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문제 정의
- 현재 시화호 지역 연안오염총량관리제 도입을 위하여 시화호 유역에 산재하는 하천 및 반월산업단지 하수관(우수토구)를 통한 농도분포, 유출특성에 대하여 특히 총인, 총질소 및 화학적 산소요구량 등 일반수질 항목에 대한 연구는 수행된 바 있으나(나 등 2011; 장 등 2011), 미량금속의 오염원에 대한 조사는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 시화호 내 미량금속 오염원을 파악하기 위하여 유역에 존재하는 하천 및 반월산업단지 토구 유출수 내 미량금속의 공간적인 분포를 조사하였다. 아울러 미량금속 오염원에 인접한 지역에서 채취한 코어 퇴적물 내 중금속 분석을 통하여 수직적인 농도분포 특성, 오염도 평가와 함께 퇴적물 기준과의 비교를 통한 위해성을 평가하였다.
- 우리나라 해저퇴적물의 주의기준(TEL)과 관리기준(PEL)과의 비교를 통하여 퇴적물 내 미량금속 농도가 해양생물에 미치는 영향 및 독성을 파악한 결과, 반월산업단지 인근 지역에서 Cu, Zn, Cd 및 Pb이 PEL을 초과하였으며 Cr과 Ni 역시 외국의 PEL을 초과하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 mPELQ를 이용하여 퇴적물 기준이 존재하는 미량 금속의 종합적인 독성 영향을 평가하였다. mPELQ의 평균은 0.
제안 방법
- 따라서 해당 조사 지역에서 가장 오염되지 않은 지역의 미량금속 농도, 즉 과거 인위적 오염이 없던 시기의 미량금속 농도를 사용해야 한다. 따라서 본 연구에서는 과거 인위적인 오염이 없던 시화호 지역의 1900년대의 미량금속 농도(Ra et al.2011)를 배경농도로 사용하였다. 시화호 최상류지역인 C1 코어에서는 지각기원이 차지하는 비율이 Cr(85.
- 1989). 분석된 미량금속 자료의 정확도를 검증하기 위하여 하천수 미량금속 표준물질인 SLRS-4(National Research Council, Canada)와 해양 퇴적물 표준물질인 MESS-3(National Research Council, Canada)를 분석시료와 함께 처리하여 측정하였다. 하천수 미량금속 표준물질인 SLRS-4의 경우 미량금속 회수율(n = 6)은 93.
- 시료는 즉시 실험실로 운반하여 미리 산으로 세척되어 무게가 측정된 폴리카보네이트막여과지(Whatman 47 mm, 0.4 µm in diameter of pore size)로 여과한 뒤 고순도(ultrapure) 질산(Merck Co., Germany)을 가해 pH 2 이하로 보존하였다.
- 시화호 내측 퇴적물 내 미량속의 오염원을 규명, 퇴적물 내 미량금속의 분포 특성 및 오염도를 평가하기 위하여 시화호 유역의 하천수, 반월산업단지 토구 유출수 및 코어 퇴적물 내 미량금속을 분석하였다. 하천수 및 반월산업단지 토구 유출수 내 용존성 미량금속의 평균농도는 시화호 내측 표층수에 비해 6.
- Zn는 반월산업단지 D-토구에서 2,900 µg/L로 최대 농도를 보였으며 하천수의 최대 농도인 정왕천 432 µg/L보다 약 5배 정도 농도가 높았다. 시화호로 유입되는 하천수 내 미량금속 농도를 토지이용형태에 따라 산업지역(옥구천, 군자천, 정왕천, 시흥천, 신길천), 도심유역(안산천), 농업유역(반월천, 삼화천, 동화천)으로 구분하여 비교를 실시하였다(Table 2). 산업지역유역의 하천에서 미량금속 농도가 농업지역에 비해 6.
- 따라서 본 연구에서는 시화호 내 미량금속 오염원을 파악하기 위하여 유역에 존재하는 하천 및 반월산업단지 토구 유출수 내 미량금속의 공간적인 분포를 조사하였다. 아울러 미량금속 오염원에 인접한 지역에서 채취한 코어 퇴적물 내 중금속 분석을 통하여 수직적인 농도분포 특성, 오염도 평가와 함께 퇴적물 기준과의 비교를 통한 위해성을 평가하였다.
