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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 1999년도에 수행한 팔당호 및 경안천 일대 40개 지점의 토질 특성, 퇴적물의 오염도 및 용출 특성 등의 조사 결과를 분석하여 장래 팔당호 수질개선을 위한 계획수립과 기초 자료를 제공하는데 목적을 두었다.
제안 방법
- 팔당호 퇴적물의 오염도 조사는 1999년 8월 부터 11월 사이에 팔당호를 중심으로 남 북한강과 경안천 수계에 대하여 40개 지점을 대상으로 선정하였다. 조사지점별 시료채취는 원지반을 기준으로 하였고, 오염도조사는 각 지점별 물리적 성상에 따라 상 중 하로 구분하여 총 120개 시료를 대상으로 오염도 분석을 실시하였다. 또한, 40개 조사 지점 중 퇴적물의 양이 많아 이로 인한 영향이 클 것으로 예상되는 5개 지점을 선정하여 공극수 분석, 용출 특성(공기주입 및 공기 무주입) 및 EPA조사기준에 따른 항목을 비교 분석하였다.
- 또한, 40개 조사 지점 중 퇴적물의 양이 많아 이로 인한 영향이 클 것으로 예상되는 5개 지점을 선정하여 공극수 분석, 용출 특성(공기주입 및 공기 무주입) 및 EPA조사기준에 따른 항목을 비교 분석하였다. 조사 위치는 그림 1에 표시한 바와 같이 지역을 크게 5개 구간으로 구분하여 각 구간별 퇴적물의 물리적 특성 및 오염분포 현황을 분석하였다. Ⅰ구간은 경안천 광동교 상류로 퇴적물 조사지점 1~5, Ⅱ구간은 경안천 하류로 퇴적물 조사지점 6~13, Ⅲ구간은 팔당호 하부로 경안천이 유입되는(소내섬 아랫쪽)구간으로 퇴적물 조사지점 14~22, Ⅳ구간은 팔당호 본류 상부로 (소내섬 윗쪽), 퇴적물 조사지점 23~33 및 Ⅴ구 간은 남 북한강이 합류되어 팔당호 본류로 유입 되는 구간으로 퇴적물 조사지점 34~40에 각각 해당된다.
- 시료는 폴리에틸렌 용기를 사용하고, 항시 염산 희석수와 2차 증류수로 세척하여 오염을 방지하였다. 채취한 시료의 항목별, 구체적 분석 방법을 표 3에 정리하였다.
- 현재까지는 퇴적물과 관련한 용출시험법의 법제화가 이루어지지 않은 관계로 폐기물공정시험 법(용출시험방법)에 의한 시험이 수행되어왔으나, 본 시험에서는 진탕기를 이용하지 않았으며, 일정용기에 퇴적물을 넣고 호소수를 가하여 정치한 후 용출액을 채취하는 방법과 퇴적토가 부유 하지 않을 정도로 공기를 주입하여 교반하면서 용출액을 채취하는 방법을 병행하여 용출시험을 수행하였다.
- 조사지점별 시료채취는 원지반을 기준으로 하였고, 오염도조사는 각 지점별 물리적 성상에 따라 상 중 하로 구분하여 총 120개 시료를 대상으로 오염도 분석을 실시하였다. 또한, 40개 조사 지점 중 퇴적물의 양이 많아 이로 인한 영향이 클 것으로 예상되는 5개 지점을 선정하여 공극수 분석, 용출 특성(공기주입 및 공기 무주입) 및 EPA조사기준에 따른 항목을 비교 분석하였다. 조사 위치는 그림 1에 표시한 바와 같이 지역을 크게 5개 구간으로 구분하여 각 구간별 퇴적물의 물리적 특성 및 오염분포 현황을 분석하였다.
