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문제 정의
- 6또한 안동호에서 채집된 블루길 및 배스 중의 수은 농도가 국내 타지역의 호수 및 하천에서 채집된 동일 어종에 비해 매우 높게 조사된바 있다.7따라서 본 연구에서는 안동호 유역의 수은 오염특성을 파악하기 위하여 안동호 퇴적물 중의 총수은, 메틸수은 및 중금속 등의 농도분포 및 상관관계를 조사하였다.
제안 방법
- 분해는 황산 등을 이용한 산 분해법이 널리 사용되며, 정제 방법으로는 추출법 또는 증류법이 적용 가능하나, 용매 사용이 적고 조작이 간편한 증류법이 일반적으로 사용되고 있다.4 산 분해 후, 증류법으로 정제된 메틸수은을 에틸화반응을 통해 휘발시켜, 흡착트랩에 흡착시킨 후, 기체크로마토그래프로 분리 후 형광광도계로 검출, 정량하여 분석한다. 현재 미국 환경청의 1630 시험방법을 적용시킨 상용화된 분석 장비가 개발되어 사용되고 있다.
- 7 nm 파장에서 원자흡광광도값을 측정하였다. 검정곡선은 인증표준물질 MESS-3 (NRC, Ottawa, Canada)의 인증값으로부터 총수은 농도가 2, 5, 10, 20 ng이 되도록 인증표준물질을 0.025, 0.054, 0.105, 0.207 g 취한 후, 이에 대한 원자흡광광도값을 구하여 작성하였다. 정도관리를 위하여 인증표준물질을 20 개의 시료마다 분석하였으며, 평균 분석결과가 93.
- 본 연구에서는 안동호 퇴적물 중의 총 수은, 메틸수은, 중금속 농도를 조사하고 퇴적물과 수체간의 수은 이동량을 산정하였다. 안동호 퇴적물의 총 수은 농도는 우리나라 주요 하천 중 퇴적물의 평균 농도보다 높았으며, 미국 NOAA의 기준보다 다소 높게 나타났다.
- 증류액이 약 25 mL가 되면 증류를 중단하고 증류액의 무게를 정확히 잰 후 시험용액으로 하며, 분석 전까지 냉동보관하였다. 시료중의 메틸수은을 에틸화시키기 위하여 바이알(VOC vial)에 증류수를 반 이상 채우고 증류된 시료를 1 mL 넣고 시료 무게를 기록하였다, 여기에 2 M acetate buffer 0.3 mL를 넣어 pH 4.9가 유지되도록 한 다음 2% sodium tetraethylborate를 0.05 mL 이상 첨가하고 증류수를 바이알 끝까지 넣어 공기가 들어가지 않도록 마개를 막았다. 이렇게 준비된 시료를 메틸수은 분석기(BROOKS RAND, USA)를 이용하여 분석하였다.
- 8 퇴적물 시료를 200 ℃에서 1 분간 가열, 산소와 함께 650 ℃에서 3 분간 가열하여 시료를 분해하였다. 아말감 생성기(Amalgamator)에 선택적으로 결합된 Hg(0) 형태의 수은을 750 ℃에서 12 초간 가열하여 탈착시킨 후 253.7 nm 파장에서 원자흡광광도값을 측정하였다. 검정곡선은 인증표준물질 MESS-3 (NRC, Ottawa, Canada)의 인증값으로부터 총수은 농도가 2, 5, 10, 20 ng이 되도록 인증표준물질을 0.
- 안동호 수체에서 퇴적물로의 수은 이동량을 계산하기 위해서 210Po 동위원소를 분석을 통해 퇴적물의 퇴적속도를 추정하였다. 일반적으로 200 년 이내 형성되었고, 심한 교란을 받지 않은 퇴적물의 연령을 추정하는 방법으로 퇴적물 내 210Po을 분석하는 방법이 주로 사용된다.
- 05 mL 이상 첨가하고 증류수를 바이알 끝까지 넣어 공기가 들어가지 않도록 마개를 막았다. 이렇게 준비된 시료를 메틸수은 분석기(BROOKS RAND, USA)를 이용하여 분석하였다. 메틸수은 분석기의 기기분석 조건을 Table 1에 제시하였다.