- , Germany)의 불산(HF), 질산(HNO3) 및 과염소산(HClO4)을 각각 가한 뒤 가열판(hot plate)에서 180℃로 24시간동안 가열하였다. 용기내의 시료가 완전히 분해되면 뚜껑을 열고 용액을 증발건고시킨 뒤 1% 질산을 가해 용기내의 잔사를 녹여 10 ml로 맞춘 뒤 측정 원소에 따라 적절하게 희석하여 ICP-MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry; Thermo-Elemental X7)로 분석하였다(Windom et al. 1989). 분석된 미량금속 자료의 정확도를 검증하기 위하여 하천수 미량금속 표준물질인 SLRS-4(National Research Council, Canada)와 해양 퇴적물 표준물질인 MESS-3(National Research Council, Canada)를 분석시료와 함께 처리하여 측정하였다.
- 하천수 및 반월산업단지 토구 유출수 내 용존성 미량금속(Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb)은 청정벤치(class 100) 내에서 시료를 APDC-DDTC-Freon(HCHC 141b) 용매추출법으로 추출한 뒤(Statham 1985), ICP-MS로 측정하였다. 퇴적물 내 미량금속 분석은 균질화 및 분쇄된 시료 0.1 g을 60 ml PFA digestion bomb에 넣고 고순도(suprapur grade, Merck Co., Germany)의 불산(HF), 질산(HNO3) 및 과염소산(HClO4)을 각각 가한 뒤 가열판(hot plate)에서 180℃로 24시간동안 가열하였다. 용기내의 시료가 완전히 분해되면 뚜껑을 열고 용액을 증발건고시킨 뒤 1% 질산을 가해 용기내의 잔사를 녹여 10 ml로 맞춘 뒤 측정 원소에 따라 적절하게 희석하여 ICP-MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry; Thermo-Elemental X7)로 분석하였다(Windom et al.
- 1). 하천 및 반월산업단지 토구 유출수의 용존성 미량금속분석을 위하여 PVC 막대에 미리 산으로 세척된 폴리에틸렌 시료병(500 ml)을 매달아서 오염을 방지하며 채수하였다. 시료는 즉시 실험실로 운반하여 미리 산으로 세척되어 무게가 측정된 폴리카보네이트막여과지(Whatman 47 mm, 0.
대상 데이터
- PLI 값에 따라 0(unpolluted)~10(highly polluted)으로 구분되며 본 연구에서는 국내·외 퇴적물 기준이 설정되어 있는 Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb등의 6개 원소를 이용하였다.
- 시화호 유입 하천수(creek water) 및 반월산업단지 토구 유출수(sewer outlet water)는 2009년 4월 5개 하천과 4개의 간선수로 및 7개 토구의 말단부에서 채취하였다(Fig.1). 하천 및 반월산업단지 토구 유출수의 용존성 미량금속분석을 위하여 PVC 막대에 미리 산으로 세척된 폴리에틸렌 시료병(500 ml)을 매달아서 오염을 방지하며 채수하였다.
- , Germany)을 가해 pH 2 이하로 보존하였다. 퇴적물 주상시료는 2009년 6월 시화호 내측 4개 정점에서 아크릴 코어를 이용하여 약 50 cm 정도의 퇴적물 시료를 채취하였으며 퇴적물이 교란되지 않게 다이버를 이용하였다(Fig. 1). 채취 후 표층이 교란되지 않게 실험실로 운반한 뒤 1 cm 간격으로 코어와 접촉하지 않은 부분을 미리 산세척된 플라스틱 스푼을 이용하여 폴리에틸렌 시료병에 담아 냉동시켰다.
이론/모형
- Cr과 Ni의 경우 우리나라에는 해양 퇴적물 관리기준이 설정되어 있지 않아 이들 원소의 위해성을 평가하기 위하여 MacDonald etal. (1996)의 TEL과 PEL을 이용하였다.
- 퇴적물 내 종합적인 미량금속의 독성 및 위해성을 평가하기 위하여 mPELQ(mean PEL quotient)를 이용하였고 다음과 같은 식에 의하여 계산된다(Fairey et al. 2001; Hwang et al. 2008).
