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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 도시를 지나는 준용하천인 탄 천상하류의 중금속 오염도 추세를 분석하고 공극수 생태 독성실험을 통하여 퇴적물의 오염도를 함께 평가하였다. 지리적 오염원을 기준으로 탄천의 7개 구역 (A1 ~ A7)을 선정해 하천수와 퇴적물의 오염도 분석을 수행하였고, 이화학적 분석을 통해 탄천의 수질과 퇴적물 오염에 대한 전반적인 양상을 파악하였고 중금속 함량 분석을 통한 오염도를 조사하였다.
제안 방법
- 하천수로 인한 퇴적물의 오염도를 예측하기 위하여, 상층수와 하층수의 시료를 채취하였다.하천수의 T-N, NH4-N, NO2-N, NO3-N, T-P, PQ-P는 기기분석 (Spectroquant NOVA 60, Merck, Germany)을 흐}" 였고, TOC는 TOC analyzer (TOC-V, SHIMADZU,Japan)로 분석하였다.
- 2. (Conductivity), 탁도(Turbidity), 용존산소(DO), 온도, 수심, 염도(Salinity), 총고형물질(TDS), 산화환원전위 (ORP)를 각 항목별로 2회 반복 측정하였다. 하천수 내용 존 중금속 분석을 위한 시료는 공극 0.
- 노출 시험군은 24℃, 광주기 16: 8에서 노출했으며, 노출기간은 96시간까지 관찰하였다. 24, 48, 72시간마다 노출군의 DO를 측정하였다.
- 공극수 생 태독성 실험 에는 개 량송사리 (OryzZas Zatipes Orange-Red type)를 사용하여 치사율을 독성종말점으로 평가하였다. 본 시험 어종은 “OECD guideline for testing of chemicals No.
- 노출방법은 지수식 이 며 광구병 당 송사리 성어를 한 개체씩 10반복으로 노출하였고, 실험 기간 동안 먹이는 공급하지 않았다. 노출 시험군은 24℃, 광주기 16: 8에서 노출했으며, 노출기간은 96시간까지 관찰하였다. 24, 48, 72시간마다 노출군의 DO를 측정하였다.
- 시험용액은 유리재질의 광구병에 각각의 희석배율에 따라 준비 하였다. 노출방법은 지수식 이 며 광구병 당 송사리 성어를 한 개체씩 10반복으로 노출하였고, 실험 기간 동안 먹이는 공급하지 않았다. 노출 시험군은 24℃, 광주기 16: 8에서 노출했으며, 노출기간은 96시간까지 관찰하였다.
- . 따리서 본 연구에서는 퇴적물에 포함된 공극 수를 이용한 스크리닝 수준의 생태독성평가를 병행하였다. 퇴적물은 하천수에 비해 오염물질의 시간적 변화가 적어 하천수 수질의 지속적인 환경영향을 평가하는데 보다 적절한 지구화학적 매체로.
- 본 연구는 2007년 8월 한 달간 총 4회에 걸쳐 탄천의 하천수 및 퇴적물 시료를 채취하였고 시료 채취 시에는 일반 수질항목도 동시에 측정하였다. 탄천은 경기도 용인시에서 서울시 강남구에 이르는 준용하천으로 총 길이35.
- 하류지점의 특성에 기 인하는 것으로 판단된다(한국 건설기술 연구원, 2001). 본 연구의 측정 결과를 캐나다 연방정부의 퇴적물 권고기준(ISQG) 및 악영향기대 수준(PEL)과 비교하였다. 캐나다에서 제시한 퇴적물 권고기준은 저서생물에게 영향을 야기하지 않는 비오염 퇴적물의 지표이며, 악영향 기대수준은 퇴적물은 오염이 심해 저서생물에게 빈번하게 악영향을 미칠 수 있음을 나타낸다.
- 45 nm의 실린지 필터로 여과하였다(백과 안, 2008). 전처리된 시료는 유도결합플라스마 원자 방출분 광기 (ICP-AES, JY-138- ULTRACE, Jobin Yvon, France)를 이용하여 중금속을함량을 측정하였다.
- 지리적 오염원을 기준으로 탄천의 7개 구역 (A1 ~ A7)을 선정해 하천수와 퇴적물의 오염도 분석을 수행하였고, 이화학적 분석을 통해 탄천의 수질과 퇴적물 오염에 대한 전반적인 양상을 파악하였고 중금속 함량 분석을 통한 오염도를 조사하였다. 최근의 오염도 평가 방법은 기존의 물리 화학적 평가방법 이외에 생물학적 방법을 도입하고 있는 추세이다.
