[논문]시화호 외측 해역 주상 퇴적물 내 미량금속 수직분포 특성 및 오염도 평가

나공태; 김종근; 김은수; 김경태; 이정무; 김의열

doi:10.7846/jkosmee.2013.16.2.71

시화호 외측 해역 주상 퇴적물 내 미량금속 수직분포 특성 및 오염도 평가
Vertical Profiles and Assessment of Trace Metals in Sediment Cores From Outer Sea of Lake Shihwa, Korea 원문보기

한국해양환경ㆍ에너지학회지 = Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy, v.16 no.2, 2013년, pp.71 - 81

나공태 (한국해양과학기술원 해양환경.보전연구부) , 김종근 (한국해양과학기술원 해양환경.보전연구부) , 김은수 (한국해양과학기술원 기기검교정.분석센터) , 김경태 (한국해양과학기술원 해양환경.보전연구부) , 이정무 (한국해양과학기술원 기기검교정.분석센터) , 김의열 (한국해양과학기술원 해양환경.보전연구부)

초록
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본 연구에서는 시화호 외측 해역 주상 퇴적물 내 미량금속의 수직분포 특성과 오염도를 평가하였다. LNG 기지 인근에서 상대적으로 높은 미량금속 농도를 보였으며, 퇴적물 주상퇴적물 내 미량금속의 평균농도는 Cr 58.8 mg/kg, Co 10.3 mg/kg, Ni 22.8 mg/kg, Cu 18.1 mg/kg, Zn 74.0 mg/kg, As 6.75 mg/kg, Cd 0.14 mg/kg, Pb 27.4 mg/kg, Hg 0.026 mg/kg 이었다. 시화호 외측 퇴적물 내 Cu, Zn, As, Cd의 평균 농축계수는 1.5를 초과하여 인위적인 오염이 있었음을 시사하고 있었다. 농집지수를 이용한 결과, 대부분의 미량금속 원소가 오염되지 않은 것으로 나타났으나 LNG 기지 인근인 정점 C, D, E에서 Cu 및 Hg의 농집지수가 1을 초과하고 있어 약간 오염된 결과를 보였다. LNG 기지 인근지역에서 일부 미량금속이 약간 오염된 결과를 보였으나, 측정된 모든 미량금속이 입도 보정이 가능한 Al과 매우 양호한 양의 상관성을 나타내고 있어 시화호 외측 퇴적물 내에서 미량금속 농도는 오염원의 영향보다는 퇴적물의 입도에 큰 영향을 받고 있는 것을 알 수 있었다. 국내 퇴적물 기준인 주의기준과 관리기준과의 비교를 통하여 시화호 외측에서의 퇴적물 내 미량금속 농도는 대부분 저서생물에 영향을 주지 않는 안전한 농도임을 알 수 있었다. 그러나 Cr과 Cu는 외국의 주의기준(TEL) 기준을 초과하고 있어 주의가 필요할 것으로 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Trace metal concentration in sediment cores from the outer sea of Lake Shihwa were determined to study the vertical profiles of metal concentrations and to evaluate the levels of metal contamination. Sediment pollution assessment was carried out using enrichment factor (EF) and geo-accumulation index (Igeo). The mean concentration of metals were 58.8 mg/kg for Cr, 10.3 mg/kg for Co, 22.8 mg/kg for Ni, 18.1 mg/kg for Cu, 74.0 mg/kg for Zn, 6.75 mg/kg for As, 0.14 mg/kg for Cd, 27.4 mg/kg for Pb and 0.026 mg/kg for Hg, respectively. The mean EF values for Cu, Zn, As, Cd and Hg were greater than 1.5 in sediment cores, indicating that these metals in sediments are slightly enriched by anthropogenic activities. The geo-accumulation index (Igeo) suggested unpolluted status for metals of sediments collected from outer see of Lake Shihwa. Igeo values for Cu and Hg nearby LNG station (site C, D, E) ranged from 1 to 2, indicating moderately to unpolluted pollution status for those metals. Even if the higher concentrations of trace metals nearby LNG station were observed, there is significantly positive relationship between Al and trace metals. Thus, the sediment grain size plays an important roles in influencing the distribution of trace metals in sediment cores from the outer sea of Lake Shihwa. Based on the comparison with sediment quality guidelines such as threshold effect level and probable effect level in Korea, the concentration of metals in sediments from outer sea of Lake Shihwa are likely to result in no harmful effects on sediment-dwelling organisms.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

시화호 외측에서는 소래포구 및 오이도 육상지역을 통한 비점오염물질의 유입, 배수갑문을 통한 시화호 내측 해수의 외측 방류, LNG 기지 운영으로 인한 대형선박의 잦은 출입과 더불어 안산 및 시화 하수 처리장 처리수가 시화호 외측의 오이도 인근 해역에서 지속적으로 방류되고 있으나 시화호 외측에 대한 미량금속 연구는 상대적으로 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 시화호 외측에서 채취한 퇴적물 주상시료 내 미량금속의 수직적인 농도분포 특성 및 오염도에 대한 평가를 실시하였다.