- 하천수 및 반월산업단지 토구 유출수 내 용존성 미량금속(Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb)은 청정벤치(class 100) 내에서 시료를 APDC-DDTC-Freon(HCHC 141b) 용매추출법으로 추출한 뒤(Statham 1985), ICP-MS로 측정하였다. 퇴적물 내 미량금속 분석은 균질화 및 분쇄된 시료 0.
성능/효과
- Al과 미량금속간에 양호한 양의 상관관계를 보였으며 미량금속 종류간의 상관성 역시 매우 양호한 것으로 나타났다(p < 0.01, Table 4).
- 5). C2 코어에서 PLI의 평균(범위)는 18.3(5.2~39.3)으로 highly polluted인 상태인 10을 큰 폭으로 초과하였고 C1 코어에 비해 약 9배 높은 오염도를 나타냈다(Table 3, Fig.5) C3 코어에서 PLI의 수직분포는 각 미량금속의 수직분포와 유사하게 나타났으며 39 cm에서 최대값을 나타내었다(Fig. 5). C3 코어에서 평균 PLI는 7.
- 5). C3 코어에서 평균 PLI는 7.3으로 C1 코어에 비해 약 3.7배 높았으며, 가장 농도가 높은 C2 코어의 약40% 수준이었다. C4 코어에서의 PLI의 수직분포는 표층에서 저층으로 갈수록 감소하는 경향을 나타내었으며 평균 PLI는 1.
- 7배 높았으며, 가장 농도가 높은 C2 코어의 약40% 수준이었다. C4 코어에서의 PLI의 수직분포는 표층에서 저층으로 갈수록 감소하는 경향을 나타내었으며 평균 PLI는 1.4로 가장 낮았다. 시화호 외측 코어 퇴적물 내 PLI의 평균은 1.
- 3배 높았으나 C2 코어의 43% 수준이었다(Table 3). C4 코어의 경우 저층에서 표층으로 갈수록 mPELQ가 약간 증가하는 경향을 나타내어 C3 코어와 반대되는 수직분포특성을 나타내고 있었으나 평균 mPELQ는 0.2로 독성영향이 작은 것을 알 수 있었다(Fig. 5). 시화호 내측 코어 퇴적물 내 mPELQ의 평균은 지역에 따른 차이가 있으나0.
- 0%에서 PEL을 초과하였다(Table 6). Cr과 Ni은 각각 82.0%와 86.0%가 TEL과 PEL 사이에 농도를 나타내었으며 입도보정을 실시한 Cu와 Zn는 각각 30.0%와 22.0%가 TEL 이상의 농도를 보였다. As와 Cd는 모든 퇴적 깊이에서 TEL 이하의 안전한 농도를 나타내고 있었다.
- Cu의 경우, 상류지역인 C1과 시화방조제에 가장 가까운 C4 코어에서의 오염도는 moderately to unpolluted로 나타났으나 C2 코어에서는 평균적으로 very highly polluted, C3 코어에서는 highly polluted의 오염도에 해당되는 것으로 나타나 측정된 미량금속 중에서 오염도가 가장 심각한 것으로 나타났다. Cu 다음으로 오염도가 심각한 미량금속은 Zn이었으며, C1와 C4 코어는 평균적으로 오염되지 않은 것으로 나타났으며, C2 코어는 highly polluted의 오염도를 보이고 있었다. Cd는 반월산업단지에 인접한 C2, C3 코어에서 모두 moderately to highly polluted의 오염도에 해당되었다.
- 본 연구에서 mPELQ를 이용하여 퇴적물 기준이 존재하는 미량 금속의 종합적인 독성 영향을 평가하였다. mPELQ의 평균은 0.2~2.3의 범위를 나타내었으며 산업단지 인근인 C2와 C3 코어 퇴적물에서의 미량금속 농도가 저서생태계에 대한 독성영향이 우려할 만한 수준으로 나타났다.
- 6%로 나타나 인위적인 오염에 더 큰 영향을 받은 것을 알 수 있었다. 가장 미량금속의 농도가 높았던 C2 코어에서는 Cr, Ni, Pb는 80% 이상이 인위적인 오염에 영향을 받는 것으로 나타났으며 Cu, Zn, Cd는 90% 이상이었다. 그러나 Co와 As는 지각기원이 차지하는 비율이 각각 67.