- 건조된 시료는 막자사발을 이용하여 분쇄한 뒤 체거름(100 mesh) 하였다. 퇴적물 분말시료 0.1g과 혼합산(질산: 과염 소산: 불화수소산=4 :1: 4) 5 mL을 Teflon digestion vessel에 담은 후 Sand Bath(C-SB, Chang-Shin Scientific Co., Korea)에서 120℃, 24시간 동안 열분해하고, 초순수를 첨가해 잔류산을 증발시켰다. 이 후, 20 mL 의 초순수를 첨가하여 희석해 공극 0.
- LaMotte Company, USA)를 이용하여 퇴적층 기준2cm 지점까지의 표층퇴적물을 채취하였다. 퇴적물 시료는 냉장 보관하여 실험실에서 퇴적물의 입도와 유기물 함량을 분석하였다. 퇴적물 내 중금속 분석 시료는 불필요한 물질을 제거한 후, 120℃ 오븐에서 24시간 건조하였다.
- 퇴적물의 생태독성을 평가하기 위하여 공극수 (porewater) 를 추출하였다. 냉장 운반된 퇴적물을 4, 000 rpm 에서 10분간 원심분리하여 1차 공극수를 추출한 후, 이를 5분간 2, 500 rpm에서 재 원심분리해 그 상등액을 생태 독성 실험에 사용하였다.
- (Conductivity), 탁도(Turbidity), 용존산소(DO), 온도, 수심, 염도(Salinity), 총고형물질(TDS), 산화환원전위 (ORP)를 각 항목별로 2회 반복 측정하였다. 하천수 내용 존 중금속 분석을 위한 시료는 공극 0.45um의 멤브레인 필터를 이용하여 여과한 후, (1+1) 질산을 첨가해 유도 결 합플라스마 원자방출분광기 (ICP-AES, JY-138- ULTRACE, Jobin Yvon, France)로 중금속 함량을 측정하였다. 시험방법은 'Determination of metals and trace elements in water and wastes by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (USEPA, 1994)를적용하였다.
- ORP는 수치가 낮을수록 퇴적물과 수중내 공침성 영양염류를 용출시키는 것으로 보고되어 있다(국립환경연구원, 1990). 하천의 흐름에 따라 그 값이 증가한 항목의 결과값을 도식화하였다 (Fig. 2).
- 추출된 공극수는 냉장 상태로 보존하고, 추출 후 7일 이내에 사용하였다. 한편 공극수 생태독성실험은 하천수와 퇴적물의 평가결과를 토대로 지점을 선정하였다. 하천수로 인한 퇴적물의 오염도를 예측하기 위하여, 상층수와 하층수의 시료를 채취하였다.
대상 데이터
- 조사지점은 탄천에 인접한 예상 오염원 및 인구밀집을 고려하여 7개 구역 (A1 ~A7)에서 총 16개 조사지점을 다음과 같이 선정하였다. 1구역 (A1) 은대상 하천의 발원지로 오염도가 낮을 것으로 사료되어 다른 지역 간의 비교평가를 위한 대조지역으로 선정하였다. 2구역 (A2)은 1구역과 인접하여 있으나, 골프장과 복합주거단지가 존재하고 있어 토양 분진, 토사 유출, 잔류농약 등 인위적 오염원의 유입이 예상되는 곳이다.
- 시험방법은 'Determination of metals and trace elements in water and wastes by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (USEPA, 1994)를적용하였다. 본 연구의 대상 중금속은 비소(As), 카드뮴(Cd), 크롬(Cr), 구리 (Cu), 니켈(Ni), 안티몬(Sb) 그리고 아연 (Zn) 이었다.
- 본 하천 주변은 도심지역 개발로 대단위 복합주거단지가 위치하고 있으며, 이 외에도 상업지, 농업지, 공공시설 등이 존재한다. 조사지점은 탄천에 인접한 예상 오염원 및 인구밀집을 고려하여 7개 구역 (A1 ~A7)에서 총 16개 조사지점을 다음과 같이 선정하였다. 1구역 (A1) 은대상 하천의 발원지로 오염도가 낮을 것으로 사료되어 다른 지역 간의 비교평가를 위한 대조지역으로 선정하였다.
- 퇴적물 시료 채취는 Peterson dredge sampler (Code 1097, LaMotte Company, USA)를 이용하여 퇴적층 기준2cm 지점까지의 표층퇴적물을 채취하였다. 퇴적물 시료는 냉장 보관하여 실험실에서 퇴적물의 입도와 유기물 함량을 분석하였다.
