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문제 정의
- 본 연구에서는 이러한 지역적 특성 및 계절적 변화가 큰 팔당호 내 표층퇴적물의 지화학적 특성 중 입도 및 유기물 함량이 총질소, 총인, 중금속 함량에 미치는 영향을 파악하 고, 통계학적 기법인 주성분 분석을 통해 퇴적물 내 오염을 가중시키는 주요 조절 요인을 파악하고자 하였다.
가설 설정
- 따라서 본 연구에서는 Miiller의 식 (1)에 지역별 입도를 고려하여 수정한 식 (2)를 이용하여 오 염지수를 산정하였다.14) Igeo 값은 주어진 시스템에서 어떤 미량금속의 상대적인 농축정도를 반영한다. 퇴적물에서 미 량금속의 Igeo 값은 class 1(0 ~ 1, unpolluted to moderately polluted), class 2(1 ~2, moderately polluted), class 3(2 ~3, moderately to strongly), class 4(3 ~ 4, strongly polluted), class 5(4~5, strong to very strong)로 분류된다.
제안 방법
- 퇴적 물의 T-Ne Kjeldhal법으로 분석하였으며, T-P의 경우 Hiltje and Lijklema(1980)에 시험법을 이용하였다.' 토양입자의 표 면에 흡착된(adsorbed P), 철과 알루미늄과 결합하여 토양 표 면에 공침된 인(NAI-P), 인회석에 함유된 인(apatite P)으로 분리 추출하였고, 생물체나 그 분해산물에 함유된 인(organicP)으로 분리 추출하였다. 퇴적물중 금속의 총 농도는 Tessier et al.
- 팔당호 표층 퇴적물내 금속들의 분포와 함량에 영향을 미치는 주요 원인을 파악하기 위해 20개 항목에 대해 계절별로 요인분석을 실시하였다. 각 변량들의 상관관계를 통해 3개의 요인이 추출되었으며, 이를 좀더 명확히 설명하기 위해 varimax rotation으로 회전하였다. 고유치 (eigenvalue loading) 의 누적값은 각각 64.
- 퇴적물내 pH는 pH meter(HANNA-H 18424) 로 측정하였으며, COD는 해양오염 공정시험법(제4장 2항) 에 의해 분석하였다. 강열감량(Loss on Ignition)은 분말시표 10 g을 정확히 평량하여 550℃ 회화로에서 완전 회화하여 원분말시료와의 무게 차이로 구하였다. 퇴적물중 총 탄소의 함량은 분말화된 시료를 주석 캡슐에 넣어 cm-분석기(CE Instrument; Flash-1120)를 이용하여 측정하였으며, 무기탄소 함량은 시료를 아황산(sulforic acid)을 첨가하여 유기탄소를 제거한 후, 같은 방법으로 측정하였다.
- 각 변량들의 상관관계를 통해 3개의 요인이 추출되었으며, 이를 좀더 명확히 설명하기 위해 varimax rotation으로 회전하였다. 고유치 (eigenvalue loading) 의 누적값은 각각 64.2%, 13.8%, 6.6%를 나타내었다(Table 2. ) 요인별 변수의 적재값 분포를 토대로 팔당 호소 퇴적물내 금속의 분포를 좌우하는 환경적 영향을 해석하고자 하였다. Factor 1의 고유치(eigenvalue)는 64.
- 이 시 료에 과염소산(70% HC1O4) 1 mL 그리고 붕산(H6) 4 mL 와 과염소산 1 mL를 순차적으로 넣고 건조시킨 후, 1 N 질 산 20 mL를 넣어 가열판에서 10분 동안 반응 시켜 액상상태 가 되도록 하였다. 전처리된 시료들에 대한 금속 원소의 정 량은 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS; VG PlasmaQuad ICP-MS)를 이용하여 측정하였다.
