[논문]연속추출법을 이용한 사격장 오염토양 중 중금속의 화학적 형태 결정

문경혜; 박홍기; 유경근; 김주엽

doi:10.7857/jsge.2015.20.6.111

연속추출법을 이용한 사격장 오염토양 중 중금속의 화학적 형태 결정
The Determination of Chemical Forms of Heavy Metals in Shooting Area Contaminated Soil Using Sequential Extraction Method 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.20 no.6, 2015년, pp.111 - 116

문경혜 (한국해양대학교) , 박홍기 (한국해양대학교) , 유경근 (한국해양대학교) , , , 김주엽 (대일이앤씨)

Abstract ▼ AI-Helper

The soil sample obtained from shooting area contaminated with Pb, Cu, and Zn was investigated to determine the chemical forms of heavy metals with Tessier’s sequential extraction method, which is constituted of five fractions such as ‘exchangeable’, ‘bound to carbonate’, ‘bound to oxide’, ‘bound to organic matter’, and residual fractions. The amount of organic matter was measured by loss on ignition (LOI) and then the results of ‘bound to organic matter’ and LOI were compared. The sequential extraction results show that 4.7%-45% of Pb, 6.2%-25.9% of Cu and 3.9%-15.3% of Zn belong to the ‘bound to organic matter’ fraction, but LOI result shows that only 1.0%-2.8% of organic matter exists in the soil sample. In heavy medium separation tests, because Pb and Cu extracted in ‘bound to organic matter’ and residual fractions were removed, the heavy metals in the fractions would exist as heavier forms. These results suggest that the part of heavy metal extracted in ‘bound to organic matter’ fraction would result from the oxidation of metallic forms by hydrogen peroxide and nitric acid used in the fraction, and, consequently, that the ‘bound to organic matter’ fraction should be investigated in detail to determine the removal method and treatment capacity when the Tessier’s sequential extraction method is used to examine heavy metal contaminants resulted from elemental metal like bullets.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

, 1979). 본 연구에서는 사격장 중금속 오염토양을 대상으로 Tessier 연속추출법을 이용한 광물학적·화학적 존재 형태 분석을 실시하고 분석결과에 근거한 중금속 오염 토양 정화방법 선정에 대해 고찰하였다.

가설 설정

6. The chemical form distributions of (a) lead and (b) copper in the samples before and after heavy medium separation.

제안 방법

0.425mm-0.6 mm 크기의 입자를 중액선별 후, 부상시료(비중이 상대적으로 낮은 시료)와 원시료를 연속추출법으로 분석하였다. Fig.
, 2004). 105^oC 에서 건조된 시료를 사용하여 550^oC에서 4시간동안 강열감량을 시행하여 실험 전후 무게의 차를 계산하여 유기물함량을 분석하였다. Sodium polytungstate(3Na₂ WO₄ 9WO₃·H₂O)를 사용하여 중액선별 실험을 실시하였다.
1) pH 7로 조절된 1kmol·m⁻³ MgCl₂ 용액 8 cm³에 시료를 넣고 1시간 동안 교반 하며 상온에서 용출 2) pH 5로 조절된 1kmol·m⁻³ CH₃COONa 용액 8cm³에 시료를 넣고 5시간 동안 교반 하며 상온에서 용출 3) 0.4kmol·m⁻³ NH₂OH·HCl(in 25% CH₃COOH)용액 20cm³에 시료를 투입하고 6시간 동안 히팅블록을 사용하여 96^oC에서 용출, 4) 먼저 0.02kmol·m⁻³ HNO₃ 용액 3cm³과 pH 2로 조절된 30% H₂O₂ 용액 5cm³에 시료를 투입하고 2시간 동안 히팅블록을 사용하여 85^oC에서 용출한 후, pH 2로 조절된 30% H₂O₂ 용액 3cm³를 추가하고 3시간 동안 히팅블록을 이용하여 85^oC에서 용출하며 마지막으로 3.2 kmol·m⁻³ CH₃COONH₄(in 20% HNO₃) 용액 5cm³과전체 용액의 부피가 20cm³가 되도록 초순수를 추가하여 상온에서 30분간 용출, 5) 남은 잔사의 성분이 모두 용출되도록 하며, 당 연구에서는 왕수를 사용하여 고온에서 용출시켰다. 모든 용출용액은 원심분리기를 이용하여 10, 000 rpm에서 30분간 분리 후 상등액을 5% 질산으로 희석한 후 분석하였으며, 침전물은 세척하고 다음 단계의 용출 실험에 사용하였다.
오염토양을 처리하기 위해 비 중선별법을 적용할 경우, 유기물 결합형태는 거동을 예측하기가 어렵다. Fig. 3에서 납은 4.7%-45%, 구리는 6.2%-25.9%, 그리고 아연은 3.9%-15.3%이 유기물 결합 형태로 분포하고 있으나 육안으로 시료 중 유기물이 관찰되지 않아 강열감량법(loss on ignition, LOI)을 실시하였다. Fig.
85mm의 입도범위에서 구리는 유기물 결합형태보다 잔사에서 많이 추출되었고, 납의 경우는 입도가 증가함에 따라 유기물 결합형태에서 추출된 양이 증가하는 경향을 나타낸다. 유기물 결합형태에서 구리와 납의 추출경향을 조사하기 위하여 납분말, 구리분말, 그리고 두 분말의 혼합물을 각각 0.02g을 준비하여 유기물 결합형태 분석을 진행하였다. 세 경우 모두 침출된 금속의 농도는 3mol·m⁻³ 이며, 혼합시료에서는 납이 구리보다 많이 침출된 것을 알 수 있다.

