전주시 도로변 퇴적물의 중금속 오염을 평가하고 특성을 알기 위해 2002년 여름과 겨울 두 차례에 걸쳐 67곳에서 134개의 시료를 채취했다. 이들 시료를 Thompson and Wood (1982)와 Tessier et al. (1979)의 방법으로 화학처리한 후 Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Mn등의 원소를 분석했다. 전주 도로변 퇴적물에 함유된 Zn, Cu, Pb, Cd의 함량은 서울의 도로변 토양, 먼지, 하수 슬러지에 함유된 것 보다 낮지만 세계 여러 나라에서 제시하는 토양 중 환경기준값을 초과했으며 자연 토양 중의 함량 보다 2-7배 초과한 값이다 산업지역, 상업지역, 주거지역으로 구분해 분석한 결과 전반적으로 산업지역에서의 중금속 함량이 약간 높고(특히 Cr, Ni, Pb, Zn)오염지수도 높다. 상업지역과 주거지역간의 중금속 오염 정도는 비슷하며 산업지역이 아니라도 특정 금속 가공업체나 자동차 정비 관련 업체가 위치해 있는 곳은 오염이 심하다. 연속추출 결과 중금속 원소의 존재 형태는 Pb, Zn, Mn등은 주로 탄산염 광물과 수반되거나 Fe-Mn산화물과 수반된 형태로 존재하고, Cu는 유기물과 함께 존재하는 비율이 높다. 그러나 전체적으로 규산염광물과 수반된 형태로 존재하는 비율이 50% 이상을 차지한다. 따라서 서울 지역에 비해 인위적 오염의 정도가 낮은 편이지만, Cd, Co, Ni, Pb, Zn, Mn등의 원소가 탄산염 형태로 존재하는 비율이 높기 때문에 오염원으로서의 가능성이 높다.
전주시 도로변 퇴적물의 중금속 오염을 평가하고 특성을 알기 위해 2002년 여름과 겨울 두 차례에 걸쳐 67곳에서 134개의 시료를 채취했다. 이들 시료를 Thompson and Wood (1982)와 Tessier et al. (1979)의 방법으로 화학처리한 후 Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Mn등의 원소를 분석했다. 전주 도로변 퇴적물에 함유된 Zn, Cu, Pb, Cd의 함량은 서울의 도로변 토양, 먼지, 하수 슬러지에 함유된 것 보다 낮지만 세계 여러 나라에서 제시하는 토양 중 환경기준값을 초과했으며 자연 토양 중의 함량 보다 2-7배 초과한 값이다 산업지역, 상업지역, 주거지역으로 구분해 분석한 결과 전반적으로 산업지역에서의 중금속 함량이 약간 높고(특히 Cr, Ni, Pb, Zn)오염지수도 높다. 상업지역과 주거지역간의 중금속 오염 정도는 비슷하며 산업지역이 아니라도 특정 금속 가공업체나 자동차 정비 관련 업체가 위치해 있는 곳은 오염이 심하다. 연속추출 결과 중금속 원소의 존재 형태는 Pb, Zn, Mn등은 주로 탄산염 광물과 수반되거나 Fe-Mn산화물과 수반된 형태로 존재하고, Cu는 유기물과 함께 존재하는 비율이 높다. 그러나 전체적으로 규산염광물과 수반된 형태로 존재하는 비율이 50% 이상을 차지한다. 따라서 서울 지역에 비해 인위적 오염의 정도가 낮은 편이지만, Cd, Co, Ni, Pb, Zn, Mn등의 원소가 탄산염 형태로 존재하는 비율이 높기 때문에 오염원으로서의 가능성이 높다.
To study characteristics of the heavy metal pollution, sediment samples were collected at 67 sites on the roadside of Jeonju city during summer and winter, 2002. The total concentration of metals including Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, and Mn in the sediment samples were determined. The results indica...
