이동시키기에 적합한 pH였다면 이러한 pH가 구리의 이동에도 영향을 미쳤을 것이다. 구리는 산화 상태에서는 2가 이온 상태로만 이동한다(Singh et al.
제안 방법
- PA.(diphenylamine) 용액을 10여 방울 가하고 0.2N 유산제1철 암모니아 용액으로 적정한 것을 10m/의 0.4N 크롬산 용액 가한 공시액으로 똑같은 시험을 하여 나온 값으로 비교 계산하는 방법을 이용하였다. 이때 토양의 수분 함량은 2.
- 침출수는 폐광석 퇴적장과 폐기물 야적장에서는 유출수로가 없으므로 갱내침출수 유출만 고려하여 1개소에서 채취하였으며, 갱내 유출수는 2개소에서 지하수는 하천 하류에 있는 주거지에서 주민들이 음용로 사용하고 있는 우물 4개소에서 채취하였고, 주변 저수지와 하천에서도 각각 1 개소에서 채취하여 분석하였다. 식물시료의 채취는 자생식물과 농작물을 나누어 채취하였다. 자생식물 채취는 폐광 지역의 폐광석 퇴적장에서 실시하여야 하나, 퇴적장 내에는 자생식물이 자생하지 않아 부득이 침수로 및 하천 유역에서 자생하는 갈대 1점을 채취하여 분석하였으며, 대조군으로는 정읍천 상류의 비오염 지대에서 자생하는 갈대를 취하였다.
- 연구 지역에서 중금속의 확산에 지표수, 지하수 및 바람이 어떤 영향을 미쳤는지 알아보기 위해 광산 가동 장소 부근의 광미 더미를 시작점으로 한 하천 주변 및 광미 방향 토양의 표토 및 심토층 중금속 농도 측정을 행하였다. 하천 주변 토양 중 표토 및 심토층에서는 광미더미로부터 100 m~200 이에 구간에서 측정된 중금속 농도가 다른 광미 더미에서 그 보다 떨어진 다른 지역과는 현격하게 높은 농도를 보였다(Fig.
- 오염토양, 일반 토양, 광미·광재, 모암 및 하천 퇴석 물의 pH는 토양오염공정시험법에 따라 분석용 시료 5 g을 50 mZ 비이커에 담아 증류수 25 m2를 가하고 유리 봉으로 저어주면서 1시간 방치후 pH Meter(Orion 720A)로 측정하였으며, 갱내 유출수 및 하천수는 직접 pH Meter로 측정하였다. 오염토양, 일반토양, 광미·광재 및 하천 퇴적물의 Cu, Pb, Cd 함량은 토양공정시험법에 따라 조제한 분석용 시료 10 염산용액 (0.
- Meter로 측정하였다. 오염토양, 일반토양, 광미·광재 및 하천 퇴적물의 Cu, Pb, Cd 함량은 토양공정시험법에 따라 조제한 분석용 시료 10 염산용액 (0.1N) 50 m/와 혼합한 후 수평진탕기에서 30℃를 유지하면서 1시간 진탕한 다음 5B 거름종이로 여과한 것을 원자흡광광도계an SpectrAA 400)를 이용하여 측정하였다(수질오염 공정시험방법 해석, 1996). As 는 1N 염산으로 추출한 후 최종 원자흡광광도계를 이용한 측정에서 환원기화법을 사용하였다.
- 9W/V%) 소량을 넣어 끓여서 6가 Cr을 3가 Cr 으로 환원시킨 다음 액온을 15로 냉각하고, 디페닐카바지드용액 (1W/V%) 넣어 물을 50 m/ 표선까지 채운 후 잘 섞고 5부간 방치한 것을 사용하였다. 이 바탕 시험액을 대초액으로 하여 훕광광도계(Hitachi U-2000)에서 540nni에서의 검액의 흡광도를 즉정하고미리 작성한 검량선으로부터 6가 Cr의 양을 구하고 함량(m g)을 산출하였다. 수은은 조제된 분석용 시료20~30 mg을 취하여 전처리과정을 거치지 않은 시료를 수은분석기를 이용하여 분석하였다.
- 4N 크롬산 용액 가한 공시액으로 똑같은 시험을 하여 나온 값으로 비교 계산하는 방법을 이용하였다. 이때 토양의 수분 함량은 2.0 mm 메쉬의 체를 통과한 20 g의 토양을 90℃ 온도의 토양 건조기에서 24 시간 건초 시킨 후 토양의 무게를 측정하여 건조하기 전의 토양의 무게와 비교하는 방법을 이용하였다. 계산에 이용된 식은 다음과 같다(토양화학분석법, 1988).
