Several mines including Namil, Solim and Jungbong which are located in the Gyeonggi and Kangwon province have been abandoned and closed since 1980 due to "The promotion policy of mining industry". An enormous amount of mining wastes was disposed without proper treatment, which caused soil pollution ...
Several mines including Namil, Solim and Jungbong which are located in the Gyeonggi and Kangwon province have been abandoned and closed since 1980 due to "The promotion policy of mining industry". An enormous amount of mining wastes was disposed without proper treatment, which caused soil pollution in tailing dam and ore-dressing plant areas. However, any quantitative assessment was not performed about soil and water pollution by transporting mining wastes such as acid mine drainage, mine tailing, and rocky waste. In this research, heavy metals in mining wastes were analyzed according to leaching method which used 0.1 N HCl and total solution method which used Aqua-regia to recognize the ecological effect of distance from hot spot. We sampled tailings, rocky wastes and soils around the abandoned mine. Chemical and physical parameters such as pH, electrical conductivity (EC), total organic carbon (TOC), soil texture and heavy metal concentration were analyzed. The range of soil's pH is between 4.3 and 6.4 in the tailing dam and oredressing plant area due to mining activity. Total concentrations of As, Cu, and Pb in soil near ore dressing plant area are 250.9, 249.3 and 117.2 mg/kg respectively, which are higher than any other ones near tailing dam area. Arsenic concentration in tailing dams is 31.0 mg/kg, which is also considered as heavily polluted condition comparing with the remediation required level(RRL) in "Soil environment conservation Act".
Several mines including Namil, Solim and Jungbong which are located in the Gyeonggi and Kangwon province have been abandoned and closed since 1980 due to "The promotion policy of mining industry". An enormous amount of mining wastes was disposed without proper treatment, which caused soil pollution in tailing dam and ore-dressing plant areas. However, any quantitative assessment was not performed about soil and water pollution by transporting mining wastes such as acid mine drainage, mine tailing, and rocky waste. In this research, heavy metals in mining wastes were analyzed according to leaching method which used 0.1 N HCl and total solution method which used Aqua-regia to recognize the ecological effect of distance from hot spot. We sampled tailings, rocky wastes and soils around the abandoned mine. Chemical and physical parameters such as pH, electrical conductivity (EC), total organic carbon (TOC), soil texture and heavy metal concentration were analyzed. The range of soil's pH is between 4.3 and 6.4 in the tailing dam and oredressing plant area due to mining activity. Total concentrations of As, Cu, and Pb in soil near ore dressing plant area are 250.9, 249.3 and 117.2 mg/kg respectively, which are higher than any other ones near tailing dam area. Arsenic concentration in tailing dams is 31.0 mg/kg, which is also considered as heavily polluted condition comparing with the remediation required level(RRL) in "Soil environment conservation Act".
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 광산폐기물(광미, 광산폐석 등), 광산폐수 등으로 인한 토양오염 및 환경오염 영향성을 파악하기 위해 폐 금속광산 중 폐갱구만 존재하는 지역, 폐석단지가 혼재된 지역, 폐석단지 및 광미장과 선광장이 혼재된 지역을 구분하여 주 오염원(폐갱구 중심)과의 거리별 변화와 분석방법 차이에 의한 중금속 이동성 가능성 파악 및 폐광산 지역 현황에 따른 중금속 오염농도 분포에 대해 연구하였다.
제안 방법
폐광산 지역의 대표적인 토양, 광폐재 및 광미를 채취하기 위하여 표층으로부터 1.0 m까지 지오프로브(GeoProbe, Geoprobe systems Inc.)를 이용하여 5지점(Table 1)에서 연속적으로 시료를 채취하여 균일 하게 혼합하여 분석시료를 만들었다.
유기물 함량의 측정은 시료를 110℃에서 건조시킨 후 2mm sieve를 통과한 시료 0.5 g을 취하여 550℃에서 2시간 가열한 후 가열하기 전과의 무게 차를 유기물 함량으로 하였다.
토양 내 중금속 이동 가능성 파악을 위해 0.1N HCl 추출방법을 적용하였다. 토양 10메쉬 이하의 시료 10 g을 취하여 100 mL 삼각플라스크에 넣고 염산용액(0.
1N) 50 mL 넣은 후 항온수평진탕기를 사용하여 30℃를 유지하면서 1시간 진탕한 다음 거름종이 5B를 사용하여 여과하여 분석하였으며, 전 함량분석은 토양공정시험기준에 따랐다. 중금속 측정은 분석기기의 측정오차를 줄이기 위해 측정 원소 간 간섭이 비교적 적은 원자흡수분광광도계(Atomic Absorption Spectrophotometer)를 이용하여 측정하였으며, 비소의 경우 수소화물 증기발생기가 부착된 원자흡수분광광도계(Hydride Generation-Atomic Absorption Spectrophotometer)를 이용 분석하였다.
