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문제 정의
- 현재 동명광산 주변은 폐광재 유실방지시설이 설치되어 있지 않아 과거 개발부산물인 폐광재가 그대로 유실되고 있을 뿐 아니라 골짜기를 통하여 흐르는 하천을 따라 주변 농경지로 유입되기도 한다. 따라서 본 연구는 동명광산의 수계를 따라 하천수 및 토양시료을 대상으로 중금속의 오염 정도 및 오염원의 확산 경로를 파악함을 목적으로 하였다. 또한 과거 대구지방환경관리청의 폐금속광산 오염 실태 정밀조사(1997)를 통하여 얻은 자료와 현재 수계 환경에서의 중금속 원소들의 존재 상태를 대비 고찰함으로서 시간에 따른 중금속의 오염 정도 및 분산에 따른 중금속 분배의 변화유형을 파악하여 폐광산에 의한 수계 및 주변 농경지 토양으로 유입되는 중금속 오염의 시공간적 특성을 규명하고 그 뱡재를 위한 대책 수립에 기초자료를 제공하고자 하였다.
- 따라서 본 연구는 동명광산의 수계를 따라 하천수 및 토양시료을 대상으로 중금속의 오염 정도 및 오염원의 확산 경로를 파악함을 목적으로 하였다. 또한 과거 대구지방환경관리청의 폐금속광산 오염 실태 정밀조사(1997)를 통하여 얻은 자료와 현재 수계 환경에서의 중금속 원소들의 존재 상태를 대비 고찰함으로서 시간에 따른 중금속의 오염 정도 및 분산에 따른 중금속 분배의 변화유형을 파악하여 폐광산에 의한 수계 및 주변 농경지 토양으로 유입되는 중금속 오염의 시공간적 특성을 규명하고 그 뱡재를 위한 대책 수립에 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
- 하천수의 양이온중 Al, As. Cd, Cr, Cu, Fe(total), Mn, Pb, Se, Zn를 ICP-MS로 분석하였으며, C1-, F-, N03; N02-, PO43; SO22; NH4+은 이온 크로마토그라피로 분석하였다.
- (1979) 이 제시한 연속 추출법을 사용하였다. ① adsorbed form는 건 조 분쇄된 시료를 IM MgCl2 8ul를 첨가하여 1시간 진탕 후 여액을 측정하였고, ② carbonate forme pH를 5.0으로 조절한 IM NaOAc 8ul 5시간 동안 진탕한 후 여액을, ③ reducible forme 암모니아 수로 6시간 진탕 후 여액을, ④ organic form는 silicate lattice의 간섭을 방지하기 위해 과산화수소와 차아염소산으로 분해 후진 탕 한 여액을 시료로 측정하였다. ⑤ residual form는 염산, 과염소산, 불산으로 분해 후 여액을 시료로 하여 측정하였다.
- 연구지역 서부에 주로 분포하는 조선 누층군은 변성퇴적암류와 중봉산 화강암을 부정합으로 피복하며, 기저의 장산규암층으로부터 상부의 풍촌석 회암까지 발달한다. 각 섬석은 낙천리에서 골지리 사이에 주로 분포하며 풍촌 석회암을 제외한 상기암층의 경계부를 따라 판상 또는 암맥상으로 관입하였다. 연구지역의 지질을 규제하는 대표적인 지질 구조는 중봉산 Dome 구조와 남북 방향의 단층 및 동서 방향의 Thrust 들이다.
- 상온으로 냉각한 뒤 5mZ를 첨가하고 점착필름으로 비이커를 봉하여 rocking machine에서 over night시켰다. 그 다음 0.2% 5rW를 첨가로 적정하여 hydride generator가 설치된 ICP-MS를 이용하여 분석하였다.
- 동명광산 주변의 수계를 따라 채취한 토양의 분석을 통하여 토양 중에 포함된 중금속의 함량에 대하여 토양의 종류별로 분류하여 비교하였다. 토양의 종류로는 농경지 토양, 광미적치장 토양(광미) 및 폐석적치장 토양으로 분류하여 비교하였고, 토양환경보전법(환경부, 1996)의 우려기준과 대책기준을 근거로 오염도를 평가 하였다.
