본 연구에서는 중금속에 의한 토양환경영향평가 시 노출농도 기반의 평가와 위해성 기반의 평가를 비교하였다. 이를 위해서 폐광산 지역에서 중금속 오염노출을 조사하였다. 발암위해도와 비발암위해도 평가 결과, 토양섭취의 영향이 토양접촉의 영향보다 지배적이었고, 우려기준을 초과하는 경우에는 총 위해도도 기준을 초과하였다. 우려기준을 초과하지 않는 경우도 대부분 총 위해도 기준을 초과하였으므로, 위해도 기반의 평가가 노출농도 기반의 평가보다 더 민감한 기준이라는 기존 인식을 확인하였다. 하지만 토양접촉 경로의 비발암위해성 결과들의 심층 분석 결과, 우려기준을 초과함에도 위해도 기준을 초과하지 않는 경우들이 검출되었다. 본 연구에서는 신뢰성 있는 폐광산지역의 토양오염정화사업 타당성 평가를 위해서는 현재 노출농도기반의 평가 위주에서 위해성 기반 평가로의 정책 전환의 필요성이 확인되었고, 위해도 원단위 및 판단기준의 객관적 설정을 위한 연구 필요성이 제시되었다.
본 연구에서는 중금속에 의한 토양환경영향평가 시 노출농도 기반의 평가와 위해성 기반의 평가를 비교하였다. 이를 위해서 폐광산 지역에서 중금속 오염노출을 조사하였다. 발암위해도와 비발암위해도 평가 결과, 토양섭취의 영향이 토양접촉의 영향보다 지배적이었고, 우려기준을 초과하는 경우에는 총 위해도도 기준을 초과하였다. 우려기준을 초과하지 않는 경우도 대부분 총 위해도 기준을 초과하였으므로, 위해도 기반의 평가가 노출농도 기반의 평가보다 더 민감한 기준이라는 기존 인식을 확인하였다. 하지만 토양접촉 경로의 비발암위해성 결과들의 심층 분석 결과, 우려기준을 초과함에도 위해도 기준을 초과하지 않는 경우들이 검출되었다. 본 연구에서는 신뢰성 있는 폐광산지역의 토양오염정화사업 타당성 평가를 위해서는 현재 노출농도기반의 평가 위주에서 위해성 기반 평가로의 정책 전환의 필요성이 확인되었고, 위해도 원단위 및 판단기준의 객관적 설정을 위한 연구 필요성이 제시되었다.
In this study, soil environmental impact assessment using risk-based approach was compared with that using concentration-based approach. For this, heavy metal contaminant exposure was characterized in an abandoned mine area. According to the estimated carcinogenic and non-carcinogenic risks, soil in...
In this study, soil environmental impact assessment using risk-based approach was compared with that using concentration-based approach. For this, heavy metal contaminant exposure was characterized in an abandoned mine area. According to the estimated carcinogenic and non-carcinogenic risks, soil ingestion was identified as the most dominant exposure pathway. When contaminant concentrations exceeded the Korean Soil Contamination Warning Standards, their corresponding risk values also exceeded the Total Soil Risk Standard. Even the cases of satisfying the Korean Soil Contamination Warning Standards mostly showed higher risk levels than the Total Soil Risk Standard, re-confirming a more sensitivity of the risk-based assessment than concentration-based assessment. However, the in-depth analysis of the estimated non-carcinogenic risk values revealed a few cases for soil contact pathway showing contaminant concentrations higher than the Korean Soil Contamination Warning Standards although their non-carcinogenic risk values satisfied the level of Hazard Index Standard. The findings from this study support a necessity of shifting policy paradigm from concentration-based approach into risk-based approach for reliable risk assessment in abandoned mine areas, and also suggest a necessity of further fundamental studies regarding risk factors and standards.