각각의 오염원이 위치한 토양 내 pH를 측정함으로써 연구지역 토양 및 환경특성을 판단하였다. 각 오염지역 토양의 pH 측정결과는 4.
연구 대상 지역 광산 중 일부분 산재된 폐석과 함몰된 갱구형태를 가지고 있는 대표적인 남와 폐광산을 대상으로 거리별 중금속의 평균 농도를 대상으로 주변 토양에 미치는 중금속 오염을 평가하였다(Fig. 2).
중부지역의 대표적 폐광산 중 폐갱구만 존재하는 광산지역, 폐갱구와 폐석단지가 혼합되어 존재하는 지역, 폐갱구, 폐석단지 및 광미장과 선광장이 혼재된 지역을 대상으로 거리별, 생태계로 이동성이 가능한 부분과 전함량 분석방법에 차이를 두어 pH, 입도분석과 전기전도도를 측정하고, 중금속 오염정도를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
연구지역 토양 내 중금속 원소는 비소, 카드늄, 구리, 납을 대상으로 조사하였다.
이론/모형
입자크기가 64 µm 이상을 갖는 입자는 체로 걸러 내어 체분석을 하였으며, 그 이하의 입경을 갖는 시료는 피펫분석법에 의해 입도분석을 하였다.
채취된 시료는 40℃에서 건조시킨 후 망눈의 크기 63 µm인 비금속 체(nylon bolting cloth sieve)로 체질하여 분석에 사용하였다. 입도 분석은 체분석(sieving)과 피펫분석(pipette method)을 병행하여 실시하였다. 입자크기가 64 µm 이상을 갖는 입자는 체로 걸러 내어 체분석을 하였으며, 그 이하의 입경을 갖는 시료는 피펫분석법에 의해 입도분석을 하였다.
입자크기가 64 µm 이상을 갖는 입자는 체로 걸러 내어 체분석을 하였으며, 그 이하의 입경을 갖는 시료는 피펫분석법에 의해 입도분석을 하였다. 채취된 시료의 토성(texture)은 미국 농무부의 토양조사법(USDA, 1993)에 따라 분류하였다.
1N HCl 추출방법을 적용하였다. 토양 10메쉬 이하의 시료 10 g을 취하여 100 mL 삼각플라스크에 넣고 염산용액(0.1N) 50 mL 넣은 후 항온수평진탕기를 사용하여 30℃를 유지하면서 1시간 진탕한 다음 거름종이 5B를 사용하여 여과하여 분석하였으며, 전 함량분석은 토양공정시험기준에 따랐다. 중금속 측정은 분석기기의 측정오차를 줄이기 위해 측정 원소 간 간섭이 비교적 적은 원자흡수분광광도계(Atomic Absorption Spectrophotometer)를 이용하여 측정하였으며, 비소의 경우 수소화물 증기발생기가 부착된 원자흡수분광광도계(Hydride Generation-Atomic Absorption Spectrophotometer)를 이용 분석하였다.
성능/효과
4의 약산성의 분포범위를 나타냈다(Table 2). 폐광산 지역 토양에서의 오염형태에 따른 토양의 pH가 뚜렷이 구분되지는 않으나 선광장과 광미장이 위치한 정점 JB 2,500m 지역에서 가장 낮은 pH 범위를 나타냈으며, 폐갱구 지역은 농경지 토양과 같은 분포를 나타냈다(Table 2).
연구지역 내 토양의 총유기탄소(Total Organic Carbon)의 함량은 0.6~1.7 wt%로 나타났다. 이는 우리나라 논토양의 유기물함량 평균 2.
연구지역 토양의 전기전도도(Electrical Conductivity)는 244~653 µs/cm로서 폐갱구가 존재하는 지역과 선광장이 존재하는 지역에서 큰 차이를 보였다.
이러한 결과는 광미장 또는 선광장의 토양 입자 크기가 대부분 silt와 clay로 폐 갱구 및 폐석단지 내 토양보다 미세한 입자구조를 가지고 있어, 오염물질의 농도와 64 µm 이하 입자 사이에 밀접한 상관관계를 가지고 있는 것으로 미루어 볼 때 입자 크기에 의한 상류지역의 토양에서 오염물질 농도가 높을 것으로 판단된다.
