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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 장항제련소 주변토양에 대하여 중금속 존재형태를 분석하고 동시에 용출법과 왕수법 전처리를 거친 중금속 농도를 분석하여 규제 및 정화에 이용되는 농도값의 타당성을 평가하고자 하였다.
제안 방법
- 각 단계에서 침출된 용액은 ICP-AES(SHIMADZU ICPS-7510)로 분석하였다.
- 본 연구에서는 장항제련소 2 km 반경 내 표토를 논, 밭, 대지, 임야별로 채취하여 용출법과 왕수추출법으로 각각 전처리하여 Cu, Cd, Pb, As 농도를 측정하였으며 또한 Tessier가 제안한 연속추출법을 적용하여 중금속 존재 태를 분석하였다.
- 화학분석 정도관리를 위하여 외부 표준물질(Standard Reference Material)의 분석하였으며 외부 공인분석기관과 분석값을 교차검증하였다. 토양 연속추출법을 사용하는 경우 각 단계에서 증류수로 시료를 세척하여 단계별 추출값이 상호 영향을 받지 않도록 하였다.
대상 데이터
- 1은 충남 서천군 장항읍 소재 장항제련소 주변 시료채취 지점을 보이고 있다. 굴뚝 반경 2 km 내 지역에서 표토(0~30 cm) 8 지점을 선정하였으며 토지이용에 따라 밭(code: S1, S2), 논(code: S3, S4), 대지(code: S5, S6), 임야(code: S7, S8) 각 2지점씩이다. 핸드오거와 삽을 사용하여 표토시료를 채취하여 폴리프로필렌 밀폐 용기에 담고, 실험실로 옮긴 후 축분법으로 대표시료를 만든 후 건조로(50℃)에서 건조시켰다.
데이터처리
- 토양 연속추출법을 사용하는 경우 각 단계에서 증류수로 시료를 세척하여 단계별 추출값이 상호 영향을 받지 않도록 하였다. 연속추출법에서 추출한 값의 합과 왕수추출법으로 측정한 값을 상호 비교하여 분석 정확도를 확보하였다.
이론/모형
- 양이온교환능력(cation exchange capacity, CEC)는 Summer and Miller(1996)가 제안한1 N NH4Ac(pH7) 침출법을 따랐다. 비표면적(surface area)은 Eltantaway and Arnold(1973)의 비중계 분석을 따랐고 유기물 함량(organic content)은 Swift(1996)가 제안한 Walkley-Black 법을 사용하였다. 탄산염 함량(carbonate content)은 Loeppert and Surez(1996)가 제시한 ignition loss 방법을 사용하였다.
- 중금속 분석항목은 구리(Cu), 카드뮴(Cd), 납(Pb), 비소 (As)이고 중금속 농도 분석은 유도결합 플라스마 발광광 도법(ICP-AES, Shimadzu ICPS-7510)을 사용하였다. 시료전처리를 위하여 공정시험법에 명시된 0.1 N HCl 용출법과 왕수추출법을 사용하였다. 용출법의 개략은 다음과 같다: 1) 토양시료를 눈금간격 2 mm 표준체로 체가름하여 시료로 삼는다; 2) 시료 10 g을 정밀히 취하여 100 mL 삼각플라스크에 넣는다; 3) 0.
- 토양시료의 pH는 Thomas(1996)에 준하여 토양과 증류수의 무게비를 1:5인 현탁액에 전극을 담가 측정하였다. 양이온교환능력(cation exchange capacity, CEC)는 Summer and Miller(1996)가 제안한1 N NH4Ac(pH7) 침출법을 따랐다. 비표면적(surface area)은 Eltantaway and Arnold(1973)의 비중계 분석을 따랐고 유기물 함량(organic content)은 Swift(1996)가 제안한 Walkley-Black 법을 사용하였다.
- Table 3은 연속추출법으로 분석한 중금속 존재형태 분석결과를 보이고 있다. 연속추출법은 Tessier(1979)의 방법을 따랐으며, 따라서 교환가능량, 탄산염 결합량, 철/산화망간 결합량, 유기물결합량, 잔류물로 나누어 농도를 보이고 있다.
- 중금속 분석항목은 구리(Cu), 카드뮴(Cd), 납(Pb), 비소 (As)이고 중금속 농도 분석은 유도결합 플라스마 발광광 도법(ICP-AES, Shimadzu ICPS-7510)을 사용하였다. 시료전처리를 위하여 공정시험법에 명시된 0.
- 중금속 존재형태 분석은 Tessier등(1979)이 제시한 연속 추출법을 적용하였다. 연속추출법의 분석방법은 다음과 같다: 1) 눈금간격 180 µm 표준체로 체가름하여 분석시료로 삼는다; 2) 시료 1g에 8 mL의 0.
- 비표면적(surface area)은 Eltantaway and Arnold(1973)의 비중계 분석을 따랐고 유기물 함량(organic content)은 Swift(1996)가 제안한 Walkley-Black 법을 사용하였다. 탄산염 함량(carbonate content)은 Loeppert and Surez(1996)가 제시한 ignition loss 방법을 사용하였다.
- 토양시료의 pH는 Thomas(1996)에 준하여 토양과 증류수의 무게비를 1:5인 현탁액에 전극을 담가 측정하였다. 양이온교환능력(cation exchange capacity, CEC)는 Summer and Miller(1996)가 제안한1 N NH4Ac(pH7) 침출법을 따랐다.
