본 연구에서는 해양에서 채취한 퇴적토의 오염도를 평가하기 위해 물리화학적 특성 및 중금속 농도를 측정하여 오염도를 산정하였다. 제주외항 퇴적토 중 항구 외부에서 측정한 강열감량은 항구 내부의 강열감량보다 낮게 측정이 되었다. 중금속의 경우 Ni을 제외하고는 기준치를 초과하지 않았다. Ni의 경우 J1, J2, J3 지점에서 기준치인 16 mg/kg을 초과한 것으로 판명되었다. 따라서, 이 세지점은 온타리오 퇴적토 관리 지침에 따라 최소영향수준으로 분류되었다. $I_{geo}$와 R 분석 결과를 통해 시료 채취 지점은 외부의 오염원의 유입이 없는 것으로 판명되었으나, 항만 외부에서 내부쪽으로 구리의 농도가 급격하게 증가하는 것이 관측되었다. 따라서, 향후 제주외항 퇴적토의 환경관리를 위해서는 구리를 포함한 중금속의 오염 증가 양상을 지속적으로 모니터링 하여 퇴적토 오염관리를 할 필요성이 있다고 본다.
본 연구에서는 해양에서 채취한 퇴적토의 오염도를 평가하기 위해 물리화학적 특성 및 중금속 농도를 측정하여 오염도를 산정하였다. 제주외항 퇴적토 중 항구 외부에서 측정한 강열감량은 항구 내부의 강열감량보다 낮게 측정이 되었다. 중금속의 경우 Ni을 제외하고는 기준치를 초과하지 않았다. Ni의 경우 J1, J2, J3 지점에서 기준치인 16 mg/kg을 초과한 것으로 판명되었다. 따라서, 이 세지점은 온타리오 퇴적토 관리 지침에 따라 최소영향수준으로 분류되었다. $I_{geo}$와 R 분석 결과를 통해 시료 채취 지점은 외부의 오염원의 유입이 없는 것으로 판명되었으나, 항만 외부에서 내부쪽으로 구리의 농도가 급격하게 증가하는 것이 관측되었다. 따라서, 향후 제주외항 퇴적토의 환경관리를 위해서는 구리를 포함한 중금속의 오염 증가 양상을 지속적으로 모니터링 하여 퇴적토 오염관리를 할 필요성이 있다고 본다.
In this study, physico-chemical properties and heavy metal contents of sediment samples were determined to characterize the current pollution levels of the sediments. Ignition loss of the samples obtained from outside of the harbor was relatively lower than that from the samples obtained inside of t...
In this study, physico-chemical properties and heavy metal contents of sediment samples were determined to characterize the current pollution levels of the sediments. Ignition loss of the samples obtained from outside of the harbor was relatively lower than that from the samples obtained inside of the harbor. Heavy metal pollution was not serious except Ni. Concentrations of Ni for J1, J3, and J4 exceeded 16 mg/kg. Thus, these areas were classified as lowest effect level according to Ontario sediment quality guidelines. Evaluation of sediments pollution using $I_{geo}$ and R resulted as non-pollution for all considered metals, which indicated that no outer pollutants entered in the Jeju outport harbor. However, drastic increase of Cu concentrations was observed. Its concentration obviously increased toward the inside of the outport harbor. Therefore, careful attention and plan for the protection and remediation of sediments is required to maintain the cleanness of the Jeju outport harbor.
In this study, physico-chemical properties and heavy metal contents of sediment samples were determined to characterize the current pollution levels of the sediments. Ignition loss of the samples obtained from outside of the harbor was relatively lower than that from the samples obtained inside of the harbor. Heavy metal pollution was not serious except Ni. Concentrations of Ni for J1, J3, and J4 exceeded 16 mg/kg. Thus, these areas were classified as lowest effect level according to Ontario sediment quality guidelines. Evaluation of sediments pollution using $I_{geo}$ and R resulted as non-pollution for all considered metals, which indicated that no outer pollutants entered in the Jeju outport harbor. However, drastic increase of Cu concentrations was observed. Its concentration obviously increased toward the inside of the outport harbor. Therefore, careful attention and plan for the protection and remediation of sediments is required to maintain the cleanness of the Jeju outport harbor.
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문제 정의
본 연구에서는 제주 외항의 퇴적토 오염도를 조사하기 위해 외항 내부 2곳과 외부 2곳을 선정하여 퇴적토 시료를 채취한 후 기본 물성치 및 중금속 함량을 측정하였다. 강열감량과 중금속 농도를 기준으로 다양한 퇴적토 오염기준을 적용하여 이 지역 퇴적물의 오염도를 평가하고자 하였다. 본연구의 결과는 다음과 같이 요약할 수 있다.
