옥천층군이 주요 지질인 옥천군 북부지역 지하수 조사 관정에서 지하수 내 비소 농도 범위는 0.0051~0.0887 mg/L이다. 지하수 내 비소의 농도는 주 양이온 및 음이온 등의 주요 수질인자와 뚜렷한 상관관계를 찾을 수 없었을 뿐만 아니라 주요 지질 및 공간분포와도 관련이 없었다. 코어 암석 시료에 대한 박편분석, X-선회절분석, 전자현미분석 결과 황철석, 황동석, 유비철석 등의 황화광물들이 확인되었는데 이러한 황화광물류의 산화가 일차적인 비소의 기원으로 판단된다. 용해도 특성 분석 결과, 방해석$(CaCO_3)$, 돌로마이트(CaMg$(CO_3)_2$) Magnesite $(MgCO_3)$ 등의 탄산염광물들과 포화상태임을 확인하였다. 비소는 일차적으로 함비소 황화광물의 산화에 의해 발생되지만 본 연구 지역과 같이 알칼리 산소 조건(pe+pH>10)의 지하수 환경에서 이차적으로 탄산염광물과 평형을 이루는 $Ca_3(AsO_4)_2(c)$와 $Mn_3(AsO_4)_2(c)$ 등의 비소 광물들의 침전과 용해 평형과정이 지하수 내 비소의 최대 농도를 제한할 수 있을 것으로 판단된다.
옥천층군이 주요 지질인 옥천군 북부지역 지하수 조사 관정에서 지하수 내 비소 농도 범위는 0.0051~0.0887 mg/L이다. 지하수 내 비소의 농도는 주 양이온 및 음이온 등의 주요 수질인자와 뚜렷한 상관관계를 찾을 수 없었을 뿐만 아니라 주요 지질 및 공간분포와도 관련이 없었다. 코어 암석 시료에 대한 박편분석, X-선회절분석, 전자현미분석 결과 황철석, 황동석, 유비철석 등의 황화광물들이 확인되었는데 이러한 황화광물류의 산화가 일차적인 비소의 기원으로 판단된다. 용해도 특성 분석 결과, 방해석$(CaCO_3)$, 돌로마이트(CaMg$(CO_3)_2$) Magnesite $(MgCO_3)$ 등의 탄산염광물들과 포화상태임을 확인하였다. 비소는 일차적으로 함비소 황화광물의 산화에 의해 발생되지만 본 연구 지역과 같이 알칼리 산소 조건(pe+pH>10)의 지하수 환경에서 이차적으로 탄산염광물과 평형을 이루는 $Ca_3(AsO_4)_2(c)$와 $Mn_3(AsO_4)_2(c)$ 등의 비소 광물들의 침전과 용해 평형과정이 지하수 내 비소의 최대 농도를 제한할 수 있을 것으로 판단된다.
Groundwater samples were collected from the bedrock aquifers related with Okcheon metasedimentary rocks. Arsenic (As) concentrations in the samples varied between 0.0051 and 0.887 mg/L, with an average of 0.0248. Cations and anions of groundwaters had no relationship with As contents as well as with...
Groundwater samples were collected from the bedrock aquifers related with Okcheon metasedimentary rocks. Arsenic (As) concentrations in the samples varied between 0.0051 and 0.887 mg/L, with an average of 0.0248. Cations and anions of groundwaters had no relationship with As contents as well as with spatial distribution of geology in the area. Pyrite, chalcopyrite and arsenopyrite in the core samples of the monitoring wells were identified in thin section, X-ray diffraction (XRD) and electron probe microscope analysis (EPMA). It was suggested that these minerals are responsible for the As in groundwater. The groundwater showed saturations with respect to calcite $(CaCO_3)$, dolomite (CaMg$(CO_3)_2$) and Magnesite $(MgCO_3)$. $HAsO_4{^{2-}}$ activities in the groundwater samples were close to $Ca_3(AsO_4)_2(c)$ and $Mn_3(AsO_4)_2(c)$ solubility isotherms, indicating that the maximum As contents in groundwater are secondly controlled by the precipitation and dissolution of carbonate minerals due to alkaline and oxic nature of the groundwater (pe+pH>10).