In this study, soil environmental impact assessment using risk-based approach was compared with that using concentration-based approach. For this, heavy metal contaminant exposure was characterized in an abandoned mine area. According to the estimated carcinogenic and non-carcinogenic risks, soil ingestion was identified as the most dominant exposure pathway. When contaminant concentrations exceeded the Korean Soil Contamination Warning Standards, their corresponding risk values also exceeded the Total Soil Risk Standard. Even the cases of satisfying the Korean Soil Contamination Warning Standards mostly showed higher risk levels than the Total Soil Risk Standard, re-confirming a more sensitivity of the risk-based assessment than concentration-based assessment. However, the in-depth analysis of the estimated non-carcinogenic risk values revealed a few cases for soil contact pathway showing contaminant concentrations higher than the Korean Soil Contamination Warning Standards although their non-carcinogenic risk values satisfied the level of Hazard Index Standard. The findings from this study support a necessity of shifting policy paradigm from concentration-based approach into risk-based approach for reliable risk assessment in abandoned mine areas, and also suggest a necessity of further fundamental studies regarding risk factors and standards.
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문제 정의
본 논문에서는 폐광산의 중금속 오염농도와 위해성 기반의 평가를 실제 현장의 토양정밀조사를 통해서 비교분석하였다. 이를 위해서 중금속 토양오염 유형이 다른 4개의 구역에 대해서 정밀조사 결과를 이용해서 노출농도 기반의 우려기준 초과여부와 위해성 기반의 기준 초과여부에 대해서 비교 분석을 실시하였다.
이는 현재의 오염물질농도 기반의 평가에서 추후에 위해성 기반의 평가로 정책 전환의 필요성을 시사한다. 본 연구결과는 이러한 위해성 기반의 토양중금속 평가에서 고려해야 할 사항들을 사례연구기반으로 제시해 주었다. 특히 본 연구는 우려기준을 초과하였다고 하여도 위해성이 높지 않을 수도 있는 가능성을 입증하였고, 보다 신뢰성 있는 위해성 평가를 위해서는 중금속 원소 위해성에 대한 원단위 도출 및 판단 기준 설정에 대한 기초 독성연구의 필요성을 제시하고 있다.
본 연구의 목적은 현재 농도기반의 토양 중금속 기준과 위해성 기반의 중금속 인체 안전도 비교를 위한 현지 기반의 사례연구 제시이다. 이를 위해서 본 연구에서는 폐금속광산 지역 부근에서 토양오염정밀조사를 체계적으로 수행한 결과를 활용하여 해당 지역에서 토양중금속 오염 노출농도 기반과 위해성 기반으로 평가한 결과를 비교분석하였다.
제안 방법
비발암위해성 판단기준과 토양오염우려기준 초과여부의 결과를 각 구역별로 비교 분석하여 보았다(표 3). 토양섭취경로의 경우 발암위해성 결과와 유사하게 시료의 다수가 위해성기준을 초과하였고, 두 기준을 동시에 만족하는 경우는 드물었다.
본 연구의 목적은 현재 농도기반의 토양 중금속 기준과 위해성 기반의 중금속 인체 안전도 비교를 위한 현지 기반의 사례연구 제시이다. 이를 위해서 본 연구에서는 폐금속광산 지역 부근에서 토양오염정밀조사를 체계적으로 수행한 결과를 활용하여 해당 지역에서 토양중금속 오염 노출농도 기반과 위해성 기반으로 평가한 결과를 비교분석하였다.
본 논문에서는 폐광산의 중금속 오염농도와 위해성 기반의 평가를 실제 현장의 토양정밀조사를 통해서 비교분석하였다. 이를 위해서 중금속 토양오염 유형이 다른 4개의 구역에 대해서 정밀조사 결과를 이용해서 노출농도 기반의 우려기준 초과여부와 위해성 기반의 기준 초과여부에 대해서 비교 분석을 실시하였다. 발암위해도와 비발암위해도 평가 결과, 토양섭취의 영향이 토양접촉의 영향보다 지배적이었고, 우려기준을 초과하는 경우에는 총 위해도도 기준을 초과하였다.
