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문제 정의
- 연구지역 내 유류오염지역이 포함되어 있기 때문에 호수 및 지하수가 이들의 영향을 받을 가능성임 매우 높았다. 이 연구에서 호수 및 지하수의 화학조성을 이용하여 유류오염이 미치는 영향을 평가하였다. 결론적으로 호수는 유류오염을 거의 받지 않았다.
제안 방법
- 2011년 3월부터 8월까지 호수(3 지점)와 지하수(9 지점)의 수온, pH, 전기전도도(electrical conductivity, EC), Eh 및 용존산소(dissolved oxygen, DO)를 간이수질측정장비를 이용하여 월 1회 측정하였다. 또한 3월과 7월에 용존 Fe2+와 Mn2+의 농도를 UV-Spectrophotometer(DR-2800, Hach)를 이용하여 현장에서 측정하였다.
- Ca2+, Mg2+ Na+ 및 K+의 농도는 상지대학교 자연과학연구지원센터의 유도결합플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)를 이용하여 분석하였다. Cl− , NO3− 및 SO42−의 농도는 상지대학교 자연과학연구지원센터의 이온 크로마토그래프(ion chromatograph, IC)를 이용하여 분석하였다.
- Cl− , NO3− 및 SO42−의 농도는 상지대학교 자연과학연구지원센터의 이온 크로마토그래프(ion chromatograph, IC)를 이용하여 분석하였다.
- SO42−에 비해서 HCO3−에서 상관관계가 뚜렷하게 나타나지 않은 것은 SO42−에 비해서 HCO3−의 공급원이 좀 더 다양하기 때문에 나타난 결과로 해석하였다.
- 따라서 연구지역 호수 및 지하수가 유류오염에 의한 영향으로 인해 탈질작용이 일어날 수 있으며 NO3−와 SO42− 및 HCO3−의 관계를 살펴보았다(Fig. 7).
- 2011년 3월부터 8월까지 호수(3 지점)와 지하수(9 지점)의 수온, pH, 전기전도도(electrical conductivity, EC), Eh 및 용존산소(dissolved oxygen, DO)를 간이수질측정장비를 이용하여 월 1회 측정하였다. 또한 3월과 7월에 용존 Fe2+와 Mn2+의 농도를 UV-Spectrophotometer(DR-2800, Hach)를 이용하여 현장에서 측정하였다. 호수 시료는 버킷(bucket)을 이용하여 채취하였으며 지하수는 유류로 오염된 지역 주변의 천부관정(10 m 이내)에서 퍼징(purging)을 최소 3회 이상 실시한 후 일회용 베일러를 이용하여 채취하였다.
- Cl− , NO3− 및 SO42−의 농도는 상지대학교 자연과학연구지원센터의 이온 크로마토그래프(ion chromatograph, IC)를 이용하여 분석하였다. 산소와 수소 동위원소 조성은 한국기초과학지원구원 오창센터의 안정동위원소질량분석기(isotope ratio mass spectrometer, IRMS)를 이용하여 분석하였다. 산소와 수소 동위원소 자료의 재연성은 각각 ± 0.
- 채취된 시료는 0.45 µm 필터를 이용하여 여과하였으며 여과된 시료 중 일부는 진한 질산으로 산 처리하였다(pH 2).
- 호수와 지하수의 건기와 우기의 화학 및 동위원소 조성을 이용하여 유류오염지역 주변 호수 및 지하수의 수화학 특성을 확인하였다. 건기의 호수 및 지하수 수질유형은 Ca-SO4 형으로 나타났고 우기에는 강수의 영향으로 Ca-HCO3 형의 수질유형으로 분류되었다.
대상 데이터
- , 1974). 그러나 연구지역은 정화사업의 일환으로 오염된 토양을 걷어내고 복토하여 지층의 상부(5 m 이내)는 사질토로 구성되어 있다.