제안 방법

본 연구에서는 시화호 외측 퇴적물 내 미량금속의 수직적 분포 및 오염도를 평가하였다. LNG 기지 인근에서 상대적으로 높은 미량금속 농도를 보였으며, 퇴적물 주상시료 내 미량금속의 평균농도는 Cr 58.

대상 데이터

퇴적물 주상시료는 2010년 7월 시화호 외측 7개 정점에서 아크릴로 제작된 주상채니기(내경: 10 cm, 길이 60 cm)를 이용하여 표층퇴적물이 교란되지 않게 유의하여 다이버가 직접 채취하였다(Fig. 1).

데이터처리

본 연구에서는 Li을 측정하여 Cu와 Zn의 농도를 보정한 뒤 국내 퇴적물 기준과 비교를 실시하였다. 그러나 국내의 경우, Cr과 Ni에 대한 해양퇴적물 관리기준이 마련되어 있지 않기 때문에 MacDonald et al.
, USA)를 이용하여 측정하였다. 분석된 미량금속 자료의 정확도를 검증하기 위하여 해양 퇴적물 표준물질인 MESS-3(National Research Council, Canada)을 분석시료와 함께 처리하여 측정하였고 MESS-3 보증값에 대한 회수율은 95.1%(Co)~104.6%(Cd)로 매우 양호한 결과를 얻었다(Table 1).

이론/모형

본 연구에서는 Li을 측정하여 Cu와 Zn의 농도를 보정한 뒤 국내 퇴적물 기준과 비교를 실시하였다. 그러나 국내의 경우, Cr과 Ni에 대한 해양퇴적물 관리기준이 마련되어 있지 않기 때문에 MacDonald et al.[1996]이 제시한 TEL과 PEL의 농도를 이용하였다(Table 2). 평균농도의 경우, 시화호 외측 7개 정점에서의 퇴적물 주상시료 내 입도 보정을 실시하지 않는 As, Cd, Pb 및 Hg가 우리나라의 주의 기준을 초과하지 않았다.
시화호 외측 퇴적물 주상시료 내 미량금속의 농축도 및 오염도를 평가하기 위하여 농축계수(enrichment factor: EF)와 농집지수(geo-accumulation index: Igeo)를 이용하였다. 농축계수는 지각의 구성성분으로써 입도보정에 많이 활용되는 Al을 이용하여 다음과 같은 식으로 계산된다.
용기내의 시료가 완전히 분해되면 뚜껑을 열고 증발건고시킨 뒤 1% 질산으로 재 용해시킨 뒤 측정원소에 따라 적절하게 희석하여 Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry(ICPMS; Thermo Elemental X-7)로 분석하였다. 퇴적물 내 수은분석은 US EPA7473에 기초를 둔 열분해와 금 아말감 법을 이용한 자동 수은 분석기(Hydra-C, Teledyne Technologies Co., USA)를 이용하여 측정하였다. 분석된 미량금속 자료의 정확도를 검증하기 위하여 해양 퇴적물 표준물질인 MESS-3(National Research Council, Canada)을 분석시료와 함께 처리하여 측정하였고 MESS-3 보증값에 대한 회수율은 95.

