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문제 정의
- 본 연구에서는 폐금속광산 주변 논토양을 대상으로 벼를 식재한 담수형 컬럼을 조성하여 안정화처리 유무 및 심도에 따른 토양용액 내 오염원의 용출특성과 안정화층토양 내 오염원 분획특성을 검토하여 담수조건, 즉 환원환경변화에 따른 오염원 특성변화를 파악하고자 하였다. 또한 최종적으로 농작물(쌀)로의 전이량을 검토를 통해 안정화 효율을 검증하였다.
- 또한 최종적으로 농작물(쌀)로의 전이량을 검토를 통해 안정화 효율을 검증하였다. 아울러 상시 담수상태로 이용되는 논토양에서의 안정화 효율 검토인자로서 식물체 전이량 외에 토양용액이나 오염원 분획특성 분석결과의 활용가능여부를 검토하였다.
가설 설정
- 토양용액 모니터링 결과 나타난 대조구(control)에서의 철(Fe)농도 증가경향과 환원상태에서 토양미생물이 전자수용체로 사용하는 철(Fe)의 형태가 주로 비결정질 산화물임(Wahid and Kamalam, 1993)을 고려하면, 안정화층 내비결정질 철산화물(amorphous Fe oxides)로 존재하는 비소(As)의 분포비율은 pH 증가로 인한 철(Fe)의 침전효과로 인해 대조구(control)에 비해 높을 것으로 예상되었다. 즉, 대조구(control)에서는 비결정질 산화물 형태의 철(Fe)이 미생물에 의해 환원되어 용출되는 경향이 안정화제가 적용된 조건보다 높다고 가정할 수 있다. 본 시험에서도 안정화 처리조건에서 비결정질(amorphous)과 결정질(crystalline) 형태 모두 증가하는 것으로 나타났다.
제안 방법
- 본 연구에서는 폐금속광산 주변 논토양을 대상으로 벼를 식재한 담수형 컬럼을 조성하여 안정화처리 유무 및 심도에 따른 토양용액 내 오염원의 용출특성과 안정화층토양 내 오염원 분획특성을 검토하여 담수조건, 즉 환원환경변화에 따른 오염원 특성변화를 파악하고자 하였다. 또한 최종적으로 농작물(쌀)로의 전이량을 검토를 통해 안정화 효율을 검증하였다. 아울러 상시 담수상태로 이용되는 논토양에서의 안정화 효율 검토인자로서 식물체 전이량 외에 토양용액이나 오염원 분획특성 분석결과의 활용가능여부를 검토하였다.
- 본 시험에서는 국내 토양오염우려기준을 초과하였거나 근접하는 비소(As) 및 양이온 중금속(Cd, Pb, Zn)을 함유한 폐광산 주변 논토양을 대상으로 현장을 모사한 컬럼을 조성하여 실제 벼를 재배하면서 안정화제(석회석 5%, 석회석 3% + 제강슬래그 2%) 처리유무에 따른 안정화공정의 효율을 실내시험으로 검증하였다.
- 시험기간 중 분석대상 검체는 토양용액(soil solution), 토양, 농작물(쌀알)이다. 비소(As) 및 양이온 중금속의 안정화도 파악을 위해 토양용액을 주 1회 빈도로 2월 ~ 8월에 거쳐서 채취하였다. 토양용액은 앞서 언급한 바와 같이 RHIZON Soil Moisture Sampler를 주사기에 연결하여 압력강하를 시킨 후 감압작용에 의해 추출된 수분이다.
- 시험종료시점에서 채취한 안정화층 토양을 대상으로 연속추출법을 통해 오염원(As, Cd, Pb, Zn)의 분획특성을 분석하였다. 자연계에서 비산이나 아비산과 같은 음이온으로 존재하는 비소(As)는 Wenzel et al.
- 컬럼상하부의 중앙엔 토양용액(soil solution) 채취를 위해 RHIZON Soil Moisture Sampler(RhizosphereResearch Products bv 社)를 설치하였고, 컬럼의 최상부엔 논으로 활용되고 있는 부지의 특성을 고려하여 항상 5 cm 전후의 수심을 유지하도록 담수시켰다. 이상으로 비교검증을 위해 컬럼상층에 별도의 안정화처리를 하지 않은 대조구(control)를 포함해 총 3개 조건의 컬럼을 배치하였다(Fig. 1).