- 한편 공극수 생태독성실험은 하천수와 퇴적물의 평가결과를 토대로 지점을 선정하였다. 하천수로 인한 퇴적물의 오염도를 예측하기 위하여, 상층수와 하층수의 시료를 채취하였다.하천수의 T-N, NH4-N, NO2-N, NO3-N, T-P, PQ-P는 기기분석 (Spectroquant NOVA 60, Merck, Germany)을 흐}" 였고, TOC는 TOC analyzer (TOC-V, SHIMADZU,Japan)로 분석하였다.
이론/모형
- 45um의 멤브레인 필터를 이용하여 여과한 후, (1+1) 질산을 첨가해 유도 결 합플라스마 원자방출분광기 (ICP-AES, JY-138- ULTRACE, Jobin Yvon, France)로 중금속 함량을 측정하였다. 시험방법은 'Determination of metals and trace elements in water and wastes by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (USEPA, 1994)를적용하였다. 본 연구의 대상 중금속은 비소(As), 카드뮴(Cd), 크롬(Cr), 구리 (Cu), 니켈(Ni), 안티몬(Sb) 그리고 아연 (Zn) 이었다.
- 현장에서 측정하는 수질항목은 Multi-Meter (U-22XD, Horiba, Japan)를 이용하였다. 수소이온농도(pH), 전기전 S.
성능/효과
- 퇴적물의 토성과 중금속 농도간의 상관성은 다음과 같다. As, Cd, Cr, Ni, Sb의 경우 모래의 함량이 줄어들고유기물 함량이 많아질수록 중금속의 함량이 많아졌다. 이는 이러한 금속들이 토양의 미세한 입자와 유기물에 더욱 많이 흡착된 결과라고 판단된다.
- Cu, Pb, Zn의 경우는 모래의 함량이 줄어들고 유기물 함량이 많아도 중금속 함량이 많아지는 경향을 보이지 않았는데, 이는 하류지역인 A6-S3, S4, A7지점 이 도로 등에서 발생되는 비산먼지 등 인위적인 오염물질이 수계로 유입되어 퇴적물에 축적되는 현상에 의한 것으로 예상된다. 각 중금속에 대해서 가장 높은 농도를 보이는 지점의 값을 100으로 하여 상대 수치로 환산(Z2HM)해 평가한 결과, ZHMe A1 구역에서 A7구역으로 갈수록 대체적으로 값이 낮아지는 경향을 보였다. 또한 Al, A5-S1, S2, A5-S3, S4, A6-S3, S4, A7의 경우 입도가 굵은 토양이 중금속 함유량은 낮은 일반적인 경향을 나타냈다.
- 공극수 채취지역의 시료 분석 결과 두 지점 모두 높은 N, P 수치를 보여주었다. A3-S2(대교 부근)지점의 T-N이 15.
- 4mg L-1의 범위로 상류에서 하류 쪽으로 갈수록 그 값이 감소하는 경향을 보였다. 산화환원전위 (ORP)는 Al, A5-S3, S4, A6-S3, S4에서 높은 수치를 보였으며, A4-S2, A5-S1 지점에서 음의 값을 나타내었다. ORP는 수치가 낮을수록 퇴적물과 수중내 공침성 영양염류를 용출시키는 것으로 보고되어 있다(국립환경연구원, 1990).
- 토성은 유속의 영향을 크게 받으며, 흐름이 정체된 지점일수록 입자가 작은 미사와 점토의 비율이 높아지고 흐름이 빠른 지점일수록 자갈과 모래의 비율이 높아진다. 측정된 결과에 의하면 합류부인 A4-S 1지점과 하류 지점인 A6-S3, A7지점에서 모래의 비율이 높았다. 유기물함량은 대부분의 지점에서 2% 이하의 값을 나타냈는데, 비교적 함량 비가 높은 A1-S1(발원지), A3(대교 인근), A5-S1, S2(공공하수처리장 방류수 유입지점) 지점은 유속이 정체되거나 상당히 느린 지점으로 유기물의침전에 의한 것으로 사료된다.
- Al-Sl지점은 발원지 인근에 형성된 작은 웅덩이로서 나뭇잎 등의 유기물질이 다수 쌓여있었으며, A3구역은 주변 아파트에서 생활하수가지속적으로 유입되고 있었다. 퇴적물의 모래와 유기물 간의 비율은 대체적으로 반비례적 상관성 (R2=0.755)을 보였다.
- Ni, Pb, Zn의 경우 하류지역인 A6-S1, S2~A7지점에서 높은 수치를 보였고, Cu는 전 구간에서 고르게 검출되었다. 한편하천수질기준이 적용되는 As, Cd, Cr, Pb, Sbe 모두 기준 이하의 값을 나타내 었고, Cd, Cr, Sb는 전 구간에서 검출한계 미만의 값으로 측정되었다 (Table 2). 기존 연구 (이 등, 2000)에 의하면 Pb는 0.
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