성능/효과
- Cu 항목의 왕수추출법과 용출법 전처리를 이용한 분석 결과를 비교하여 보면 용출법을 이용한 경우 측정값은 왕수추출법 측정값의 약 28%이며 Cd 항목의 경우 16%, Pb 항목의 경우 평균 28%이었다. 토양 중 As 항목의 왕수추출법과 용출법간 분석결과를 비교하여 보면 용출법이 평균 12%로 나타나 다른 중금속 항목에 비하여 비교적 낮은 용출특성을 나타내고 있다.
- 2009년 토양환경보전법 개정후 전처리법이 왕수추출법으로 변경되었으며, 전, 답, 대지는 1지역으로 구분되어 토양오염 우려기준은 Cu 150 mg/kg, Cd 4 mg/kg, Pb 200 mg/kg, As 25 mg/kg이고 임야는 2지역으로 구분되어 Cu 500mg/kg, Cd 10 mg/kg, Pb 400 mg/kg, As 50 mg/kg이다. 개정된 기준으로 오염도를 판단했을 때 왕수를 이용하여 전처리한 Cu, Cd, Pb 항목은 토양오염 우려기준을 초과하는 지점은 없었고, As는 모든 지점에서 우려기준을 초과하였는데, 특히 임야지역에서의 오염농도가 높은 것으로 나타났다.
- 연속추출법 분석에서 환경에 위해도가 높은 존재형태는 교환가능량, 탄산염 결합량의 합으로 나타낼 수 있는데, Pb > As > Cu > Cd순으로 나타났고, 지목별로는 임야 > 대지 > 전 > 답 순으로 이동도가 높은 것으로 나타났다.
- As 농도는 용출법을 사용하는 경우 임야 > 밭 > 논 > 대지 순서로 오염농도가 높은 것으로 나타났는데 이는 전, 답, 대지 등은 필요에 따라 외부토양이 반입되어 복토 또는 혼합된 경우가 있으나, 임야의 경우 오염이 축적되어 있기 때문으로 사료된다. 왕수추출법을 사용하는 경우 대부분 용출법을 이용한 측정치보다 높았으며, 임야를 제외한 논, 밭, 대지의 왕수추출법 농도가 같은 수준을 보였다. 밭, 논, 대지의 용출법을 이용한 As 농도가 서로 다른 것을 고려하면 토지이용에 따라 용출될 수 있는 As 양은 차이가 있음을 알 수 있다.
- 2009년 개정전 토양환경보전법에 명시되어 있는 우려기준은 전, 답, 대지, 임야 구분없이 용출법으로 전처리하며, Cu 50 mg/kg, Cd 1 mg/kg, Pb 100 mg/kg, As 6 mg/kg이다. 용출법으로 전처리한 Cu, Cd 항목 분석 값은 우려기준을 초과하는 지점이 없었고, Pb는 임야 1지점(S7)에서 178.6 mg/kg으로 우려기준보다 약 1.8배 높은 값을 보이고 있다. As 항목은 모든 토지이용에서 우려기준보다 높았으며 특히 논(S3, S4)과 임야(S7, S8)에서 높은 값을 보였다.
- 3 범위이며, 전기전도도는 136~1,144 µm/cm의 범위로 토지이용도별로 상당히 다른 값을 나타내었다. 유기물질량은 강열감량으로 측정한 경우 3.4~3.9%로 큰 차이를 보이지 않았으나 Wakely-Black법으로 측정하는 경우 1.6~3.2%의 값을 보여 지점간 상당한 값 차이를 보였고, 평균 2.3%으로 우리나라의 경작지 평균 유기물함량 2.6%보다 낮은 것으로 나타났다. 탄산염 농도는 0.
- Table 1은 토양시료의 물리화학적 성상을 보이고 있다. 입도분석 결과, 밭, 대지, 임야는 사질토이며, 논은 실트로 분류되었다. 함수율은 10~25%로 나타났으며 평균 비중은 2.
- 장항제련소 주변토양에서 As 항목 분석치는 용출법과 왕수추출법 전처리를 사용하는 경우 거의 모든 지점에서 우려기준을 초과하여 당해 지역에서 비소 오염이 심각함을 확인 할 수 있었다. As 농도는 용출법을 사용하는 경우 임야 > 밭 > 논 > 대지 순서로 오염농도가 높은 것으로 나타났는데 이는 전, 답, 대지 등은 필요에 따라 외부토양이 반입되어 복토 또는 혼합된 경우가 있으나, 임야의 경우 오염이 축적되어 있기 때문으로 사료된다.
- 유기물과 결합된 부분은 산화상태에서 유출된다. 중금속의 존재형태가 불안정한 형태로 존재하는 중금속 비율이 클수록 오염원으로서 위험성은 증가하며 잔류형태의 존재 비율이 크면 안정한 형태로 존재하는 것을 알 수 있다.
- Cu 항목의 왕수추출법과 용출법 전처리를 이용한 분석 결과를 비교하여 보면 용출법을 이용한 경우 측정값은 왕수추출법 측정값의 약 28%이며 Cd 항목의 경우 16%, Pb 항목의 경우 평균 28%이었다. 토양 중 As 항목의 왕수추출법과 용출법간 분석결과를 비교하여 보면 용출법이 평균 12%로 나타나 다른 중금속 항목에 비하여 비교적 낮은 용출특성을 나타내고 있다. 이는 배경농도 조사에서 얻어진 왕수법 및 용출법 시험방법 간 비율에 의한 환산은 그 값이 토지이용도별로 비율이 다양하다는 전차연구 결과와 일치한다(국립환경과학원, 2005).
- Pb는 밭이 논보다 농도가 높으며 임야지역의 농도가 매우 높게 나타났다. 특히 Fe와 산화망간과 결합된 양이 높았으며, 임야의 경우 유출될 수 있는 양이 높게 나타났다. 임야의 잔류물질 구성비는 다른 지역과 동일한 양을 나타내고 있다.
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