- 토양용액 내 비소(As) 및 중금속분석은 국내 수질오염공정시험기준에 따라 수행하였다. 이외 pH와 ORP를 측정하여 컬럼 내 각 심도별 토양용액의 이화학적 특성변화를 지속적으로 모니터링하였다.
- (1995)의 유기물 및 황화물결합형(bound to organic and sulphides)이 포함된 결과이다. 이외 연속추출시험 대상 시료에 대해 동일하게 왕수추출법을 이용한 전함량 분석을 실시한 후 연속추출시험결과 나타난 각 단계별 농도의 총합과 비교해 회수율을 검증하였다. 이는 연속추출시험과정 중 시료의 손실이나 분석항목의 토양 내 재흡착 등으로 인해 발생할 수 있는 추출과정의 오차를 확인하기 위함이다.
- 현장 시료채취 후 실험실로 이송한 후 자연건조를 실시했으며, 건조작업 완료 후 체질을 하여 5 mm 이하의 입자크기를 가진 것을 시험대상으로 하였다. 체질 후 최종적으로 혼합작업을 실시하여 최대한 시료의 균질화가 이뤄지도록 하였다.
- 안정화층 하부는 원지반층으로 별도의 안정화처리를 하지않았다. 컬럼상하부의 중앙엔 토양용액(soil solution) 채취를 위해 RHIZON Soil Moisture Sampler(RhizosphereResearch Products bv 社)를 설치하였고, 컬럼의 최상부엔 논으로 활용되고 있는 부지의 특성을 고려하여 항상 5 cm 전후의 수심을 유지하도록 담수시켰다. 이상으로 비교검증을 위해 컬럼상층에 별도의 안정화처리를 하지 않은 대조구(control)를 포함해 총 3개 조건의 컬럼을 배치하였다(Fig.
- 토양용액, 토양 용출액, 식물체(쌀알)의 비소(As) 및 중금속(Cd, Pb, Zn)의 정량 분석은 ICP-OES(model 7300DV,Perkin-Elmer Inc.)를 이용하였다.
대상 데이터
- 개별 컬럼에서 채취한 벼의 쌀알은 현미로서 토양 및 식물체 분석법(NIAST, 2000)에 따라 전처리를 4회 반복수행하였다. 2 g의 시료를 대상으로 우선 HNO3-H2SO4 혼합용액으로 산분해한 후 HCl과 증류수를 가한 후 여과하여 분석액으로 하였다.
- 시험기간 중 분석대상 검체는 토양용액(soil solution), 토양, 농작물(쌀알)이다. 비소(As) 및 양이온 중금속의 안정화도 파악을 위해 토양용액을 주 1회 빈도로 2월 ~ 8월에 거쳐서 채취하였다.
- 시험대상 토양은 전라도 소재의 폐금속광산에서 채취한 논토양이다. 심도별 오염물질의 특성규명을 위해 대상 농경지에서 20 cm 심도간격으로 2개 층으로 구분하여 토양을 채취하였다.
- 시험에 사용된 컬럼은 벽면외부에 차광막이 부착된 지름 15 cm, 높이 50 cm의 규모로 하부 40 cm 구간에 대해 각 20 cm 별로 현장에서 채취한 동일심도의 토양을 채웠다. 토양이 채워진 상부 20 cm 구간은 오염토양 무게대비 5% 수준의 석회석과 석회석 및 제강슬래그의 혼합물(석회석 3% + 제강슬래그 2%)이 적용된 안정화층이다.
- 시험대상 토양은 전라도 소재의 폐금속광산에서 채취한 논토양이다. 심도별 오염물질의 특성규명을 위해 대상 농경지에서 20 cm 심도간격으로 2개 층으로 구분하여 토양을 채취하였다. 현장 시료채취 후 실험실로 이송한 후 자연건조를 실시했으며, 건조작업 완료 후 체질을 하여 5 mm 이하의 입자크기를 가진 것을 시험대상으로 하였다.
- 토양용액은 앞서 언급한 바와 같이 RHIZON Soil Moisture Sampler를 주사기에 연결하여 압력강하를 시킨 후 감압작용에 의해 추출된 수분이다. 안정화층 토양과 농작물(쌀알)은 시험종료시점에서 채취하였는데, 본 시험과정 중 9월에 해당하였다.
- 적용대상 안정화제는 석회석(Limestone)과 석회석 및 제강슬래그(Steelmaking slag)의 혼합물이며, 시중에 유통되는 제품(5 mm 이하)을 사용하였다. Table 3에 개별 안정화제의 화학조성 분석결과를 나타내었다.