- 농도 분포는 퇴적입자 크기와도 상관관계를 갖는 것으로 보인다. 이를 살펴보기 위해 토양의 입도와 중금속 농도와의 상관관계를 분석해 보았다(Table 2). 이 경우 시료의 개수는 94개 이며, 유의 수준은 5%로 설정하였다.
- 1과 같다. 일반 및 오염 토양시료의 채취는 채취 지점별로 상부 토양층(0~L0cm)과 하부 토양층(20~30cm)에서 각 지점을 대표할 수 있도록 여러 곳을 지그재그형으로 토양채취기를 이용하여 전 해당 깊이에 걸쳐 채취하여 잘 혼합한 후 약 2kg을 얻었으며, 이를 실험실에서 분쇄 혼합하여 통풍이 잘 되고 직사광선을 받지 않는 실내에서 자연 건조 후 2 mm 표준체(8 mesh)로 돌이나 식물 뿌리를 제거한 건조 토양으로 만들어 사분법으로 나눠 약 2그램을 분석용 시료로 취하였다. 광재는 남아 있는 양이 거의 없어서 채취할 수 없었으며, 광미적치장에서 3개의 광미 시료 틀 각각 표층 및 1m 깊이에서 채취하였다.
- 식물시료의 채취는 자생식물과 농작물을 나누어 채취하였다. 자생식물 채취는 폐광 지역의 폐광석 퇴적장에서 실시하여야 하나, 퇴적장 내에는 자생식물이 자생하지 않아 부득이 침수로 및 하천 유역에서 자생하는 갈대 1점을 채취하여 분석하였으며, 대조군으로는 정읍천 상류의 비오염 지대에서 자생하는 갈대를 취하였다.
- 채취한 토양 시료는 대기 중에 자연 건조 시킨 후 토양은 모래, 실트, 점토를 삼각점으로 하는 입도 분석을 하여 토성에 따른 토양분류를 하몄다. 입도 분석은 토양의 물리화학적 분석에 필요한 2.
대상 데이터
- 일반 및 오염 토양시료의 채취는 채취 지점별로 상부 토양층(0~L0cm)과 하부 토양층(20~30cm)에서 각 지점을 대표할 수 있도록 여러 곳을 지그재그형으로 토양채취기를 이용하여 전 해당 깊이에 걸쳐 채취하여 잘 혼합한 후 약 2kg을 얻었으며, 이를 실험실에서 분쇄 혼합하여 통풍이 잘 되고 직사광선을 받지 않는 실내에서 자연 건조 후 2 mm 표준체(8 mesh)로 돌이나 식물 뿌리를 제거한 건조 토양으로 만들어 사분법으로 나눠 약 2그램을 분석용 시료로 취하였다. 광재는 남아 있는 양이 거의 없어서 채취할 수 없었으며, 광미적치장에서 3개의 광미 시료 틀 각각 표층 및 1m 깊이에서 채취하였다. 암석은 광상을 형성하는 모암 1개소를 대상으로 채취하였으며, 하천 퇴적물은 광산으로부터 일정한 간격으로 3개소를 선정하여 시료 채취를 하였다.
- 광재는 남아 있는 양이 거의 없어서 채취할 수 없었으며, 광미적치장에서 3개의 광미 시료 틀 각각 표층 및 1m 깊이에서 채취하였다. 암석은 광상을 형성하는 모암 1개소를 대상으로 채취하였으며, 하천 퇴적물은 광산으로부터 일정한 간격으로 3개소를 선정하여 시료 채취를 하였다. 침출수는 폐광석 퇴적장과 폐기물 야적장에서는 유출수로가 없으므로 갱내침출수 유출만 고려하여 1개소에서 채취하였으며, 갱내 유출수는 2개소에서 지하수는 하천 하류에 있는 주거지에서 주민들이 음용로 사용하고 있는 우물 4개소에서 채취하였고, 주변 저수지와 하천에서도 각각 1 개소에서 채취하여 분석하였다.
- 연구 대상지역인 팔봉광산은 전라북도 정읍시 덕천면 하학리에 위치한다. 이 지역에 분포하는 암상은 대 보 화강암류에 속하는 편상 화강암으로라기에 관입 한 것으로만 알려져 있으며, 정확한 관입시기는 미상 이다(이병주 등, 1997).