- 동명광산 지역에서 발견한 갱구는 모두 붕괴되어 직접 갱내수를 채취하지 못하였으나 갱 입구 부분에는 갱내로부터 유출된 것으로 보이는 침출수가 고여 있어 이들을 채취하여 침출수로 분석하였다. 이들이 하천으로 유입되는 것을 확인할 수 없었으며 대부분 지하로 스며드는 것으로 생각된다.
- m-2] Nitrocellurose Membrane Filter를 이용하여 부유물질을 제거하였다.수소이온농도(pH), 산화환원 전위(Eh), 온도와 전기전도도는 현장에서 측정하였다. 하천수의 양이온중 Al, As.
- 토양시료는 토양의 윗부분을 걷어내고 30 cm 내의 깊이에서 고루 채취한 시료를 실내에서 자연건조한 후 막자와 유발을 이용해 뭉쳐진 부분을 분리시킨 후 80 mesh 미만으로 체질한 것을 대상으로 분말화하여 분 석하였다.
- 동명광산 주변의 수계를 따라 채취한 토양의 분석을 통하여 토양 중에 포함된 중금속의 함량에 대하여 토양의 종류별로 분류하여 비교하였다. 토양의 종류로는 농경지 토양, 광미적치장 토양(광미) 및 폐석적치장 토양으로 분류하여 비교하였고, 토양환경보전법(환경부, 1996)의 우려기준과 대책기준을 근거로 오염도를 평가 하였다.
- 하천수는 각 시료마다 양이온 분석용, 음이온 분석용을 구분하여 채취하였으며, 양이 온 분석용 시료에는 질산을 가하여 pH를 2 이하로 조정하였으며 모든 시료는 0.45 p.m-2] Nitrocellurose Membrane Filter를 이용하여 부유물질을 제거하였다.수소이온농도(pH), 산화환원 전위(Eh), 온도와 전기전도도는 현장에서 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상이 되는 동명금은 광산은 1982년부터 1996년까지 14년간 금, 은, 동, 연, 아연 등을 대상으로 채광 및 휴광을 반복하였으나 현재는 광업권이 소멸되어 폐광상태이다(김연기, 1997).
- 토양 중에 존재하는 중금속의 존재 형태를 조사하기 위하여 Tessier(1979)의 방법에 의해 fractionation 시험을 수행하였다. 시료는 동명광산 주변의 광미, 폐석 및 농경지 토양을 사용하였으며 연속 추출법에 의한 동명광산 지역의 광미, 폐석 및 농경지 토양에 존재하는 Cd, Cu, Zn, Pb의 존재 형태는 Fig. 6에 나타내었다.
- 연구지역은 태백산광화대북부지역으로서 지질은 선캠브리 아 대 변성퇴적 암류와 중봉산 화강암, 캠브리아기의 조선 누층군, 시대미상의 각 섬석으로 구성되어 있다. 변성퇴적 암류는 연구지역 남부에 분포하며, 사질암과 니질암이 호층으로 구성되나 사질암이 우세하다 (황정 과 박희인, 1996).
- 연구지역의 수계는 광산상부 골짜기를 따라 흐르는 하천의 폭은 약 25 m, 유량은 약 500 m2/hS 오염 영향권내 유로의 연장은 약 1,500m에 이르고 있다. (Fig.
- 여기에 5M 2ml를 넣어 용탈시킨 후 탈이 온수 8ml를 가해 총 10 m2로 정량화시켰다. 이용액으로는 Cr,Cd, Pb, Cu, CN, Mn, Zn을 ICRAES로 분석하였다.
- 토양 및 하천수 시료는 동명광산 주변의 하천을 따라 10개 지점에서 일정한 간격(약 100~200m)을 두고, 건기(1999년 4월)와 우기(1999년 8월)로 나누어 채취하였으며 광상하류지역 2개 지점에서 지하수를 채취하였다.
이론/모형
- 토양 중에 존재하는 중금속의 존재 형태를 조사하기 위하여 Tessier(1979)의 방법에 의해 fractionation 시험을 수행하였다. 시료는 동명광산 주변의 광미, 폐석 및 농경지 토양을 사용하였으며 연속 추출법에 의한 동명광산 지역의 광미, 폐석 및 농경지 토양에 존재하는 Cd, Cu, Zn, Pb의 존재 형태는 Fig.