조사구역(A-D구역)별, 중금속 항목별(Cd, Cu, Pb, As, Zn)로 산정한 노출량에 발암계수(SF) 및 비발암 참고치 (RfD)를 적용하여 발암위해도(CR) 및 비발암위해도(HQ)를 계산하였으며, 위해성 판단기준과 비교하여 발암 또는 비발암 위해성 여부를 판단하였다. Cu와 Zn은 발암성이 없는 것으로 일반적으로 알려져 있으므로, 발암위해도 계산시 제외되었고, Cd의 발암위해성 및 Cu의 비발암위해성은 발암계수 또는 비발암참고치에 대한 자료가 국내외적으로 미흡하여 제외하였다.
5일을 적용하였다(통계청, 2010). 토양 접촉으로 인한 위해도 계산에 필요한 피부흡수량(DAD, mg/kg-day)은 토양오염 위해성평가지침의 계산식을 준용하였고, 식에 사용되는 인자값은 노출체표면적(SAe, cm2)의 경우 US EPA 자료(US EPA, 2006, 2008)에 의거, 성인 5,700 cm2를, 토양-피부간 흡착계수(AF)는 성인 0.07 mg/m2를, 피부흡수계수(ABSd)는 Cd, Cu, Pb, Zn 0.001, As 0.03을 적용하였으며, 그 외 인자값은 토양 섭취로 인한 인체노출량 계산시의 인자값과 동일하게 적용하였다. 또한, 위해도 계산을 위한 발암계수(SF) 및 비발암 참고치(RfD)는 미국 EPA의 자료를 활용하였다(US EPA, 2006, 2008).
토양노출경로는 2차 타오염매체를 통하지 않고 1차 오염 매체인 토양으로부터 직접적으로 노출되는 ‘토양 섭취’와 ‘토양 접촉’ 2가지 경로를 본 연구에서 고려하였다.
광상은 석회규산염 및 편마암내 발달된 절리에 열수용액의 주입으로 형성된 산포상 광상이다. 현장 토양 중금속 노출농도 분석을 위해서 2010년에 토양 정밀조사를 실시하였고 전체 조사구역을 4구역(A-D구역)으로 세분화하였다. A구역과 B구역은 폐금속광산의 오염발생원에 가깝고, C구역과 D구역의 경우 과거 광미장의 광미찌꺼기 등이 유실되어 소하천 및 하천으로 유입, 범람, 확산된 지역으로 기파악되었다.
환경노출농도 기반인 토양오염우려기준 초과 여부와 위해성 기반의 기준 초과여부 간의 차이점을 발암위해성과 비발암위해성에 대해서 각각 비교분석을 수행하였다. 우선 발암 위해성 판단기준과 토양오염우려기준 간의 결과를 각 구역별로 비교 분석해 보면(표 2), 우려기준 초과한 경우는 모두 발암위해성 판단기준을 초과한 것으로 나타났고, 우려기준을 초과하지 않고 발암위해도 판단기준을 초과하는 경우의 수가(발암위해도 초과 경우의 수 – 중복초과 경우의 수) 전체 시료수의 최소 70% 이상을 다수 차지하는 것으로 나타났다.
대상 데이터
A구역에서는 72지점에서 120점의 시료를, B구역에서는 72지점에서 123점의 시료를, C구역에서는 100지점에서 224점의 시료를, D구역에서는 210지점에서 405점의 시료를 채취하였다. 토양시료채취 심도는 1,2심도의 경우 30 cm 간격으로 0-30 cm, 30-60 cm에서 채취하였고, 이후 3심도부터는 50 cm 간격으로 채취하였다.
