[논문]폐금속광산 하류 논토양의 중금속에 대한 인체흡수도 평가

김민경; 홍성창; 김명현; 최순군; 이종식; 소규호; 정구복

doi:10.5338/kjea.2015.34.3.30

[국내논문] 폐금속광산 하류 논토양의 중금속에 대한 인체흡수도 평가
Assessment of Human Bioavailability Quotient for the Heavy Metal in Paddy Soils Below Part of the Closed Metalliferous Mine 원문보기

한국환경농학회지 = Korean journal of environmental agriculture, v.34 no.3, 2015년, pp.161 - 167

김민경 (국립농업과학원 농업환경부 기후변화생태과) , 홍성창 (국립농업과학원 농업환경부 기후변화생태과) , 김명현 (국립농업과학원 농업환경부 기후변화생태과) , 최순군 (국립농업과학원 농업환경부 기후변화생태과) , 이종식 (국립농업과학원 농업환경부 기후변화생태과) , 소규호 (국립농업과학원 농업환경부 기후변화생태과) , 정구복 (국립농업과학원 농업환경부 기후변화생태과)

초록
AI-Helper

폐금속광산 하류 토양의 중금속 인체위해성을 평가하기 위하여 Pb Zn 폐광산 하류 논토양 30점을 대상으로 SBET(Simple Bioavailability Extraction Test) 분석하여 중금속의 인체흡수도(Human bioavailability quotient)를 평가한 결과는 다음과 같다. 토양 중 Cd, Cu, Pb, Zn 및 As의 인체흡수도는 각각 28.1, 17.3, 34.1, 14.6 및 2.3%로 나타났다. 특히 토양 중 Cd, Pb 및 Zn의 인체흡수도 최고치는 73.3, 81.5 및 58.1%로 매우 높았고, 채취지역 및 지점 간의 편차가 크게 나타났다. 토양 중 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는 pH 값, 유기물, 치환성 칼슘 함량과 정의 상관을, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 부의 상관을 보였다. 또한 토양 내 As의 인체흡수도는 유기물과 부의 상관, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 정의상관을 보였다. 토양 내 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는 0.1M HCl 침출성, 그리고 총함량과 정의상관을, As성분과는 부의 상관을 보였다. 특히 Zn의 인체흡수도는 상관계수가 0.1M HCl 침출성함량(r=0.967) 및 전함량(r=0.917)에서 다른 성분보다 높게 나타났다. 이상의 결과에서 폐광산 하류 토양의 중금속 인체흡수도를 볼 때 광산지역에서 거주하는 주민들에게 장기간 노출된다면 건강상의 잠재적인 위해성이 있을 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

BACKGROUND: For the heavy metal cotamination sites, it is very important to estimate the human bioavailability quotients for heavy metals in paddy soils released from mine tailings, which is a major source of contamination in Korea, and to assess the human health risks of heavy metals. METHODS AND RESULTS: This experiment was carried out to investigate the human bioavailability quotient of the heavy metals in paddy soils below part of the closed metalliferous mine. For estimating the human bioavailability quotients for heavy metals, 30 paddy soils below part of the closed mine were collected, and analyzed for Cd, Cu, Pb, Zn, and As using simple bioavailability extraction test(SBET). The quantities of Cd, Cu, Pb, Zn and As extracted from paddy soils below part of the mine by using the SBET analysis were 28.1, 17.3, 34.1, 14.6 and 2.3% respectively. Specially, the maximum values of Cd, Pb and Zn were 73.3, 81.5 and 58.1% of human bioavailability quotient, respectively, and varied considerably among the sampling sites. The human bioavailability quotient of Cd, Cu, Pb and Zn in soils near the closed mine showed significant positive correlation among soil pH value, O.M. and Ex. Ca. contents, while it correlated negatively between soil Ex. K and Ex. Mg contents in paddy soils. Also, its of Cd, Cu, Pb and Zn in paddy soils showed significant positive correlation with 0.1M HCl extractable and total contents, while in soils, it correlated negatively with As content in soil near the closed mine. CONCLUSION: The results of the simple bioavailability extraction test (SBET) indicate that regular ingestion of soils by the local population could be closed a potential health threat due to long-term heavy metals exposure in these mine areas.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 중금속 오염토양의 인체위해성을 살펴보기 위해서 충남 서산에 위치한 Pb·Zn 폐광산 하류의 논토양 30지점을 대상으로 SBET(Simple Bioavailability ExtractionTest)분석을 실시하여 지역 주민들의 위에서 흡수되는 중금속의 인체흡수도(Bioavailability)를 평가하였다.
토양 내 중금속의 인체위해성을 평가하기 위한 방법으로 중금속이 다량 함유된 토양을 무의식적으로 섭취하였을 때 인체의 위(stomach)와 같은 조건하에서 토양으로부터 용출되는 농도를 측정, 평가하는 실험이 개발되어 연구되고 있다. 본 실험에서는 Ruby et al. (1996)에 의해 제시된 PBET 방법을 단순화한 SBET 분석법을 적용하여 광산 지역에 거주하는 주민들이 무의식적으로 토양을 섭취하였을 때 독성 중금속들이 인체에 미칠 수 있는 위해성을 간접적으로 평가하고자 하였다. 강산성 환경 조건인 인체의 위(stomach)에서는 토양 내 독성 중금속들은 빠르게 용출되면서 인체로 흡수·축적되어 건강상의 문제점을 야기시킬 수 있다.

