원유 유출 사고 시 원유에 의한 생태계 영향 뿐만 아니라 원유에 포함된 중금속에 의한 오염도 평가되어야 한다. 허베이 스프리트호 유출 해역 부근의 조간대 및 연안역에서 사고 직후인 2007년 12월, 2008년 1월에 표층 퇴적물을 채취하였고 유기탄소, 황 및 금속 원소들을 정량하여 원유에 의한 퇴적물의 중금속 오염을 평가하고자 하였다. 원유에는 C, S 및 V, Ni가 함유되어 있었고, As, Cd 등 유해한 금속은 함유되어 있지 않았다. 유기탄소 농도로 보았을 때 오염이 가장 심한 정점은 원유의 영향이 약 10% 정도인 것으로 추정되었으며, 이 정점에서는 다른 정점들에 비해 높은 V 농도를 보였다. 금속간의 비(V/Al 및 Ni/Al)를 통하여 원유 오염 의심 정점을 다른 정점과 구분할 수 있었으며 이 비들을 향후 원유 오염 지시자로 활용할 수 있으리라 예상된다.
원유 유출 사고 시 원유에 의한 생태계 영향 뿐만 아니라 원유에 포함된 중금속에 의한 오염도 평가되어야 한다. 허베이 스프리트호 유출 해역 부근의 조간대 및 연안역에서 사고 직후인 2007년 12월, 2008년 1월에 표층 퇴적물을 채취하였고 유기탄소, 황 및 금속 원소들을 정량하여 원유에 의한 퇴적물의 중금속 오염을 평가하고자 하였다. 원유에는 C, S 및 V, Ni가 함유되어 있었고, As, Cd 등 유해한 금속은 함유되어 있지 않았다. 유기탄소 농도로 보았을 때 오염이 가장 심한 정점은 원유의 영향이 약 10% 정도인 것으로 추정되었으며, 이 정점에서는 다른 정점들에 비해 높은 V 농도를 보였다. 금속간의 비(V/Al 및 Ni/Al)를 통하여 원유 오염 의심 정점을 다른 정점과 구분할 수 있었으며 이 비들을 향후 원유 오염 지시자로 활용할 수 있으리라 예상된다.
Since crude oil contains various pollutants including heavy metals, the environmental impact should be assessed for heavy metals as well as oil itself. In order to estimate the extent of heavy metal contamination, surface sediments were collected at the intertidal and coastal zone around the Herbei ...
Since crude oil contains various pollutants including heavy metals, the environmental impact should be assessed for heavy metals as well as oil itself. In order to estimate the extent of heavy metal contamination, surface sediments were collected at the intertidal and coastal zone around the Herbei sprit oil spill area during December 2007 and January 2008. Organic carbon, sulfur and heavy metals were determined to assess heavy metal contamination in sediments. The crude oils contained C, S, V and Ni, but little toxic metals such as As, Cd, etc. From organic carbon content, the highest contaminated site was estimated that oils contributed to sediments up to 10%, and this site showed high V concentration. Potentially contaminated sediments by crude oil could be differentiated from unaffected sediments through V/Al and Ni/Al ratios, which can be used as indicators of oil contamination even after the oils were fully degraded.
Since crude oil contains various pollutants including heavy metals, the environmental impact should be assessed for heavy metals as well as oil itself. In order to estimate the extent of heavy metal contamination, surface sediments were collected at the intertidal and coastal zone around the Herbei sprit oil spill area during December 2007 and January 2008. Organic carbon, sulfur and heavy metals were determined to assess heavy metal contamination in sediments. The crude oils contained C, S, V and Ni, but little toxic metals such as As, Cd, etc. From organic carbon content, the highest contaminated site was estimated that oils contributed to sediments up to 10%, and this site showed high V concentration. Potentially contaminated sediments by crude oil could be differentiated from unaffected sediments through V/Al and Ni/Al ratios, which can be used as indicators of oil contamination even after the oils were fully degraded.
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문제 정의
그러므로 어떤 퇴적물이 입도와 금속 농도 관계를 따르지 않는다는 것은 유입원이 작용한 결과라고 생각해 볼 수 있다. 그러나 본 연구에서는 입도 분석을 시행하지 않았으므로 입도와 관련이 있는 원소인 Al을 통해 간접적으로 입도를 나타내고자 하였다. 유기탄소 및 황, V, Ni의농도를 Al과 비교하여 Fig.
따라서 본 연구에서는 원유 자체에 대한 중금속 농도와 원유 유출 해역 퇴적물의 중금속 농도를 구역별(조간대, 연안역) 및 시기별로 측정하여 원유에 의한 중금속 오염 정도를 살펴보고 허베이 스피리트호 원유 유출사고에 적용될 수 있는 오염 지시자를 찾고자 하였다.