03을 적용하였으며, 그 외 인자값은 토양 섭취로 인한 인체노출량 계산시의 인자값과 동일하게 적용하였다. 또한, 위해도 계산을 위한 발암계수(SF) 및 비발암 참고치(RfD)는 미국 EPA의 자료를 활용하였다(US EPA, 2006, 2008).
본 연구 대상지역은 XX 폐금속광산 인근지역으로서 1972년에 폐쇄된 광산으로 주요광종은 Cu, Pb, Zn이며, 지질은 선캠브리아기의 편마암류와 이를 후기에 관입한 화성암류로 구성되어 있다. 광상은 석회규산염 및 편마암내 발달된 절리에 열수용액의 주입으로 형성된 산포상 광상이다.
이론/모형
중금속 대상 항목은 Cd, Cu, Pb, As, Zn 이었고, 토양오염 공정시험법을 사용하였다(환경부, 2009). 채취한 시료는 염산과 질산으로 산분해하는 전함량법으로 전처리하였으며, 전처리한 시료의 분석은 토양 중에 금속류를 측정하는 방법인 ICP (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)법에 따라 수행하였다.
중금속 대상 항목은 Cd, Cu, Pb, As, Zn 이었고, 토양오염 공정시험법을 사용하였다(환경부, 2009). 채취한 시료는 염산과 질산으로 산분해하는 전함량법으로 전처리하였으며, 전처리한 시료의 분석은 토양 중에 금속류를 측정하는 방법인 ICP (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)법에 따라 수행하였다.
토양노출경로는 2차 타오염매체를 통하지 않고 1차 오염 매체인 토양으로부터 직접적으로 노출되는 ‘토양 섭취’와 ‘토양 접촉’ 2가지 경로를 본 연구에서 고려하였다. 토양 섭취로 인한 위해도 계산에 필요한 인체노출량(IS, mg/kg-day)은 토양오염 위해성평가지침(환경부, 2009)의 계산식을 준용하였고, 식에 사용되는 인자값은 토양오염도(Cs, mg/kg)의 경우 정밀조사 결과치를 이용하였으며, 토양섭취량(CRs)은 주/농의 성인기준인 100 mg soil/day을, 섭취흡수계수(FI)는 1을, 노출빈도(EF)는 주/농의 365 days/year를, 노출기간 (ED) 은 발암의 경우 기대수명인 79.6년, 비발암의 경우 성인기준인 30년을, 체중(BW)은 5차 인체치수조사에 따라 성인 62.6 kg을, 평균노출시간(AT)은 KNSO2010의 76.5일을 적용하였다(통계청, 2010). 토양 접촉으로 인한 위해도 계산에 필요한 피부흡수량(DAD, mg/kg-day)은 토양오염 위해성평가지침의 계산식을 준용하였고, 식에 사용되는 인자값은 노출체표면적(SAe, cm2)의 경우 US EPA 자료(US EPA, 2006, 2008)에 의거, 성인 5,700 cm2를, 토양-피부간 흡착계수(AF)는 성인 0.
이는 향후 오염토양 정화시 굴착가능심도를 고려한 것이다. 토양시료 채취 방법은 hand auger를 활용하였으며, 고심도 시료채취는 수동타격식(Manual Geoprobe)을 이용하였다.
성능/효과
이러한 결과는 농도기반의 우려기준을 통과하였다 하더라고 발암위해성에 대한 고려를 해야 한다는 점을 시사하고 있다. 농도기반의 우려기준과 발암위해도 판단 기준을 모두 만족하는 경우에 대해 중금속 검출내역을 심층분석한 결과, A 구역의 토양접촉에서 1 경우, C 구역의 토양섭취에서 2 경우, 토양접촉에서 22 경우, D 구역의 토양접촉에서 14 경우에서 두 기준을 모두 만족하였는데, As 불검출이 공통점으로 나타났다. 이는 As의 불검출 여부가 농도기반 기준이나 발암위해성 기준 모두 만족 여부를 결정하는 주요 중금속 검출인자로 파악되었다.