제안 방법

또한 토양 중금속의 인체흡수도에 영향을 주는 요인을 밝히기 위하여 토양의 화학성 및 중금속 함량과의 관련성을 분석·검토하였다.
5 g을 마이크로웨이브 vessel에 취하여 분해액인 왕수(HNO₃:HCl=1:3) 12 mL를 각각 가한 다음 분해하여 분석용 시료로 사용하였다(Ministry of Environment,2010; US-EPA, 1997). 본 연구에서 전처리된 토양의 화학성분 및 중금속 분석은 ICP-OES (Inductively coupled plasma optical emission spectrometry, GBC Integra-XMP,Australia) 및 ICP-MS(Inductively coupled plasma masss pectrometry, Hewlett Packard, Agilent 7500cs, USA)를 이용하여 정량하였다.
폐금속광산 지역에 거주하는 주민들의 위(stomach)에서 흡수되는 독성 중금속들의 인체흡수도를 정량적으로 평가하기 위하여 SBET (Simple Bioavailability Extraction Test)분석을 실시하였다. 이 분석방법은 Ruby et al.
⑥ 1시간 후에 시료용기를 수조에서 꺼내어 다시 pH를 측정하고, 반응이 완료된 시료용기로부터 분석하기 위한 용액을 주사기로 채취하고 필터를 사용하여 분석용 시험관으로 옮긴다. ⑦ ICP-OES (Inductively coupled plasma optical emission spectrometry) 기기를 이용하여 추출된 용액으로부터 Cd, Cu, Pb, Zn 및 As 성분을 정량하였다.
강산성 환경 조건인 인체의 위(stomach)에서는 토양 내 독성 중금속들은 빠르게 용출되면서 인체로 흡수·축적되어 건강상의 문제점을 야기시킬 수 있다. 토양 중금속의 인체흡수도(Human bioavailability quotient)는 토양 내 중금속 총함량에 대한 인공위산 용액(SBET)으로 추출된 중금속 함량의 비를 백분율(%)로 환산하여 산출하였다.
폐금속광산 하류 토양의 중금속 인체위해성을 평가하기 위하여 Pb ․ Zn 폐광산 하류 논토양 30점을 대상으로 SBET(Simple Bioavailability Extraction Test) 분석하여 중금속의 인체흡수도(Human bioavailability quotient)를 평가한 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