Groundwater samples were collected from the bedrock aquifers related with Okcheon metasedimentary rocks. Arsenic (As) concentrations in the samples varied between 0.0051 and 0.887 mg/L, with an average of 0.0248. Cations and anions of groundwaters had no relationship with As contents as well as with spatial distribution of geology in the area. Pyrite, chalcopyrite and arsenopyrite in the core samples of the monitoring wells were identified in thin section, X-ray diffraction (XRD) and electron probe microscope analysis (EPMA). It was suggested that these minerals are responsible for the As in groundwater. The groundwater showed saturations with respect to calcite $(CaCO_3)$, dolomite (CaMg$(CO_3)_2$) and Magnesite $(MgCO_3)$. $HAsO_4{^{2-}}$ activities in the groundwater samples were close to $Ca_3(AsO_4)_2(c)$ and $Mn_3(AsO_4)_2(c)$ solubility isotherms, indicating that the maximum As contents in groundwater are secondly controlled by the precipitation and dissolution of carbonate minerals due to alkaline and oxic nature of the groundwater (pe+pH>10).
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
그러나 대부분의 연구에서 지하수 내 비소의 분포를 제시하고 산출 기원을 추정하였을 뿐, 지하수와 비소 관련 광물의 용해도 특성과 관련된 지구화학적 연구가 심도있게 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 옥천계 변성 퇴적암이 주요 지질인 연구 지역에서 지하수 내 비소의 분포를 분석하고 지하수와 비소 광물의 용해도 특성을 파악함으로써 이 지역 지하수에서 비소의 기원 및 산출양상을 추정하고자 한다.
5가 비산염의 경우 산성 지하수 시료에서 가장 우세한 용존 비소 이온의 화학종은 H2AsO4-이며 염기성 지하수 시료에서는 HAsO42-가 가장 우세하다(Sadiq and Alam, 1996). 따라서 본 절에서는 HAsO42-와 관련된 비소 광물들과 대수층 광물들의 용해도 곡선을 계산하여 도시하고, PHREEQC로부터 계산된 비소 농도를 함께 도시함으로써 이차적 비소광물로부터 지하수계로의 비소 산출 양상을 파악하고자 하였다. 여기서 지하수 내 Ca의 농도는 염기성(pH > 7) 일 경우 방해석(CaCO3)과, 산성(pH < 7)일 경우 석고(CaSO42H2O)와 평형상태임을 가정하였다.
가설 설정
또한 Fe의 농도는 pe+pH 5의 경우는 ferrosic oxide인 Fe3(OH)8(Fe3O44H2O)의 침전/용해 평형에 지배받는다고 가정하였다.
또한 Fe의 농도는 pe+pH < 5일 경우는 황철석(FeS2)의, pe+pH > 5의 경우는 ferrosic oxide인 Fe3(OH)8(Fe3O44H2O)의 침전/용해 평형에 지배받는다고 가정하였다. 마지막으로 Mn과 Al의 농도는 각각 로도크로사이트(MnCO3)와 깁사이트(Al(OH)3)와 평형을 이룬다고 가정하였다 (Sadiq, 1997). 이 계산에 사용된 열역학적 자료 및 반응식은 주로 Sadiq (1992)와 Lindsay (1979)의 계산 자료에서 얻었는데, 본 연구에서 사용된 관련 식과 평형상수 값은 표 3에 제시하였으며, 계산된 용해도 곡선 도면은 그림 9에 제시하였다.
여기서 지하수 내 Ca의 농도는 염기성(pH > 7) 일 경우 방해석(CaCO3)과, 산성(pH < 7)일 경우 석고(CaSO42H2O)와 평형상태임을 가정하였다.
제안 방법
이들 시료는 한국지질자원연구원의 지질자원특성분석센터에서 보유한 X-Ray Diffractometer (MPD, Philips)로 분석되었다. 또한 박편으로 제작하여 편광 및 반사 현미경으로 관찰하였으며, 전자현미분석(JXA 8800R, JEOL) 및 X-선 분광분석(EDS)을 수행하였다.
연구지역 지하수에서 비소의 기원을 규명하기 위하여 코어 시료에 대한 광물 및 암석 분석을 수행하였다. X-선회절분석 결과, 황강리층의 OCMW-1시료는 석영, Dravite, 황철석, 운모, 녹니석, 방해석 등의 광물로 구성되어 있었으며, 마전리층의 OCMW-2 시료는 방해석, 석영, 운모, 정장석, 황철석, 휘석 등의 광물로 구성되어 있었다(그림 5).
옥천층군이 주요 지질인 충남 옥천군 북부의 안내면과 안남면 지역에서 23개의 마을상수도를 포함하여 생활용 및 농업용으로 활용되는 40개 지점의 암반관정에 대하여 2회의 시료채취 및 수질분석이 수행되었다. 또한 수리특성 및 시추코어 조사를 위하여 2개소의 신규 관측정을 설치하였다.