- 심도별 오염물질의 특성규명을 위해 대상 농경지에서 20 cm 심도간격으로 2개 층으로 구분하여 토양을 채취하였다. 현장 시료채취 후 실험실로 이송한 후 자연건조를 실시했으며, 건조작업 완료 후 체질을 하여 5 mm 이하의 입자크기를 가진 것을 시험대상으로 하였다. 체질 후 최종적으로 혼합작업을 실시하여 최대한 시료의 균질화가 이뤄지도록 하였다.
이론/모형
- (1979)의 추출법을 보완한 Li et al.(1995)의 분석절차를 준용하였다. 다만, 5단계 과정을 제시하는 Li et al.
- , 2013). 각 추출시험의 마지막 단계에 해당하는 잔류형(residual)은 국내 토양오염공정시험의 왕수추출법을 통해분석하였다. 따라서 양이온 중금속(Cd, Pb, Zn) 분석결과 나타나는 잔류형(residual)의 분포비율은 Li et al.
- 개별 컬럼에서 채취한 벼의 쌀알은 현미로서 토양 및 식물체 분석법(NIAST, 2000)에 따라 전처리를 4회 반복수행하였다. 2 g의 시료를 대상으로 우선 HNO3-H2SO4 혼합용액으로 산분해한 후 HCl과 증류수를 가한 후 여과하여 분석액으로 하였다.
- 토양용액 내 비소(As) 및 중금속분석은 국내 수질오염공정시험기준에 따라 수행하였다. 이외 pH와 ORP를 측정하여 컬럼 내 각 심도별 토양용액의 이화학적 특성변화를 지속적으로 모니터링하였다.
성능/효과
- 비소(As)의 용해성은 pH와 산화환원전위, 철(Fe), 알루미늄(Al)과 같은 토양구성물질 그리고 점토나 유기물함량에 영향을 받는 것으로 알려져 있다(O'Neill, 1990). 그러나 본 시험에 사용된 토양조건은 대체적으로 동일하며, 안정화제 사용에 따른 토양용액 내 pH의 변화에 미미한 차이를 보이지만 대체적으로 모두 중성부근을 유지하였다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 대조구(control)의 쌀알에서 나타난 상대적으로 높은 비소(As)의 함량은 이동성이 높은 3가 비소(As3+)의 영향이 아니며, 안정화제 적용조건에서의 불검출수준의 함량은 석회석 등에 의해 토양 내 CaHAsO4와 같은 As-Ca 화합물 형성으로 비소(As)의 이동성이 억제된 결과로 판단된다(James et al.
- 벼의 재배기간 중 이뤄지는 담수효과로 인해 토양용액 내 오염물질의 용출경향은 안정화제 처리유무에 따른 변화가 크지 않는 것으로 나타났다. 따라서 논토양과 같은 담수환경의 토양을 대상으로 장기간에 걸친 안정화효과를 검증하기 위해서는 우선적으로 식물체 전이량을 검토하고, 후순위로 각 조건별 비교가 불가능한 토양용액보다는 토양 내 분획특성을 보는 것이 타당한 것으로 판단된다. 그러나 이러한 분획특성변화도 일부 원소의 경우 식물체 내 농도와는 불완전한 상관관계를 갖는 것으로 나타나 직접적인 검토인자 활용에는 무리가 있을 수 있음을 보였다.
- 그러나 Brady and Weil(1996)은 토양이 지나치게 산성조건이 아닌 한 교환가능형이나 유기물결합형에 비해 탄산염, 철(Fe)·망간(Mn) 산화물과 연계된 형태의 중금속에 대한 식물 가용성이 낮다고 보고한 바 있다. 따라서 본 시험결과 나타난 탄산염결합형의 증가는 오염물질의 식물전이를 억제하기 위한 안정화의 형태로서 긍정적인 평가가 가능한 것으로 판단된다.
- , 2005). 따라서 본 시험과정 중 측정된 산화환원전위가 최종 100 mV ~ 200mV의 범위를 나타냄을 고려하면 본격적인 황화물 전환과정은 미미했을 것으로 판단된다. 이러한 결과는 본 시험과정에서 나타난 ORP 범위가 200 mV 미만의 온전한 환원조건이 아니므로 오염물질의 황화물 침전보다는 pH증가에 따른 침전효과가 상대적으로 우세하게 나타났다고 풀이될 수 있다.