- 지역적 특성을 고려하여 경안천 상부(A area), 경안천 하부 및 팔당하부 지역 (B area), 북한강과 남한강 합류부 지역area)으로 3지역을 구획화하여 비교평가 하였다(Table 3). 팔 당호 퇴적물의 경우, 입도를 고려하지 않은 #값과 입도를 보정한 I'geo 모두 크게 오염되지 않은 것으로 나타나 중금속 오염이 심각하지 않은 것으로 나타났다(Table 3).
- 강열감량(Loss on Ignition)은 분말시표 10 g을 정확히 평량하여 550℃ 회화로에서 완전 회화하여 원분말시료와의 무게 차이로 구하였다. 퇴적물중 총 탄소의 함량은 분말화된 시료를 주석 캡슐에 넣어 cm-분석기(CE Instrument; Flash-1120)를 이용하여 측정하였으며, 무기탄소 함량은 시료를 아황산(sulforic acid)을 첨가하여 유기탄소를 제거한 후, 같은 방법으로 측정하였다. 유기탄소의 함량은 총 탄소의 함량에서 무기탄소의 함량을 뺀 값으로 하였다.
- 팔당호 표층 퇴적물내 금속들의 분포와 함량에 영향을 미치는 주요 원인을 파악하기 위해 20개 항목에 대해 계절별로 요인분석을 실시하였다. 각 변량들의 상관관계를 통해 3개의 요인이 추출되었으며, 이를 좀더 명확히 설명하기 위해 varimax rotation으로 회전하였다.
- 중 . 하로 분리하여 각 시료를 혼합한 후 4분법으로 시료를 채취 후 입도분석기를 이용하여 측정하였다. 퇴적물내 pH는 pH meter(HANNA-H 18424) 로 측정하였으며, COD는 해양오염 공정시험법(제4장 2항) 에 의해 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구를 위해 팔당호 표층퇴적물의 시료를 여름(1999년 8~11월)철 40개 site에서 채취하였다(Fig. 1). 퇴적물 시료 는 교란되지 않도록 소형 Gravity Corer(내경 60 mm 아크릴 파이프 장착)을 이용하여 채취하였다.
- 1). 퇴적물 시료 는 교란되지 않도록 소형 Gravity Corer(내경 60 mm 아크릴 파이프 장착)을 이용하여 채취하였다. 퇴적물의 입도 분석은 Boring 퇴적물 Corer를 상 .
데이터처리
- 4) 퇴적물 내 중금속의 상대적 오염 평가를 위해 각 지역의 입도를 보정한 1'geo값을 계산하였다. 입도를 보정하였음에도 Igeo는 모든 지역에서 0 이하 및 Class 1에 속하는 것으로 나타나 퇴적물 내 중금속 오염은 심각하지 않은 것으로 나타났다.
이론/모형
- '" 일반적으로 총 금속의 농도는 입자의 크기가 세 립할수록 높아지므로, 퇴적물내 금속의 함량이 동일하더라 도, 그 지역의 입도를 고려하여 오염 지수를 산정하는 것이 타당하다 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 Miiller의 식 (1)에 지역별 입도를 고려하여 수정한 식 (2)를 이용하여 오 염지수를 산정하였다.14) Igeo 값은 주어진 시스템에서 어떤 미량금속의 상대적인 농축정도를 반영한다.
- 그 방법 에는 enrichment factor, geoaccumulation index, concentration enrichment ratio, metal pollution index 등 다양한 방법이 있다. 이 중 연구지역에서는 지역의 지질 특성이 반영되어 오 염 정도를 판별할 수 있는 lgeo(geoaccumulation index)를 이용하여 계산하였으며, 이를 근거로 연구지역의 오염정도를 정 량화하였다. Igeo는 Miiller(1979)에 의해 제시된 것으로 퇴적 물의 오염정도를 평가하기 위해 이용되며, 식 (1)을 통하여 계산된다.