이들은 순서대로 각각 유비철석(Arsenopyrite), 황동석(Calcopyrite), 황철석(Pyrite)으로 판단된다. 이러한 박편관찰을 EPMA를 이용한 원소분석을 수행하여 개별 불투명 황화광물의 구체적인 광물조성을 확인하였다. EPMA 분석 결과 대부분의 황화광물은 황철석으로 나타났으나, OC-6 인근의 마전리층 신규 관측공 코어 암석 시료인 BH-2-34에서 모암 광물인 방해석(Spectrum 20) 이외에 황철석(Spectrum 17), 황동석(Spectrum 18), 유비철석(Spectrum 16) 등이 확인되었다.
지하수 시료 채취는 6월 초와 8월 말에 각각 1회씩 총 2회에 걸쳐 수행되었다. 1회차에는 40개소에서 모두 지하수 시료가 채취되었고, 2회차에는 1회차 분석결과를 토대로 30개소에서 지하수 시료가 채취되었다.
지하수에서 비소의 지구화학적 거동을 평가하기 위하여 일차적으로 지구화학평형모델링 프로그램인 PHREEQC를 이용하여 비소 및 기타 관련 광물들의 포화지수(Saturation index)를 계산하였다. 1차 및 2차 수질 조사 시 비소가 검출된 모든 시료를 분석 대상으로 하였으며, 비소 관련 광물의 자료가 포함된 WATEQ4 데이터베이스를 이용하였다.
대상 데이터
지하수에서 비소의 지구화학적 거동을 평가하기 위하여 일차적으로 지구화학평형모델링 프로그램인 PHREEQC를 이용하여 비소 및 기타 관련 광물들의 포화지수(Saturation index)를 계산하였다. 1차 및 2차 수질 조사 시 비소가 검출된 모든 시료를 분석 대상으로 하였으며, 비소 관련 광물의 자료가 포함된 WATEQ4 데이터베이스를 이용하였다.
옥천층군이 주요 지질인 충남 옥천군 북부의 안내면과 안남면 지역에서 23개의 마을상수도를 포함하여 생활용 및 농업용으로 활용되는 40개 지점의 암반관정에 대하여 2회의 시료채취 및 수질분석이 수행되었다. 또한 수리특성 및 시추코어 조사를 위하여 2개소의 신규 관측정을 설치하였다. 주 이온 분석결과 비소가 검출된 지하수 시료는 대부분 Ca-HCO3- 유형으로 나타났다.
시료채취 지점 선정을 위하여 국가지하수정보센터에서 제공하는 지하수이용실태 조사자료를 참고하였다. 연구지역에는 지하수 이용관정이 2,807개소로 확인되었으며, 이중 2개소의 환경부 지하수 수질측정망을 포함하여 23개의 마을상수도 또는 소규모급수시설과 15개소의 생활용(7) 및 농업용(8) 관정을 시료채취 지점으로 선정하였다.
연구지역에는 지하수 이용관정이 2,807개소로 확인되었으며, 이중 2개소의 환경부 지하수 수질측정망을 포함하여 23개의 마을상수도 또는 소규모급수시설과 15개소의 생활용(7) 및 농업용(8) 관정을 시료채취 지점으로 선정하였다. 시료채취 지점은 지역별, 지질별 공간적 분포를 고르게하였으며 비소가 지질 기원으로 추정되기 때문에 인위적 오염원의 배재를 위하여 암반관정을 대상으로 선정하였다(그림 2). 또한 시추 조사 및 코어 시료 확보를 위하여 마전리층과 황강리층에 해당하는 지역에 2개소의 신규관측정이 설치되었다(각각 OC-6과 OC-23 지점 인근).
분석된 화학분석결과를 토대로 지구 화학평형모델링 프로그램인 PHREEQC (Parkhurst and Appelo, 1999)를 이용하여 비소 및 기타 관련 광물들의 포화지수(Saturation Index)를 계산하였다. 시추 코어 암석 시료는 시추주상도를 참고하여 황화광물이 존재하는 구간에서 황화광물을 포함하는 부분 시료를 채취하였다. 이들 시료는 한국지질자원연구원의 지질자원특성분석센터에서 보유한 X-Ray Diffractometer (MPD, Philips)로 분석되었다.