To study characteristics of the heavy metal pollution, sediment samples were collected at 67 sites on the roadside of Jeonju city during summer and winter, 2002. The total concentration of metals including Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, and Mn in the sediment samples were determined. The results indicate that the roadside sediments in Jeonju city have lower (1/2 to 1/7 times) concentrations of Zn, Cu, Pb and Cd than the metal concentrations previously reported for roadside soil, dust and sewage sludges in Seoul. However, the metal concentrations are higher than environmental quality criteria in soil suggested from several countries, and Zn, Cu, Pb and Cd contents are usually 2-7 times higher than the world average contents of the metals in natural soil. Although pollution index and concentrations of Cr, Ni, Pb and Zn in the roadside sediments at industrial area were usually higher than those of downtown and residential area, the metal having small vehicle- and steel-related industries had high concentrations of metals. The results of chemical partitioning analysis showed that Pb, Zn and Mn are mainly associated with carbonate/adsorbed and Fe-Mn oxide phases but that Cu is largely associated with the organic and sulfide fractions. It thus indicates that both large and small (vehicle- and steel-related) industries are main sources of heavy metal contamination. Due to high solubility of the carbonate phases by natural leaching episodes, the carbonate/adsorbed Cd, Co, Ni, Pb, Zn and Mn in the roadside sediments may serve as a potential source of contamination.
To study characteristics of the heavy metal pollution, sediment samples were collected at 67 sites on the roadside of Jeonju city during summer and winter, 2002. The total concentration of metals including Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, and Mn in the sediment samples were determined. The results indicate that the roadside sediments in Jeonju city have lower (1/2 to 1/7 times) concentrations of Zn, Cu, Pb and Cd than the metal concentrations previously reported for roadside soil, dust and sewage sludges in Seoul. However, the metal concentrations are higher than environmental quality criteria in soil suggested from several countries, and Zn, Cu, Pb and Cd contents are usually 2-7 times higher than the world average contents of the metals in natural soil. Although pollution index and concentrations of Cr, Ni, Pb and Zn in the roadside sediments at industrial area were usually higher than those of downtown and residential area, the metal having small vehicle- and steel-related industries had high concentrations of metals. The results of chemical partitioning analysis showed that Pb, Zn and Mn are mainly associated with carbonate/adsorbed and Fe-Mn oxide phases but that Cu is largely associated with the organic and sulfide fractions. It thus indicates that both large and small (vehicle- and steel-related) industries are main sources of heavy metal contamination. Due to high solubility of the carbonate phases by natural leaching episodes, the carbonate/adsorbed Cd, Co, Ni, Pb, Zn and Mn in the roadside sediments may serve as a potential source of contamination.
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문제 정의
따라서 이 연구에서는 전라북도 전주시 지역의 도로변 퇴적물에 함유된 중금속을 분석해 평가하고, 도로 주변의 환경과 관련된 중금속 오염의 지역적 특성과 중금속원소의 지화학적 특징을 밝히고자 하였다. 전주시 주요 도로 변에 있는 퇴적물을 채취해 화학 분석한 자료를 토대로 도로변에 쌓여있는 퇴적물에 함유된 중금속의 함량을 조사해 오염의 정도를 평가하고, 도로 주변의 산업활동 및 경제 활동과 관련된 중금속 오염의 지역적인 특성을 규명하고자 하였다.
미량원소의 함량은 시료채취 시기와 장소에 따라 예민하게 변할 수 있기 때문에 계절별 변화를 알아보기 위해 여름과 겨울 모두 같은 장소에서 같은 조건으로 채취하고자 노력했다.
하였다. 전주시 주요 도로 변에 있는 퇴적물을 채취해 화학 분석한 자료를 토대로 도로변에 쌓여있는 퇴적물에 함유된 중금속의 함량을 조사해 오염의 정도를 평가하고, 도로 주변의 산업활동 및 경제 활동과 관련된 중금속 오염의 지역적인 특성을 규명하고자 하였다. 서울 및 수도권에서 조사된 선행 연구 결과와 비교하고 세계의 여러나라에서 제시하고 있는 토양의 환경 기준값과 자연 토양 중의 평균함유량에 비추어 평가했다.
