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문제 정의
- 이 연구에서는 제설제로 이용되는 염화칼슘과 소금이 도로변 퇴적물 내 중금속의 용출특성에 어떠한 영향을 미 치는지를 조사하기 위해 농도별로 용출실험을 실시하였으며, 용출된 중금속 함량 및 각 원소의 용출 거동을 규명 하고, 중금속의 이동도 (mobility)를 평가하고자 하였다.
제안 방법
- 20 μg/g)이었다. 납, 비소, 니켈, 카드뮴의 용출함량은 수 μg/g이하였으며, 크롬, 코발트 및 철의 용 출함량은 검출한계 이하였다 (Table 2).
- 소금 (NaCl)이 중금속으로 오염된 퇴적물과 반응하여 용출시킬 수 있는 중금속의 함량을 파악하기 위하여, 염화칼슘을 이용한 용출실험과 동일한 방법으로 용출실험을 실시하였다 (Table 3).
- CaCl?와 NaCl을 이용한 용출실험 모두 동일한 조건으 로 수행하였다. 실험에 이용된 용출액은 0~ 5 M 까지 농 도변화를 주어 실험하였는데 0.01 ~ 1.0 M 까지는 0.02 M 간격으로 1.0-5.0M 까지는 1 M 간격으로 농도를 조절 하였다. 실험은 도로변 퇴적물 2.
- 0M 까지는 1 M 간격으로 농도를 조절 하였다. 실험은 도로변 퇴적물 2.5 g 에 50 ml의 용출액을 첨가해 상온에서 항온수평진탕기로 (100 회/분, 진폭 10 cm) 24시간동안 진탕한 후 0.45 |im의 membrane filter로 여과하B ICP로 납 (Pb), 아연 (Zn), 카드뮴 (Cd), 구리 (Cu), 비소 (As), 니켈 (Ni), 크롬 (Cr) 및 코발트 (Co) 등 중금속 원소와 철 (Fe)과 망간 (Mn) 등 미량원소를 분석하였다.
대상 데이터
- 8 L/min 이었다. 사용된 시약은 analytical grade (Prolabo 또는 Merck)을 사용하였고, ICP 분석시 사용된 각 중금속 원소의 표준용액은 1,000 ppm stock solution (Merck)을 희석하여 사용하였다. 전 분석과정에 이용된 탈이온수를 얻기 위해 Milli-Q Millipore systeirrg- 사용하였다.
- 자동차 도로변에 퇴적된 퇴적물의 중금속 오염평가를 위해 1998년 4월부터2002년 4월까지 4년 동안 서울시 25개구를 대상으로 채취된 도로변 퇴적물 중 중금속 총 함량을 고려해 3개 시료를 선별하였다. 선별된 시료의 총 중금속 함량은 Table 1과 같다.
성능/효과
- 09 M)에서는 소금에 의해 용출된 비소함량이 갑자기 증가하였으며, 염화칼슘에 의해 용출된 함량보다 더 높은 것으로 나타났다. 0.1 M 농도보다 높은 반응용액에서는 염화칼슘 에 의한 비소 용출함량이 크게 증가하였고, 5.0 M에서 최대 용출함량을 기록하였으며, 5.0 M이상의 염화칼슘 농도 에서도 용출되는 비소 함량은 지속적으로 증가될 것으로 예상된다. (Fig.
- 20 µg/g)를 기록하였다. 0.1-0.3M 이상의 염화칼슘 농도에서는 용출되는 망간함량이 급격하 게 감소되는 경향이 관찰되었으며, 5M의 염화칼슘의 농 도에서는 용출되는 망간함량은 5 gg/g 이하를 나타내었다. 카드뮴은 망간보다 약간 높은 농도인 0.
- 1). 0.3 M 염화칼슘 농도에서 최대로 용출된 망간함량은 5.0 M 에서 8배 이하로 급격하게 감소하였다.