- 오염 토양 시료는 갱내 유출수 및 광산 광미·광재의 오염 우려가 높은 하천 주변 지역과 농경지를 대상으로 하천 주변 300미터 내의 하상 퇴적물을 포함한 토양 시료를 94개 지점에서 4000 m에 걸쳐 수집하였으며, 광미 확산방향으로 반경 500 m 내 5지점, 500- 1000m 내 10지점, 1000~2000m에 걸쳐 10개 지점을 택하여 일반토양과 비교 분석하였다. 시료의 채취 위치는 Fig.
- 이는 이들 중금속의 분산 특성이 주변 환경의 오염에 가장 큰 영향을 미치기 때문일 것이다. 이 논문도 이러한 특성에 착안하여 전라북도 정읍에 위치하며 현재는 폐광된 팔몽광산을 대상으로 연구를 하였다. 팔봉광산은 금과 은을 생산한 금속 광산으로 1981 년에 가동을 시작하여 1990년에 폐광되었으며, 광산 운영 기간은 휴업 기간을 포함한 약 10년간이었다.
- 암석은 광상을 형성하는 모암 1개소를 대상으로 채취하였으며, 하천 퇴적물은 광산으로부터 일정한 간격으로 3개소를 선정하여 시료 채취를 하였다. 침출수는 폐광석 퇴적장과 폐기물 야적장에서는 유출수로가 없으므로 갱내침출수 유출만 고려하여 1개소에서 채취하였으며, 갱내 유출수는 2개소에서 지하수는 하천 하류에 있는 주거지에서 주민들이 음용로 사용하고 있는 우물 4개소에서 채취하였고, 주변 저수지와 하천에서도 각각 1 개소에서 채취하여 분석하였다. 식물시료의 채취는 자생식물과 농작물을 나누어 채취하였다.
데이터처리
- 이 바탕 시험액을 대초액으로 하여 훕광광도계(Hitachi U-2000)에서 540nni에서의 검액의 흡광도를 즉정하고미리 작성한 검량선으로부터 6가 Cr의 양을 구하고 함량(m g)을 산출하였다. 수은은 조제된 분석용 시료20~30 mg을 취하여 전처리과정을 거치지 않은 시료를 수은분석기를 이용하여 분석하였다.
이론/모형
- 1N) 50 m/와 혼합한 후 수평진탕기에서 30℃를 유지하면서 1시간 진탕한 다음 5B 거름종이로 여과한 것을 원자흡광광도계an SpectrAA 400)를 이용하여 측정하였다(수질오염 공정시험방법 해석, 1996). As 는 1N 염산으로 추출한 후 최종 원자흡광광도계를 이용한 측정에서 환원기화법을 사용하였다. Cr+6은 위의 방법으로 여과한 시료에 20~50 mZ의 질산을 가하고 석면 상에서 서서히 가열하는 작업을 아질산염이 발생되지 않을 때까지 반복한 후 냉각시키고 다시 30% 과산화수소 10를 넣고 30-6O& 가열하여 냉각시킨 다음, 냉각된 시료에 증류수 100를 가하여 분해액을 여과하고 건조기에서 완전 증발 건초시킨 후, 여기에 다시 황산 2 m/를 넣고 가온하여 독인 다음 증류수를 가하여 250 W로 만든 후 적당량을 50 m/ 플라스크에서 황산(1+9) 3 m2와 잘 섞고 액온을 151로 냉각한 후, 디페닐카바지드용액(1W/V%) 1를 넣어 물을 50 m2 표선까지 채운 다옴 5분간 방치한 용액의 일부를 층장 10 mm 홉수셀에 옮겨 검액으로 하였다.
- 하여 토성에 따른 토양분류를 하몄다. 입도 분석은 토양의 물리화학적 분석에 필요한 2.0mm 이하의 입자만을 취하여 물리화학적 분석법 중 물에서의 자유낙하 속도를 이용하는 침전법으로 분석하였다(Carver, 1971). 토양의 유기물 함량은 건조 토양 0.
성능/효과
- 연구 지역의 중금속 중에서는 카드뮴, 구리 및 납 등은 모래와 실트에서는 비교적 높은 상관관계를 가지는 반면, 점토 입자와는 상관관계가 높지 않은 것으로 나타났다. 그 반면에 비소와 수은은 모래와 실트에서는 상관관계가 낮은 반면 점토 입자와는 상관관계가 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 각 중금속 원소들의 홉착 특성하고 무관하지는 않을 것으로 보인다.