제안 방법
연속추출 자료를 이용하여 광물 표면에 흡착, 광물형태로 침전, 탄산염 광물, 산화광물 및 황화광물 등과 공동침전, 퇴적물 중 유기물과 결합, 기타 규산염 광물의 입자격자 사이에 수반된 상태로 존재하는 량이 얼마나 되는지를 알아보았다. 또한 퇴적물에 함유된 중금속의 존재 형태별 특징과 원소별로 인위적인 오염의 정도를 알아보았다.
전주시 주요 도로 변에 있는 퇴적물을 채취해 화학 분석한 자료를 토대로 도로변에 쌓여있는 퇴적물에 함유된 중금속의 함량을 조사해 오염의 정도를 평가하고, 도로 주변의 산업활동 및 경제 활동과 관련된 중금속 오염의 지역적인 특성을 규명하고자 하였다. 서울 및 수도권에서 조사된 선행 연구 결과와 비교하고 세계의 여러나라에서 제시하고 있는 토양의 환경 기준값과 자연 토양 중의 평균함유량에 비추어 평가했다. 특히 Cd, Cu, Pb 및 Zn 등의 원소들을 결합시켜 복합된 오염양상을 설명하는 오염지수(pollution * index) 구해 토양에 중금속 오염 허용기준치들과 비교해 평가했다.
특히 Cd, Cu, Pb 및 Zn 등의 원소들을 결합시켜 복합된 오염양상을 설명하는 오염지수(pollution * index) 구해 토양에 중금속 오염 허용기준치들과 비교해 평가했다. 연속추출 자료를 이용하여 광물 표면에 흡착, 광물형태로 침전, 탄산염 광물, 산화광물 및 황화광물 등과 공동침전, 퇴적물 중 유기물과 결합, 기타 규산염 광물의 입자격자 사이에 수반된 상태로 존재하는 량이 얼마나 되는지를 알아보았다. 또한 퇴적물에 함유된 중금속의 존재 형태별 특징과 원소별로 인위적인 오염의 정도를 알아보았다.
전주시 도로변 67곳에서 퇴적물을 채취해 Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Mn 등 8개 원소를 분석해 중금속 오염을 평가했다. 분석한 원소 중에서 Zn이 가장 높은 함량을 보여주었다.
중금속 원소들의 오염정도를 종합적으로 알아보기 위해 오염지수를 구했다(Table 4). 오염지수는 중금속 원소들의 복합된 오염특성을 나타내주는데 Cu, Pb, Zn, Cd의 네 가지 중금속원소들을 결합시킨 지수를 보통 이용한다.
지역별 차이를 알아보기 위해 산업지역, 상업지역, 주거지역으로 구분했다. 산업지역은 자동차 관련 업체와 화공관련 업체가 들어서 있는 팔복동 공업단지를 택했고 상업지역은 전주시의 주요 간선도로인 팔달로, 백제로와 중앙동, 태평동 일대를 선택했으며 주거지역은 전주시 남동부에 위치한 아중리 아파트단지와 북동부에 위치한 송천동 아파트 단지 내에서 시료를 채취했다.
채취한 시료 중 19개를 선택해 Tessier et al. (1979)가 제시한 연속추출법을 이용하여 퇴적물 중에 존재하는 중금속의 화학적 존재 상태를 알기 위한화학분석을 하였다. 각 Fraction 별로 19개 시료에 대한 8개 원소의 평균값과 범위를 백분율로 환산해 Table 5에 나타냈다.
서울 및 수도권에서 조사된 선행 연구 결과와 비교하고 세계의 여러나라에서 제시하고 있는 토양의 환경 기준값과 자연 토양 중의 평균함유량에 비추어 평가했다. 특히 Cd, Cu, Pb 및 Zn 등의 원소들을 결합시켜 복합된 오염양상을 설명하는 오염지수(pollution * index) 구해 토양에 중금속 오염 허용기준치들과 비교해 평가했다. 연속추출 자료를 이용하여 광물 표면에 흡착, 광물형태로 침전, 탄산염 광물, 산화광물 및 황화광물 등과 공동침전, 퇴적물 중 유기물과 결합, 기타 규산염 광물의 입자격자 사이에 수반된 상태로 존재하는 량이 얼마나 되는지를 알아보았다.