- 토양시료 중에 함유된 원소들의 존재 형태를 고찰하기 위해 Tessier et al. (1979) 이 제시한 연속 추출법을 사용하였다. ① adsorbed form는 건 조 분쇄된 시료를 IM MgCl2 8ul를 첨가하여 1시간 진탕 후 여액을 측정하였고, ② carbonate forme pH를 5.
성능/효과
- 원소 함량 분포는 각원소의 지구 화학적 특징에 따라 다양한 분포 양상을 보이나 전반적으로 광상지대에서 증가하는 경향을 보인다. 각원소별 함량 변화는 광산상부 비오염 하천수에 비해 갱구로부터 발생되는 침출수와 합류하는 지점의 하천수는 As가 3.18μg/L에서 31.12 ug/L으로, Cd이 측정한 계값 이하에서 0.33 eg/L 으로, Mn이 8.611uL에서 13.2 μg/L으로, Cu가 0.29皿에서 1L05μ以L으로, Pb가 0.21 μg/L에서 6.50 μ以L으로, Zi으 5.0 μg/L에서 55.67]ug/L으로 대략 5~L0 배 정도의 높은 함량을 보여주는 것으로 보아 폐갱구의 침 출수가 수질오염원으로 작용하고 있음을 보여준다. 그러나 Cu와 Pb의 경우 농경지가 시작되는 지점에서 높은 함량(11.
- 각원소의 존재 형태를 보면 Cd이 광미에서 풍화나 산성우 또는 산도가 높은 광산배출수 등의 영향을 받아 주변 토양이나 하천, 지하수 등으로 이동할 수 있는 존재 형태는 adsorbed, carbonate, reducible, organic fraction으로 생각되며 이들은 총농도의 31.6%를 나타내며, 폐석토양의 경우 물리화학적인 영향에 의해 토양이나 하천, 지하수 등으로 이동할 수 있는 존재 형태는 adsorbed, reducible faction로써 총농도의 39.1% 이동성이 비교적 높은 것으로 나타났다.
- 동명광산을 경유하는 수계에서 pH의 변화는 5.92~7.09의 범위를 보여 약산성 내지는 증성의 환경을 보이며 특히 동명광산 광미적치장 주변에서는 5.92로 보다 산성환경이 형성되어 있음을 보이며, 우기보다 건기에 좀 더 약산성을 보여준다(Fig 2).
- 동명광산을 경유하는 수계에서 pH의 변화는 5.92~7.09의 범위를 보여 약산성 내지는 증성의 환경을 보이며 특히 동명광산 광미적치장 주변에서는 5.92로 보다 산성환경이 형성되어 있음을 보인다. 하천수중 중금속 원소 함량 분포는 각원소의 지구 화학적 특징에 따라 다양한 분포 양상을 보이나 전반적으로 광상지대에서 증가하는 경향을 보인다.
- 따라서 동명광산 지역의 광미, 폐석토양, 농경지 토양 을 분석한 결과 농경지 토양에는 중금속의 총농도가 광미나 폐석적 치장의 토양보다 훨씬 낮았을 뿐 아니라 총중금속 농도중 adsorbed, carbonate, reducible fractions들이 차지하는 비율이 낮기 때문에 이들이 농장물이나 수계에 큰 영향을 미치지 못할 것으로 생각된다.
- 따라서 본 수계의 하천수에 용존된 중금속의 거리별 분산 특성을 지배하는 요소는 하천수의 화학적 환경 변 화이며, 결과적으로 폐석이나 광미로부터 용탈되어 하천수에 유입된 중금속이 온들은 그 이동성이 크게 제한될 것이며 대부분 수 km 이내에서 하천수로부터 제거될 것이다. 또한 수계 하부에 위치하는 마을의 우물에서 채취한 지하수의 중금속 함량이 모두 음용수 기준치 이하를 보여 오염원의 영향을 전혀 받지 않고 있음을 고려할 때 하천수에 의한 중금속 원소의 이동은 매우 제한적임을 알 수 있다.