연구지역의 토양에 대한 토성 분석결과 sand 함량이 9.4%~20.2%를 나타냈으며, silt는 59.4%~66.9%, clay는 10.8%~25.2%를 나타내었다. 따라서 미국 농무부(USDA, 1993)의 토성분류에 기준에 따르면 대부분이 silt loam에 해당되며 일부 시료가 sandy loam과 silty clay loam에 포함되며, 광미장 및 선광장 지역에서 clay와 silt 함량이 높은 분포를 나타내었다(Table 2).
중봉광산 지역의 경우 연구지역 광산 가운데 폐갱구, 건식 분쇄방법을 통한 분쇄장 및 선광장이 존재하였던 곳으로 주 오염원인 갱구 앞 지역인 반경 500 m에서 주변 생태계로 이동 가능한 부분의 비소가 23.2 mg/kg로 높은 값을 나타냈으며, 주 오염원으로부터 약 2,000 m~2,500 m 지역인 선광장과 광미장이 위치한 지역에서 31.3 mg/kg으로 지각 중의 비소농도는 평균 1.8 mg/kg과 비교하면 약 11배에서 15배 이상 상회하는 값을 나타냈다. 이동 가능한 부분의 비소의 경우 우리나라 논토양 자연함유량 인평균 0.
부유선광제 중 포함된 중금속 성분이나 독성물질 등이 선광장 주변 토양과 광미장 등에서 높게 나타나는 경향이 있다. 따라서 이 지역에서는 구리나, 납, 비소 등 함량이 다른 지역보다 높은 경향을 보였다. 이러한 결과로 보아 폐금속 광산 오염특성을 파악하기 위해서 갱구나 폐석단지 보다 선광장 및 광미장 지역이 우선 연구되어 그 것을 바탕으로 실시하는 것이 지역 오염특성을 파악하기에 좋은 결과를 도출 할 수 있을 것으로 판단된다.
1) 광미장과 선광장이 혼재된 지역의 경우 분체를 조제 하였던 곳 대부분 광산이 고상의 대상광물을 기계적 분쇄법을 통하여 입자가 균일한 원료분말을 얻었던 곳으로 입자의 크기가 폐갱구만 있었던 지역보다는 세립한 형태의 입자구조를 가지고 있다.
2) 분쇄장 주변의 토양의 경우 입자 크기에 의한 영향으로 다른 폐석 단지나 광석장보다도 원석에 함유된 대상 중금속 함량이 높게 나타나 오염원이 갱구주변과 광산활동을 대상으로 했던 지역 중류 및 하류까지 중금속 함량이 높게 나타나는 경향을 보였다.
3) 폐갱구와 폐석이 혼재된 주변 지역의 경우 분체를 조제 하였던 곳으로 중금속 중 비소를 제외한 전 중금속이 높게 나타났다. 분체를 조제 하였던 곳의 경우 대부분 광산이 고상의 대상광물을 기계적 분쇄법을 통하여 입자가 균일한 원료분말을 얻었던 곳으로 입자의 크기가 폐갱구만 있었던 지역보다는 세립한 형태의 입자구조를 가지고 있다.
4) 연구지역 광산 중 폐갱구, 건식 분쇄방법을 통한 분쇄장 및 선광장이 존재하였던 지역의 경우 갱구로 부터 2,500 m 지점까지 비소 및 납, 구리가 높은 값을 나타내고 있어, 폐광산 중금속 위해도 조사를 위해서는 선광장 및 광미장 지역이 우선 조사되어 그것을 바탕으로 실시하는 것이 조사 목적상 향상된 결과를 도출할 수 있다.
, 1979).과 비교하면 0.1 N 염산 추출법(생태계로 이동성이 가능한 함량)의한 납의 함량은 토양오염우려기준 및 대책기준이하를 나타냈으며, 특별한 오염현상은 보이지 않았다(Fig. 2). 전 함량 값도 갱구만 존재하는 지역 전 토양에서 대체로 낮은 농도를 보였으며, 납의 경우 갱구 앞 지역 보다는 정점 1,500 m 지역에서 31.
2). 전 함량 값도 갱구만 존재하는 지역 전 토양에서 대체로 낮은 농도를 보였으며, 납의 경우 갱구 앞 지역 보다는 정점 1,500 m 지역에서 31.1 mg/kg으로 광화작용을 받지 않은 지역의 토양의 납 평균 농도는 35.0 mg/kg과 비슷한 경향을 보였다(Fig. 2).