- 005~Q037mg/Z) 상태에도 불구하고 퇴적물에서의 카드뮴의 농도가 135mg/k 달함을 보고한 바 있다. 따라서 연구지역의 카드뮴 농도가 광미 자체의 카드뮴 농도가 낮음(0011~0.038 mg/D에도 불구하고 하천 상류지역 퇴적물에서 높게 나타나는 것(8.048 mgg)은 광산 가동시에 배출된 산성 광산수의 영향에 의한 것으로 추정이 가능하다. 카드뮴보다는 심하지는 않지만 팔봉 광산 주변 하천에서의 구리의 농도도 광미 자체에서보다 조금 높아져 있다.
- 구성된다. 소나무림 내의 주된 목본 식물로는 소나무가 가장 많고 리기다 소나무, 아까시 나무, 산초나무, 떡갈나무, 산딸기, 두릎나무 등이 있으며, 초본식물은 들국화, 억새, 쑥, 짚신나몰, 고사리, 도라지, 참나물 등이 확인되었다.
- 점토와 각각 높았다. 연구 지역에서 측정된 중금속의 거리별 확산 특성은 하천 주변 토양 중 표토 및 심토층에서는 광미 더미로부터 100m ~200m 구간에서 측정된 중금속 농도가 광미 더미에서 그보다 떨어진 다른 지역의 농도보다 높았다. 이는 지표수나 지하수에 의해 이동, 침전에 영향을 받았을 것이다.
- 이 경우 시료의 개수는 94개 이며, 유의 수준은 5%로 설정하였다. 연구 지역의 중금속 중에서는 카드뮴, 구리 및 납 등은 모래와 실트에서는 비교적 높은 상관관계를 가지는 반면, 점토 입자와는 상관관계가 높지 않은 것으로 나타났다. 그 반면에 비소와 수은은 모래와 실트에서는 상관관계가 낮은 반면 점토 입자와는 상관관계가 높은 것으로 나타났다.
- 중금속 오염 톡성은 다음과 같다. 연구 지역의 토양은 일부 토양을 제외한 대부분의 토양이 농지로서 적합한 롬 토양이었으나, 광산 하천 주변 토양 중 일부는 로미 샌드-샌디 톰 토양으로 밝혀졌다. 이러한 토양도 상류 지역에서 하류쪽으로 가면서 샌디 롬을 거쳐 최종적으로 롬으로 바뀌었다.
- 연구 지역의 토양은 일부 토양을 제외한 대부분의 토양이 롬 토양에 속해 농지로서 좋은 조건을 갖추고 있음을 알 수 있다. 상류쪽 하천 주변 토양 중 일부에서는 로미 샌드-샌디 롬 토양이 나타나나, 하류 쪽으로 가면서 점진적으로 롬으로 바뀌는 경향을 보인다.
- 연구지역의 침출수를 포함한 지표수 및 지하수는 현재로서는 중금속에 전혀 오염되지 않은 것으로 조사되었다. 중금속 오염 토양이 식생에 미치는 영향을 살펴보기 위해 측정한 갈대, 고추, 참깨 및 현미 시료 군들은 각각 대조군과의 차이가 미미하여 오염 토양이 식생의 중금속 오염에는 큰 영향을 미치지 않았음을 확인할 수 있다(Table 3).
- 측정한다. 입도 분석을 통해 연구 지역의 토양을 분석한 결과 광미의 영향을 받는 표토중과 심토 충은 모두 모래, 실트 및 점토의 비율이 각각 10-30%, 30~50%, 50-70% 내에 속하는 롬(loam) 토양에 해당되었으나, 하천 주변 토양은 상류 지역에서는 로미샌드 (loamy sand)로부터 하류쪽으로 가면서 샌디 롬 (sandy loam)을 거쳐 최종적으로 돔에 도달하는 경로를 갖고 있음을 보여 주었다(Fig. 2). 이러한 점이 양상은 하천 주변 표토층에 비해 심토층에서 약간 빠르게 진행된다.