- 아연(Zn)은 식물체의 신진대사에 필요한 주요원소로 일반적인 쌀알 내 함량은 1 mg/kg ~ 41 mg/kg이다(Pendias, 2011). 따라서 시험대상 토양 내 아연(Zn)의 함량이 높다고 하더라도 본 분석결과에서 나타난 쌀알 내 함량은 안정화처리 유무에 관계없이 적정수준을 보인 것으로 판단된다.
- 즉, 산화환원전위의 감소가 일어나더라도 pH가 증가하면 환원성 중금속(Fe, Mn)은 불용화되어 토양용액 내 용출이 억제된다고 볼 수 있다. 따라서 환원성 중금속의 불용화는 본 중금속과 흡착된 형태의 타 오염물질의 불용화를 동시에 이룰 수 있을 것으로 판단된다.
- 벼의 재배기간 중 이뤄지는 담수효과로 인해 토양용액 내 오염물질의 용출경향은 안정화제 처리유무에 따른 변화가 크지 않는 것으로 나타났다. 따라서 논토양과 같은 담수환경의 토양을 대상으로 장기간에 걸친 안정화효과를 검증하기 위해서는 우선적으로 식물체 전이량을 검토하고, 후순위로 각 조건별 비교가 불가능한 토양용액보다는 토양 내 분획특성을 보는 것이 타당한 것으로 판단된다.
- 본 결과로 Meharg and Zhao(2012)의 pH-Eh diagram를 통해 비소(As) 종 형태(speciation)를 추적해보면 벼의 성장이 이뤄졌던 시점의 토양용액 내 비소(As)는 비산(H2AsO4−,HAsO42−)이며, 기기 검출한계 미만으로 존재한다.
- 즉, 대조구(control)에서는 비결정질 산화물 형태의 철(Fe)이 미생물에 의해 환원되어 용출되는 경향이 안정화제가 적용된 조건보다 높다고 가정할 수 있다. 본 시험에서도 안정화 처리조건에서 비결정질(amorphous)과 결정질(crystalline) 형태 모두 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 그 증가폭은 1% ~ 2%의 미미한 수준이다.
- 따라서 지속적인 담수조건에서 토양용액 내 철(Fe) 및 망간(Mn)의 증가가 발생하리라는 것은 쉽게 예측이 가능하다. 본 시험의 각 컬럼에서 나타난 해당 원소의 토양용액(soil solution) 내 농도 역시 대체적으로 증가하는 형태를 보였다.
- 이외 납(Pb)과 아연(Zn)에서는 추가적으로 철·망간 산화형(Fe&Mn oxides)의 증가도 확인된다. 본 형태는 탄산염결합형에 비해 토양입자 내 결합력이 높은 형태로 대조구(control) 대비 안정화제 처리조건에서 납(Pb)은 10%, 아연(Zn)은 6% 이상 증가한 형태로 분석되었다. 이는 대조구(control)에서 산화환원전위 감소로 인해 철(Fe)과 망간(Mn)이 지속적으로 토양용액으로 용출되었으나, 안정화제 처리조건에서는 pH 증가로 인한 철(Fe)·망간(Mn)의 침전효과로 이에 흡착되었던 중금속이 공침되었기 때문으로 판단된다.
- 분석대상 4개 오염원의 회수율, 즉 단일추출(왕수추출) 분석농도에 대한 연속추출과정에서 도출된 개별 단계 농도의 총합 비율은 76% ~ 127%로 ± 30% 이내의 범위를 나타내었다.
- 그러나 컬럼상층에서는 안정화제가 미처리된 대조구(control)에서만 증가경향을 보여 해당 원소의 환원에 따른 용출보다는 안정화제에 의한 침전효과가 우선하는 것으로 판단된다. 비소(As)및 중금속 3개 항목(Cd, Pb, Zn)의 토양용액(soil solution)내 함량변화 모니터링 결과 대조구(control)를 포함한 모든 컬럼에서 비소(As)와 납(Pb)은 전 시험기간 동안 검출되지 않았다. 이외 카드뮴(Cd)과 아연(Zn)은 컬럼상하층에 따른 미세한 차이를 보이지만 대체적으로 불검출되거나 감소하는 경향을 나타내는데, 미생물호흡 및 안정화제에 의한 토양용액 내 탄산의 영향인 것으로 판단된다.