따라서 원유에 함유되어 있는 주성분 원소인 Al을 이용하여 원유 영향 지시자를 찾고자 하였다. 원유와 풍화된 원유 및 퇴적물의 V/Al, Ni/Al 값을 Fig.
그 방법으로 원유의 영향을 받지 않았다고 간주할 수 있는 퇴적물과의 비교가 가정 적절한 방법이나 사고 지역에서 채취된 퇴적물은 비오염이라 확신할 수 없고 타 지역 퇴적물과의 비교는 서로 그 특성이 다를 것이므로 바람직하지 못하다. 따라서 퇴적물의 일반적 특성을 이용하고자 하였다. 퇴적물의 금속 농도는 주로 퇴적물 입도에 의해 변화한다.
가설 설정
따라서 원유에 함유되어 있는 주성분 원소인 Al을 이용하여 원유 영향 지시자를 찾고자 하였다. 원유와 풍화된 원유 및 퇴적물의 V/Al, Ni/Al 값을 Fig. 4에 나타냈는데 풍화된 원유는 퇴적물과 원유의 값 사이에 놓여 간단한 이 성분 모델에 의해 원유와 퇴적물의 혼합된 형태로 가정할 수 있었다. 앞서 열거한 원유의 영향이 의심되는 정점들 중 신두리와 구례포 정점의 V/Al, Ni/Al 값은 다른 퇴적물들과는 다르게 높은 값을 가져 오염 지역임을 나타내었다(Fig.
제안 방법
옮겨진 상등액을 가열판에서 건조하고 1% 질산 용액으로 잔류물을 용출하였다. 용출된 용액을 적절히 희석하여 한국기초과학지원연구원의 유도결합 플라즈마 방출 분광기(Inductively coupled plasma atomic emission spectrophotometer; ICP/AES, Optima 4300DV, PerkinElmer) 및 질량 분석기(Inductively coupled plasma mass spectrometer; ICP/MS, X-5 model, ThermoElemental Ltd.)를 이용하여 금속 원소 Al, Fe, Li, V, Zn, Cr, Co, Ni, Cu, As, Cd, Pb를 측정하였다. 원유 및 풍화된 원유도 퇴적물과 동일한 방법으로 전처리하였다.
)를 이용하여 금속 원소 Al, Fe, Li, V, Zn, Cr, Co, Ni, Cu, As, Cd, Pb를 측정하였다. 원유 및 풍화된 원유도 퇴적물과 동일한 방법으로 전처리하였다.
채취한 퇴적물은 비닐 백에 담아 실험실로 옮긴 후 냉동 건조하였고 아게이트 모르타르(agate mortar)를 사용하여 분말 및 균질화 하였다. 퇴적물의 유기탄소(organic carbon) 및 황(S)은 분말 시료에 1 M HCl을 가하여 무기탄소(탄산칼슘)를 제거하고 건조한 후 약 10 mg 정도를 정밀 저울을 사용하여 평량한 후, 주석(tin) 캡슐에 넣어 한국기초과학지원연구원의 자동 원소 분석기(Elemental Analyzer; Flash EA 1112 Series, CE instruments/ThermoQuest)로 측정하였다.
채취한 퇴적물은 비닐 백에 담아 실험실로 옮긴 후 냉동 건조하였고 아게이트 모르타르(agate mortar)를 사용하여 분말 및 균질화 하였다. 퇴적물의 유기탄소(organic carbon) 및 황(S)은 분말 시료에 1 M HCl을 가하여 무기탄소(탄산칼슘)를 제거하고 건조한 후 약 10 mg 정도를 정밀 저울을 사용하여 평량한 후, 주석(tin) 캡슐에 넣어 한국기초과학지원연구원의 자동 원소 분석기(Elemental Analyzer; Flash EA 1112 Series, CE instruments/ThermoQuest)로 측정하였다. 원유 및 풍화된 원유의 탄소 및 황은 같은 방법으로 측정하되 전처리는 하지 않았다.
대상 데이터
풍화된 원유의 특성을 파악하기 위하여 Song and Choi (2009)의 금강 하구 퇴적물 시료(<20 µm)를 함께 분석하였다. 실제 사고 선박에 실려 있던 원유는 세 종류로 한국해양과학기술원으로부터 제공받았다.