- 1) 염화칼슘과 소금에 의해 가장 잘 용출되는 원소는 아 연(각각 최대 118.61 µg/g, 78.10 µg/g었으며, 용출된 구 리와 망간함량도 최대 각각 44.87 ug/g과 12.95 gg/g 및 42.20ug/g과 7.97µg/g었다. 용출된 납, 비소, 니켈, 카드뮴 의 함량은 최대 수 µg/g하였다.
- 0 M인 경우, 용출된 구리 함량기 유사하여 차이가 없었으나, 두 반응용액의 농도가 증가되 면서 용출된 구리 함량은 차이가 현저하였다. 1.0-3.0 M의 반응용액 농도에서는 염화칼슘에 의한 용출함량이 크게 증가하지만, 소금에 의한 용출함량은 거의 증가하지 않아 두 반응 용액간 용출함량의 차이는 크게 나타났다. 그러나 3.
- 2) 낮은 염화칼슘 농도에서 용출이 잘되는 원소는 망간, 카드뮴 및 니켈이며, 아연, 구리, 납 및 비소는 높은 염화 칼슘 농도에서 용출된 함량^ 높았다. 낮은 소금농도에서 용출이 잘되는 원소는 망간과 비소이며, 카드뮴, 구리, 아연 및 납은 높은 소금농도에서 용출된 함량이 높았다.
- 3) 염화칼슘에 의해 용출된 구리, 망간, 카드뮴, 납, 아연 및 니켈의 용출률은 각 원소의 총함량에 대해 최대 12.82%, 8.94%, 8.87%, 5.24%, 4.76% 및 1.38%이었으며, 철, 코발트 및 크롬은 거의 용해되지 않았다. 한편, 소금 에 의해 용출된 각 원소의 용출률은 각각 총함량에 대해 최대 3.
- 4) 겨울철에 도로에 살포된 염화칼슘과 소금이 우수관 과 하천으로 흘러들어 가면 퇴적물에 함유된 아연, 구리 및 망간 등의 중금속 원소의 용출을 발생시키게 되고, 이에 따라 한강과 같은 지표수의 수질을 크게 악화시키게 될 것으로 추정된다. 또한 이런 염화칼슘 성분이 높은 물 이 지하로 스며들면 지하수의 수질오염도 예상할 수 있다.
- 5) 염화칼슘에 의해 더 높은 중금속 함량이 용출되는 것으로 나타나, 제설제로 염화칼슘보다 소금을 사용하는 것이 수계환경에 미치는 영향 (중금속오염 확산 등)이 상대적으로 적을 것으로 판단된다.
- 각 원소별 용출특성을 살펴보면, 망간의 경우 낮은 염 화칼슘 농도에서 가장 빠르게 최대용출량을 보였다. 망간 은 다른 원소들보다 가장 낮은 농도인 0.
- 61 μg/g이 었다. 구리 (Cu>의 용출특성은 아연과 유사한 특성이 관 찰되었으며, 용출함량이 가장 높은 염화칼슘의 농도는 3.0-4.0M일 때 용해된 구리농도는 시료별로 23.24-44.87 μg/g이었다. 용출된 납 (Pb)의 함량이 가장 높은 염화칼슘 의 농도는 3.
- 97 μg/g)에 이르렀다. 구리는 낮은 소금농도부터 용출되다가 2.0-3.0M의 소금농도에서 용출되는 함량이 낮 아졌으며, 3M 이상의 소금 농도에서부터는 급격하게 다시 증가하는 특징이 관찰되었다. 철, 크롬 및 코발트 등의 원 소는 소금에 의해 거의 용출이 발생하지 않았다 (Table 3).
- 0 M의 농도에서는 소금에 의한 것보다 염화칼슘 에 의한 카드뮴 용출 효과가 더 우세하였다. 그러나 1.0- 5.0 MS. 두 용액의 농도가 증가되면서 염화칼슘에 의한 카 드뮴 용출효과가 급격하게 감소하는데 비하여 소금에 의한 용출효과는 반대로 더 증가하였고, 3.0 M 이상의 소금농도 에서 카드뮴의 용출함량이 평형상태에 이르는 것으로 나타났다. 5.