시료채취 지점 선정을 위하여 국가지하수정보센터에서 제공하는 지하수이용실태 조사자료를 참고하였다. 연구지역에는 지하수 이용관정이 2,807개소로 확인되었으며, 이중 2개소의 환경부 지하수 수질측정망을 포함하여 23개의 마을상수도 또는 소규모급수시설과 15개소의 생활용(7) 및 농업용(8) 관정을 시료채취 지점으로 선정하였다. 시료채취 지점은 지역별, 지질별 공간적 분포를 고르게하였으며 비소가 지질 기원으로 추정되기 때문에 인위적 오염원의 배재를 위하여 암반관정을 대상으로 선정하였다(그림 2).
연구지역은 옥천층군이 주요 지질로 분포하는 충남 옥천군 북부 지역(안내면과 안남면 일대)이며 면적은 약 84.56 km2이다(그림 1). 연구지역에 인근한 추풍령기상대 자료에 의하면 1999년부터 2008까지 최근 10년 간의 연평균 기온은 11.
시추 코어 암석 시료는 시추주상도를 참고하여 황화광물이 존재하는 구간에서 황화광물을 포함하는 부분 시료를 채취하였다. 이들 시료는 한국지질자원연구원의 지질자원특성분석센터에서 보유한 X-Ray Diffractometer (MPD, Philips)로 분석되었다. 또한 박편으로 제작하여 편광 및 반사 현미경으로 관찰하였으며, 전자현미분석(JXA 8800R, JEOL) 및 X-선 분광분석(EDS)을 수행하였다.
데이터처리
2에 기초한 산화제 및 환원제를 사용하여 전처리 후 Vapor Gneration Accessory가 부착된 유도결합플라즈마 원자방출분광분석기(ICP-AES, Varian 710 ES)로 분석되었다. 분석된 화학분석결과를 토대로 지구 화학평형모델링 프로그램인 PHREEQC (Parkhurst and Appelo, 1999)를 이용하여 비소 및 기타 관련 광물들의 포화지수(Saturation Index)를 계산하였다. 시추 코어 암석 시료는 시추주상도를 참고하여 황화광물이 존재하는 구간에서 황화광물을 포함하는 부분 시료를 채취하였다.
마전리층과 황강리층 지역의 시추 코어시료에서 석영 세맥을 따라 형성된 괴상 및 층리면을 따라 형성된 층상의 황철석 및 황화광물이 관찰되었으며, 이 시료에 대한 박편분석, X-선회절분석, 전자현미분석 결과 황철석, 황 동석, 유비철석 등의 황화광물들이 확인되었는데 이러한 황화광물류의 산화가 일차적인 비소의 기원으로 판단된다. 지하수 내 비소의 이차적 산출 양상을 파악하기 위하여 지화학평형모델링 프로그램 PHREEQC를 이용하였으며 알칼리 산소 조건의 지하수 환경에서 비소 관련 광물들의 열역학적 용해도 곡선을 계산하였다. 용해도 특성 분석 결과, 방해석(CaCO3), 돌로마이트(CaMg(CO3)2) Magnesite (MgCO3) 등의 탄산염광물들과 포화상태임을 확인하였다.
이론/모형
수질 분석 항목은 pH, 전기전도도, 용존산소량, 산화환원전위(ORP), 온도 등의 현장수질 항목과 함께 Na, K, Ca, Mg, Cl, HCO3, CO3, SO4, F 등의 주 양이온 및 음이온과 함께 As, Fe, Mn, Al, Si 항목이 분석되었다. 알칼리도는 산중화적정법을 이용하여 결정하였다. 주 양이온 및 음이온 분석은 이온 크로마토그래피 시스템(ICS-1500, Dionex)을 이용하였으며, 기타 금속이온 분석은 유도결합플라즈마 원자방출분광분석기(ICP-AES, Geoplasma)를 사용하였다.
알칼리도는 산중화적정법을 이용하여 결정하였다. 주 양이온 및 음이온 분석은 이온 크로마토그래피 시스템(ICS-1500, Dionex)을 이용하였으며, 기타 금속이온 분석은 유도결합플라즈마 원자방출분광분석기(ICP-AES, Geoplasma)를 사용하였다. 비소의 경우, 먹는물수질공정시험방법 ES 05400.
성능/효과
59). 2차 조사 결과 역시 시료 대부분의 수질 유형은 1차 조사와 마찬가지로 Ca-HCO3으로 나타났으며, 주 양이온 및 음이온, 수질 유형과 비소 검출 농도와는 서로 뚜렷한 상관관계를 찾을 수 없었다.