- 일반적으로 퇴적물에서 수체로의 주요 수은 이동 메커니즘은 확산(diffusion) 및 재부상(resuspension)으로 알려져 있으며, 본 연구에서는 공극수(porewater) 중의 수은 농도 분석을 통해 수은의 확산 속도를 추정하였다. 이를 위해 지름 15 cm 크기의 코어시료를 채취하였으며, 2 cm 간격으로 절단한 후, 퇴적물 및 공극수 중의 수은 농도를 측정하였다. 공극수 중의 수은 농도는 평균 30 ng/L, 메틸수은은 2.
- 일반적으로 퇴적물에서 수체로의 주요 수은 이동 메커니즘은 확산(diffusion) 및 재부상(resuspension)으로 알려져 있으며, 본 연구에서는 공극수(porewater) 중의 수은 농도 분석을 통해 수은의 확산 속도를 추정하였다. 이를 위해 지름 15 cm 크기의 코어시료를 채취하였으며, 2 cm 간격으로 절단한 후, 퇴적물 및 공극수 중의 수은 농도를 측정하였다.
- 중금속은 EPA method 3051 방법에 따라 마이크로 웨이브(ETHOS1, Milestone Srl, Italy)로 전처리하고 ICP-OES (Optimer 5000DV, Perkin elmer)로 정량하였으며, 기기분석 조건을 Table 2에 제시하였다. 퇴적물 연대 추정을 위해 한국기초과학지원연구원에서 210Pb의 grand-daughter인 210Po를 알파선측정기(CANBERRA 7401 with PIPS PD450-17-100AM detector)를 이용하여 측정하였다.9
대상 데이터
- 메틸수은 표준원액(1 µg·mL−1)은 12.5 mg의 CH3HgCl (Aldrich, MO, USA)을 0.5%V/V 아세트산 및 0.2%V/V 염산 혼합액에 녹여 100 mL가 되도록 제조하였다.
- 본 연구의 조사 지점인 안동호는 낙동강 상류에 위치하고 있는 인공호수로서, 호수 상류 지역에 아연 제련시설 및 국내 최대 납, 아연 금속광산인 연화광산이 위치하고 있던 지역으로서, 연화광산은 2009년 환경부 폐금속 광산 토양오염 실태조사 결과에 따르면, 폐광미가 2백만 m3, 폐석량이 4백 m3가 산재되어 있으며, 토양 중의 납, 아연이 토양오염 우려기준을 초과한 것으로 나타나, 오염개연성이 높아 시급히 복원이 필요한 I 등급 광산으로 분류되었다.6또한 안동호에서 채집된 블루길 및 배스 중의 수은 농도가 국내 타지역의 호수 및 하천에서 채집된 동일 어종에 비해 매우 높게 조사된바 있다.
- 안동호 퇴적물 시료는 호소측적망 지점인 안동호 1, 2, 3 지점에서 2009년부터 2010년까지 각 6월 및 9월에코어 시료를, 2011년에는 표층시료를 채취하였다. 시료 채취는 50 cm 길이의 코어샘플러를 이용하였으며, 채취된 시료는 마개를 막은 뒤, 폴리에틸렌 백으로 이중 포장 및 냉동 보관하여 실험실로 운반하였으며, 2 cm 간격으로 자른 후, 분석 시까지 냉동 보관하였다.
- 안동호 퇴적물 시료는 호소측적망 지점인 안동호 1, 2, 3 지점에서 2009년부터 2010년까지 각 6월 및 9월에코어 시료를, 2011년에는 표층시료를 채취하였다. 시료 채취는 50 cm 길이의 코어샘플러를 이용하였으며, 채취된 시료는 마개를 막은 뒤, 폴리에틸렌 백으로 이중 포장 및 냉동 보관하여 실험실로 운반하였으며, 2 cm 간격으로 자른 후, 분석 시까지 냉동 보관하였다.