대상 데이터
오염지수는 중금속 원소들의 복합된 오염특성을 나타내주는데 Cu, Pb, Zn, Cd의 네 가지 중금속원소들을 결합시킨 지수를 보통 이용한다. 계산에 사용된 오염의 문턱값은 Kloke(1979)가 제시한 FAO/WHO에서 지정하는 음식물 중의 중금속 허용한계를 넘지 않을 토양의 문턱값(Cu 100 ppm, Pb 100 ppm, Zn 300 ppm, Cd 3 ppm)을 이용하였다.
도로변 퇴적물의 중금속 오염을 평가하기 위해 전주시 중앙동, 팔달로, 백제로, 팔복동, 아중리, 송천동의 67곳에서 여름과 겨울에 총 134개의 시료가 채취되었다. 화학분석한 8개 원소(Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Mn)의 평균함량을 Table 1에 정리하였다.
(1979>의 방법을 이용했다. 분석대상 원소는 가솔린, 자동차 부품, 엔진오일, 소각로 방출, 기타 산업 등으로 인한 토양 오염의 좋은 지시자로 알려진 (Adriano, 1986; Alloway, 1990; Li et al., 2001) Cd, Cu, Pb, Zn 등의 원소를 포함해 Co, Cr, Ni, Mn을 합쳐 8개 원소를 선택했다. 이들 중금속 원소의 분석은 AAS(Perkin Elmer2380)를 사용하였다.
구분했다. 산업지역은 자동차 관련 업체와 화공관련 업체가 들어서 있는 팔복동 공업단지를 택했고 상업지역은 전주시의 주요 간선도로인 팔달로, 백제로와 중앙동, 태평동 일대를 선택했으며 주거지역은 전주시 남동부에 위치한 아중리 아파트단지와 북동부에 위치한 송천동 아파트 단지 내에서 시료를 채취했다. Fig.
, 2001) Cd, Cu, Pb, Zn 등의 원소를 포함해 Co, Cr, Ni, Mn을 합쳐 8개 원소를 선택했다. 이들 중금속 원소의 분석은 AAS(Perkin Elmer2380)를 사용하였다.
전주시 지역의 도로변, 노면에 쌓인 토양과 먼지 등의 퇴적물 시료를 67개 장소에서 여름(2002년 6월)과 겨울(2002년 12월)에 각각 채취함으로써 총 134개의 시료를 준비했다. 시료 채취는 산업지역(팔복동 공단)에서 20곳, 상업지역(중앙동, 팔달로, 백제로)에서 35곳, 주거지역(아중리, 송천동 아파트 단지)에서 12 곳을 선정해 계절별로 67개씩 채취했다.
이론/모형
채취한 퇴적물은 100mesh 체로 여과하여 50℃에서 2일 동안 건조한 후 화학 처리 하였다. 화학분석은 국내 선행 연구에서 사용되고 있는 Thompson and Wood (1982)의 방법을 이용했으며 퇴적물과 토양에 함유된 구성광물을 선택적으로 용해시킴으로써 퇴적물과 토양에 함유된 중금속의 존재 형태를 비교 할 수 있는 연속추출법은 Tessier et al. (1979>의 방법을 이용했다. 분석대상 원소는 가솔린, 자동차 부품, 엔진오일, 소각로 방출, 기타 산업 등으로 인한 토양 오염의 좋은 지시자로 알려진 (Adriano, 1986; Alloway, 1990; Li et al.
성능/효과
한편 서울에서 조사된 주거도로변 먼지의 1/2, 주요 간선도로변 먼지의 1/5에 해당하고 하수 슬러지와 토양 중에 함유된 Cu의 함량에 비하여 1/2-1〃에 해당한다. 따라서 전주시 도로변 퇴적물의 Cu 오염은 서울 및 산업이 발달된 나라의 하수 슬러지나 먼지 중의 Cu 함량보다 낮은 값이지만 각 나라별 자연 토양 중의 함량보다 3-5배 높은 값이고 독일, 네델란드, 스위스 등의 나라에서 제시한 토양 중 환경기준값을 2배 정도 초과하고 있다. 이평구 외(1999, 2001)는 Cu 오염의 원인을 자동차 브레이크의 마모된 미세한 입자와 금속제품의 제작 및 산업활동에 기인할 것으로 추정했는데, 전주에서 최대값을 보이는 곳은 상업지역에 위치하고 있는 소규모 기계공업사가 밀집해있는 도로변이었다.
