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문제 정의
- 본 연구는 옥동천 지역을 대상으로 폐탄광 및 휴 · 폐광된 금속광산에서 발생된 광폐재가 강우로 인한 침식으로 생성된 하천 퇴적물에 함유된 중금속(Pb, Cd, Zn, Cu, Ni)의 존재형태와 이동 가능성에 대해 규명하여 사후관리대책이나 복원대책을 위한 기초적 자료를 제공하려고 한다.
제안 방법
- 각각의 채취지점에서 채취한 토양시료를 각각 폴리에틸렌 건조접시에 균일한 두께로 하여 통풍이 잘 되는 곳에서 음건시켰다. 음건시킨 시료는 나무망치로 분쇄하여 2 mm 표준체(8 mesh)를 통과시킨 후 다시 63 μm인 비금속 체(nylon bolting cloth sieve)로 체질한 후 각각의 시료를 균등 량 취하여 사분법에 의해 균일하게 혼합하여 분석용 시료로 사용하였다.
- 옥동천 유역에 분포하는 명진, 서진, 옥동탄광 등의 폐탄광과 상동광업소, 거도광산 등의 금속광산, 광미폐재를 쌓아둔 광재댐과 그 주변지역을 대상으로 퇴적물에 의한 오염현황을 파악하고 토의한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 이른다. 시료 채취를 위해 광산 폐기물의 이동 경로에 따른 하상퇴적물 시료는 옥동천 수계의 상류에서부터 계획된 횡단시료채취 선의 토양시료와 동일한 횡단선상에서 채취하였으며, 옥동천 본류와 합쳐지는 지점에서는 지류의 상류와 합류지점에서 채취하였다. 연구지 역에서는 1지점에서 10개를 채취하였으며 비교지역 수계 1지점의 시료 등 총 12지점에서 시료를 채취하였다.
- 시료 채취를 위해 광산 폐기물의 이동 경로에 따른 하상퇴적물 시료는 옥동천 수계의 상류에서부터 계획된 횡단시료채취 선의 토양시료와 동일한 횡단선상에서 채취하였으며, 옥동천 본류와 합쳐지는 지점에서는 지류의 상류와 합류지점에서 채취하였다. 연구지 역에서는 1지점에서 10개를 채취하였으며 비교지역 수계 1지점의 시료 등 총 12지점에서 시료를 채취하였다. 시료의 특성은 Table 1과 시료채취지점은 Fig.
이론/모형
- 입도 분석은 체 분석(sieving method)과 침강 분석(pipette method)을 병행, 실시하였다. 입도 분석은 Shepard(1954), 평균 입도(mean)는 Folk와 Ward(1966)의 분류 방법을 따랐다.
- method)을 병행, 실시하였다. 입도 분석은 Shepard(1954), 평균 입도(mean)는 Folk와 Ward(1966)의 분류 방법을 따랐다.
- 표-층퇴적물의 부식화도는 Hakanson과 Jansson(1983)의 구분법인 T-N과 작열감량의 비로서 결정하였으며, T-N과 작열감량의 비가 20 이하일 경우는 Oligohumic, 20~25일 경우는 Mesohumic, 25이 이상일 때는 Polyhumic으로 구분된다.
- 분석한 중금속의 종류는 Cd, Ni, Pb, Zn, Cu 등이며, 중금속의 존재형태는 Tessier 등(1979)의 방법에 따라 흡착태형태 (adsorbed form), 탄산화합물과 결합된 형태(carbonate form), 철 및 망간산화물과 결합된 형태(reducible form), 유기물과 결합된 형태(organic form), 잔존물형태(residual form)로 분석하였고 이들의 합을 총량으로 하였다(Table 2).