비소가 검출된 지점도 6개소(OC-13, 21, 22, 26, 30, 34)로 나타나, 전체적으로 40개소 중 17개소에서 비소가 검출되었다. 2차 지하수 시료 채취 및 분석 결과 1개 지점(OC-24)이 비소(As) 수질 기준인 0.05 mg/L를 초과하였으며 WHO 및 EPA 기준인 0.01 mg/L를 초과한 지점이 9개소(OC-1, 2, 5, 6, 13, 19, 23, 30, 33)로 나타났다. 비소가 검출된 지점도 2개소(OC-4, 23)로 나타나, 전체적으로 30개소 중 12개소에서 비소가 검출되었다.
이러한 박편관찰을 EPMA를 이용한 원소분석을 수행하여 개별 불투명 황화광물의 구체적인 광물조성을 확인하였다. EPMA 분석 결과 대부분의 황화광물은 황철석으로 나타났으나, OC-6 인근의 마전리층 신규 관측공 코어 암석 시료인 BH-2-34에서 모암 광물인 방해석(Spectrum 20) 이외에 황철석(Spectrum 17), 황동석(Spectrum 18), 유비철석(Spectrum 16) 등이 확인되었다. 특히 유비철석은 비소를 다량 함유한 광물로서 산화환원환경에 따라 풍화를 통해 비소를 용출하기 때문에 본 조사지역의 지하수 내 자연적 비소 산출의 원인 물질로 판단된다(그림 7).
연구지역 지하수에서 비소의 기원을 규명하기 위하여 코어 시료에 대한 광물 및 암석 분석을 수행하였다. X-선회절분석 결과, 황강리층의 OCMW-1시료는 석영, Dravite, 황철석, 운모, 녹니석, 방해석 등의 광물로 구성되어 있었으며, 마전리층의 OCMW-2 시료는 방해석, 석영, 운모, 정장석, 황철석, 휘석 등의 광물로 구성되어 있었다(그림 5). 마전리층의 OCMW-2 시료에 대한 편광현미경 및 반사현미경 관찰 결과 석회암의 방해석 사이에 맥의 형태로 협재된 불투명 황화광물군을 관찰할 수 있으며, 반사현미경을 통하여 불투명 황화광물의 종류가 세 가지 이상임(1: 밝은 노랑, 2: 노랑, 3:오렌지 노랑)을 확인할 수 있었다(그림 6).
계산 결과는 석영, Chalcedony, Cristobalite 등의 SiO2, 아라고나이트, 방해석(CaCO3), 돌로마이트(CaMg(CO3)2) Magnesite (MgCO3) 등의 탄산염광물, 석고(CaSO4:2H2O)의 포화지수는 거의 0으로서 포화되어 있음을 지시하였다. 비소 관련 광물의 경우, 1차 및 2차 조사에서 채취된 모든 시료에서 비소 관련 광물들에 대하여 불포화 조건에 있음을 보여주었다(표 2).
특히 유비철석은 비소를 다량 함유한 광물로서 산화환원환경에 따라 풍화를 통해 비소를 용출하기 때문에 본 조사지역의 지하수 내 자연적 비소 산출의 원인 물질로 판단된다(그림 7). 따라서 연구지역 대수층에 존재하는 함비소 황화광물의 산화 용해가 지하수 내 비소의 근원적 기원임을 추론할 수 있다. 울산 달천동 일대의 지하수 내 비소 오염을 보고한 윤욱 등(2004)은 대수층의 유비철석 및 함비소 황철석의 산화작용과 관련이 있는 것으로 해석하였으며, 동일 지역에서 박맹언 등(2005)은 광미에서 유비철석의 산화광물로서 스코로다이트(scorodite FeAsO4·2H2O) 및 클라우데타이트(claudetite As2O3) 등과 이외 함비소 철산화물을 비소오염의 근원물질로 확인하였다.
지하수 내 비소의 농도는 주 양이온 및 음이온 등의 주요 수질인자와 뚜렷한 상관관계를 찾을 수 없었을 뿐만 아니라 주요 지질 및 공간 분포와도 관련이 없었다. 마전리층과 황강리층 지역의 시추 코어시료에서 석영 세맥을 따라 형성된 괴상 및 층리면을 따라 형성된 층상의 황철석 및 황화광물이 관찰되었으며, 이 시료에 대한 박편분석, X-선회절분석, 전자현미분석 결과 황철석, 황 동석, 유비철석 등의 황화광물들이 확인되었는데 이러한 황화광물류의 산화가 일차적인 비소의 기원으로 판단된다. 지하수 내 비소의 이차적 산출 양상을 파악하기 위하여 지화학평형모델링 프로그램 PHREEQC를 이용하였으며 알칼리 산소 조건의 지하수 환경에서 비소 관련 광물들의 열역학적 용해도 곡선을 계산하였다.