- 지층 탐사 결과와 기존조사 정점을 참조하여 팔당호를 전체적으로 대표할 수 있도록 북한강, 남한강 및 경안천 유역의 모래 지역, 슬러지 집적 지역으로 하여 퇴적물 시료 채취 정점을 선정하였다. 퇴적물과 용출량 측정 퇴적물시료는 교란되지 않도록 소형 Gravity corer(내경 60㎜ 아크릴 파이프 장착)을 이용하여 채취한 후, 현장에서 대기중 산소와의 접촉을 완전 차단하여 실험실 내로 냉장운반, Teflon Pusher로 퇴적물을 밀어 내어 물리적 및 화학적 특성을 분석하였다. 그 외 Core 시료는 내경 60㎜ 아크릴 파이프를 장착한 저속 회전식 시추장비를 이용하여 바지선 상에서 퇴적물의 교란을 최소화하여 원층 2m 깊이까지 채취하였고, 채취된 Core 시료의 양 끝단은 완전 밀봉하여 공극수의 배출을 차단하여 시료 원상태를 유지하도록 한 후 실험실로 운반하여 분석하였다.
- 퇴적물과 용출량 측정 퇴적물시료는 교란되지 않도록 소형 Gravity corer(내경 60㎜ 아크릴 파이프 장착)을 이용하여 채취한 후, 현장에서 대기중 산소와의 접촉을 완전 차단하여 실험실 내로 냉장운반, Teflon Pusher로 퇴적물을 밀어 내어 물리적 및 화학적 특성을 분석하였다. 그 외 Core 시료는 내경 60㎜ 아크릴 파이프를 장착한 저속 회전식 시추장비를 이용하여 바지선 상에서 퇴적물의 교란을 최소화하여 원층 2m 깊이까지 채취하였고, 채취된 Core 시료의 양 끝단은 완전 밀봉하여 공극수의 배출을 차단하여 시료 원상태를 유지하도록 한 후 실험실로 운반하여 분석하였다.
- 일정량의 부유물과 퇴적물을 각각 여과된 담수를 투입 후 포기하면서 총 10일간 EPA용출 실험법으로 매일 단위시간당, 단위면적당 용출량을 측정하였다. 표 2에 용출시험의 구체적 조건을 제시하였다.
대상 데이터
- 팔당호 퇴적물의 오염도 조사는 1999년 8월 부터 11월 사이에 팔당호를 중심으로 남 북한강과 경안천 수계에 대하여 40개 지점을 대상으로 선정하였다. 조사지점별 시료채취는 원지반을 기준으로 하였고, 오염도조사는 각 지점별 물리적 성상에 따라 상 중 하로 구분하여 총 120개 시료를 대상으로 오염도 분석을 실시하였다.
- 팔당호 40개 지점에서 채취한 퇴적물의 오염도 조사항목 및 시료를 표 1에 정리하였다. 지층 탐사 결과와 기존조사 정점을 참조하여 팔당호를 전체적으로 대표할 수 있도록 북한강, 남한강 및 경안천 유역의 모래 지역, 슬러지 집적 지역으로 하여 퇴적물 시료 채취 정점을 선정하였다. 퇴적물과 용출량 측정 퇴적물시료는 교란되지 않도록 소형 Gravity corer(내경 60㎜ 아크릴 파이프 장착)을 이용하여 채취한 후, 현장에서 대기중 산소와의 접촉을 완전 차단하여 실험실 내로 냉장운반, Teflon Pusher로 퇴적물을 밀어 내어 물리적 및 화학적 특성을 분석하였다.
- Glove box내에서 분리된 Gravity core 퇴적 물시료는 원심분리하여 공극수와 퇴적물로 분리하였고, 퇴적물과 부유물질 시료는 110±5℃ 온도에서 완전히 건조시킨 후 200mesh 체를 통과 하도록 분말화하여 1g씩 평량하여 분석용 시료를 준비하였다.
- 오염물 질의 농도분포는 입도 차이에 따라 수십~수백배의 차이를 나타내는 경우도 있으며, 이러한 입도별 차이에 따라 각각 오염물질의 농도분포는 큰차이를 보이고 있다. 이에 따라 오염물질의 농도 분포는 64㎛이하의 시료를 대상으로 분석을 실시하였다.
- 5개 지점(No. 10, 19, 20, 23, 36)의 퇴적물을 대상으로 T-N, T-P, Zn, Pb, Cu, Cd, Cr, Hg항목에 대해 공기를 주입하면서 10일간 용출 시험을 실시한 경우에도 중금속은 검출되지 않았다. T-N의 경우에는 그림 8에 나타낸 바와 같이 일정한 추이를 나타내지 않았고, 각 지점의 변화양상은 유사하였지만, 지점 36의 용출율이 타지점보다 높은 수치를 나타냈다.