성능/효과
- 연구지역 퇴적물의 이화학적 특성을 분석한 결과 폐탄광의 갱내수, 폐탄광의 침출수, 광재댐 침출수 등이 배출되는 지류(명진폐탄광, 서진폐탄광, 옥동폐탄광, 상동광산광재댐 침출수)의 퇴적물에서 낮은 pH를 나타내고 있으며 유기물의 함량은 상동읍지역과 중 · 하류의 농경지가 발달한 지역이 전반적으로 부화되어 이 지역이 연구지역에서 인위적 활동에 의한 오염지역임을 알 수 있다.
- 폐탄광의 산성탄광폐수가 유입되는 지류에서 2.3~5.2로 강산성을 나타내었으나 상동 광업소의 배출수가 유입되는 지류에서 6.9~8.32로 중성 및 알칼리성에 해당되는 값으로 나타났으며 (Table 3), 양이온치환용량은(CEC) 6.2~30.1 cmol(+)/kg으로서 우리나라 일반 농경지 토양 평균 9.2 cmol(+)/kg(Park, 1996)보다 대부분의 전지역에서 높게 나타났다(Table 3). 이는 유해 중금속의 대부분이 양이온이라고 할 때 하천 퇴적물로부터 용출되는 유해 중금속을 하천의 수층 내부에서는 효율적으로 흡착할 수 없어, 하천 생태계에 중금속에 의한 오염 가능성이 판단된다.
- 퇴적물 내 질소의 함량은 0.2~2.1 %로 상동광산 구광재댐의 지하수 바닥의 퇴적물에서 2.1 %로 가장 높은 값을 나타냈으며, 명진 폐탄광의 갱내수의 퇴적물에서 0.2%로 가장 낮은 값으로 나타났다(Table 2). 이러한.
- 이러한.총 질소의 함량은 1993년 환경부(0.08%)와 서울특별시(0.2%)게서 제안한 퇴적물 준설기준과 비교하면 전 지역에서 기준을 초과하는 값으로 나타났다. 또한 1973년 Federal Water Quality Administration(0.
- 작열감량(Ignition loss)의 함량은 1.2~15.6%로 구광재 댐 지역의 정점 S-S에서 가장 높은 값을 나타냈으며, 구광재댐의 지하수 바닥의 퇴적물인 정점 OT-S에서 가장 낮은 값으로 나타났다. 이러한 I작열감량 함량은 1993년 환경부(7.
- 부식화 도는 0.6~47.4로 명진 폐탄광의 침출수가 유출되는 하천 퇴적물에서 76.6으로 가장 높은 부식정도를 나타낸 반면에 구광재댐의 침출수가 배출되는 구광재댐 지하수 퇴적물에서 4.8로 가장 낮아 부식화가 잘 진행된 상태로 나타났다(Table 3).
- 퇴적물의 입도는 대부분이 실트와 점토의 함량이 높은 siltclay로, 서진폐탄광지역의 퇴적물은 유속이 빠른 최상부지역인 정점 S-S(sand)을 제외한 전 지역이 sensicl, siltyclay로 나타났다. 이러한 결과는 상류지역의 입자 크기 대부분이 silt와 clay로 중 · 하류보다 미세한 입자구조를 가지고 있어 오염물질의 농도와 64 ㎛ 이하 입자사이에 밀접한 상관관계를 가지고 있는(Kyle, 1991; Baudo et al.
- 하천 퇴적물에 포함된 카드뮴 중 수체로 이동될 수 있는 labile한 부분은 19.8~56.7%로 상동읍 인구밀집지역의 지류와 폐탄광과 금속광산의 지류가 합류되는 정점 US-S에서 제일 이동성이 높게 나타났으며 폐탄광 지역의 지류가 유입되는 곳의 퇴적물에서 가장 낮은 값을 나타냈으며 (Fig. 2), 구리는 총량이 550.9~1,515.1 mg/kg로 상동광업소의 배출수가 유입되는 지류의 퇴적물인 정점 SD-S에서 1,515.1 ㎎/㎏으로 가장 높았으며 옥동 폐탄과의 침출수가 유입되는 지류의 퇴적물 정점 OK-S에서 550.9㎎/㎏으로 가장 낮은 값으로 나타났다(Fig. 3).