연안역 퇴적물 시료는 사고 해역 주변(2007년 12월) 및 육지와 인접한 해역(2008년 1월)에서 반 빈 그랩 채취기(van Veen grab sampler)를 이용하여 채취하였으며 금속과 맞닿지 않은 부분의 표층퇴적물(2 cm 이내)을 채취하였다(Fig. 1). 조간대 시료는 같은 시기에 해안에 직접 접근하여 채취하였다.
조간대 시료는 같은 시기에 해안에 직접 접근하여 채취하였다. 풍화된 원유는 두 종류로 해면상에 떠다니던 것(2007년 12월 채취)과 해안 바위틈에서 자갈등에 붙어 있던 것(태안군 소원면 소근리 방조제 부근, 2008년 1월 채취)을 채취하였다. 풍화된 원유의 특성을 파악하기 위하여 Song and Choi (2009)의 금강 하구 퇴적물 시료(<20 µm)를 함께 분석하였다.
이론/모형
원유 및 풍화된 원유의 탄소 및 황은 같은 방법으로 측정하되 전처리는 하지 않았다. 퇴적물 중 금속 원소는 미국 환경보호국(United States Environmental Protection Agency; USEPA)의 3051A 법에 따라 전처리 한 용액을 이용하여 분석하였다. 이 방법을 간단히 설명하면 분말 시료 0.
풍화된 원유의 특성을 파악하기 위하여 Song and Choi (2009)의 금강 하구 퇴적물 시료(<20 µm)를 함께 분석하였다.
성능/효과
1. 퇴적물의 유기탄소와 황의 농도는 대체로 일정한 범위이나 다른 정점에 비해 상대적으로 매우 높은 농도를 보이는 정점들이 존재하였다. 조간대 지역 퇴적물의 유기탄소 및 황의 농도가 연안역 퇴적물보다 상대적으로 높았고, 평균적으로 1차 조사시기의 값이 2차 조사시기보다 높았다.
2. 퇴적물의 금속 분포는 구역 및 시기별로 큰 차이를 보이지 않았고 대부분의 금속이 사고 해역 및 가로림만 주변 해역에서 높은농도, 연구 해역 중앙부에서 낮은 농도를 보였다. 시기 별로 보면 1차 시기의 농도가 2차 시기 보다 높았으나(As 제외) 대부분의 금속 원소가 같은 경향을 보이는 것으로 보아 원유의 효과가 아닌 퇴적물의 입도에 의한 효과라고 생각된다.
3. 원유는 탄소와 황을 함유하고 있었고 V, Ni를 제외하고 중금속은 함유하지 않았다. 그리고 풍화된 원유는 부유물질과 원유가 혼합된 결과로 추정되었다.
4. 유기탄소 및 황을 통해 나타난 오염 의심 지역은 신두리 해안사구 지역으로 약 10% 영향을 받은 것으로 나타났다. V, Ni는 같은Al 농도에 대하여 농도 범위가 넓어 원유의 영향을 표시하기는 쉽지 않으나 V의 농도가 상대적으로 높은 정점이 존재하였다.
40%)로 나타났다. 구역별로 나누어 보면 조간대 및 연안역에서 각각 평균 0.46% 및 0.32%로 조간대 퇴적물에서 높았고 최대값인 9.43%도 조간대 퇴적물에서 나타났다. 시기별로 보면 1차 조사시기에 평균 0.
연안역 퇴적물(1차 조사시기)에서 금속 농도의 수평적 분포를 살펴보면 Al, Fe, Li, V, Zn, Cr, Co, Ni, Cu, As, Pb 모두 사고 해역주변 정점 및 가로림만 주변 정점에서 높은 농도를 보였고 전체 연구지역의 중앙 지점 퇴적물이 낮은 농도를 보였다. 또한, 금강 앞바다 해역 퇴적물이 낮은 농도를 보이는 것도 원소에 상관없이 일치하였다(Fig. 2).
이것은 유출된 원유의 물리·화학적 변화인 증발, 용해, 유화 등에 의한 결과로 생각된다. 반면에 금속류에 있어서는 Al, Fe가 원유에 비해서 적게는 20배 많게는 2000배 이상 급격히 증가하였고, 검출 하한보다 낮거나 농도가 매우 낮게 측정된 나머지 원소들도 농도가 증가한 것으로 나타났다(Table 2).
위와 같이 회수율이 서로 다른 것은 시료의 조성이나 성질, 마이크로파장비의 출력 조건 등 다양한 원인이 있을 수 있다. 본 연구에서는 미국 지질조사소(United States Geological Survey; USGS)의 표준물질 MAG-1을 함께 분석하였는데 회수율은 분석한 원소를 통틀어 60~94%의 범위를 보였다. 원유는 마이크로파 오븐을 사용하지 않으면 산분해가 어렵고, EPA 3051A 방법은 환경에 비유동적인 석영이나 규산염광물을 분해하지 못하지만 퇴적물의 금속 원소 중환경에 유동적인 부분이나 새로 추가된 유입원의 영향을 파악하기에는 무리가 없다고 판단된다.