본 연구에서는 제주 외항의 퇴적토 오염도를 조사하기 위해 외항 내부 2곳과 외부 2곳을 선정하여 퇴적토 시료를 채취한 후 기본 물성치 및 중금속 함량을 측정하였다. 강열감량과 중금속 농도를 기준으로 다양한 퇴적토 오염기준을 적용하여 이 지역 퇴적물의 오염도를 평가하고자 하였다.
본 연구에서는 제주시 인근에 위치한 제주 외항의 퇴적토를 채취하여 유기물 및 중금속 함량을 측정하였고, 미국, 캐나다에서 제시한 절대적 기준치와 상대적 평가기법인 Igeo와 EF를 이용하여 오염 여부를 판명하고자 하였다. 이는 향후 제주외항 퇴적토 관리에 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
제안 방법
제주 외항 퇴적토 시료에서 분석된 중금속들에 대한 지하 학적 농축계수와 중 농축계수가 Table 5에 요약되어 있다. 배경농도에 대한 자료를 구할 수 있었던 Cr, Cu, Fe, Ni, Zn에 대해 분석을 수행하였다.12) 먼저 Igeo 결괏값에 의하면,Cr, Cu, Fe, Ni, Zn는 0과 1의 사이 값을 나타내어 1그룹으로 분류된다.
발연이 끝난 후 실온까지 방치한 후 100 mL 메스플라스크에 유리 섬 유지를 이용하여 잔사를 분리한 후 시료용액을 담은 후 1N 질산 용액으로 정용하여 측정용 시료용액을 준비하였다. 본 연구에서는 Optima 3300 XL Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometer (Perkin elmer, USA)를 사용하여 중금속 항목을 분석하였다.
본 연구에서는 현재 세계적으로 가장 많이 인용되고 있는 퇴적물 환경기준인 USEPA에서 설정한 오대호 퇴적물 분류 기준과 캐나다 온타리오 환경부 퇴적물 환경기준(OSQG)을 적용하여 오염도를 평가하였다. USEPA에서는 5개의 중금속 (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn), 퇴적물 COD, 강열감량을 기준으로 비 오염, 중간오염, 심한오염으로 분류하고 있다.
제주 외항 내부와 외부 퇴적토에 대한 중금속 함량 분석(As, Be, Cr, Cd, Cu, Fe, Ni, Zn, Sb, Ti, Pb)을 실시하였고 그 결과를 Table 4에 나타내었다.
중금속 각각에 대해 오염기준을 적용하여 오염여부를 판별해 보았으며, 항만 내부와 외부의 중금속 결과에 대한 비교를 통해 항만운영을 통한 중금속 농도변화를 살펴보기위해 Fig. 3에 해당 중금속 농도변화를 도시하였다.
중금속 오염도 평가는 퇴적물 시료의 중금속 농도를 측정한 후, 각 중금속에 대해 Igeo 값을 계산하여 퇴적물의 오염 도를 산정한다.7) Igeo 값은 식 (1)로 계산하였다.
중금속의 경우에는 USEPA와 캐나다 온타리오 퇴적토 오염기준에 포함된 5개의 중금속(Cd, Cu, Ni, Zn, Pb)을 이용해 퇴적물 오염도를 평가하였다. Cd의 경우, 4개 시료 모두 0.
샘플러의 용량은 9 L이며, 320ø × 270 mm의 크기에 무게는 25 kg이었다. 퇴적물 시료는 시료의 균일성 확보를 위해 각 시료채취 장소를 기준으로 동서남북 50 m에 위치한 4지점에서 채취하여 균일하게 혼합 후 실험실로 운반하여 4℃에서 냉장 보관 후 해양환경 공정시험방법에 의거하여 분석을 실시하였다. 4개의 시료채취 장소는 Fig.
퇴적물의 광물조성은 XRD 회절분석을 통해 조사되었고, 물리 화학적 특성은 XRF 분석을 실시하여 퇴적물에 포함된 산화물의 함량을 조사하여 규명하였다.
퇴적토의 유기물 함량을 나타내는 강열감량은 해양오염공정시험법의 강열감량 시험방법에 따라 충분히 건조된 시료 5 g을 550℃ 전기로에서 2시간 동안 강열 시킨 후 시료를 데시케이터 속에서 항량이 되도록 건조한 후, 강열 전·후의 무게 차로 계산하였다. 퇴적물의 원소분석은 충분히 건조된 시료를 200 mesh 이하로 분쇄한 후 Vario Macro and Micro Elemental Analyzer (Elementar, Germany)를 이용하여 수행되었다.
퇴적토의 유기물 함량을 나타내는 강열감량은 해양오염공정시험법의 강열감량 시험방법에 따라 충분히 건조된 시료 5 g을 550℃ 전기로에서 2시간 동안 강열 시킨 후 시료를 데시케이터 속에서 항량이 되도록 건조한 후, 강열 전·후의 무게 차로 계산하였다.