이러한 경우들은 그 검출빈도수를 볼 때 실제 현장에서 발견될 가능성이 높다. 따라서 우려기준을 초과했다고 해서 반드시 비발암위해성이 높다라라고 평가할 수는 없다는 것을 본 사례연구에서 보였다.
이를 위해서 중금속 토양오염 유형이 다른 4개의 구역에 대해서 정밀조사 결과를 이용해서 노출농도 기반의 우려기준 초과여부와 위해성 기반의 기준 초과여부에 대해서 비교 분석을 실시하였다. 발암위해도와 비발암위해도 평가 결과, 토양섭취의 영향이 토양접촉의 영향보다 지배적이었고, 우려기준을 초과하는 경우에는 총 위해도도 기준을 초과하였다. 우려기준을 초과하지 않는 경우도 대부분 총 위해도 기준을 초과하였으므로, 위해도 기반의 평가가 보다 더 민감한 기준임을 알 수 있었다.
해당 연구지역의 구역별 토양오염노출 농도의 평균치와 범위를 표 1에 나타내었다. 우려기준을 초과하는 중금속오염노출의 검출빈도(초과빈도 %)는 A구역에서는 Cd의 초과빈도가 상대적으로 높고, B구역, C구역, D구역은 Zn의 초과빈도가 높은 것으로 나타났으며, 구역별로는 B구역과 D구역의 초과빈도가 다른 구역에 비해 높은 것으로 확인되었다.
발암위해도와 비발암위해도 평가 결과, 토양섭취의 영향이 토양접촉의 영향보다 지배적이었고, 우려기준을 초과하는 경우에는 총 위해도도 기준을 초과하였다. 우려기준을 초과하지 않는 경우도 대부분 총 위해도 기준을 초과하였으므로, 위해도 기반의 평가가 보다 더 민감한 기준임을 알 수 있었다. 위해성 기반의 평가와 환경노출 정도(농도)기반의 평가에 대한 기존 인식과 일치함을 알 수 있다.
우선 발암 위해성 판단기준과 토양오염우려기준 간의 결과를 각 구역별로 비교 분석해 보면(표 2), 우려기준 초과한 경우는 모두 발암위해성 판단기준을 초과한 것으로 나타났고, 우려기준을 초과하지 않고 발암위해도 판단기준을 초과하는 경우의 수가(발암위해도 초과 경우의 수 – 중복초과 경우의 수) 전체 시료수의 최소 70% 이상을 다수 차지하는 것으로 나타났다.
이는 발암성이 없는 Cu, Zn과 발암위해성이 있으나 원단위 자료가 미비한 Cd을 영(0)으로 가정한 결과이므로 모든 구역에서 발암 위해성 초과검출 결론은 보수적인 것이라고 할 수 있다. 원소별 발암위해도 분석으로는 A구역 95.36%, B구역 92.68%, C구역 93.89%, D구역 92.17%가 As에서 기인하는 것으로 확인되었고, 노출 경로별로는 섭취에 의한 경로가 A구역 89.82%, B구역 90.04%, C구역 90.02%, D구역 90.09%로 접촉에 의한 경로 보다 발암 위해성에 매우 높게 기여하는 것으로 나타났다(그림 1).
이는 원단위 비발암위해도 자료의 미흡으로 Cu의 비발암위해도를 최소 위해도 영(0)으로 가정한 것이므로, 모든 구역에서 비발암 위해성 초과검출 결론은 유효하다고 할 수 있다. 원소별로는 Pb이 A구역 79.93%, B구역 86.47%, C구역 84.18%, D구역 88.25%로 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, As, Cd, Zn순으로 나타났으며, 노출경로별로는 섭취에 의한 경로가 A구역 97.96%, B구역 98.63%, C구역 98.42%, D구역 98.67%로 발암 위해성과 마찬가지로 섭취 경로가 접촉에 의한 경로 보다 비발암 위해성에 매우 높게 기여하는 것으로 분석되었다(그림 2).