대상 데이터

105^oC 에서 건조된 시료를 사용하여 550^oC에서 4시간동안 강열감량을 시행하여 실험 전후 무게의 차를 계산하여 유기물함량을 분석하였다. Sodium polytungstate(3Na₂ WO₄ 9WO₃·H₂O)를 사용하여 중액선별 실험을 실시하였다. 시약을 증류수에 용해시켜 중액을 준비하였으며 비중은 2.
본 연구에서 사용된 토양시료는 국내 군부대사격장에서 채취하여 사용하였다. Fig.

이론/모형

(1979)이 개발하고 Li et al.(1995)가 개정한 연속추출법을 사용하여 시료 중 중금속 성분의 형태를 분석하고자 하였다. 1g의 시료를 75µm 이하로 분쇄한 후 분석에 사용하였고, 각 단계에 사용된 시약과 용출 조건은 다음과 같다.
사격장 오염토양 중 납, 구리, 아연 성분의 화학적 형태를 Tessier 연속추출법으로 분석하였으며, 토양 시료 중유 기물 함량을 강열감량분석법을 이용하여 조사하였다. 연속추출법 분석결과, 이온교환형태, 탄산염 결합형태, 산화물 결합형태는 입도가 증가함에 따라 감소하였으나 유기물 결합형태와 잔사는 증가하였다.
시료 중 유기물 함량을 분석하기 위하여 강열 감량법을 실시하였다(Boyle, 2004; Santisteban et al., 2004). 105^oC 에서 건조된 시료를 사용하여 550^oC에서 4시간동안 강열감량을 시행하여 실험 전후 무게의 차를 계산하여 유기물함량을 분석하였다.
85 였다. 시료분석은 토양오염공정시험법에 의해 수행하였으며, 금속농도분석은 AA-7000 atomic absorption spectrop- hotometer(Shimadzu Scientific Instrument, Ltd., Japan) 를 사용하여 수행하였다.

성능/효과

6 mm 크기의 입자를 중액선별 후, 부상시료(비중이 상대적으로 낮은 시료)와 원시료를 연속추출법으로 분석하였다. Fig. 6에서 알 수 있듯이 중액선별 후 부상시료에서 유기물 결합형태와 잔사의 양이 감소하였고, 이 결과는 유기물 결합형태와 잔사에서 분석된 금속성분은 비중이 높은 형태임을 알 수 있다. 유기물은 다양한 형태로 존재하며, 비중선별에 의해 제거되지 않는 형태도 존재한다.
조사하였다. 연속추출법 분석결과, 이온교환형태, 탄산염 결합형태, 산화물 결합형태는 입도가 증가함에 따라 감소하였으나 유기물 결합형태와 잔사는 증가하였다. 납의 4.
8%에 불과하였다. 유기물 결합형태를 분석하기 위한 시약인 과산화수소와 질산은 납, 구리, 아연 금속을 산화시킬 수 있고, 유기물 결합형태와 잔사에서 분석된 납, 구리, 아연은 중액선별법에 의해 제거되었기 때문에 이 성분은 고비중 금속 형태임을 알 수 있었다.
7%-45% 존재한다. 입도가 증가함에 따라 산화물 결합형태는 감소하나 유기물 결합형태는 증가하는 경향을 나타내며, 전 입도구간에서 잔사형태는 1.5% 이하로 분석되었다. Lin et al.
3(b)와 (c)에 구리와 아연의 연속추출법 분석 결과를 나타내었다. 탄산염 결합형태에 구리와 아연이 각각 13.6%-47.9%와 8.0%-40.2% 분포하며, 산화물 결합형태에 8.9%-54.3%의 구리와 10.4%-66.2%의 아연이 존재하는 것으로 분석되었다. 구리는 잔사에서 0.