- 가장 시화방조제에 가까우며 시화 산업단지 유역을 흐르는 옥구천에 영향을 많이 받는 정점인 C4에서의 미량금속 평균농도는 Al 6.39%, Cr 51.0 mg/kg, Co 8.29 mg/kg, Ni 17.4 mg/kg, Cu 15.7 mg/kg, Zn 57.9 mg/kg, As 4.33mg/kg, Cd 0.11 mg/kg, Pb 22.9 mg/kg로 총 4개의 코어시료 중 가장 낮은 평균농도를 나타냈다(Table 3). 미량금속의 수직분포는 As의 경우 표층에서 저층으로 갈수록 농도가 증가하였다.
- 미량금속의 농도는 코어의 하부에서 상부로 갈수록 증가하는 경향을 보이며, 38 cm 깊이에서 모든 원소가 최대 농도를 나타내고 있었다. 각 미량금속의 최대농도는 Cr = 505.5 mg/kg, Co = 20.2 mg/kg, Ni = 235 mg/kg, Cu = 1,233 mg/kg, Zn = 2,140 mg/kg, As = 15.97 mg/kg, Cd = 17.29 mg/kg 및 Pb = 573 mg/kg로 나타났다. 38 cm 깊이에서 미량금속 농도는 미량금속의 농도가 매우 높았던 C2 코어의 평균농도를 초과하고 있었다.
- Cu와 Zn 등 미량금속은 생물에게 필수원소이나 임계농도를 초과하면 부정적인 영향을 주게 된다. 결과적으로 퇴적물에 존재하는 미량금속은 먹이망을 통하여수산물을 섭취하는 인체에도 영향을 미치게 된다. 우리나라는 2011년 해저 퇴적물 관리기준을 발표하였으며, 부정적인 영향이 거의 없는 것으로 예측되는 농도인 주의기준(threshold effect levels: TEL)과 부정적인 생태영향이 발현될 개연성이 매우 높은 농도인 관리기준(probable effect level: PEL)이 설정되어 있다(국토해양부 고시 제2011-972호).
- 가장 미량금속의 농도가 높았던 C2 코어에서는 Cr, Ni, Pb는 80% 이상이 인위적인 오염에 영향을 받는 것으로 나타났으며 Cu, Zn, Cd는 90% 이상이었다. 그러나 Co와 As는 지각기원이 차지하는 비율이 각각 67.5%와 49.0%로 나타나 다른 미량금속 종류에 비해 인위적인 오염이 적은 것으로 나타났다. C3 코어에서는 Co, As는 지각기원이 우세하였다.
- 6%)으로 나타나 인위적인 기원에 비해 훨씬 우세한 것으로 나타났다. 그러나 Cu와 Zn는 인위적인 오염각각 57.1%와 42.6%로 나타나 인위적인 오염에 더 큰 영향을 받은 것을 알 수 있었다. 가장 미량금속의 농도가 높았던 C2 코어에서는 Cr, Ni, Pb는 80% 이상이 인위적인 오염에 영향을 받는 것으로 나타났으며 Cu, Zn, Cd는 90% 이상이었다.
- Pb은 반월산업단지 토구에 인접한 C2 코어가 moderately polluted 오염도에 해당되며 나머지 지역은 오염되지 않은 것으로 나타났다. 농집지수 비교를 통해 총 4개의 조사지역 중 반월산업단지에 가장 인접한 C2 코어에서의 미량금속 오염도가 가장 크며, 시화호 내측 모든 조사지역에서 Cu, Zn 및 Cd의 오염도가 다른 원소에 비해 상대적으로 심각한 것을 알 수 있었다.
- 미량금속의 수직분포는 저층에서 표층으로 갈수록 농도가 증가하고 있으며 반월산업단지 인근 지역에서 미량금속의 농도가 매우 높은 것으로 나타났다. 농집지수(geo-accumulation index)를 이용한 퇴적물 내 미량금속의 오염도 평가는 산업단지 인근이 다른 조사지역에 비해 상대적으로 오염되었으며 특히 Cu, Zn 및 Cd의 오염도가 매우 심각한 수준으로 나타났다. 우리나라 해저퇴적물의 주의기준(TEL)과 관리기준(PEL)과의 비교를 통하여 퇴적물 내 미량금속 농도가 해양생물에 미치는 영향 및 독성을 파악한 결과, 반월산업단지 인근 지역에서 Cu, Zn, Cd 및 Pb이 PEL을 초과하였으며 Cr과 Ni 역시 외국의 PEL을 초과하는 것으로 나타났다.