- 지점 19를 선정하여 상층에서부터 10㎝ 간격으로 10개층에 대하여 TOC 농도 분석을 실시한 범위는 그림 6에 표시한 바와 같이 0.75~1.40% 로 조사되었다.
성능/효과
- 팔당호 하상퇴적물의 중금속 농도분포를 그림 5에 표시하였다. Cd N.D.~0.44㎍/g, Cr 0.2~ 4.2㎍/g, Cu 1.6~20.7㎍/g, Hg 1.4~78.0ng/g, Pb 2.1~18.9㎍/g 및 Zn 1.8~99.5㎍/g로 검출 되었으나, 용출시험 결과로 미루어보면 용출 등으로 인한 영향은 미미할 것으로 판단된다. 광주지역의 하천퇴적물(김 등, 1999)과 대전 지역의 하천수 및 하상퇴적물(김 등, 1996)을 조사한 연구에서도 중금속 오염 농도를 보고한 바와 같이 팔당호 하상퇴적물의 중금속 농도는 지속적으로 모니터링 되어야 할 필요가 있을 것으로 판단된다.
- 5) 하상퇴적물의 중금속 농도분포는 Cd N.D.~0.44㎍/g, Cr 0.2~4.2㎍/g, Cu 1.6~20.7㎍/g, Hg 1.4~78.0ng/g, Pb 2.1~18.9㎍/g 및 Zn 1.8~99.5㎍/g로 검출되었으나, 용출시험 결과로 미루어보면 용출 등으로 인한 영향은 미미할 것으로 판단된다.
- 팔당호 퇴적물의 함수율은 0.1~78.3%로 조사 되었으며, 평균농도는 상층에서 16.7%, 중층에서 10.3%, 하층에서 6.7%로 나타났다. 함수율의 분포특성은 상층부에서 하층부로 갈수록 농도가 급격히 감소하는 것으로 나타났으며, 조사지점별로 상층부에서 Ⅰ구간의 함수율은 4.
- 4) 퇴적물내 인의 존재형태별 농도분포는 Adsorbed-P 7~58㎍/g, NAI-P 13~ 411㎍/g, Apatite-P 52~482㎍/g 및 Residual-P 75~894㎍/g으로 조사되었다.
- 5개 대표 지점을 대상으로 공극수를 분석한 결과, T-N 4.94~7.44㎎/L, T-P 0.195~ 0.361㎎/L 으로 나타났다.
- 1) 퇴적물의 평균 입도는 상층에서 0.8~9.8 φ, 중층에서 0.6~7.1φ, 하층에서 0.6~ 7.8φ로 나타났으며, Silt성분이 주를 이루고 있는 것으로 조사되었다.
- 팔당호 퇴적물의 pH, 함수율 및 입도분석 결과를 그림 2에 표시하였다. pH는 6.4~6.9로 조사되었고, 평균 농도는 상층에서 pH 6.8, 중층과 하층의 pH 6.7 보다 0.1정도 높게 나타났으며, Ⅲ구간의 하층에서 평균 pH 6.6으로 가장 낮게 조사되었다. 전 수역에 걸쳐 유사한 분포를 나타내었으나, 소내섬과 취수장 사이에 있는 21, 22 지점의 pH가 비교적 낮게 조사되었다.
- 6으로 가장 낮게 조사되었다. 전 수역에 걸쳐 유사한 분포를 나타내었으나, 소내섬과 취수장 사이에 있는 21, 22 지점의 pH가 비교적 낮게 조사되었다. 상층에서 pH의 농도가 일정하게 분포하는 것은 상층의 퇴적물내에 함유된 공극수가 수계의 직접적인 영향을 받기 때문인 것으로 사료되며, 하층 pH와의 농도차이는 유기물의 분해속도 차이로 판단된다.