- 이는 납(Pb)의 용출능을 석회투여를 통해 급격하게 감소시킬 수 있으며, 높은 pH에서는 탄산염(carbonates) 등으로 침전된다는 Pendias(2011)의 보고와 반대되는 결과이다. 비소(As)와 마찬가지로 앞선 토양용액 분석결과 전 시험기간동안 불검출되었지만, 토양 내 분획특성분석결과에서는 안정화처리조건에서 교환가능형(exchangeable)이 불검출되는 등 간접적인 안정화효과를 보였다. 따라서 본 분석결과 나타난 납(Pb)의 식물체(쌀알) 전이량 검토는 분석과정에서 발생한 오차의 영향이나 기타 다른 문헌검토가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.
- 산화환원전위는 컬럼상층(A)의 감소속도가 하층(B)에 비해 높은 것으로 나타났고, 2달 경과시점에는 200 mV 이하의 수치로 논토양의 특성을 보였다. 일반적으로 담수된 토양에서는 미생물 활동의 영향으로 전자수용체로 사용되는 산소(O2)가 급격히 소모되고, 이후 NO3−-N, Mn4+, Fe3+과 같은 무기물이 순차적으로 전자수용체로 사용된다(Maier et al.
- 특이적 흡착(specifically sorbed)형태는 석회석과 제강슬래그 혼합조건(석회석 3% + 제강슬래그 2%)에서 대조구(control)에 비해 5% 증가한 것으로 나타났는데, 이는 칼슘(Ca) 공침효과의 영향으로 판단된다. 석회석 5%의 단일적용조건에서 특이적 흡착 형태의 분포비율은 대조구(control)와 큰 차이를 보이지는 않지만, 실질 농도는 0.5 mg/kg 정도 높은 것으로 나타났다. 토양용액 모니터링 결과 나타난 대조구(control)에서의 철(Fe)농도 증가경향과 환원상태에서 토양미생물이 전자수용체로 사용하는 철(Fe)의 형태가 주로 비결정질 산화물임(Wahid and Kamalam, 1993)을 고려하면, 안정화층 내비결정질 철산화물(amorphous Fe oxides)로 존재하는 비소(As)의 분포비율은 pH 증가로 인한 철(Fe)의 침전효과로 인해 대조구(control)에 비해 높을 것으로 예상되었다.
- 아연(Zn)은 안정화처리조건의 쌀알에서 대조구(control)에 비해 낮은 농도를 보였으나, 그 감소폭은 크지 않은 것으로 나타났다. 대조구(control)에서의 쌀알 내 아연(Zn)의 평균함량은 27 mg/kg이며, 안정화조건에서의 함량은 92% ~ 96% 수준이다.
- 앞선 컬럼상층(A)의 산화환원전위 분석결과 검토대상 3개 조건 모두 4월 ~ 5월에 유사한 수치를 보이다가 6월에 석회석과 제강슬래그 혼합조건(석회석 3% + 제강슬래그 2%)에서만 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 철(Fe)의 농도경향은 4월부터 미세한 차이를 보이다가 6월에 그 차이가 크게 나타나는데, 이때의 농도는 29 mg/L(control), 12mg/L(석회석 5%), 0.
- 양이온 중금속항목인 카드뮴(Cd), 납(Pb), 아연(Zn)은 안정화제 처리조건에서 교환가능형(exchangeable)의 감소와 탄산염결합형(carbonates)의 증가가 확인된다. 이러한 결과는 토양안정화 공정이 가지는 특징인 오염원의 용출능 저감효과를 직접적으로 보여주는 예로 설명할 수 있다.
- 컬럼상층의 안정화토양을 대상으로 오염원 분획특성 분석결과 비소(As)는 안정화제 적용조건에서 특이적 흡착(specifically sorbed)형태가 증가하는 것으로 나타나 칼슘(Ca) 공침효과의 영향이 있었던 것으로 보여진다. 양이온중금속(Cd, Pb, Zn)에서는 안정화 토양에서 교환가능형(exchangeable)의 감소와 탄산염결합형(carbonates)의 증가가 확인되어, 토양안정화 공정이 가지는 오염물질의 이동성 저감효과가 확인되었다. 특히, 탄산염결합형(carbonates)의 증가는 미생물호흡으로 발생한 CO2의 영향보다는 CaCO3 형태로 제공된 안정화제(석회석)의 영향이 큰 것으로 판단된다.