- 이는 옥구천에서의 미량금속 농도가 상대적으로 다른 산업지역 하천에 비해 낮았으며, 농업지역(반월천, 동화천 및 삼화천) 및 도심지역(안산천)의 영향을 받는 C1 코어의 경우 반월산업단지 토구를 통하여 강우 시 많은 양의 비점오염물질이 유출되어 영향을 미쳤기 때문으로 판단된다. 또한 반월산업단지에 인접한 C2 코어에서 상당히 높은 미량금속 농도를 보인 이유는 신길천과 반월산업단지 토구를 통한 높은 농도의 미량금속이 유출되었기 때문이며, 시화호 방조제 서측 말단부에 위치한 배수갑문 조작을 통한 외해수와의 해수교환은 상류지역까지는 영향을 주지않는 것을 알 수 있었다. 이전 연구에 의하면 반월 및 시화 산업단지 생성 및 운영 이후 시화호 내측 퇴적물 내 미량금속 농도가 급격히 증가하였으며 반월산업단지 인근 지역에 다른 지역에 비해 상대적으로 높은 미량금속 농도를 보이는 것으로 나타났다(Ra et al.
- 3mg/kg)이었다(Table 3). 미량금속 종류에 따라 차이는 있으나 최소값과 최대값의 차이가 2.5~17.3배에 달하였으며 Cu의 농도의 변화폭이 다른 원소에 비해 높은 것으로 나타났다. Al은 표층에서 약 8 cm까지는 약 4% 전후의 농도를 보였으나 9 cm 깊이에서 급격히 증가한 뒤 저층까지 비교적 균일한 분포를 보였다(Fig.
- 4배 높은 농도를 나타내었다. 미량금속의 농도는 코어의 하부에서 상부로 갈수록 증가하는 경향을 보이며, 38 cm 깊이에서 모든 원소가 최대 농도를 나타내고 있었다. 각 미량금속의 최대농도는 Cr = 505.
- 6~136배 높았으며, 산업단지유역의 하천이 도심 또는 농업 유역에 비해 상대적으로 높은 농도를 보이고 있어 시화호 내측 미량금속의 주요한 오염원은 시화호 유역에 산재하는 하천과 반월산업단지토구인 것을 알 수 있었다. 미량금속의 수직분포는 저층에서 표층으로 갈수록 농도가 증가하고 있으며 반월산업단지 인근 지역에서 미량금속의 농도가 매우 높은 것으로 나타났다. 농집지수(geo-accumulation index)를 이용한 퇴적물 내 미량금속의 오염도 평가는 산업단지 인근이 다른 조사지역에 비해 상대적으로 오염되었으며 특히 Cu, Zn 및 Cd의 오염도가 매우 심각한 수준으로 나타났다.
- 2011). 본 연구 역시 반월산업단지에 가까운 정점들에서의 미량금속 농도가 다른 지역에 비해 높게 나타나 산업단지를 통한 미량금속의 유출이 시화호 내측 미량금속 오염원에 주요한 원인인 것을 알 수 있었다. 특히 반월산업단지 토구에 가까운 코어 퇴적물에서의 미량금속의 평균농도가 시화호 외측에 비해(나 등 2013a) 평균적으로 1.
- MTV가 운영되면 이는 추가적인 미량금속의 오염원으로 시화호 내측의 미량금속 오염도를 가중시킬 우려가 높다. 본 연구를 통하여 하천수 및 반월산업단지 토구를 통하여 현재 시화호는 점오염 및 비점오염의 형태로 별다른 처리과정 없이 막대한 양의 오염물질이 직접 유입되는 것을 알 수 있었다. 조력발전소 가동을 통하여 해수교환량이 증가하기 때문에 시화호 내측의 수질은 다소 개선되었으나 산업단지 인근 지역은 영향이 미비한것으로 보고되었다(나 등 2013b).