- 연구지역은 강원도에 위치한 유류오염지역으로 47년 동안 유류저장 및 이용시설이 있었으며 토양오염이 확인된 면적은 약 0.48 km2이다. 석유계총탄화수소(total petroleum hydrocarbon, TPH)와 BTEX가 토양(TPH = 50,552 ppm, BTEX = 1,152 ppm)과 지하수(TPH = 709 mg/L, 벤젠 = 0.
- 연구지역의 기반암은 중생대의 흑운모 화강암으로 지표로부터 약 30 m 하부에 분포한다. 흑운모 화강암의 주구성광물은 석영, 사장석, 미사장석, 퍼사이트(perthite)이며 유색광물로 흑운모와 소량의 각섬석을 포함한다.
- 또한 3월과 7월에 용존 Fe2+와 Mn2+의 농도를 UV-Spectrophotometer(DR-2800, Hach)를 이용하여 현장에서 측정하였다. 호수 시료는 버킷(bucket)을 이용하여 채취하였으며 지하수는 유류로 오염된 지역 주변의 천부관정(10 m 이내)에서 퍼징(purging)을 최소 3회 이상 실시한 후 일회용 베일러를 이용하여 채취하였다. 채취된 시료는 0.
이론/모형
- 여과된 시료를 이용하여 그랜법(Gran method)으로 알칼리도를 측정하였으며 이것으로부터 HCO3−의 농도를 계산하였다.
성능/효과
- 건기와 우기에 지하수의 산소 동위원소 조성은 각각−9.9 ~ −9.1‰과 −10.9 ~ −7.1‰의 범위를 보였고 수소 동위원소 조성은 각각 −70 ~ −62‰과 −79 ~ −52‰의 범위를 보였다(Fig. 6).
- 건기와 우기의 수소 동위원소 조성은 각각 −68 ~ −67‰과 −68 ~ −66‰의 범위를 보였으며 계절변화가 관찰되지 않았다(Fig. 5)
- 결과적으로 연구지역 지하수에서 유류오염에 의한 영향으로 탈질작용이 지속적으로 일어나고 있으며 탈질작용으로 인해 NO3−뿐만 아니라 SO42− 및 HCO3−의 농도에도 영향을 주고 있었다.
- 이 연구에서 호수 및 지하수의 화학조성을 이용하여 유류오염이 미치는 영향을 평가하였다. 결론적으로 호수는 유류오염을 거의 받지 않았다. 반면에 일부 지하수에서는 유류오염에 의한 영향을 받고 있었다.
- 다만 지하수에서는 Eh와 EC 및 HCO3−는 뚜렷하지는 않지만 음이 상관관계가 관찰되었고(Fig.
- 6). 대부분의 관정에서 건기에 비해서 우기에 부화된 동위원소 조성을 보였고, PAW28과 PGW6에서는 결핍된 경향이 관찰되었다. 이것은 강수가 지하수로 유입되는 경로의 차이에 따른 결과로 해석하였다.
- 대부분의 지하수에서 NO3−와 SO42−가 양의 상관관계를 보였고 NO3−와 HCO3−와는 뚜렷하지는 않았지만 음의 상관관계가 관찰되었다.
- 이러한 결과로부터 유류오염지로부터 유입된 유류의 영향으로 일부 지하수에서 환원환경을 보였던 것임을 알 수 있었다. 또한 연구지역 호수와 지하수는 대부분 강수로부터 공급되었고 증발작용이 거의 일어나지 않았음을 확인할 수 있었다.
- 5와 –68 ~ −66‰의 범위를 보였으며 계절변화가 관찰되지 않았다. 반면에 지하수의 산소와 수소 동위원소 조성은 각각 −10.9 ~ −7.1와 −79 ~ −52‰의 범위를 보였고 뚜렷한 계절변화를 보였다. 특히 지하수는 관정 주변에 분포하는 소규모 웅덩이의 영향으로 인해 건기에 비해서 우기에 동위원소 조성이 부화되는 특징을 보였다.