이론/모형
- 중금속은 EPA method 3051 방법에 따라 마이크로 웨이브(ETHOS1, Milestone Srl, Italy)로 전처리하고 ICP-OES (Optimer 5000DV, Perkin elmer)로 정량하였으며, 기기분석 조건을 Table 2에 제시하였다. 퇴적물 연대 추정을 위해 한국기초과학지원연구원에서 210Pb의 grand-daughter인 210Po를 알파선측정기(CANBERRA 7401 with PIPS PD450-17-100AM detector)를 이용하여 측정하였다.
- 총수은 분석은 미국 환경청 7473 시험방법을 적용하여 아말감 가열기화 방식인 수은 자동분석기(DMA-80, Milestone Srl, Italy)를 이용하여 분석하였다.8 퇴적물 시료를 200 ℃에서 1 분간 가열, 산소와 함께 650 ℃에서 3 분간 가열하여 시료를 분해하였다.
- 퇴적물 중의 메틸수은 분석은 미국 환경청 1630 시험방법을 적용하여 냉증기원자형광광도계(Cold vapor atomic fluorescence spectrometer)인 메틸수은 분석기(BROOKS RAND, USA)를 이용하여 분석하였다. 5미리 무게를 단 60 mL 증류용 반응용기에 퇴적물 시료 약 1.
- 퇴적물로부터 수체로의 수은 확산량을 Choe, K 등(2004)11에 의한 방법으로 계산하였으며, 이로부터 추정된 안동호 퇴적물의 수은 확산 속도는 1.24 ng/cm2 · 년으로 미국 Lavaca 만에서 측정한 값 0.083 ng/cm2 · 년보다 10 배 이상 빠른 것으로 나타났다.
성능/효과
- 13 안동호 1, 2, 3 지점에서 분석한 결과 비교적 퇴적층의 교란이 적을 것으로 예상되는 하류지점인 안동호 3지점에서 깊이별 210Po 농도가 유의한 상관성을 보였고, 이로부터 추정된 퇴적속도는 1.5~1.8 cm/yr, 연간 퇴적율은 0.54 g/cm2 · 년으로 수은의 퇴적물로의 이동량은 83.7 ng/cm2·년으로 추정되었다.
- 메틸수은 농도는 2009년 및 2011년에 각각 1.85±1.09 ng/g, 3.49±1.79 ng/g으로 조사되었으며, 총 수은과 메틸수은의 농도비인 %메틸수은은 1.17±0.39% 및 1.77±0.94%로 나타났다.
- 안동호 퇴적물의 총 수은 농도는 우리나라 주요 하천 중 퇴적물의 평균 농도보다 높았으며, 미국 NOAA의 기준보다 다소 높게 나타났다. 메틸수은 및 %메틸수은 역시 기존 연구 결과와 비교하여 다소 높은 것으로 조사되었다. 납, 아연, 카드뮴 등 주요 중금속의 농도 또한 NOAA의 기준보다 높게 나타났다.
- 수은 농도는 표층퇴적물에서 가장 높았으며, 특히 메틸수은은 메틸수은의 생성 지점인 산화·환원 경계층이 있는 0~2 cm의 표층퇴적물에서 가장 높게 나타났다.
- 수은과 메틸수은의 상관계수, R은 0.82 (p<0.05)로 큰 상관성을 보였다(Fig. 3).
- 안동호 퇴적물 중 중금속 농도는 아연 644 mg/kg, 카드뮴 7.3 mg/kg, 납 67 mg/kg, 구리 42 mg/kg으로 조사되었으며, 이는 미국의 국립해양대기관리청의 SQGs의 ERL (Effect Range Low, 최소 무영향 농도) 기준(아연 150 mg/kg, 카드뮴 1.2 mg/kg 납 46.7 mg/kg 구리 34 mg/kg)을 초과는 것으로 나타났다. 퇴적물중 총수은과 메틸수은, 중금속 및 유기물 함량은 Table 3에서와 같이 유의한 상관성을 나타내었으며, 특히 토양으로부터의 기원 특성을 지닌 망간, 철 등과도 유의한 상관성을 보였다.