- 특히 산업지역 하천에서의 Cu와 Cd의 평균농도는 반월산업단지 토구보다도 높은 것으로 나타났다. 본 연구에서 시화호 유역 하천 및 반월산업단지 토구 유출수 내 용존성 미량금속의 평균농도를 같은 시기 시화호 내측 표층수의 평균농도와 비교한 결과(국토해양부 2009), 하천 및 반월산업단지 토구 유출수 내 미량금속 농도가 시화호 내측에 비해 6.6~136배 높았다. 또한 시화호 내측 표층수 내 용존성 미량금속의 수평분포는 산업단지 인근지역에서 상대적으로 높은 농도를 보이고 방조제로 갈수록 감소하는 경향을 나타내는 것으로 보고된 바 있다(국토해양부 2009).
- 본 연구에서 입도를 측정하지는 않았으나 C1 코어에서 Al은 Cr, Co, Ni, As, Pb등의 금속과 통계학적으로 유의한 양호한 양(+)의 상관성(p < 0.01)을 나타내고 있어, 이들 금속 원소들의 농도가 퇴적물 입도의 영향에 의해 조절되고 있는 것으로 해석된다(Table 4).
- 2011년 7월 시험가동을 시작으로 2011년 12월부터 시화호 조력발전소는 매일 2회 내측과 외측의 조위차를 이용하여 시화호 외측의 해수를 내측으로 유통시키며 청정에너지를 생산하고 있다. 본 조사결과를 통하여 시화호 내측에서는 지역에 따라 차이는 있으나 수십cm 깊이까지 미량금속의 농도가 매우 높은 퇴적물이 존재하는 것으로 나타났다. 따라서 조력발전소 가동으로 인하여 형성된 저층의 조류 흐름으로 인하여 시화호 내측의 미량금속에 오염된 저층 퇴적물을재 부유시키며 방류구를 통한 외측 혹은 시화호의 다른 지역으로 이동시킬 우려가 매우 높다.
- 5). 시화호 내측 코어 퇴적물 내 mPELQ의 평균은 지역에 따른 차이가 있으나0.2~2.3으로 반월산업단지 인근 지역 퇴적물이 방조제 인근 지역에 비해 약 11배 독성영향이 큰 것으로 조사되었으며, 시화호 외측 코어퇴적물 내 mPELQ의 평균은 0.2으로 C1과 C4 코어는 외측과 유사한 것으로 나타났다(Table 3).
- 4로 가장 낮았다. 시화호 외측 코어 퇴적물 내 PLI의 평균은 1.8로 시화호 최상류지역인 C1과 방조제 인근 지역인 C4 코어는 외측과 유사한 오염도를 나타내고 있었으나, 반월산업단지 인근인 C2와 C3 코어는 외측에 비해 각각 약 10배, 4배 미량금속의 오염도가 높은 것을 알 수 있었다(Table 3).
- 하천수에서 미량금속의 평균농도는 Ni > Zn > Cu > Co > Cd > Pb 순으로 Ni이 가장 높았으며, 반월산업단지 토구는 Zn > Ni > Cu > Co > Pb > Cd 순으로 Zn가 가장 높아 조사지역에 따라 유출되는 미량금속 종류가 상이한 것을 알 수 있었다. 시화호 유역 하천수와 반월산업단지 토구 유출수 내 미량금속 농도를 비교한 결과, Cu와 Cd는 하천수에서 농도가 높았으며 나머지 원소들은 반월산업단지 토구 유출수에서 더 높았다(Table2). Cu는 시흥천과 반월산업단지 C-토구에서 각각 최대 농도를 보였으며, 최소와 최대값의 농도차이가 각각 425배와 19배로 나타났다(Fig.
- 2011)를 배경농도로 사용하였다. 시화호 최상류지역인 C1 코어에서는 지각기원이 차지하는 비율이 Cr(85.6%), Co(97.5%), Ni(71.3%), As(79.3%), Cd(94.6%) 및 Pb(76.6%)으로 나타나 인위적인 기원에 비해 훨씬 우세한 것으로 나타났다. 그러나 Cu와 Zn는 인위적인 오염각각 57.