- 유기탄소의 함량은 총 탄소의 함량에서 무기탄소의 함량을 뺀 값으로 하였다. 퇴적 물의 T-Ne Kjeldhal법으로 분석하였으며, T-P의 경우 Hiltje and Lijklema(1980)에 시험법을 이용하였다.' 토양입자의 표 면에 흡착된(adsorbed P), 철과 알루미늄과 결합하여 토양 표 면에 공침된 인(NAI-P), 인회석에 함유된 인(apatite P)으로 분리 추출하였고, 생물체나 그 분해산물에 함유된 인(organicP)으로 분리 추출하였다.
- 하로 분리하여 각 시료를 혼합한 후 4분법으로 시료를 채취 후 입도분석기를 이용하여 측정하였다. 퇴적물내 pH는 pH meter(HANNA-H 18424) 로 측정하였으며, COD는 해양오염 공정시험법(제4장 2항) 에 의해 분석하였다. 강열감량(Loss on Ignition)은 분말시표 10 g을 정확히 평량하여 550℃ 회화로에서 완전 회화하여 원분말시료와의 무게 차이로 구하였다.
성능/효과
- 1) 팔당호 퇴적물 내 입도의 분포 특성은 이 지역의 수리 특성과 일치하였다. 북한강과 남한강 하류 지역부터 팔당호 본류는 조립한 사질로 나타났으며, 광동교부터 경안천 하류 지역은 세립한 실트로 나타났다.
- 2) 입도와 유기물 함량의 상관관계는r = 0.88로 높은 상관 성을 보였으며, 유기물 함량이 높은 지역에서 영양염류와 중 금속 역시 높은 분포를 보였다. 이는 통계학적 기법인 Factor analysis# 통해 입도, COD, LOI, T-N, T-P, Cd, Cu, Zn, Pb 등의 고유치(eigenvalue)가 64.
- 3) 팔당호 퇴적물 내 T-P의 Fractionated-P 분석 결과, 환경 변화에 의해 물속으로 용출될 확률이 큰 Adsorbed-P과 NAI-P 부분은 20%로 나타났다.
- 1X103 kg/d 중 생활계(40 %), 비점오염원(33%), 축산계(19%), 산업계(8%)로 생활계와 비점오염원이 높은 비율을 보이다.4) 팔당호 내 유속 양상은 북한강과 남한강으로부터 유입된 유량이 팔당댐을 통해 한 강으로 유입되며, 일부는 경안천 상류를 향해 진행된다. 이때 유속은 팔당호 내 총 유입량에 비례하며, 팔당댐 수문 개 .
- 3 일로 매우 짧은 하천형 호수이다.4)팔당호로 유입되는 유량은 남한강 55%(BOD 1.5 mg/L), 북한강 43.4%(BOD 1.1 mg/L), 경안천은 1.6%(BOD 6.4 mg/L)를 차지하고 있다. 팔 당호 유역의 BOD 발생부하량은 총 464.
- 특히 Cu와 Zn는 오염에 민감한 원소로서 오염 퇴적물 내에서 이들 원소의 농축 현상은 여러 연구를 통해 보고되었으며, sulfide가 형성되는 무산소 환경에서 더욱 두드러지게 나타 난다.6) St. 36을 제외한 각 금속과 유기성 탄소와의 상관관계를 보면, Cd(r2 = 0.81), Cu(r2 = 0.86), Pb(r2 = 0.81), Zn(r2= 0.70)는 유기성 탄소와 밀접한 상관관계를 보이는 것으로 나타났다(Fig. 8). Cu는 대부분이 organic ligands와 다양한 결합 형태를 이루어 안정화 되려는 속성이 있으며, 공극수 에서 organic ligands와 결합하여 높은 안정화를 이루는 금 속에는 Cu>Pb > Cd 순으로 제시된 바 있다.