홍천소림광산은 폐갱구와 폐석더미가 혼재된 곳으로 주 오염원으로 판단되는 상류부의 폐갱구와 폐석이 혼재된 주변 지역의 경우 이동 가능성이 있는 비소의 평균 농도가 4.0 mg/kg로 갱구 앞에서 제일 높은 값을 보였으며, 전 함량 농도는 폐석더미가 산재한 1,000 m 지역에서 평균 30.9 mg/kg으로 토양오염 제 1지역 기준치를 상회하는 값을 나타냈다.
폐석더미 있는 지역으로 주오염원으로부터 1,000 m 주변 토양의 경우 납의 농도가 갱구 주오염원지역의 평균 농도(39.8 mg/kg)보다도 약 7배 이상 높은 농도(198.6 mg/kg)를 나냈으며(Fig. 3), 지각 중의 비소농도는 평균 1.8 mg/kg 정도로 우리나라 논토양 자연함유량 인 평균 0.56 mg/kg(가용성)과 일반 토양의 평균 농도인 3~10 mg/kg보다 높은 값을 보였다.(박용하, 1994,) 농작물에 영향을 주는 비소의 농도는 10~20 mg/kg(이동 가능성 형태) 으로 알려져 있다(http://airlab.
따라서 폐갱구 및 폐석더미(분쇄장) 존재지역의 경우 일반적으로 중금속 함량이 높을 것으로 판단되는 갱구 지역의 폐석단지 보다 중금속 중 비소를 제외한 전 중금속이 높게 나타났다. 분체를 조제 하였던 곳의 경우 대부분 광산에서 고상의 대상광물을 기계적 분쇄법을 통하여 입자가 균일한 입경의 원료분말을 얻기 위한 보편적으로 사용되는 방법으로, 분쇄장 지역의 경우 입자가 작은 광석분이 주변에 산재되어 자연 생태계에 영향을 주고 있다.
후속연구
양이온치환용량이 높은 폐석이나 광미 등에 포함되어 있는 오염물질의 대부분은 중금속으로 나 타나, 산성비나 강우에 의해 오염물질이 용출될 경우 토양에서 재용출에 의해 발생된 유해한 중금속은 토양에서 흡착에 의한 유해물질 완충효과를 효과적으로 나타낼 수 없을 것으로 판단된다. 강우나 주변 환경변화에 의해 오염된 토양 표면으로부터 용출되는 중금속이 수로나 지반을 통해 유출된다면 지하수를 오염시킬 가능성이 있을 것으로 판단된다.
따라서 이 지역에서는 구리나, 납, 비소 등 함량이 다른 지역보다 높은 경향을 보였다. 이러한 결과로 보아 폐금속 광산 오염특성을 파악하기 위해서 갱구나 폐석단지 보다 선광장 및 광미장 지역이 우선 연구되어 그 것을 바탕으로 실시하는 것이 지역 오염특성을 파악하기에 좋은 결과를 도출 할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
광해에 의한 환경문제가 심각하게 대두되고 있는 이유는 무엇인가?
최근 광산폐기물(광미, 광산폐석 등), 광산폐수, 오염토양 등 광산 활동결과에 의해 발생된 여러 종류의 오염물질이 지하수, 강, 토양을 포함한 자연 생태계에 유입되어, 유해물질의 양이 자정능력을 범위를 넘으면서 발생되는 광해에 의한 환경문제가 심각하게 대두되고 있다 (Sheorey, et al., 2000; Kim et.
광산폐기물은 오염물질로 주로 무엇을 포함하고 있는가?
,2007). 광산폐기물은 광산 활동 결과 발생된 폐석 및 선광/제련과정에서 발생된 광미(광물찌꺼기) 등이며, 일반폐기물과 다른 성상을 나타내며, 상대적으로 많은 양으로 존재하는 경우가 많고 오염물질은 주로 유독성 중금속(As, Cd, Pb, Zn, Cu 등)을 포함하고 있다. 또한 오염 면적이 광범위하고 지속적으로 오염지역이 확산된다.
토양오염에 의한 간접적 오염 피해는 무엇이 있는가?
지금의 토양오염은 농경지에 대한 오염보다는 인위적인 생산 시설 및 활동에 의해 발생된 폐기물에 포함되어 있는 중금속 등의 유해 물질에 초점이 맞추어져 있다. 직접적인 피해보다는 지하수의 오염, 오염에 노출된 토양에서 자란 농작물의 장기간 섭취, 표토의 유실로 인한 오염물질의 하천 유입에 따른 오염물질의 수생물 농축 등으로 간접적 오염 피해가 지속적으로 나타나고 있다. 이러한 토양 오염은 축적성 오염이라는 점에서 대기나 수질오염과는 성질이 다르다.
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