- 따라서 본 시험과정 중 측정된 산화환원전위가 최종 100 mV ~ 200mV의 범위를 나타냄을 고려하면 본격적인 황화물 전환과정은 미미했을 것으로 판단된다. 이러한 결과는 본 시험과정에서 나타난 ORP 범위가 200 mV 미만의 온전한 환원조건이 아니므로 오염물질의 황화물 침전보다는 pH증가에 따른 침전효과가 상대적으로 우세하게 나타났다고 풀이될 수 있다.
- 그러나 본 시험에 사용된 토양조건은 대체적으로 동일하며, 안정화제 사용에 따른 토양용액 내 pH의 변화에 미미한 차이를 보이지만 대체적으로 모두 중성부근을 유지하였다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 대조구(control)의 쌀알에서 나타난 상대적으로 높은 비소(As)의 함량은 이동성이 높은 3가 비소(As3+)의 영향이 아니며, 안정화제 적용조건에서의 불검출수준의 함량은 석회석 등에 의해 토양 내 CaHAsO4와 같은 As-Ca 화합물 형성으로 비소(As)의 이동성이 억제된 결과로 판단된다(James et al., 1999). 이외 토양분획특성 분석결과를 통해 직접적인 확인이 어려웠지만, 알칼리 안정화제 적용에 의한 토양 내 철(Fe)의 침전으로 인해 이에 흡착된 비소(As)의 동반 침전효과(Meharg andZhao, 2012)와 제강슬래그 내 포함된 철(Fe)에 의한 추가적인 흡착도 비소(As)의 이동성 저감에 한 원인으로 작용했음을 고려해 볼 수 있다.
- 이에 비해서 카드뮴(Cd)은 상대적으로 결합력이 약한 탄산염결합형에서 가장 높은 것으로 분석되었다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 흡착선호성에 우선한 항목일수록 분획특성 분석결과에서도 결합력이 높은 형태의 분포비율이 증가하는 것으로 판단된다.
- 이상의 결과를 종합해 볼 때 농경지 토양(논토양)에 대한 안정화효율 검증은 식물체 전이량을 통한 검토가 우선적으로 이뤄져 할 것으로 판단된다. 앞서 언급하였지만 비소(As), 카드뮴(Cd), 납(Pb) 등은 비교적 장기간으로 볼 수 있는 벼의 생육기간 동안 토양용액에서 분석기기의 검출한계 미만으로 나타났다.
- 벼의 생육기간인 6월 ~ 8월 사이의 토양용액(soil solution) 분석결과에서도 카드뮴(Cd)은 지속적으로 불검출된 것으로 나타났다. 이에 비해 토양 내 분획특성분석결과에서는 식물의 생장에 영향을 미칠 수 있는 존재형태인 교환가능형(exchangeable)이 대조구(control)에서 가장 높은 분포를 보였다. 따라서 토양용액과 토양 분획특성 분석결과 나타난 카드뮴(Cd)의 거동특성을 비교해볼 때 토양 내 중금속의 분획특성 변화가 토양용액의 특성변화에 직접적으로 이어지지는 않는다고 볼 수 있다.
- 최초 컬럼조성(2월) 후 4개월 경과시점에 컬럼상부 안정화층에 벼모종을 식재(6월)하였고, 벼모종 식재에서 쌀알 채취까지 총 4개월이 소요되었다. 시험기간동안 지속적으로 담수조건을 유지하였으며, 수분이외의 영양물질은 공급하지 않았다.
- 컬럼에서 재배된 벼에서 채취한 쌀알의 오염물질 함량은 전조건에서 불검출된 카드뮴(Cd)을 제외한 비소(As)와 아연(Zn)이 안정화 처리조건에서 대조구(control)에 비해 상대적으로 낮은 함량을 나타내었다. 이러한 결과는 안정화제 적용으로 인한 오염물질의 용출저감이 쌀알 내 전이량 감소로 이어졌음을 나타낸 것이다.
- 토성분석결과 해당 농경지의 상하층은 각각 식양토와 미사질식양토이며, 토양화학분석법(NIAST, 2010)에 따른 이화학분석결과 대체적으로 상부층의 토양에서 치환성 양이온 항목을 제외한 나머지 항목(CEC, OM, T-N, P2O5)이 하부층에 비해 상대적으로 높게 분포하는 것으로 나타났다(Table 2).