- 납의 총량은 249.6~644.6 ㎎/㎏로 옥동천 하류의 옥동폐탄광의 배출수와 옥동의 인구밀집지역의 생활하수가 유입되는 하천의 퇴적물인 정점 OK-S서 가장 높았으며 거도 폐금속광산의 배출수가 유입되는 지류의 퇴적물인 정점 KD에서 249.69 ㎎/㎏으로 가장 낮은 값으로 나타났다. 퇴적물에 함유된 납의 존재형태는 adsorbed fraction 0.
- 8 ㎎/㎏으로 나타났다. 서진 폐탄광의 산성광산배수가 유입되어 수체의 pH가 3.0 이하인 정점 S-S에서 125.7 ㎎/㎏으로 가장 낮은 값으로 나타났다.
- 아연의 총량은 214.0~2,945.8 ㎎/㎏으로 서진 폐탄광의 배출수가 합류되는 정점 S-S에서 2,45.8 ㎎/㎏로 가장 높은 값을 나타냈고, 폐탄광의 갱내수 및 침출수가 유입되는 지류와 상동광업소의 배출수가 유입되는 지류 및 거도 폐금속광산의 산성광산 배수가 유입되는 지류, 광재댐의 침출수가 유입되는 지류가 합류되어 흐르는 본류의 중하류의 정점 MS-S에서 214.0 ㎎/㎏으로 가장 낮은 값으로 나타났다.
- 연구지역인 옥동천 하천 퇴적물에 함유되어 있는 Cd,Cu, Pb, Zn의 존재형태는 특성상 residual fraction이 제외한 존재형태 중 organic faction이 가장 높은 농도를 나타냈으나, yellow boy 현상을 보이는 지역의 퇴적물에서 reducible fractiondl 가장 높은 부분 비율을 차지하였다. 이러한 것은 철산화물과 망간 산화물과 결합된 형태인 reducible Inaction이 yellow boy의 구성물인 Fe2O3 및 SO3, H2O로 구성된 Schwertmannite(Fe8O8(OH)4.
- 퇴적물에 함유된 중금속 존재형태에 따른 이동 가능비에 대한 비교 결과 일부 중금속(Cd, Ni, Zn)에서 adsorbed fraction과 carbonate fraction 합이 오염지라고 예싱되는 폐탄광 지역보다 금속광산과 석회광산 지역에서 높은 경향을 보여 이 지역은 낮은 pH에 의해 퇴적물 부분이 영향을 받았을 것으로 판단된다.
후속연구
- 중금속의 존재형태와 용출 특성의 구명에 관한 연구는 광산활동에 의한 광산폐기물의 거동에 적용이 가능하고 특히 광미를 매립 또는 광재댐에 의해 격리하였을 경우 강우에 의해 침식 또는 유실되어 주변 토양 및 하천으로 유입되었을 경우 폐재에 함유된 중금속이 하천으로의 이동, 또는 비산 시 주변지역 농경지의 오염 가능성을 예측하는데 중요한 정보를 제공할 것으로 판단된다. 또한 휴 · 폐광된 광산지역의 오염원을 제거할 수 있는 기술적인 접근방법이 이루어지기 위하여 휴·폐광된 광산지역을 대상으로 중금속에 의한 존재형태에 대한 이동 가능성에 대한 토의가 이루어져야 할 것으로 생각된다.
- 중요한 정보를 제공할 것으로 판단된다. 또한 휴 · 폐광된 광산지역의 오염원을 제거할 수 있는 기술적인 접근방법이 이루어지기 위하여 휴·폐광된 광산지역을 대상으로 중금속에 의한 존재형태에 대한 이동 가능성에 대한 토의가 이루어져야 할 것으로 생각된다.
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