X-선회절분석 결과, 황강리층의 OCMW-1시료는 석영, Dravite, 황철석, 운모, 녹니석, 방해석 등의 광물로 구성되어 있었으며, 마전리층의 OCMW-2 시료는 방해석, 석영, 운모, 정장석, 황철석, 휘석 등의 광물로 구성되어 있었다(그림 5). 마전리층의 OCMW-2 시료에 대한 편광현미경 및 반사현미경 관찰 결과 석회암의 방해석 사이에 맥의 형태로 협재된 불투명 황화광물군을 관찰할 수 있으며, 반사현미경을 통하여 불투명 황화광물의 종류가 세 가지 이상임(1: 밝은 노랑, 2: 노랑, 3:오렌지 노랑)을 확인할 수 있었다(그림 6). 이들은 순서대로 각각 유비철석(Arsenopyrite), 황동석(Calcopyrite), 황철석(Pyrite)으로 판단된다.
01 mg/L로 강화될 예정이므로 이에 대한 대책 마련이 시급한 것으로 판단된다. 비소 오염 현황을 종합적으로 살펴보면 전반적으로 조사 지역 서측의 옥천층군, 특히, 문주리층, 황강리층에 비소 산출이 높은 특징을 보이며, 상대적으로 동측의 옥천화강암, 대안리층, 마전리층은 비소 산출이 적은 편이다. 또한, 문주리층, 황강리층도 조사 지역 북쪽에서는 비소가 낮은 함량을 보인다.
01 mg/L를 초과한 지점이 9개소(OC-1, 2, 5, 6, 13, 19, 23, 30, 33)로 나타났다. 비소가 검출된 지점도 2개소(OC-4, 23)로 나타나, 전체적으로 30개소 중 12개소에서 비소가 검출되었다. 우리나라의 비소에 대한 지하수 수질기준은 2011년에 0.
01 mg/L를 초과한 지점도 7개소(OC-5, 6, 7, 17, 19, 23, 33)로 나타났다. 비소가 검출된 지점도 6개소(OC-13, 21, 22, 26, 30, 34)로 나타나, 전체적으로 40개소 중 17개소에서 비소가 검출되었다. 2차 지하수 시료 채취 및 분석 결과 1개 지점(OC-24)이 비소(As) 수질 기준인 0.
이와 함께 신규관측정 2개소에서도 지하수 시료가 채취되었다. 수질 분석 항목은 pH, 전기전도도, 용존산소량, 산화환원전위(ORP), 온도 등의 현장수질 항목과 함께 Na, K, Ca, Mg, Cl, HCO3, CO3, SO4, F 등의 주 양이온 및 음이온과 함께 As, Fe, Mn, Al, Si 항목이 분석되었다. 알칼리도는 산중화적정법을 이용하여 결정하였다.
연구 지역에서 분석된 비소 농도(HAsO42-)는 CO2(gas) 분압이 0.003 atm일 경우 대부분 불포화 상태이나, CO2 (gas) 분압이 0.0003 atm일 경우 Ca3(AsO4)2(c) 및 Mn3(AsO4)2(c)과 거의 평형에 도달하거나 과포화상태에 있음을 알 수 있다. Sadiq and Alam (1996) 은 이와 유사한 지하수 조건에서 Ca3(AsO4)2(c), Fe3(AsO4)(c), Mn3(AsO4)2(c) 등의 광물이 지하수내 비소의 거동에 매우 중요한 역할을 하고 있으며 특히 Ca3(AsO4)2(c)의 침전 및 용해 과정이 지하수에서 비소의 농도를 규제하고 있음을 제안하였다.
지하수 내 비소의 이차적 산출 양상을 파악하기 위하여 지화학평형모델링 프로그램 PHREEQC를 이용하였으며 알칼리 산소 조건의 지하수 환경에서 비소 관련 광물들의 열역학적 용해도 곡선을 계산하였다. 용해도 특성 분석 결과, 방해석(CaCO3), 돌로마이트(CaMg(CO3)2) Magnesite (MgCO3) 등의 탄산염광물들과 포화상태임을 확인하였다. 비소는 일차적으로 함비소 황화광물의 산화과정에 의해 발생되지만 본 연구 지역과같이 알칼리 산소 조건의 지하수 환경에서 이차적으로 탄산염광물과 평형을 이루는 Ca3(AsO4)2(c)와 Mn3(AsO4)2(c) 등의 비소 광물들의 침전과 용해 평형과정이 지하수 내 비소의 최대 농도를 제한할 수 있을 것으로 판단된다.