대상 데이터
제주 외항 저층의 퇴적토를 채취하기 위해 부산 소재 P 대학교의 600톤급 해양탐사선을 2013년 11월에 투입하여 외항 외부 2곳과 외항 내부 2곳의 시료채취 장소를 설정한 후 Vanveen grab sampler로 시료를 채취하였다. 샘플러의 용량은 9 L이며, 320ø × 270 mm의 크기에 무게는 25 kg이었다.
제주 외항은 제주시 건입동 화북지역 전면해상에 위치하며 외곽시설은 서방 파지 1,425 m와 동방파제 390 m로 구성되어 있으며 접안시설은 80,000톤급의 대형유람선이 접안할 수 있는 국제 유람선 부두 1선석 및 여객·화물부두 6선석으로 구성되어 있다.
이론/모형
퇴적토의 중금속 함량은 해양오염공정시험방법의 중금속분석방법(유도결합플라즈마발광광도법)에 따라 분석하였다. 퇴적토 시료 1.
성능/효과
1) 4개 지역에 대한 강열감량 분석결과 강열감량의 경우 4.5~10.6%의 분포를 보였다. J2의 경우 4.
2) 퇴적물 시료에 포함된 산화물에 대한 분석결과를 통해 모든 시료에서 SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, K2O, MgO, Na2O의 합이 95% 이상이었으며, SiO2와 CaO의 함량은 60% 이상이었다. 산화물 중 SiO2, Al2O3, Fe2O3는 항만 외부에서 내부 쪽으로 이동할수록 증가하는 양상을 보였으며, 이에 반해 CaO는 항만 내부로 이동함에 따라 급격히 감소하는 경향을 보여주었다.
3) USEPA의 기준에 따라 중금속 오염도를 산정할 결과, J3 지역의 Ni 농도가 기준치를 초과하여 중간 정도 오염으로 분류되었고 나머지 지역은 모두 비오염으로 분류되었다. 캐나다 온타리오 퇴적물 오염기준을 적용하면, Ni의 경우 J2는 영향 없음으로 분류되고 나머지는 16 mg/kg을 초과하므로 최소영향수준과 심각 영향 수준 중간단계로 분류되었다.
4) Igeo를 이용한 중금속 오염도 평가에서는 모든 지역에서 1보다 작은 값이 나와 1 지역(비오염)으로 분류되었으며, 총 중 농축계수(R)를 이용한 중금속 오염도 평가에서도 모든 지역이 비오염으로 평가되었다.
6%로 심한 오염으로 분류되었다. 따라서, 외항 내부의 경우 외부에 비해 퇴적토에 유기물 함량이 높게 포함되어 있는 것을 알 수 있었다.
퇴적토 시료에 포함된 산화물에 대한 분석결과는 Table 3에 요약되어 있다. 모든 시료에서 SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3,K2O, MgO, Na2O의 합이 95% 이상이었으며, SiO2와 CaO의 함량은 전체의 60% 이상이었다. 산화물 중 SiO2, Al2O3, Fe2O3는 항만 외부에서 내부 쪽으로 이동할수록 증가하는 양상을 보였으며, 이에 반해 CaO는 항만 내부로 이동함에 따라 급격히 감소하는 경향을 보여주었다(Fig.
항만 내부와 외부의 중금속 농도 차이는 항만 활동에 따른 영향으로 판단되는데, 이와 유사한 사례가 부산북항,9) 부산남항,10) 통영항 및 인근 수역11)의 퇴적토 연구에서 관측되었다. 부산 북항과 남항의 경우 전체적으로 중금속 함량이 높았으며, 통영항의 경우에는 항만 근처 퇴적토에서 높은 농도의 Cu가 검출되었다. Cu의 농도는항만에서 멀어질수록 점차 감소하였는데 이는 본 연구결과와 유사하다고 볼 수 있다.
모든 시료에서 SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3,K2O, MgO, Na2O의 합이 95% 이상이었으며, SiO2와 CaO의 함량은 전체의 60% 이상이었다. 산화물 중 SiO2, Al2O3, Fe2O3는 항만 외부에서 내부 쪽으로 이동할수록 증가하는 양상을 보였으며, 이에 반해 CaO는 항만 내부로 이동함에 따라 급격히 감소하는 경향을 보여주었다(Fig. 2). 이 분석을 통해 과거 항만공사를 수행하는 과정에서 항만 내부의 준설로 인해 항만 내부와 항만 외부의 퇴적토가 서로 다른 성분을 가지게 되었다고 판단된다.
모든 시료에서 SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3,K2O, MgO, Na2O의 합이 95% 이상이었으며, SiO2와 CaO의 함량은 전체의 60% 이상이었다. 산화물 중 SiO2, Al2O3, Fe2O3는 항만 외부에서 내부 쪽으로 이동할수록 증가하는 양상을 보였으며, 이에 반해 CaO는 항만 내부로 이동함에 따라 급격히 감소하는 경향을 보여주었다(Fig. 2).