오염을 평가했다. 분석한 원소 중에서 Zn이 가장 높은 함량을 보여주었다. 대도시인 서울의 도로변 토양이나 먼지, 하수 슬러지에 함유된 Zn 보다는 낮은 값에 해당되지만 영국, 독일, 네델란드, 스위스 등에서 제시하는 토양 중의 환경기준값을 초과했으며 자연 토양 중의 Zn 함량보다 5배 이상 높은 값이다.
분석한 원소 중에서 가장 높은 함량을 보여주는 원소는 Zn으로서 여름에 평균 459.6 ㎎/㎏, 겨울에 평균 428.9 mgMkg이었다. 이는 지금까지 우리나라 서울지역에서 조사된 도로변 토양이나 먼지, 하수 슬러지에 함유된 Zn의 함량보다 낮은 값에 해당
연속추출 결과 중금속원소의 존재형태는 Cd는 탄산염 형태와 이온교환 형태로 존재하는 비율이 높았고, Pb, Zn, Mn 등은 탄산염 형태와 Fe-Mir산화물과 수반된 형태로 존재하는 비율이 높고, Cu는 유기물과 결합된 형태로 존재하는 비율이 높았다. 그러나 전체적으로 규산염광물과 수반된 형태로 존재하는 량이 50% 이상을 차지함으로서 서울에 비해 인위적 오염의 정도가 낮은 편이지만 Cd, Co, Ni, Pb, Zn, 등의 원소가 탄산염 형태로 존재하는 비율이 높 때문에 퇴적물 중에 함유된 절대함량과 관계없이 산성비 등에 의한 오염이 용이하므로 이에 대한 대비가 요구된다.
전주시의 도로를 산업지역, 상업지역, 주거지역으로 구분해 분석한 결과는 전반적으로 산업지역에서의 중금속 함량이 높고(특히 Cr, Ni, Pb, Zn) 오염지수도 높았다. 그러나 다른 구역과 차이가 크지 않았으며 오히려 상업지역과 주거지역 간 차이가 없는 것이 특징이다.
전주의 도로변에 있는 퇴적물 속의 Cu 함량은 산업 지역 보다 상업지역이 여름과 겨울 모두 높았다. 이는 (上의 오염이 산업활동과 밀접한 관련이 있는 바 전주 시내 중심가에 소규모의 금속가공업체가 위치하고 있기 때문으로 생각된다.
후속연구
그러나 전체적으로 규산염광물과 수반된 형태로 존재하는 량이 50% 이상을 차지함으로서 서울에 비해 인위적 오염의 정도가 낮은 편이지만 Cd, Co, Ni, Pb, Zn, 등의 원소가 탄산염 형태로 존재하는 비율이 높 때문에 퇴적물 중에 함유된 절대함량과 관계없이 산성비 등에 의한 오염이 용이하므로 이에 대한 대비가 요구된다. 앞으로 이와 같은 중금속 원소들 의지 화학적 특징에 따른 인간의 건강과 관련된 연구가 필요하다.
Nie 여름과 겨울에 다른 양상을 보여주는데, 여름에는 유기물과 함께 수반되는 경우(F4)와 탄산염의 형태로 존재하는 경우(F2)가 비슷했으나 겨울에는 유기물과 수반되는 경우(F4)가 매우 낮고 탄산염 형태로 존재하는 경우 (F2)가 높다. 이러한 계절별 차이가 의미 있는 것인지의 여부는 연구 기간과 시료수의 한계로 확신하기 어렵기 때문에 추가적인 연구가 필요하다고 본다. 한편 Pb, Zn, Mne 탄산염의 형태 (F2)와 산화광물과 관련된 형태 (F3)로 존재하는 비율이 높아 타 원소와 대조를 이룬다.
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