전체 시료의 비소 농도 범위는 0.0051∼0.0887 mg/L로서, 지하수 조사 관정 중 40% 이상에서 비소가 검출되었으며 30% 가까이 WHO 수질기준인 0.01 mg/L를 초과하고 있었다.
전체 시료의 비소 농도 범위는 0.0051∼0.887 mg/L로서, 1차 지하수 시료 채취 및 분석 결과 4개 지점(OC-1, 2, 4, 24)이 비소(As) 먹는물 수질 기준인 0.05 mg/L를 초과하였으며 WHO 및 EPA 기준인 0.01 mg/L를 초과한 지점도 7개소(OC-5, 6, 7, 17, 19, 23, 33)로 나타났다.
또한 수리특성 및 시추코어 조사를 위하여 2개소의 신규 관측정을 설치하였다. 주 이온 분석결과 비소가 검출된 지하수 시료는 대부분 Ca-HCO3- 유형으로 나타났다. 전체 시료의 비소 농도 범위는 0.
후속연구
그러나 본 연구 지역과같이 알칼리 산소 조건의 지하수 환경(pe+pH > 10)에서 비소는 일차적으로 함비소 황화광물에 의해 발생되지만 이차적으로 탄산염광물과 평형을 이루는 Ca3(AsO4)2(c)와 Mn3(AsO4)2(c) 등의 비소 광물 들의 침전과 용해 평형과정이 지하수 내 비소의 최대 농도를 제한할 수 있을 것으로 판단된다.
예를 들어 CO2 (gas) 분압의 경우 실측되지 않은 값일 뿐만 아니라 지하수 환경에서도 매우 민감하게 변화하는 인자임에도 불구하고 평형등온선의 위치에 큰 영향을 미치기 때문이다. 따라서 이러한 여러 한계를 극복하고 다양한 지하수 환경에서 비소의 거동을 규명하기 위해서는 향후 추가적인 연구와 노력이 요구된다.
그러나 본 연구 지역과같이 알칼리 산소 조건의 지하수 환경(pe+pH > 10)에서 비소는 일차적으로 함비소 황화광물에 의해 발생되지만 이차적으로 탄산염광물과 평형을 이루는 Ca3(AsO4)2(c)와 Mn3(AsO4)2(c) 등의 비소 광물 들의 침전과 용해 평형과정이 지하수 내 비소의 최대 농도를 제한할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 본 연구 결과에서는 이러한 비소광물들과 불포화상태로 나타났지만 이러한 지하수 조건이 변하게 되면, 특히 pH의 산성화가 진행된다면 산성환경에서 안정하지 않은 Ca3(AsO4)2(c)와 Mn3(AsO4)2(c) 등은 지하수 내로 더 용출될 수 있을 것으로 추론 된다.
용해도 특성 분석 결과, 방해석(CaCO3), 돌로마이트(CaMg(CO3)2) Magnesite (MgCO3) 등의 탄산염광물들과 포화상태임을 확인하였다. 비소는 일차적으로 함비소 황화광물의 산화과정에 의해 발생되지만 본 연구 지역과같이 알칼리 산소 조건의 지하수 환경에서 이차적으로 탄산염광물과 평형을 이루는 Ca3(AsO4)2(c)와 Mn3(AsO4)2(c) 등의 비소 광물들의 침전과 용해 평형과정이 지하수 내 비소의 최대 농도를 제한할 수 있을 것으로 판단된다.
두 번째로 평형등온선을 구성함에 있어서의 여러 가지 설정 가정들이다. 위에서 토의한 바와 같은 지하수 환경과 다른 pH 및 Eh 조건에서는 전혀 다른 형태의 조절 인자가 영향을 미칠 수도 있으며, 위 평형 반응 가정들 하에 해석된 결과는 그 가정에 제한적으로 활용되어야 함을 의미한다. 세 번째로는 현장 실측 자료의 불확실성이다.