총 발암위해도(평균값)는 A구역 5.60E-03, B구역 6.83E03, C구역 4.91E-03, D구역 5.75E-03으로 4구역 모두 허용 가능한 초과발암위해도(10−6-10−4 )를 초과하여 발암 위해성이 있는 것으로 산정되었다.
총 비발암위해도(평균값)는 A구역 2.94E+01, B구역 5.10E+01, C구역 3.16E+01, D구역 4.51E+01으로 4구역 모두 비발암 위해성 판단기준 1을 초과하여 비발암 위해성이 있는 것으로 판단되었다. 이는 원단위 비발암위해도 자료의 미흡으로 Cu의 비발암위해도를 최소 위해도 영(0)으로 가정한 것이므로, 모든 구역에서 비발암 위해성 초과검출 결론은 유효하다고 할 수 있다.
현장조사결과를 근거로 한 본 연구에서는 토양 중금속오염 우려기준을 만족하였다 하더라도 인체위해성이 잔존하는 경우가 폐광지역에 존재할 수 있음을 실증적으로 보였다. 이는 현재의 오염물질농도 기반의 평가에서 추후에 위해성 기반의 평가로 정책 전환의 필요성을 시사한다.
후속연구
그 절차가 환경부 지침으로 제시되어 있으나, 사전 환경성평가에 적용하는 목적 보다는 사후 토양오염 정화사업에 적용하는 목적에 제한되어 있다. 중금속의 비발암 및 발암 위해성의 인체에 미치는 중대한 영향을 고려한다면, 사전 환경성평가에서도 위해성 평가의 개념이 정책적으로 반영이 되어야 할 것이다. 여기서 핵심문제는 현재 토양환경보전법에서 제시하는 중금속 농도기반의 기준으로 현지조사를 했을 때, 그 위해성의 정도가 안전한가이다.
본 연구결과는 이러한 위해성 기반의 토양중금속 평가에서 고려해야 할 사항들을 사례연구기반으로 제시해 주었다. 특히 본 연구는 우려기준을 초과하였다고 하여도 위해성이 높지 않을 수도 있는 가능성을 입증하였고, 보다 신뢰성 있는 위해성 평가를 위해서는 중금속 원소 위해성에 대한 원단위 도출 및 판단 기준 설정에 대한 기초 독성연구의 필요성을 제시하고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
토양은 어떤 요소인가?
토양은 물, 공기와 함께 생태계 순환작용에 있어서 반드시 필요한 요소이다. 토양에는 무기물질과 유기물질이 혼합되어 있고 동물, 식물, 미생물 등의 생명체가 무생물체에 다양하게 서식지를 두고 있어 토양 생태계를 이룬다.
발암위해도와 비발암위해도 평가 결과는 어떠하였는가?
이를 위해서 폐광산 지역에서 중금속 오염노출을 조사하였다. 발암위해도와 비발암위해도 평가 결과, 토양섭취의 영향이 토양접촉의 영향보다 지배적이었고, 우려기준을 초과하는 경우에는 총 위해도도 기준을 초과하였다. 우려기준을 초과하지 않는 경우도 대부분 총 위해도 기준을 초과하였으므로, 위해도 기반의 평가가 노출농도 기반의 평가보다 더 민감한 기준이라는 기존 인식을 확인하였다.
본 연구의 비발암위해성 결과에서 도출된 결론은?
현장조사결과를 근거로 한 본 연구에서는 토양 중금속오염 우려기준을 만족하였다 하더라도 인체위해성이 잔존하는 경우가 폐광지역에 존재할 수 있음을 실증적으로 보였다. 이는 현재의 오염물질농도 기반의 평가에서 추후에 위해성 기반의 평가로 정책 전환의 필요성을 시사한다.
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