- 토양오염공정시험기준(KME, 2013)을 통한 오염도 분석 결과(Table 1 참조) 상부층에서 카드뮴(Cd)과 아연(Zn)이 우려기준을 초과하였고, 이외 비소(As)와 납(Pb)이 우려기준에 근접한 농도로 존재하는 것으로 나타났다. 하부층의 경우 상부층과 동일한 농도경향을 보이지만, 모두 우려기준 미만으로 분석되었다.
- 토양용액 내 검출이 확인된 카드뮴(Cd)과 아연(Zn)은 대체적으로 시험초중반 이후 대조구(control)를 포함한 전조건에서 불검출되는 수준을 보였다. 특히, 컬럼상층(A)에서의 농도 감소경향은 안정화제가 적용되지 않은 컬럼하층(B)에 비해 빨리 나타나는 것으로 분석되었다.
- 5 mg/kg 정도 높은 것으로 나타났다. 토양용액 모니터링 결과 나타난 대조구(control)에서의 철(Fe)농도 증가경향과 환원상태에서 토양미생물이 전자수용체로 사용하는 철(Fe)의 형태가 주로 비결정질 산화물임(Wahid and Kamalam, 1993)을 고려하면, 안정화층 내비결정질 철산화물(amorphous Fe oxides)로 존재하는 비소(As)의 분포비율은 pH 증가로 인한 철(Fe)의 침전효과로 인해 대조구(control)에 비해 높을 것으로 예상되었다. 즉, 대조구(control)에서는 비결정질 산화물 형태의 철(Fe)이 미생물에 의해 환원되어 용출되는 경향이 안정화제가 적용된 조건보다 높다고 가정할 수 있다.
- 토양용액(soil solution) 분석결과 나타난 pH는 안정화제 처리유무에 상관없이 컬럼상층에서 급격한 증가를 나타내었고, 본 층에서의 산화환원전위는 급격한 감소를 보였다. 이러한 결과는 심부토양(컬럼하층)에 비해 표토층(컬럼상층)의 이화학적 특성이 토양미생물 번식에 유리한 환경으로 작용했기 때문으로 판단된다.
- 비소(As)는 앞선 토양용액(soil solution) 모니터링 결과에서도 모두 불검출 수준으로 분석된 바 있다. 특이적 흡착(specifically sorbed)형태는 석회석과 제강슬래그 혼합조건(석회석 3% + 제강슬래그 2%)에서 대조구(control)에 비해 5% 증가한 것으로 나타났는데, 이는 칼슘(Ca) 공침효과의 영향으로 판단된다. 석회석 5%의 단일적용조건에서 특이적 흡착 형태의 분포비율은 대조구(control)와 큰 차이를 보이지는 않지만, 실질 농도는 0.
- 토양용액 내 검출이 확인된 카드뮴(Cd)과 아연(Zn)은 대체적으로 시험초중반 이후 대조구(control)를 포함한 전조건에서 불검출되는 수준을 보였다. 특히, 컬럼상층(A)에서의 농도 감소경향은 안정화제가 적용되지 않은 컬럼하층(B)에 비해 빨리 나타나는 것으로 분석되었다. 본 항목들은 환원상태가 진행됨에 따라 CdS, ZnS 등의 형태의 난용성화합물로 생성되어 불용화 된다고 알려져 있다(Gwon et al.
후속연구
- 이러한 결과는 안정화제 적용으로 인한 오염물질의 용출저감이 쌀알 내 전이량 감소로 이어졌음을 나타낸 것이다. 그러나 납(Pb)의 경우엔 다소 다른 경향을 보였는데 이에 대한 추가적인 검토가 필요한 것으로 나타났다.
- , 1995; Chae, 2012). 그러므로 본 시험에서 안정화제가 적용된 GL ~20 cm 구간인 컬럼상층(A) 토양에서의 오염원 분획특성 변화는 토양용액(soil solution) 용출과 농작물(쌀알)로의 전이를 비교하는데 중요한 검토인자가 될 수 있을 것이다.
- 비소(As)와 마찬가지로 앞선 토양용액 분석결과 전 시험기간동안 불검출되었지만, 토양 내 분획특성분석결과에서는 안정화처리조건에서 교환가능형(exchangeable)이 불검출되는 등 간접적인 안정화효과를 보였다. 따라서 본 분석결과 나타난 납(Pb)의 식물체(쌀알) 전이량 검토는 분석과정에서 발생한 오차의 영향이나 기타 다른 문헌검토가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.
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