- 97 µg/g）도 용출된 함량이 높은 것으로 관찰되었다. 납비소, 카드뮴, 니켈, 크롬 등의 용출함량은 모두 최대용출 함량이 1 µg/g이하였으며 크롬, 코발트 및 철의 용출함량은 거의 인지되지 않았다 (Table 3).
- 2) 낮은 염화칼슘 농도에서 용출이 잘되는 원소는 망간, 카드뮴 및 니켈이며, 아연, 구리, 납 및 비소는 높은 염화 칼슘 농도에서 용출된 함량^ 높았다. 낮은 소금농도에서 용출이 잘되는 원소는 망간과 비소이며, 카드뮴, 구리, 아연 및 납은 높은 소금농도에서 용출된 함량이 높았다.
- 23 µg/g)을 기록 하였다. 니켈의 용출특성은 망간 및 카드뮴과 매우 흡사 하지만, 최대 용출 함량을 보이는 염화칼슘의 농도는 0.9 M이 었으며 , 시료에 따라 0.24-0.62 pig/g에 이르는 것으로 나타났다 (Table 2).
- 0 M일 경우, 용출된 망간 함량을 비교하여 보면 염화칼슘에 의해 용출된 망간의 함량이 소금에 의해 용출된 망간의 함량보다 최대 5배 까지 큰 것으로 나타났다. 두 반응용액의 농도가 증가하 면서 염화칼슘에 의해 용출되는 망간함량이 현저하게 감 소하고, 소금에 의해 용출되는 망간의 함랑은 거의 일정 하게 유지되기 때문에, 두 반응용액에 의한 용출된 망간 함량의 차(1)가 줄어드는 것으로 니타났다. 4.
- 소금 농도 변화를 이용한 중금속의 용출실험에서도 중금 속 원소의 종류에 따라 용출거동의 차이가 관찰되었다. 망 간, 카드뮴, 니켈 및 비소는 낮은 소금 농도에서 용출이 증가하다가 소금 농도가 높아지면서 오히려 용출함량이 낮아지는 경향이 관찰되었으며, 아연, 납 및 구리는 낮은 농도에서는 용출함량이 미약하다가 농도가 약 2-5 M로 높 아지면서 용출되는 중금속 함량이 크게 증가하였고, 철, 코발트 및 크롬은 소금용액에 의해 거의 용출이 발생하지 않았다 (Table 3).
- 망간의 용출함량은 소금의 농도가 증가함에 따라 급격히 증가하여 소금농도가 0.5 M일 때 가장 높았으며 (최대 5.90-7.97 |ig/g), 0.5 M 이상의 소금농도에서는 용출함량이 약간 감소되거나 거의 일정한 경향5] 관찰되었다. 카드뮴 의 용출함량은 소금 농도가 증가함에 따라 지속적으로 증 가하다가 3.
- 소금 농도의 변화에 따라 용출된 중금속의 절대적인 함 량을 비교하여 보면, 아연의 용출함량 (최대 78.10 µg/g) 이 가장 높았으며 , （최대 12.95 Rg/g）와 망간 （최대 7.97 µg/g）도 용출된 함량이 높은 것으로 관찰되었다. 납비소, 카드뮴, 니켈, 크롬 등의 용출함량은 모두 최대용출 함량이 1 µg/g이하였으며 크롬, 코발트 및 철의 용출함량은 거의 인지되지 않았다 (Table 3).
- 1). 소금에 의해 용출된 비소 함량은 지속적으로 더 낮아져 5.0 M의 소금농도에서는 무시할 정도의 함량만이 용출되었다.
- 22 |ig/g)을 보이며, 그 이상에서는 약간 감소하는 경향이 관찰되었다. 소금용 액에서 용출된 니켈의 용출함량도 염화칼슘에 비하여 매우 낮으며, 시료에 따라 용출된 농도 차이가 큰 것으로 나타났다. 비소의 용출함량은 0.