- 농집지수(geo-accumulation index)를 이용한 퇴적물 내 미량금속의 오염도 평가는 산업단지 인근이 다른 조사지역에 비해 상대적으로 오염되었으며 특히 Cu, Zn 및 Cd의 오염도가 매우 심각한 수준으로 나타났다. 우리나라 해저퇴적물의 주의기준(TEL)과 관리기준(PEL)과의 비교를 통하여 퇴적물 내 미량금속 농도가 해양생물에 미치는 영향 및 독성을 파악한 결과, 반월산업단지 인근 지역에서 Cu, Zn, Cd 및 Pb이 PEL을 초과하였으며 Cr과 Ni 역시 외국의 PEL을 초과하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 mPELQ를 이용하여 퇴적물 기준이 존재하는 미량 금속의 종합적인 독성 영향을 평가하였다.
- 또한 시화호 내측 표층수 내 용존성 미량금속의 수평분포는 산업단지 인근지역에서 상대적으로 높은 농도를 보이고 방조제로 갈수록 감소하는 경향을 나타내는 것으로 보고된 바 있다(국토해양부 2009). 이러한 결과를 통하여 시화호 미량금속 오염의 주요한 오염원은 산업지역을 관통하는 하천과 반월산업단지 토구를 통한 유출수임을 알 수 있었다. Choi et al.
- 입도 보정 후 Cu와 Zn의 수직분포는 표층에서 10 cm까지는 급격한 농도의 감소를 알 수 있었다. 입도 보정 전 C1, C2, C3 및 C4 코어 시료에서 Cu의 평균농도는 각각 34.06, 1,021, 359.6 및 15.71 mg/kg이었으나 입도 보정 뒤에는 51.5, 1,514, 893 및 62.9 mg/kg으로 나타나 1.5~4.0배 농도가 증가하였으며 수직분포가 달라지는 것으로 나타났다(Table 3, Fig. 4). C2 코어 역시 입도 보정 뒤 수직 분포 특성이 이전과 다르게 나타났으며, 1.
- C3의 경우, 입도 보정 전에는 최대값을 보이는 39 cm를 제외하고는 표층과 저층간에 농도차이가 작았으나 입도 보정을 실시한 이후에는 Cu와 Zn 모두 표층에서 약 20 cm 깊이까지 농도가 서서히 증가하는 것을 알 수 있었다. 입도 보정 후 Cu와 Zn의 수직분포는 표층에서 10 cm까지는 급격한 농도의 감소를 알 수 있었다. 입도 보정 전 C1, C2, C3 및 C4 코어 시료에서 Cu의 평균농도는 각각 34.
- C1 코어의 경우, 평균적으로 모든 미량금속이 unpolluted에 해당되는 것으로 나타났다. 퇴적 깊이에 따라 Cu는 ~22 cm의 깊이에서 moderately polluted의 오염을 보이고 있었으며 일부 깊이에서는 moderately to highly polluted된 것으로 나타났다. Zn 역시 8~20 cm에서 moderately to unpolluted에 해당되는 오염도를 보이고 있었다.
- 7로 나타나 다른 지역에 비해 미량금속의 오염도가 심각한 것으로 나타났다. 특히 Cu의 평균 농집지수는 6.5으로 very highly polluted한 오염도에 해당되며 Zn는 highly polluted, Cd는 moderately to highly polluted된 것으로 나타났다. C3 코어에서는 Cu, Zn 및 Cd의 미량금속 종류가 moderately polluted에서 highly polluted의 오염도를 보였으며 나머지 원소는 상대적으로 오염되지 않은 것으로 나타났다(Table3, 5).
- 본 연구 역시 반월산업단지에 가까운 정점들에서의 미량금속 농도가 다른 지역에 비해 높게 나타나 산업단지를 통한 미량금속의 유출이 시화호 내측 미량금속 오염원에 주요한 원인인 것을 알 수 있었다. 특히 반월산업단지 토구에 가까운 코어 퇴적물에서의 미량금속의 평균농도가 시화호 외측에 비해(나 등 2013a) 평균적으로 1.5(Co)~56.4(Cu)배 높은 것으로 나타났다(Table 3).