성능/효과

본 연구에서는 시화호 외측 퇴적물 내 미량금속의 수직적 분포 및 오염도를 평가하였다. LNG 기지 인근에서 상대적으로 높은 미량금속 농도를 보였으며, 퇴적물 주상시료 내 미량금속의 평균농도는 Cr 58.8 mg/kg, Co 10.3 mg/kg, Ni 22.8 mg/kg, Cu 18.1 mg/kg, Zn 74.0 mg/kg, As 6.75 mg/kg, Cd 0.14 mg/kg, Pb 27.4 mg/kg, Hg 0.026 mg/kg으로 시화호 내측에 비해 19.4%(Cu)~90.2%(As)의 수준인 것으로 나타났다. 농축계수 및 농집지수 결과를 통해 시화호 외측 퇴적물은 미량금속에 오염되지 않은 상태이나 일부 LNG 기지 인근에서 상대적으로 높은 값을 보여 인위적인 오염이 있었음을 시사하고 있다.
그러나 국내 기준이 설정되어 있지 않은 Cr은 외국의 TEL 기준을 초과하고 있어 주의가 필요할 것으로 사료된다. 결과적으로 시화호 외측에서의 미량금속은 오염되지 않았으며 모든 미량금속 원소가 Al과 양호한 상관성을 나타내고 있어 인위적인 오염보다는 퇴적물 입도에 큰 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 현재 시화호 외측에서는 LNG 기지 인근에 대규모의 인천신항이 건설 중에 있어 잠재적인 오염의 가능성이 존재한다.
농축계수 및 농집지수 결과를 통해 시화호 외측 퇴적물은 미량금속에 오염되지 않은 상태이나 일부 LNG 기지 인근에서 상대적으로 높은 값을 보여 인위적인 오염이 있었음을 시사하고 있다. 국내 퇴적물 관리기준과 비교하며 분석된 모든 미량금속 원소가 주의기준 이하의 안전한 평균농도를 나타내고 있었다. 그러나 국내 기준이 설정되어 있지 않은 Cr은 외국의 TEL 기준을 초과하고 있어 주의가 필요할 것으로 사료된다.
2%(As)의 수준인 것으로 나타났다. 농축계수 및 농집지수 결과를 통해 시화호 외측 퇴적물은 미량금속에 오염되지 않은 상태이나 일부 LNG 기지 인근에서 상대적으로 높은 값을 보여 인위적인 오염이 있었음을 시사하고 있다. 국내 퇴적물 관리기준과 비교하며 분석된 모든 미량금속 원소가 주의기준 이하의 안전한 평균농도를 나타내고 있었다.

후속연구

또한 조력발전소 운영에 의하여 시화호 외측 해역에서의 퇴적환경 및 지화학적 특성 변화가 예상되고 있다. 따라서 시화호 외측 미량금속 오염에 대한 지속적인 모니터링 및 생태계 영향에 대한 조사가 필요할 것으로 판단된다.
시화호 외측 오이도 인근 해역에는 안산및 시화 하수처리장 방류구가 존재하고 있으며 시화호 내측의 멀티테크노벨리(multi-techno valley: MTV)가 완공되면 이 지역의 처리수가 외측으로 방류될 예정이다. 따라서 시화호 외측 저질 환경 변화에 대한 지속적인 모니터링을 통한 환경 및 생태계 영향에 대한 조사가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	퇴적물은 무엇이며 어떠한 역할을 합니까?	해양의 수환경 내에서 흡착, 용해 및 공침 등에 의하여 미량만이 자유이온의 용존 상태로 존재하며 대다수는 유기물과 흡착되어 퇴적되게 된다. 퇴적물은 해양환경에서 생태학적으로 중요한 구성성분이며 다양한 오염물질의 저장고로써 중요한 역할을 하고 있다(Singh et al. [1997]). 퇴적물 내 미량금속은 해수에 비해 축적된 미량금속의 농도가 매우 높고 긴 체류시간을 가지며 시·공간적인 변화가 작기 때문에 해역에서의 미량금속 오염을 평가하는데 매우 유용한 모니터링 도구로써 이용되고 있다.
	시화호의 환경파괴는 어떻게 진행되었습니까?	시화방조제가 건설되기 이전부터 안산시 및 시흥시에 반월 및 시화 국가산업단지가 존재하였으며 12만 7천 톤의 산업폐수와 49만 톤의 하수가 유입되고 있었다. 시화방조제 건설에 의하여 해수교환이 제한되며 육상기원의 다양한 오염물질의 지속적인 유입으로 인하여 시화호 내측의 수질 및 저질 환경이 악화되었다. 시화호는 시화방조제 완공후 잘못된 연안개발정책으로 인한 환경파괴를 극적으로 보여주었으며 국민들의 환경인식에 큰 영향을 주었다.
	퇴적물 내 미량금속이 해역에서의 미량금속 오염평가에 유용한 도구인 이유는 무엇입니까?	[1997]). 퇴적물 내 미량금속은 해수에 비해 축적된 미량금속의 농도가 매우 높고 긴 체류시간을 가지며 시·공간적인 변화가 작기 때문에 해역에서의 미량금속 오염을 평가하는데 매우 유용한 모니터링 도구로써 이용되고 있다. 미량금속은 퇴적물 내에서 서로 다른 다양한 물리화학적 결합형태(labile, carbonate, sulfate, organic, etc) 로 존재하며 환경변화에 의해 수환경으로 용출되는 것으로 많은 연구가 수행되어 왔다(Marin et al.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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