후속연구

유기물은 다양한 형태로 존재하며, 비중선별에 의해 제거되지 않는 형태도 존재한다. 결론적으로 처리용량과 방법을 선정할 때 Tessier의 연속추출법을 사용할 경우 유기물 결합형태는 고비중의 금속일 수있으므로 보다 면밀한 조사가 요구된다고 할 수 있다.

참고문헌 (33)

Anju, M. and Banerjee, D.K., 2011, Associations of cadmium, zinc, and lead in soils from a lead and zinc mining area as studied by single and sequential extractions, Environ. Monit. Assess., 176, 67-85.

상세보기
Atkinson, N.R., Bailey, E.H., Tye, A.M., Breward, N., and Young, S.D., 2011, Fractionation of lead in soil by isotopic dilution and sequential extraction, Environ. Chem., 8, 493-500.

상세보기
Bisone, S., Blais, J.-F., Drogui, P., and Mercier, G., 2012, Toxic metal removal from polluted soil by acid extraction, Water Air Soil Pollut., 223, 3739-3755.

상세보기
Boyle, J., 2004, A comparison of two methods for estimating the organic matter content of sediments, J. Paleolimnol., 31, 125-127.

상세보기
Brett, C.M.A. and Brett, A.M.O., 1993, Electrochemistry, Oxford University Press Inc., New York, pp. 416-419.
Burrows, J.E. and Peters, S.C., 2013, Metal mobility due to storm events on an impacted hillslope in Palmerton, PA, Appl. Geochem., 31, 52-59.

상세보기
Cao, X., Ma, L.Q., Chen, M., Hardison, D.W., and Harris, W.G., 2003, Lead transformation and distribution in the soils of shooting ranges in Florida, USA, Sci Total Environ., 307, 179-189.

상세보기
Chen, M., Daroub, S.H., Ma, L.Q. Harris, W.G., and Cao, X., 2002, Characterization of lead in soils of a rifle/pistol shooting range in central Florida, USA, Soil Sediment Contam., 11 (2002) 1-17.

상세보기
Furukawa, M. and Tokunaga, S. 2004, Extraction of heavy metals from a contaminated soil using citrate-enhancing extraction by pH control and ultrasound application, J. Environ. Sci. Health, 39, 627-638.
Harichandan, R., Routroy, S., Mohanty, J.K., and Panda, C.R., 2013, An assessment of heavy metal contamination in soils of fresh water aquifer system and evaluation of eco-toxicity by lithogenic implications, Environ. Monit. Assess., 185, 3503-3516.

상세보기
Hashimoto, Y., Matsufuru, H., and Sato, T., 2008, Attenuation of lead leachability in shooting range soils using poultry waste amendments in combination with indigenous plant species, Chemosphere., 73, 643-649.

상세보기
Howari, F.M. and Banat, K.M., 2001, Assessment of Fe, Zn, Cd, Hg, and Pb in the jordan and yarmouk river sediments in relation to their physicochemical properties and sequential extraction characterization, Water Air Soil Poll., 132, 43-59.

상세보기
Kirpichtchikova, T.A., Manceau, A., Spadini, L., Panfili, F., Marcus, M.A., and Jacquet, T., 2006, Speciation and solubility of heavy metals in contaminated soil using X-ray microfluorescence, EXAFS spectroscopy, chemical extraction, and thermodynamic modeling, Geochim. Cosmochim. Acta., 70, 2163-2190.

상세보기
Kwon, O., Jung, K., Yoo, K., Park, J.H., and Choi, U., 2013, Analysis of chemical forms of heavy metals in contaminated soil by sequential extraction methods, Geosystem Eng., 16, 305-308.

상세보기
Lee, Y. and Oa, S., 2012, Desorption kinetics and removal characteristics of Pb-contaminated soil by the soil washing method: Mixing ratios and particle sizes, Environ. Eng. Res., 17, 145-150.