따라서 비소가 포함되지 않은 타 대수층과 혼합되지 않거나 더 심부에서 물-암석 반응이 충분히 발생할 수 있는 환경에 있는 지하수의 경우 현재의 농도 수준 보다 더 높은 비소 함량을 보일 수도 있다. 이러한 고농도 비소 지하수의 존재는 대수층 구간별 시료 채취 및 분석이나 지하수 개발이력 및 반응실험을 통하여 더 명확하게 규명될 수 있을 것이다. 비소 관련 광물 중에서는 비소산 이온 및 마전리층과 같은 방해석지하수 반응과 관련된 Ca3(AsO4)2:4H2O의 포화지수가 가장 높은 포화도를 보인다(표 2).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
충남 옥천군 북부 지역의 지형은 어떠한가?
77 mm/년으로 나타났다. 이 지역의 지형은 금강(대청호) 상류에 해당하는 산악지역이며, 지질은 동남부 지역에 쥬라기 보은화강암 및 시대미상의 대안리층 반려암이 일부 분포하지만 대부분 창리층, 마전리층, 황강리층, 문주리층 등으로 세분되는 옥천층군에 해당한다 (김옥준 등, 1977). 창리층은 탄질물을 협재한 흑색 내지 암회색의 천매암 내지 슬레이트로 대표된다.
지하수의 비소 오염은 어디서 기원하는가?
다른 여러 독성 화학종과는 달리 지하수의 비소 오염은 대부분 자연에서 기원한다. 현재 대부분의 비소 관련 음용수 문제는 충적층에 배태된 대수층과 연관이 있는데, 이곳에서의 비소 축적은 비소를 다량 함유한 퇴적물의 환원적 용해나 건조지역에서 순환하는 염기성 산화 지하수에 의한 비소 용출 및 이동에 기인한다(Smedley et al.
지하수의 수질에 가장 중요한 변수는?
, 2003). 국내의 경우 먹는샘물 제조업체의 수질조사결과를 토대로 비소함량과 지하수에 대한 연구를 수행한 바 있는데, 인위적이며 관정외적인 요인이 없다고 가정되기 때문에 지질요인이 지하수의 수질에 가장 중요한 변수가 되며 지질별로 선캠브리아기 변성암이나 화강암 지역에서보다 옥천계 변성암 지역의 먹는샘물 비소함량이 높은 것으로 보고하였다(조병욱 등, 2002). 또한 이해훈(2002)은 우리나라 지질특성과 관련하여 전남 화순 지역 일대 주요 지질 중 편암(161.
참고문헌 (26)
김옥준, 이대성, 이하영 (1977) 한국지질도(1:50,000) 보은도폭 및 설명서. 자원개발연구소, 1-35
박맹언, 성규열, 이민희, 이평구, 김민철 (2005) 비소로 오염된 달천광산 토양의 자연저감 능력에 대한 pHEh 영향. 자원환경지질, 38, 513-523
Aiuppa, A., D'Alessandro, W., Federico, C., Palumbo, B., and Valenza, M. (2003) The aquatic geochemistry of arsenic in groundwaters from southern Italy. Appl. Geochem. 18, 1283-1296
Aiuppa, A., D'Alessandro, W., Federico, C., and Valenza, M. (2001) The abundance and speciation of arsenic in groundwaters from volcanic areas: Data from Etna, Vesuvius and Vulcano Island. In: Proc. 10th International Symposium Water. Rock Interaction, Villasimius, Italy Cidu, R. (Ed.), 10.15 July, pp. 957-960
Lindsay, W.L. (1979) Chemical Equilibria in Soils. Wiley Interscience, New York
Macpherson, G.L. (2009) $CO^{2}$ distribution in groundwater and the impact of groundwater extraction on global C cycle. Chem. Geol., 264, 328-336
Nimick, D.A., Moore, J.N., Dalby, C.E., and Savka, M.W. (1998) The fate of geothermal arsenic in the Madison and Missouri rivers, Montana and Wyoming. Water Resour. Res. 34, 3051-3067
Smedley, P.L., Knudsen, J., and Maiga, D. (2007) Arsenic in groundwater from mineralized Proterozoic basement rocks of Burkina Faso, Appl. Geochem., 22, 1074-1092
Smedley, P.L., Nicolli, H.B., and Luo, Z. (2000) Arsenic in Groundwater from Major Aquifers: Sources, Effects and Potential Mitigation (Brit. Geol. Surv. Tech. Rep., WC/99/38)
Welch, A.H., Lico, M.S., and Hughes, J.L. (1988) Arsenic in groundwaters of the Western United States. Groundwater, 26, 333-347
Yokoyama, T., Takahashi, Y., and Tarutani, T. (1993) Simultaneous determination of arsenic and arsenious acids in geothermal water. Chem. Geol., 103, 103
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.