- 염화칼슘 농도에 따라 용출된 중금속의 함량은 중금속 원소의 종류에 따라 용출거동에 차이가 있는 것으로 관찰 되었다. 중금속의 용출거동의 차이는 크게 3가지 형태로 구분될 수 있다.
- 염화칼슘과 소금에 의한 중금속 원소들의 용출을 비교하여 보면 소금보다는 염화칼슘에 의해서 더 많은 중금속 이 용출되는 것으로 나타나, 겨울철 제설제로써 염화칼슘보 다는 소금을 사용하는 것이 수계환경에 미치는 영향 (중 금속오염 확산 등)이 상대적으로 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다.
- 염화칼슘과 소금에 의한 카드뮴의 용출 특성을 비교한 결과, 0.01-1.0 M의 농도에서는 소금에 의한 것보다 염화칼슘 에 의한 카드뮴 용출 효과가 더 우세하였다. 그러나 1.
- 염화칼슘과 소금의 농도가 0.01-4.0 M일 경우, 용출된 망간 함량을 비교하여 보면 염화칼슘에 의해 용출된 망간의 함량이 소금에 의해 용출된 망간의 함량보다 최대 5배 까지 큰 것으로 나타났다. 두 반응용액의 농도가 증가하 면서 염화칼슘에 의해 용출되는 망간함량이 현저하게 감 소하고, 소금에 의해 용출되는 망간의 함랑은 거의 일정 하게 유지되기 때문에, 두 반응용액에 의한 용출된 망간 함량의 차(1)가 줄어드는 것으로 니타났다.
- 소금과 염화칼슘에 의해 용출된 납의 용출특성은 비소와 유사하였다. 염화칼슘에 의한 용출실험에서는 0.01-1.0 M사이에서 납의 용출이 서서히 증가되다가 1.0-3.0 M의 농도에서 갑자기 용출된 함량이 증가하였고, 4.0 M 이상의 농도에서는 급격하게 감소하였다. 소금에 의한 용출실 험에서는 용출된 납 함량은 4.
- 염화칼슘과 소금에 의해 용출된 중금속 함량을 총 중금 속 함량에 대한 용출율로 계산하여 Table 4에 나타내었다. 염화칼슘에 의한 평균 용출률 (%>은 비소 (10.43%) > 망간 (4.04%) > 카드뮴 (3.41%) > 구리 (2.85%) > 아연 (1.33%) > 납 (0.94%) > 니켈 (0.46%) 순으로 나타났으며, 철, 코발트, 크롬은 거의 용해되지 않았다. 소금에 의한 평균 용출율 도 염화칼슘에 의한 용출율과 유사하다.
- 이번 연구결과를 통해, 제설제로 살포되는 염화칼슘과 소금이 퇴적물로부터 아연, 구리, 납 등의 중금속과 망간 을 용출시키는 역할을 하고 있다는 것을 실험적으로 확인 하였다. 그러나 철, 코발트 및 크롬은 염화칼슘과 소금에 의해 용출이 되지 않았다.
- 아연의 용출특성은 납, 구리 및 비소와는 매우 유사한 것으로 나타났다. 퇴적물에 오염된 아연은 0.01 M의 염화 칼슘 농도에서 최초로 용해되기 시작하며, 1 M 농도에 가 까워짐에 따라 급격하게 증가되었으며, 3M의 염화칼슘 농도에서 용출되는 아연함량이 최대에 이르렀다. 이때 용해된 아연 함량은 시료에 따라 최대 24.
- 38%이었으며, 철, 코발트 및 크롬은 거의 용해되지 않았다. 한편, 소금 에 의해 용출된 각 원소의 용출률은 각각 총함량에 대해 최대 3.70%, 1.67%, 8.24%, 0.62%, 3.13% 및 0.15%가 용해되었으며, 카드뮴을 제외한 다른 원소의 용출율은 크게 감소하고 있다.
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