중 농축계수(EF)가 1보다 클 경우에는 인간 활동에 의한 외부오염의 영향이 있다고 판단되는데, 본 연구결과에서는 Cr, Cu, Fe, Ni, Zn의 경우, 모든 지역에서 음의 값이 도출되었으므로 외부에서 유입되는 오염원은 없는 것으로 판단된다. 총 중 농축계수(R)를 이용하여 퇴적물의 오염도를 평가하면 모든 항목에 대해 음을 값을 보이므로 4개 지점은 오염되지 않은 것으로 판단된다.
4개 지점의 퇴적토에 대한 오염도 평가 결과가 Table 6에 요약되어 있다. 중금속에 대한 평가 결과 Igeo와 R 값 모두 기준치 이하의 값으로 비오염으로 판명되었다. USEPA 기준으로 분류하면 중금속의 경우에는 Ni에 의해 J3 지역이 중간오염으로 분류되고 나머지 지역은 비오염으로 분류되었다.
후속연구
5) 분석결과 제주 외항의 퇴적토 중금속 오염도는 우려할 수준은 아니라고 판단되나, Ni의 경우 기준치를 초과하였으므로 이에 대한 대책을 마련할 필요가 있다. 또한, 강열감량값이 외항 내부의 경우 USEPA의 기준보다 큰 값이 나왔으므로 합리적인 준설계획을 세워 과도한 유기물이 축적되는것을 막을 필요가 있다고 본다.
또한, 강열감량값이 외항 내부의 경우 USEPA의 기준보다 큰 값이 나왔으므로 합리적인 준설계획을 세워 과도한 유기물이 축적되는것을 막을 필요가 있다고 본다. 또한, 일부 중금속 중 Cu의 경우 외항 외부에 비해 내부 퇴적토에서의 농도가 급격히 증가하는 것을 확인하였으므로, 항만시설 중 특히 하폐수 방출 현황에 대한 문제점검 및 이를 통한 해결방안을 모색하여야 한다고 본다.
와 EF를 이용하여 오염 여부를 판명하고자 하였다. 이는 향후 제주외항 퇴적토 관리에 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
항만건설의 악영향은?
항만건설은 재화의 이동과 보관에 중요한 역할을 하지만 건설 활동으로 인해 해양환경에 악영향을 주기도 한다. 항만건설은 다음과 같은 부정적인 환경영향을 미칠 수 있는데, (1) 방파제의 설치는 해양퇴적물의 이송을 변동시키며,(2) 선박의 부식방지를 위한 방청 페인트의 유출, 선박으로부터의 유류오염의 가능성이 있으며, (3) 선박평형수(ballastwater)에 포함된 외래종의 유입에 의한 생태계 교란의 우려가 있다.1) 일반적으로 항만 활동을 통해 오염이 발생하는 경우가 많으며, 외부 해수, 퇴적토, 그리고 바다생물의 유입으로 인해 오염이 확산되는 경우도 종종 발생한다.
제주도 항만퇴적토로 인해 야기될 수 있는 문제는?
이 중 퇴적토에 대해서는 특별한 관리가 필요한데, 이는 해수에 비해 많은 양의 오염물질이 축적되어 있으며 퇴적토로부터 오염물질이 다시 용출되어 환경을 오염시키는 2차도 염원의 역할을 하기 때문이다.4) 제주 외항의 향후 운영 시항구수심 확보 및 퇴적토 오염제거를 위해 준설작업이 필요한데, 이는 준설작업으로 인한 퇴적토의 부상으로 생태계에 영향을 미칠뿐더러 해류에 따라 부유물이 넓은 지역으로 확산될 수 있기 때문이다. 또한 준설된 퇴적토의 처리는 또 다른 환경문제를 야기할 수가 있다. 이와 같이 항만퇴적토의 관리 및 오염 여부의 판별은 항만운영에 있어 중요한 환경관리 수단이 될 수 있다.
퇴적토에 대한 관리가 필요한 이유는?
이 중 퇴적토에 대해서는 특별한 관리가 필요한데, 이는 해수에 비해 많은 양의 오염물질이 축적되어 있으며 퇴적토로부터 오염물질이 다시 용출되어 환경을 오염시키는 2차도 염원의 역할을 하기 때문이다.4) 제주 외항의 향후 운영 시항구수심 확보 및 퇴적토 오염제거를 위해 준설작업이 필요한데, 이는 준설작업으로 인한 퇴적토의 부상으로 생태계에 영향을 미칠뿐더러 해류에 따라 부유물이 넓은 지역으로 확산될 수 있기 때문이다.
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