원문보기 상세보기
Li, X., Coles, B.J., Ramsey, M.H., and Thornton, I., 1995, Sequential extraction of soils for multielement analysis by ICP-AES, Chem. Geol., 124, 109-123.

상세보기
Lin, Z., Comet, B., Qvarfort, U., and Herbert, R., 1995, The chemical and mineralogical behaviour of Pb in shooting range soils from central Sweden, Environ. Pollut., 89, 303-309.

상세보기
Lin, Z., 1996, Secondary mineral phases of metallic lead in soils of shooting ranges from Orebro County, Sweden, Environ. Geol., 27, 370-375.

상세보기
Liu, G., Tao, L., Liu, X., Hou, J., Wang, A., and Li, R. 2013, Heavy metal speciation and pollution of agricultural soils along Jishui River in non-ferrous metal mine area in Jiangxi Province, China, J. Geochem. Explor., 132, 156-163.

상세보기
Martinez-Martinez, S., Acosta, J.A., Cano, A.F., Carmona, D.M., Zornoza, R., and Cerda, C., 2013, Assessment of the lead and zinc contents in natural soils and tailing ponds from the Cartagena-La Union mining district, SE Spain, J. Geochem. Explor., 124, 166-175.

상세보기
Mercier, G., Duchesne, J., and Blackburn, D., 2002, Removal of metals from contaminated soils by mineral processing techniques followed by chemical leaching, Water Air Soil Pollut., 135, 105-130.

상세보기
Park, H., Jung, K., Alorro, R.D., and Yoo, K., 2013, Leaching behavior of copper, zinc and lead from contaminated soil with citric acid, Mater. Trans., 54, 1220-1223.

상세보기
Rauret, G., López-Sánchez, J.F., Sahuquillo, A., Rubio, R., Davidson, C., Ure, A., and Quevauviller, Ph., 1999, Improvement of the BCR three step sequential extraction procedure prior to the certification of new sediment and soil reference materials, J. Environ. Monit., 1, 57-61.

상세보기
Sahuquillo, A., López-Sánchez, J.F. Rubio, R., Rauret, G., Thomas, R.P., Davidson, C.M., and Ure, A.M., 1999, Use of a certified reference material for extractable trace metals to assess sources of uncertainty in the BCR three-stage sequential extraction procedure, Anal. Chim. Acta, 382, 317-327.

상세보기
Santisteban, J.I., Mediavilla, R., López-Pamo, E., Dabrio, C.J., Zapata, M.B.R., Garcia, M.J.G., Castano, S., and Martinez-Alfaro, P.E., 2004, Loss on ignition: a qualitative or quantitative method for organic matter and carbonate mineral content in sediments, J. Paleolimnol., 32, 287-299.

상세보기
Scheetz, C.D. and Rimstidt, J.D., 2009, Dissolution, transport, and fate of lead on a shooting range in the Jefferson National Forest near Blacksburg, VA, USA, Environ. Geol., 58, 655-665.

상세보기
Singh, S.N., 2012, Microbial Degradation of Xenobiotics, Springer-Verlag, Berlin, pp. 135-176.
Tessier, A., Cambell, P.G.C., and Bisson, M., 1979, Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals, Anal. Chem., 51, 844-851.

상세보기
Ure, A.M., Quevauviller, Ph., Muntau, H., and Griepink, B., 1993, Speciation of heavy metals in soils and sediments, an account of the improvement and harmonization of extraction techniques undertaken under the auspices of the BCR of the commission of the European communities, Intern. J. Environ. Anal. Chem., 51, 135-151.

상세보기
Vilar, S., Gutierrez, A., Antezana, J., Carral, P., and Alvarez, A., 2005, A comparative study of three different methods for the sequential extraction of heavy metals in soil, Toxicol. Environ. Chem., 87, 1-10.

상세보기
Yang, S., Zhou, D., Yu, H., Wei, R., and Pan, B., 2013, Distribution and speciation of metals (Cu, Zn, Cd, and Pb) in agricultural and non-agricultural soils near a stream upriver from the Pearl River, China, Environ. Pollut., 177, 64-70.

상세보기
Yarlagadda, P.S., Matsumoto, M.R., VanBenschoten, J.E., and Kathuria, A., 1995, Characteristics of heavy metals in contaminated soils, J. Environ. Eng., 121, 276-286.

상세보기
Zhu, R., Wu, M., and Yang, J., 2011, Mobilities and leachabilities of heavy metals in sludge with humus soil, J. Environ. Sci., 23, 247-254.

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