- 본 연구에서는 안동호 퇴적물 중의 총 수은, 메틸수은, 중금속 농도를 조사하고 퇴적물과 수체간의 수은 이동량을 산정하였다. 안동호 퇴적물의 총 수은 농도는 우리나라 주요 하천 중 퇴적물의 평균 농도보다 높았으며, 미국 NOAA의 기준보다 다소 높게 나타났다. 메틸수은 및 %메틸수은 역시 기존 연구 결과와 비교하여 다소 높은 것으로 조사되었다.
- 5 배 증가되었다. 안동호의 %메틸수은은 다른 호소 지역이나 연안 퇴적물의 경우와 비교하면 다소 높은 것으로 나타났다. 2009 년의 분석결과에서 보여지는 바와 같이 수은의 농도 분포는 상류로부터의 퇴적물 유입이 크게 일어날 것으로 예측되는 안동호 1 지점이 안동호 3 지점에 비해 퇴적물 중의 수은 농도가 높게 나타났다.
- 정도관리를 위하여 인증표준물질 IAEA-405 (CRM of Hg and MeHg determination in sediment samples)를 시료와 동일한 과정으로 분석하고 인증 값과 비교한 결과, 평균값이 5.3±0.54 ng/g로서 분석결과가 인증값의 확장불확도 범위 내에서 잘 일치하였다.
- 정도관리를 위하여 인증표준물질을 20 개의 시료마다 분석하였으며, 평균 분석결과가 93.8±1.7 ng/g으로서 인증값의 확장불확도 범위 내로 나타났다.
- 퇴적물 중 수은 및 메틸수은의 농도와 상관이 있는 것으로 알려진 유기물 함량과 수은 농도와의 상관관계는 R=0.51(p<0.05), 메틸수은은 R=0.57 (p<0.05)로 유의한 상관성이 있는 것으로 나타났다.
- 납, 아연, 카드뮴 등 주요 중금속의 농도 또한 NOAA의 기준보다 높게 나타났다. 퇴적물 중 총 수은과 메틸수은, 중금속 및 유기물 함량은 유의한 상관성을 나타내었으며, 특히 토양으로부터의 기원 특성을 지닌 망간, 철 등과도 유의한 상관성을 보였다. 기존 연구결과에서 확인된 안동호에서 채칩된 담수어류 중의 높은 수은 농도는 퇴적물 중의 높은 수은 농도에 기인하는 것으로 보이며, 안동호 퇴적물 중의 총 수은 및 중금속의 오염 기원 추적에 대한 추가 조사가 필요한 것으로 판단된다.
- 7 mg/kg 구리 34 mg/kg)을 초과는 것으로 나타났다. 퇴적물중 총수은과 메틸수은, 중금속 및 유기물 함량은 Table 3에서와 같이 유의한 상관성을 나타내었으며, 특히 토양으로부터의 기원 특성을 지닌 망간, 철 등과도 유의한 상관성을 보였다.
후속연구
- 083 ng/cm2 · 년보다 10 배 이상 빠른 것으로 나타났다.14 그러나 이 결과는 상류 쪽의 코어 분석 결과에서 나온 것으로 안동호 전역에 걸친 평균 확산 속도로 추정하기에는 어려움이 있으며, 퇴적물로부터 수체로의 수은 확산은 수체 내 수은의 이동특성에 대한 중요한 경로로서 추가적인 실측 및 상세 원인 조사가 필요한 것으로 판단된다.
- 퇴적물 중 총 수은과 메틸수은, 중금속 및 유기물 함량은 유의한 상관성을 나타내었으며, 특히 토양으로부터의 기원 특성을 지닌 망간, 철 등과도 유의한 상관성을 보였다. 기존 연구결과에서 확인된 안동호에서 채칩된 담수어류 중의 높은 수은 농도는 퇴적물 중의 높은 수은 농도에 기인하는 것으로 보이며, 안동호 퇴적물 중의 총 수은 및 중금속의 오염 기원 추적에 대한 추가 조사가 필요한 것으로 판단된다.
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