43%도 조간대 퇴적물에서 나타났다. 시기별로 보면 1차 조사시기에 평균 0.51%, 2차 조사시기에 평균 0.26%으로 1차 조사시기의 퇴적물이 높은 농도를 보였다. 황의 농도는 전체 퇴적물을 통틀어 0.
연안역 퇴적물(1차 조사시기)에서 금속 농도의 수평적 분포를 살펴보면 Al, Fe, Li, V, Zn, Cr, Co, Ni, Cu, As, Pb 모두 사고 해역주변 정점 및 가로림만 주변 정점에서 높은 농도를 보였고 전체 연구지역의 중앙 지점 퇴적물이 낮은 농도를 보였다. 또한, 금강 앞바다 해역 퇴적물이 낮은 농도를 보이는 것도 원소에 상관없이 일치하였다(Fig.
원유는 유기탄소와 황의 농도가 매우 높았고 일반적인 지각에서의 농도에 비하여 상대적으로 낮은 Al 농도를 보였다(Table 2). 원유에서 중금속은 거의 없었던 반면 V와 Ni 농도는 상대적으로 높았다.
하지만 결정계수가 양호하므로 유기탄소나 황과 마찬가지로 Al과의 직선 관계에서 벗어나는 정점이 원유에 영향을 받은 정점이라고 생각할 수 있다. 원유에서 V 및 Ni의 농도는 각각 최대 약 120 ppm, 20 ppm이었는데 유기탄소의 농도로 보았을 때 약 10% 정도(V로 환산하면약 12 ppm) 원유의 영향이 있다고 판단되었던 1차 조사시기 조간대의 신두리 해안사구 1개 정점(유기탄소가 7.55%인 정점)은 같은 Al 농도를 보이는 다른 정점에 비하여 V가 약 15 ppm 정도 높고신두리 해안사구의 또 다른 정점(유기탄소에 비해 황이 높은 정점)은 2차 조사시기에서도 Al 농도가 유사한 다른 정점들에 비해 약 20 ppm 정도 높은 V의 농도를 보여 원유의 영향이 의심되었다. Ni의 경우에는 원유가 약 10% 정도의 영향을 주어도 농도증가는 최대 2 ppm에 불과하지만 1차 조사시기 조간대 정점 중 가로림만의 가장 안쪽 정점인 호리 정점은 평균(11.
06%로 낮아 원유의 영향으로 보기는 쉽지 않았다. 유기탄소 농도가 상대적으로 높았던 2차 조사시기 연안역의 구례포 정점에서 황의 농도도 다른 퇴적물에 비해 상대적으로 높았다(0.13%). 이 정점은 유기탄소 또한 1.
퇴적물의 원소 농도를 구역별로는 조간대 및 연안역으로 구분하고 시기별로는 1차 조사시기(2007년 12월)와 2차 조사시기(2008년 1월)로 나누어 Table 1에 정리하였다. 유기탄소 농도는 구역과 시기에 관계 없이 전체 퇴적물을 통틀어 0.00~9.43%(평균 0.40%)로 나타났다. 구역별로 나누어 보면 조간대 및 연안역에서 각각 평균 0.
그러나 본 연구에서는 입도 분석을 시행하지 않았으므로 입도와 관련이 있는 원소인 Al을 통해 간접적으로 입도를 나타내고자 하였다. 유기탄소 및 황, V, Ni의농도를 Al과 비교하여 Fig. 3에 나타냈는데 시기나 구역에 따라서 Al과 이루는 기울기가 서로 다소 다르지만 Al의 증가에 따른 원소들의 농도 증가를 확인 할 수 있었고 이는 퇴적물 입자가 세립해질수록 원소의 농도가 증가함을 의미한다. 황해 표층퇴적물에서도 퇴적물 금속 농도의 입도와의 관련성은 기존에 보고되었으므로 (Cho et al.
퇴적물의 유기탄소와 황의 농도는 대체로 일정한 범위이나 다른 정점에 비해 상대적으로 매우 높은 농도를 보이는 정점들이 존재하였다. 조간대 지역 퇴적물의 유기탄소 및 황의 농도가 연안역 퇴적물보다 상대적으로 높았고, 평균적으로 1차 조사시기의 값이 2차 조사시기보다 높았다.