- 따라서 본 수계의 하천수에 용존된 중금속의 거리별 분산 특성을 지배하는 요소는 하천수의 화학적 환경 변 화이며, 결과적으로 폐석이나 광미로부터 용탈되어 하천수에 유입된 중금속이 온들은 그 이동성이 크게 제한될 것이며 대부분 수 km 이내에서 하천수로부터 제거될 것이다. 또한 수계 하부에 위치하는 마을의 우물에서 채취한 지하수의 중금속 함량이 모두 음용수 기준치 이하를 보여 오염원의 영향을 전혀 받지 않고 있음을 고려할 때 하천수에 의한 중금속 원소의 이동은 매우 제한적임을 알 수 있다.
- 각원소별 분산 특성을 살펴보면 일반적으로 광산지대로부터 유입된 원소들의 거리별 함량 감소는 각 원소 의 지구화학적 특성에 따라 주변 지류의 혼입에 의한 희석작용에 의해 지배되거나 화학적인 환경변화에 의해 지배되는 것으로 대별될 수 있다 (김옥배와 나춘기, 1987).본 수계는 갱구로부터의 갱내수와 침출수를 제외하고는 주변 지류의 유입이 거의 없는 단일 수계를 이루고 있으므로 침출수 및 갱내수의 유입에 의한 원소들의 함량 증가로 판단되며 이는 측정된 원소 함량의 대부분이 광미적치장을 복류한 하천이나 갱구의 침출수와 합류하는 지점에서만 높은 함량을 보이며 거리에 따라 급격히 함량이 감소하는 경향을 보이는 것으로 확인할 수 있다.
- 동명광산 주변 토양 중 각원소별 함량은 Table 5에 나타내었다. 이 결과를 요약해보면 동명광산 지역 토양은 As와 Pb에 의해 가장 많이 오염되었고, 그 다음 Zn에 의한 오염이 높은 편이었다. 이는 동명금-은광산 의 맥석광물로 산출되는 방연석, 유비철석 및 섬아연석으로부터 유래된 원소로 판단된다.
- 이와 같이 토양에 선택성이 높아 서 비교적 강하게 결합되는 Cu와 Pb의 분획물은 총농도 중 organic 및 residual ftaction이 차지하는 비율이 높았고, adsorbed, carbonate, reducible ft'actions들이 차지하는 비율이 상대적으로 낮았다. 한편 토양입자에 의한 선택성이 낮아 약하게 결합되는 Cd, Zne 총 중금속 농도중adsorbed, carbonate, reducible fractions들이 차지하는 비율이 Cu, Pb 보다 높았으며, 이들 금속들도 역시 organic, residual 형태가 주를 이루고 있었다.
- 이와 같이 토양에 선택성이 높아 서 비교적 강하게 결합되는 Cu와 Pb의 분획물은 총농도 중 organic 및 residual ftaction이 차지하는 비율이 높았고, adsorbed, carbonate, reducible ft'actions들이 차지하는 비율이 상대적으로 낮았다. 한편 토양입자에 의한 선택성이 낮아 약하게 결합되는 Cd, Zne 총 중금속 농도중adsorbed, carbonate, reducible fractions들이 차지하는 비율이 Cu, Pb 보다 높았으며, 이들 금속들도 역시 organic, residual 형태가 주를 이루고 있었다.
후속연구
- 그러나 광미나 폐석적치장 토양게는 중금속의 총농도가 매우 높았을 뿐 아니라 adsorbed, carbonate, reducible fractions들이 차지하는 비율이 농경지보다 상대적으로 높았기 때문에 이들이 유실되거나 또는 산성우, 산성인 광산폐수의 유입 등으로 인해 화학적 환경변화가 발생할 경우 중금속 오염의 확산이 우려되므로 이에 대한 오염방지 대책이 필요하다고 생각된다.
- 그러나 광미나 폐석적치장 토양에서도 중금속의 총농도가 매우 높았을 뿐 아니라 adsorbed, carbonate, reducible fractions들이 차지하는 비율이 농경지보다 상대적으로 높기 때문에 이들이 유실되거나 또는 산성우, 산성인 광산폐수의 유입 등으로 인해 화학적 환경변화가 발생할 경우 중금속 오염의 확산이 우려되므로 이에 대한 오염방지 대책이 필요하다고 생각된다.
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