- 3~238배 높은 농도를 보였다. 특히 산업지역 하천에서의 Cu와 Cd의 평균농도는 반월산업단지 토구보다도 높은 것으로 나타났다. 본 연구에서 시화호 유역 하천 및 반월산업단지 토구 유출수 내 용존성 미량금속의 평균농도를 같은 시기 시화호 내측 표층수의 평균농도와 비교한 결과(국토해양부 2009), 하천 및 반월산업단지 토구 유출수 내 미량금속 농도가 시화호 내측에 비해 6.
- 265 µg/L였다(Table 2). 하천 및 반월산업단지 토구 시료 모두 Ni, Cu, Zn의 농도가 다른 원소에 비해 높은 것으로 나타났다(Fig. 2). 하천수에서 미량금속의 평균농도는 Ni > Zn > Cu > Co > Cd > Pb 순으로 Ni이 가장 높았으며, 반월산업단지 토구는 Zn > Ni > Cu > Co > Pb > Cd 순으로 Zn가 가장 높아 조사지역에 따라 유출되는 미량금속 종류가 상이한 것을 알 수 있었다.
- 시화호 내측 퇴적물 내 미량속의 오염원을 규명, 퇴적물 내 미량금속의 분포 특성 및 오염도를 평가하기 위하여 시화호 유역의 하천수, 반월산업단지 토구 유출수 및 코어 퇴적물 내 미량금속을 분석하였다. 하천수 및 반월산업단지 토구 유출수 내 용존성 미량금속의 평균농도는 시화호 내측 표층수에 비해 6.6~136배 높았으며, 산업단지유역의 하천이 도심 또는 농업 유역에 비해 상대적으로 높은 농도를 보이고 있어 시화호 내측 미량금속의 주요한 오염원은 시화호 유역에 산재하는 하천과 반월산업단지토구인 것을 알 수 있었다. 미량금속의 수직분포는 저층에서 표층으로 갈수록 농도가 증가하고 있으며 반월산업단지 인근 지역에서 미량금속의 농도가 매우 높은 것으로 나타났다.
- 하천수에서 미량금속의 평균농도는 Ni > Zn > Cu > Co > Cd > Pb 순으로 Ni이 가장 높았으며, 반월산업단지 토구는 Zn > Ni > Cu > Co > Pb > Cd 순으로 Zn가 가장 높아 조사지역에 따라 유출되는 미량금속 종류가 상이한 것을 알 수 있었다.
- 1%(Ni)로 전체적으로 양호한 수준이었다(Table 1). 해양퇴적물 표준물질인 MESS-3의 보증값에 대한 회수율(n = 25)은 95.4%(Co)~105.0%(Cr)의 범위로 매우 양호한 결과를 얻었다(Table 1).
후속연구
- 조력발전소 가동을 통하여 해수교환량이 증가하기 때문에 시화호 내측의 수질은 다소 개선되었으나 산업단지 인근 지역은 영향이 미비한것으로 보고되었다(나 등 2013b). 그러나 저질의 미량금속의 오염을 개선시키며 지속적으로 환경 및 생태계를 보호하기 위해서는 산업단지 내 관로의 오접 및 무단방류 등을 통한 불법행위를 법적으로 강력하게 규제하며 하수처리시설의 처리용량 증대 등과 같은 적극적이며 근본적인 대책이 시급하게 필요할 것으로 사료된다.
- 이미 조력발전소 가동 이후 저층에서의 부유물질의 농도가 큰 폭으로 증가되었다고 보고된 바 있다(국토해양부 2011). 또한 반월 및 시화 산업단지 인근에 현재 926만m2 규모의 멀티테크노벨리(Multi Techno Valley; MTV)가 건설되고 있으며 향후 산업단지와 상업단지가 형성될 예정이다. MTV가 운영되면 이는 추가적인 미량금속의 오염원으로 시화호 내측의 미량금속 오염도를 가중시킬 우려가 높다.
- 4배 농도가 증가하였다. 퇴적물 관리 기준(TEL, PEL)과의 비교를 통하여 반월산업단지 인근 지역에서는 Cu, Zn, Cd 및 Pb 등의 오염도가 매우 심각하며 특히 저서생물과 같은 저서생태계에 대한 위해성에 대한 특별한 주의가 필요할 것으로 사료된다.
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