- 7%로 나타났다. 함수율의 분포특성은 상층부에서 하층부로 갈수록 농도가 급격히 감소하는 것으로 나타났으며, 조사지점별로 상층부에서 Ⅰ구간의 함수율은 4.9%, Ⅱ구간의 함수율은 29.5%, Ⅲ구간의 함수율은 34.6%, Ⅳ 구간의 함수율은 0.4%, Ⅴ구간의 함수율은 8.3% 로 분포특성이 상이하게 나타났는데, 이는 입도분포 특성에 따른 차이로 판단된다. 즉, 함수율이 낮은 곳은 입도분포 중 Sand의 함량이 60%를 상회하는 지점으로써, 퇴적물내의 공극률이 낮아 Silt 및 Clay의 함량이 상대적으로 높은 Ⅱ,Ⅲ구간 보다 함수율이 낮게 조사되었다.
- 3% 로 분포특성이 상이하게 나타났는데, 이는 입도분포 특성에 따른 차이로 판단된다. 즉, 함수율이 낮은 곳은 입도분포 중 Sand의 함량이 60%를 상회하는 지점으로써, 퇴적물내의 공극률이 낮아 Silt 및 Clay의 함량이 상대적으로 높은 Ⅱ,Ⅲ구간 보다 함수율이 낮게 조사되었다.
- 팔당호 퇴적물의 COD는 1.8~24.6㎎/g으로 조사되었고, 평균 농도는 상층에서 14.7㎎/g, 중층에서 12.9㎎/g, 하층에서 12.0㎎/g으로 상층의 농도보다 중·하층에서의 COD의 농도가 낮은 것으로 조사되었다.
- T-P의 농도분포는 214~1,625㎍/g으로 조사되었으며, 평균 농도는 상층에서 769㎍/g, 중층에서 634㎍ /g, 하층에서 평균 458㎍/g로 나타났다. 팔당호 퇴적물내 COD, 강열감량, T-N 및 T-P의 농도 분포 역시 입도분포와 밀접한 상관관계를 가지기 때문에 Sand의 분포율이 높은 남 북한강 합류부와 소내섬 위 팔당본류, 광동교 상류는 Silt 및 Clay의 분포율이 높은 소내섬부근과 광동교에서 선착장에 이르는 구간의 농도 분포 보다 낮게 조사되었다. 이와 같은 각 구간별 입도특성은 광동교에서 소내섬 아래에 이르는 구간은 수계의 정체성으로 인해 미립자의 퇴적이 많음을 알 수 있으며, 상대적으로 남·북한강 합류부와 팔당본류, 광동교 상류는 유속의 흐름이 원할하여 강우시 Sand 등과 같은 퇴적물의 유입으로 인해 미립자의 퇴적물 보다는 모래 및 자갈 등과 같은 퇴적물이 퇴적되어 있음을 알 수 있다.
- 강열감량은 Ⅱ, Ⅲ구간에서 6.3%, 6.4%로 조사되었으며, Ⅰ, Ⅳ, Ⅴ구간에서 5.4%, 1.5%, 2.7%로 COD와 유사한 농도분포를 나타내고 있으며, 총질소의 경우 Ⅱ, Ⅲ구간에서 T-N 1,129㎎/㎏, 1,327㎎/㎏로 조사되었고, Ⅰ, Ⅳ, Ⅴ구간에서 484㎎/㎏, 219㎎/㎏, 656㎎/㎏로 조사되었다. 총인의 경우 Ⅱ, Ⅲ구간에서 1,113㎎/ ㎏, 1,113㎎/㎏로 조사되었으며, Ⅰ, Ⅳ, Ⅴ 구간 에서 505㎎/㎏, 350㎎/㎏, 672㎎/㎏로 나타나 COD, 강열감량, 총질소와 유사한 분포특성을 보이고 있는 것으로 나타났다.
- 7%로 COD와 유사한 농도분포를 나타내고 있으며, 총질소의 경우 Ⅱ, Ⅲ구간에서 T-N 1,129㎎/㎏, 1,327㎎/㎏로 조사되었고, Ⅰ, Ⅳ, Ⅴ구간에서 484㎎/㎏, 219㎎/㎏, 656㎎/㎏로 조사되었다. 총인의 경우 Ⅱ, Ⅲ구간에서 1,113㎎/ ㎏, 1,113㎎/㎏로 조사되었으며, Ⅰ, Ⅳ, Ⅴ 구간 에서 505㎎/㎏, 350㎎/㎏, 672㎎/㎏로 나타나 COD, 강열감량, 총질소와 유사한 분포특성을 보이고 있는 것으로 나타났다. 특히, 광동교~선착 장~소내섬아래에 이르는 구간은 영양염류 등의 오염도가 높아 수계에 미치는 영향이 클 것으로 예측되기 때문에 퇴적오염물질에 대하여 지속적인 모니터링이 수반되어야 할 것으로 사료된다.