- 8x103 kg/d이며, 생활 계(33%), 산업계(28%), 축산계(24%), 비점오염원(15%)를 차지 한다. BOD 배출부하량은 총 158.1X103 kg/d 중 생활계(40 %), 비점오염원(33%), 축산계(19%), 산업계(8%)로 생활계와 비점오염원이 높은 비율을 보이다.4) 팔당호 내 유속 양상은 북한강과 남한강으로부터 유입된 유량이 팔당댐을 통해 한 강으로 유입되며, 일부는 경안천 상류를 향해 진행된다.
- 7(a)). Cu의 분포 특성은 1.7-21.1 |ig/g(Avg. 9.3 pig/g)의 범위이며, 남한강을 따라 좌측 지역과 경안천 하류, 팔당호 하부 지역에서 약 3 Mg/g 이상으로 분포하며, 특히 St. 15, 16, 17에서 약 20 Rg/g으로 높은 값을 나타내었다(Fig. 7(b).
- ) 요인별 변수의 적재값 분포를 토대로 팔당 호소 퇴적물내 금속의 분포를 좌우하는 환경적 영향을 해석하고자 하였다. Factor 1의 고유치(eigenvalue)는 64.2%로 입도 Silt, COD,LOI, T-N, T-P, Cd, Cu, Pb, Zn, Cr의 상관성이 매우 큰 것으로 나타났다. 즉, 입도가 세립하고, 유기물 함량이 높은 지역에서 T-N, T-P 및 친유기성 금속(organophilic metals)들 이 높게 분포하는 것을 알 수 있다.
- 이러한 원인은 이 지역 주변에 비점오 염원 저감을 위해 인공습지를 약 2 km 이상으로 조성하여 퇴적물 내 유기물 함량이 높아진 것으로 사료된다. T-N의 퇴적물 내 분포 특성은 20~2, 200 gg/g(Avg. 790 μg/g)으로 넓은 농도의 범위를 보이며, St. 36에서 2, 200 Rg/g으로 가장 높은 값을 나타내었다(Fig. 5(a)).
- T-N의 전반적인 분포 특성은 입도 및 유기물 함량 분포와 유사하나, St 10, 11, 13에 서는 1,000 pig/g 이하의 농도를 나타내었다. T-P의 분포 특성 역시 T-N과 유사한 경향을 보였으며, 216~1, 623 gg/g(Avg. 769 ug/g)의 범위로 경안천 하류 지점 St. 15에서 가장 높은 값을 나타내었다(Fig. 5(b)).
- 3(a)). 유기물 함량(LOI)의 분포 특성은 0.1 ~20.2%(Avg. 4.5%)의 범 위로 St. 36에서 20%의 높은 값을 보였다(Fig. 3(b)).
- 값을 계산하였다. 입도를 보정하였음에도 Igeo는 모든 지역에서 0 이하 및 Class 1에 속하는 것으로 나타나 퇴적물 내 중금속 오염은 심각하지 않은 것으로 나타났다.
- 3(b)). 입도와 유기물 함량과의 상관관계는 St. 36을 제외한 나머지 정점들 에 대해r = 0.88로 입도가 세립 할수록 유기물 함량이 높 아지는 일반적인 경향을 보였다(Fig. 4). 즉 입자가 작을수록 표면적이 넓어져, 더 많은 물질이 흡착할 수 있는 물리적 면적이 증가하는 것을 알 수 있다.
- 조사지역의 퇴적물 내 pH 분포는 평균 6.8이며, TCOD의 분포 특성은 입도 분포와 유사한 경향을 보인다(Fig. 3(a)).
- 각 지역의 입도 를 고려한 I는 A, C 지역은 상대적 Index 값이 #보다 다소 높아지긴 하였으나, 오염되지 않은 것으로 나타났으며, B 지역은 Igeo 보다 낮은 Index를 보였다. 즉, 입도를 보정하 였음에도 모든 지역에서 0 이하 및 Class 1에 속하는 것으로 나타나 팔당호 퇴적물 내 중금속 오염은 심각하지 않은 것으로 평가된다.
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