- 우기의 호수와 지하수도 대부분 LMWL 주변에 도시가 되었지만 회귀직선은 δD = 7.11δ18O + 0.05, r2 =0.976)으로 기울기와 Y절편 모두 우기에 비해서 감소하였고 PAGW6에서는 다른 지하수보다 다소 부화된 산소 동위원소 조성(δ18O = 7.1‰, δD = 51‰)을 보이기도 하였다.
- 일반적으로 DO와 Eh는 산화환원 환경을 평가하는데 사용된다. 이 연구에서 DO는 계절변화가 거의 관찰되지 않았지만 Eh는 뚜렷한 계절변화가 관찰되었다. 이것은 강수의 유입에 따라 호수와 지하수의 DO가 증가되었지만 호수에서는 주변 온도의 영향으로 대기 중으로 산소가 방출되어 나타난 결과로 해석하였다.
- 또한 환원환경을 보이는 지하수와 산화환경을 보이는 지하수의 동위원소 조성이 뚜렷한 차이를 보이지 않았다. 이러한 결과로부터 유류오염지로부터 유입된 유류의 영향으로 일부 지하수에서 환원환경을 보였던 것임을 알 수 있었다. 또한 연구지역 호수와 지하수는 대부분 강수로부터 공급되었고 증발작용이 거의 일어나지 않았음을 확인할 수 있었다.
- 대부분의 관정에서 건기에 비해 우기의 Fe2+와 Mn2+의 농도가 건기에 비해서 낮은 값을 보였다. 특히 Fe2+ 농도는 PAW2(14배 감소)와 GHW1(29배 감소)에서 뚜렷하게 감소하였고, Mn2+ 농도감소는 PAW2(17배 감소)와 PAW28(37배 감소)에서 뚜렷하게 관찰되었다. 그러나 MMW1에서는 Fe2+와 Mn2+ 농도의 계절변화가 거의 없었고 MMW1의 Fe2+와 Mn2+ 농도도 각각 6.
- 1와 −79 ~ −52‰의 범위를 보였고 뚜렷한 계절변화를 보였다. 특히 지하수는 관정 주변에 분포하는 소규모 웅덩이의 영향으로 인해 건기에 비해서 우기에 동위원소 조성이 부화되는 특징을 보였다.
후속연구
- 결론적으로 유류오염은 오염지역 내 지하수뿐만 아니라 주변 지하수에도 영향을 줄 수 있으며 향후 유류로 오염된 지하수를 정화할 때 오염물질의 제거뿐만 아니라 지하수 내 용존성분들의 거동특성에 대한 평가를 통한 지하수 환경변화에 대해 정확하게 이해하는 것이 필요하며 이것은 지하수 자원을 효율적으로 관리하고 활용하는데 크게 도움을 줄 것이다.
- 이번 연구에서 탈질작용에 의한 용존성분들의 농도변화를 정량적으로 평가할 수는 없었다. 그러나 강수에 대한 화학조성과 지하수 방향을 고려해 오염부지로 유입되기 이전 지하수의 화학조성이 추가되면 유류오염에 따른 용존성분들의 농도변화에 따른 환경변화를 이해하는데 크게 도움이 될 것이다.
- 또한 GHW1에서도 8월에 EC가 763 µS/cm으로 매우 큰 값이 측정되었지만 이 연구에서 이 결과에 대한 원인을 밝히지는 못 하였다.
- 이 연구에서는 유류로 오염된 토양 주변의 지하수 및 호수의 화학 및 동위원소 조성을 이용하여 수화학적 특성과 유류오염에 의한 영향을 평가하였으며 연구결과는 유류로 오염된 토양 및 지하수의 영향반경을 평가하고 NAPL의 제거 후 지하수 환경에서 일어나는 수질변화를 이해하는데 기초적인 정보를 제공할 것으로 기대한다.
- , 2007). 특히 지하수 내 무기성분들과 NAPL의 이동성은 차이를 보이기 때문에 이러한 지하수의 화학조성 변화는 유류오염 주변 지역에서 잠재적인 지하수 오염 가능성을 평가하는 기초자료로서 활용할 수 있다.
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