- 이에 따라 인의 분석은 4단계로 형태별 분석을 실시한 결과를 표 4에 정리하였다. 상층부에서의 인의 존재형태별 평균 농도분포는 Adsorbed-P 26㎎/㎏(3.4%), NAI-P 145㎎/ ㎏(18.8%), Apatite-P 182㎎/㎏(23.6%) 및 Residual-P 418㎎/㎏(54.2%)로 조사되었으며, 용출가능성이 있는 인을 Adsorbed-P, NAI-P 로 간주할 때 상층부의 총인 중 용출가능성이 있는 인은 22.2%로 나타났다.
- 2) 퇴적물내 COD, 강열감량, T-N 및 T-P 의 농도분포는 입도분포와 밀접한 상관관계를 가지기 때문에 Sand의 분포율이 높은 남 북한강 합류부와 소내섬 위 팔당본 류, 광동교 상류는 Silt 및 Clay의 분포율이 높은 소내섬부근과 광동교에서 선착장에 이르는 구간의 농도 분포 보다 낮았다.
후속연구
- 총인의 경우 Ⅱ, Ⅲ구간에서 1,113㎎/ ㎏, 1,113㎎/㎏로 조사되었으며, Ⅰ, Ⅳ, Ⅴ 구간 에서 505㎎/㎏, 350㎎/㎏, 672㎎/㎏로 나타나 COD, 강열감량, 총질소와 유사한 분포특성을 보이고 있는 것으로 나타났다. 특히, 광동교~선착 장~소내섬아래에 이르는 구간은 영양염류 등의 오염도가 높아 수계에 미치는 영향이 클 것으로 예측되기 때문에 퇴적오염물질에 대하여 지속적인 모니터링이 수반되어야 할 것으로 사료된다.
- 이는 용출시험 초기에 퇴적물의 교란에 의한 총용존인의 농도가 높아진 것에 이유도 있겠지만, 인의 용출은 24시간이내에 모두 이루어질 수 있음을 예측할 수 있다. 공기주입에 의한 실험 방법은 팔당호의 DO 농도조건을 반영할 수 있기 때문에 실제에 가까운 자료를 도출할 수 있을 것으로 판단된다. 오염물질의 용출에 따른 영향을 고려하여, 향후 다각적인 방향에서 오염물질의 이동에 따른 연구 분석이 수행되어야 한다.
- 공기주입에 의한 실험 방법은 팔당호의 DO 농도조건을 반영할 수 있기 때문에 실제에 가까운 자료를 도출할 수 있을 것으로 판단된다. 오염물질의 용출에 따른 영향을 고려하여, 향후 다각적인 방향에서 오염물질의 이동에 따른 연구 분석이 수행되어야 한다. 예를 들어, 퇴적물의 용출 실험을 수행할 경우 혐기성상태와 호기성상태 등의 인위적인 조건을 갖추어 수계에서 예측되는 여러 조건(수온, pH, DO등)을 검토 평가한 후 위해성 여부를 정확히 판단하여야 할 것이다.
- 3) 광동교~선착장~소내섬아래에 이르는 구간은 영양염류 등의 오염도가 높아 수계에 미치는 영향이 클 것으로 예측되기 때문에 지속적으로 퇴적오염물질의 모니터링을 실시하여야 한다.
- 6) 5개 지점의 퇴적물을 대상으로 공기주입 및 공기미주입에 의한 용출 실험에서 중금속과 영양염류는 거의 검출되지 않았거나 검출 정도가 미미한 것으로 나타났으나, 오염물질의 용출에 따른 영향을 고려하여 향후 다각적인 방향에서 오염물질의 이동에 따른 연구 분석이 수행되어야 한다.
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