63%)보다 높아 의심될 만한 정점이었다. 조간대 지역에서는 신두리 해안사구 2개 정점 중 1개 정점, 태안화력, 웅도 정점이 각각0.82%, 1.31%, 1.36%로 평균 0.27%에 비하여 높은 값을 보였으나 Al과의 직선의 관계성이 크게 벗어나지 않는 것으로 보아 입도의 영향으로 보여진다(Fig. 3). 유기탄소 농도로 보았을 때 원유가 약 85%의 탄소를 함유하므로 1차 조사시기 조간대의 신두리 해안사구 지역은 평균 약 10% 정도 영향을 받았다고 보여진다.
측정된 금속들은 Al과의 수평 분포가 매우 유사하여 Al과 양호한 상관성을 가질 것으로 판단된다(Fig. 2). 그러나 원유는 V, Ni만을 함유하기 때문에 금속을 통한 원유의 영향 평가는 위 두 금속만이 가능할 것이다.
퇴적물 중 금속 농도를 1차 및 2차 조사시기로 나누어 평균 값으로 비교하여 보면 V는 서로 유사하였고, As를 제외한 나머지 금속은 모두 1차 조사시기의 퇴적물에서 높았다. 이것은 조간대 시료 중 1차 및 2차 조사시기에서 중복되는 정점을 고려하더라도 시료 채취 정점이 시기별로 서로 다르기 때문으로 원유의 영향과 관련을 짓기는 어려웠다.
퇴적물의 금속 농도는 전체 퇴적물 시료에서 Al이 0.2~4.7%(평균1.7%)였고, 구역이나 시기에 따라 큰 차이를 보이지는 않았다(Table 1). Fe도 0.
풍화된 원유는 해면상에서 건진 것과 연안 바위틈에서 채취한 것에 대해 Al은 각각 645 ppm 및 4331 ppm 이었고 Fe는 354 ppm 및 2430 ppm, Li는 0.8 ppm 및 3.9 ppm으로 원유에 비하여 매우 높은 농도로 나타났다. 중금속은 해면상 및 연안에서 채취한 것에 대해 Cr이 1.
후속연구
5. V/Al, Ni/Al을 통해 오염 의심 정점을 표시할 수 있으므로 원유가 분해된 이후의 원유 영향 평가에 원유 오염 지시자로 사용 가능하리라 판단된다.
나머지 오염 의심 정점은 퇴적물과 유사하여 구분하기는 어려웠다. 풍화된 원유에서는 부유물질의 혼합에 의해 V/Al, Ni/Al의 값이 작아졌다 하더라도 퇴적물과는 10배 이상 차이가 나기 때문에 위의 V/Ni 보다는 원유 영향 지시자로서 좀 더 유용할 것으로 생각된다. 경기만, 광양만, 황해 표층 퇴적물의 V/Al, Ni/Al 비 (Lee et al.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
원유가 퇴적물에 잔류할 경우 문제점은?
따라서 퇴적물에 공급된 원유들은 퇴적물과 혼합되어 오랜 시간 동안 잔류할 가능성이 있다. 원유가 퇴적물에 잔류하게 되면 저서 생태계는 물론 서식하는 생물에 의해 흡수되어 먹이 사슬을 통해 인간에게도 영향을미칠 수 있다(Andersen et al., 2008).
원유에 함유된 물질은?
원유가 해양에 유출되면 확산, 증발, 분산, 유화(emulsification),용해, 산화, 생물 분해 등의 풍화 과정을 겪게 되고 조석이나 해류에 의하여 이동되어 해안가로 퍼지기도 하며 해수 중 입자상 물질및 유기물과 흡착하여 퇴적물로 침전되기도 한다. 원유는 유독성물질인 탄화수소류 및 중금속을 함유하고 있기 때문에 유출 지역주변의 해안지역이나 퇴적물에 원유에 의한 유독성 물질의 오염이예상된다.
미국 환경보호국의 3051A 방법의 특징은 무엇이며, 그러한 특징으로 나타나는 한계점은 무엇인가?
EPA 3051A 방법은 기름 성분이 포함되어 있는 퇴적물의 금속원소를 질산을 사용하여 용출하는 방법으로 석영(quartz) 및 알루미노 규산염 광물(alumino-silicate) 등을 분해하지 못하므로 퇴적물의 총 분해(total digestion) 방법은 아니다. 따라서 표준물질을 이용하여 회수율을 평가하는 경우 원소 별로 차이가 있을 수 있다. USEPA에서는 참고용으로 표준물질 두 가지(NIST 2704 (Buffalo river sediment), NIST 4355 (Peruvian soil))의 회수율을 제시하였는데하천 퇴적물, 토양 순서대로 Cd가 98.
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