- 중금속 농도 분포와 퇴적입자 크기의 상관관계는 카드뮴, 구리 및 납 등은 모래 및 실트와, 비소와 수은은 점토와 각각 높았다. 연구 지역에서 측정된 중금속의 거리별 확산 특성은 하천 주변 토양 중 표토 및 심토층에서는 광미 더미로부터 100m ~200m 구간에서 측정된 중금속 농도가 광미 더미에서 그보다 떨어진 다른 지역의 농도보다 높았다.
- 중금속 오염 토양이 식생에 미치는 영향을 살펴보기 위해 측정한 갈대, 고추, 참깨 및 현미 시료 군들은 각각 대조군과의 차이가 미미하여 오염 토양이 식생의 중금속 오염에는 큰 영향을 미치지 않았음을 확인할 수 있다(Table 3).
- 이러한 토양도 상류 지역에서 하류쪽으로 가면서 샌디 롬을 거쳐 최종적으로 롬으로 바뀌었다. 토양 내의 유기물 함량은 평균 2% 정도로 낮았으며, 토양의 pH는 모든 시료에 걸쳐 약간 산성을 띄는 6.0±0.1이었다. 암석, 일반토양, 광미 및 퇴적시료의 중금속 오염 특성은 다음과 같다.
- 행하였다. 하천 주변 토양 중 표토 및 심토층에서는 광미더미로부터 100 m~200 이에 구간에서 측정된 중금속 농도가 다른 광미 더미에서 그 보다 떨어진 다른 지역과는 현격하게 높은 농도를 보였다(Fig. 3). 특히 카드뮴과 구리, 납 및 수은의 농도가 차이가 많아 수 배에서 십 수 배에 달했으나, 이와 달리 비소의 농도는 약간 더 높은 수치를 보일 뿐 큰 차이를 보이지는 않았다.
- 하천 퇴적물 시료 분석에서는 광미에서 높은 함량을 보여 주었던 납의 농도가 상류 퇴적물 시료에서도 9.85로 높게 측정되며, 하류로 갈수록 점차 낮아져 점오염원으로부터 멀어질수록 농도가 낮아지는 정상적인 경향을 보이는 반면, 카드뮴과 구리의 농도는 광미 더미 시료에서는 그 농도가 높지 않았다가 하천 상류 시료에서 오히려 8.05, 654 ppm으로 높아진다. 특히 카드뮴 시료는 그 농도차가 심함을 알 수 있다.
- 이러한 중금속 유동과 관련된 지표수 및 지하수 조건은 광산이 가동되었을 당시에 형성된 것으로 추정된다. 현재는 연구지역의 지표수나 지하수에서 중금속은 전혀 검출되지 않으며, 오염 토양이 식생의 중금속 오염에 영향을미치지도 않는 것으로 나타났다.
후속연구
- 각 중금속의 농집 구간이 조금씩 차이가 있는 것은 각 원소둘의 이동 특성과 이동'매체인다. 더 정확한 결론을 내리기 위해서는 보다 정밀한 조사가 요구된다. 한편 광미확산 방향 토양 중 심토층에서 보이는 거리별 농도의 불규칙성 또한 부분적인 지하수의 유동상 특성과 연관될 것으로 보이나, 이 부분도 역시 정확한 해석을 위해서는 지하수 유동과 관련된 보다 정밀한 연구가 있어야 할 것으로 판단된다.
- 이 연구에서는 팔봉광산의 폐광 광미 유출수가 주변 농경지에 어떤 영향을 미치는 가를 파악하기 위해 주변 지역 토지 현황, 주변 지질 및 지질구조, 생태계 현황 등을 파악하였으며, 이를 기초로 하여, 토양을 중심으로 한 광미·광재, 하천 퇴적물 등의 오염실태와 침출수 유출문제 지하수 및 간이상수도 오염문제, 농작물을 포함하는 변 식물의 중금속 축적 정도 등을 연구 조사하여 그 오열 특성을 밝히고자 하였다. 이 연구를 통해 밝혀진팔봉광산의 오염 확산의 룩성들은 광산 주변의 오염 방지 대책을 수립하는 데 일조할 것으로 기대된다.
- 더 정확한 결론을 내리기 위해서는 보다 정밀한 조사가 요구된다. 한편 광미확산 방향 토양 중 심토층에서 보이는 거리별 농도의 불규칙성 또한 부분적인 지하수의 유동상 특성과 연관될 것으로 보이나, 이 부분도 역시 정확한 해석을 위해서는 지하수 유동과 관련된 보다 정밀한 연구가 있어야 할 것으로 판단된다.
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