연구지역

연구대상은 일제시대부터 개발된 광산지역으로 충남 서산시 지곡면에 위치하며, 폐광된 시기는 알려지지 않고 있다. 주요 광종은 납, 아연, 금, 은으로 광산 일대의 지질은 선캄브리아기의 백운모편암과 이에 협재하는 결정질 석회암으로 구성된다(Hwang et al.
연구대상 지역 주변의 광산폐기물은 2개소[WRD(Waste rock dumps)-1, WRD-2]에 적치되어 있으며, 토양시료 채취는 2006년 3월에 Fig. 1과 같이 3개 지역으로 구분하여 채취하였다. 채취지역은 광산으로부터 직접 영향을 받고 광산폐기물이 위치한 A지역, 그리고 침출수에 의한 영향으로 볼 수 있는 중간 B지역과 광미장 반대편에 위치한 C지역으로 구분하였다.
1과 같이 3개 지역으로 구분하여 채취하였다. 채취지역은 광산으로부터 직접 영향을 받고 광산폐기물이 위치한 A지역, 그리고 침출수에 의한 영향으로 볼 수 있는 중간 B지역과 광미장 반대편에 위치한 C지역으로 구분하였다. 시료채취 점수는 총 30지점으로 A지역에서 15지점(시료 1～15), B지역에서 8지점(시료 16～23), C지점에서 6지점(시료 24～28)을 채취하고, 대조토양으로 2개 지점(시료 29～30)을 채취하였다.
채취지역은 광산으로부터 직접 영향을 받고 광산폐기물이 위치한 A지역, 그리고 침출수에 의한 영향으로 볼 수 있는 중간 B지역과 광미장 반대편에 위치한 C지역으로 구분하였다. 시료채취 점수는 총 30지점으로 A지역에서 15지점(시료 1～15), B지역에서 8지점(시료 16～23), C지점에서 6지점(시료 24～28)을 채취하고, 대조토양으로 2개 지점(시료 29～30)을 채취하였다. 토양 시료채취는 분석에 대한 신뢰성을 높이기 위하여 유기물을 거른 후 표토(0～20 cm) 5개 지점을 핸드 오거드릴을 이용하여 채취한 후 혼합하여 분석용 시료로 사용하였다.
시료채취 점수는 총 30지점으로 A지역에서 15지점(시료 1～15), B지역에서 8지점(시료 16～23), C지점에서 6지점(시료 24～28)을 채취하고, 대조토양으로 2개 지점(시료 29～30)을 채취하였다. 토양 시료채취는 분석에 대한 신뢰성을 높이기 위하여 유기물을 거른 후 표토(0～20 cm) 5개 지점을 핸드 오거드릴을 이용하여 채취한 후 혼합하여 분석용 시료로 사용하였다. 토양시료는 자연건조 후 전기오븐(105℃)에서 하루 이상 건조시킨 다음 2 mm 입도로 체질하여 1차로 통과시켜 화학성분 분석용 시료로 사용하였다, 또한 중금속 분석용 시료는 다시 마노 유발을 이용하여 150 mesh 이하로 분쇄하여 사용하였다(Ministry of Environment, 2010).
토양 시료채취는 분석에 대한 신뢰성을 높이기 위하여 유기물을 거른 후 표토(0～20 cm) 5개 지점을 핸드 오거드릴을 이용하여 채취한 후 혼합하여 분석용 시료로 사용하였다. 토양시료는 자연건조 후 전기오븐(105℃)에서 하루 이상 건조시킨 다음 2 mm 입도로 체질하여 1차로 통과시켜 화학성분 분석용 시료로 사용하였다, 또한 중금속 분석용 시료는 다시 마노 유발을 이용하여 150 mesh 이하로 분쇄하여 사용하였다(Ministry of Environment, 2010).
0) 침출법으로 분석하였다. 토양의 중금속 가용성 함량은 환경부의 구 토양오염공정시험법에 준하여 토양시료 10g을 취하여 0.1M-HCl 용액 50 ml (As의 경우 1M-HCl)를 가한 다음 30℃에서 1시간 진탕한 후 여과하여 분석용 시료로 사용하였다. 또한 토양내 중금속 전함량 분석은 마이크로웨이브 전처리 장비(Mars-X, CEM Corporation, USA)를 이용하여 시료 0.
1M-HCl 용액 50 ml (As의 경우 1M-HCl)를 가한 다음 30℃에서 1시간 진탕한 후 여과하여 분석용 시료로 사용하였다. 또한 토양내 중금속 전함량 분석은 마이크로웨이브 전처리 장비(Mars-X, CEM Corporation, USA)를 이용하여 시료 0.5 g을 마이크로웨이브 vessel에 취하여 분해액인 왕수(HNO₃:HCl=1:3) 12 mL를 각각 가한 다음 분해하여 분석용 시료로 사용하였다(Ministry of Environment,2010; US-EPA, 1997). 본 연구에서 전처리된 토양의 화학성분 및 중금속 분석은 ICP-OES (Inductively coupled plasma optical emission spectrometry, GBC Integra-XMP,Australia) 및 ICP-MS(Inductively coupled plasma masss pectrometry, Hewlett Packard, Agilent 7500cs, USA)를 이용하여 정량하였다.

이론/모형

토양의 화학성분 함량은 농촌진흥청 토양화학분석법(Rural Development Adminstration-National Academyof Agricultural Science, 2010)에 준하여 토양 pH는 토양과 증류수의 비를 1:5로 하여 30분간 진탕한 후 pH-meter(ORION R, EA-940, USA)로 측정하였다. 또한 유기물은 Tyurin법, 유효인산은 Lancaster법, 치환성양이온은 1N-NH₄OAc(pH 7.0) 침출법으로 분석하였다. 토양의 중금속 가용성 함량은 환경부의 구 토양오염공정시험법에 준하여 토양시료 10g을 취하여 0.
08 mg/kg이였으며, 시료채취 지점간 농도 편차가 큰 것을 알 수 있었다. 또한, 토양 내 Cd, Pb, Zn 및 As 전함량 평균치는 토양환경보전법(Ministry of Environment, 2013)의 토양오염 우려기준(Cd 4, Cu 150, Pb 200, Zn 300, As 25 mg/kg)을 초과하였다.
폐금속광산 지역에 거주하는 주민들의 위(stomach)에서 흡수되는 독성 중금속들의 인체흡수도를 정량적으로 평가하기 위하여 SBET (Simple Bioavailability Extraction Test)분석을 실시하였다. 이 분석방법은 Ruby et al. (1993, 1996, 1999)에 의해 제시되고 발달된 PBET (Physiologically Based Extraction Test)분석방법을 영국지질조사소에서 단순화하여 개발한 것으로 본 연구에서 이용한 구체적인 분석절차는 다음과 같다. ① 인공위산(synthetic stomach solution)을 제작하기 위하여 글리신(glycine) 60.
토양의 화학성분 함량은 농촌진흥청 토양화학분석법(Rural Development Adminstration-National Academyof Agricultural Science, 2010)에 준하여 토양 pH는 토양과 증류수의 비를 1:5로 하여 30분간 진탕한 후 pH-meter(ORION R, EA-940, USA)로 측정하였다. 또한 유기물은 Tyurin법, 유효인산은 Lancaster법, 치환성양이온은 1N-NH₄OAc(pH 7.

성능/효과

1, Ex.Mg 1.3 Cmol⁺/kg(RDA-NAAS, 2011)과 비교하여 pH 값 및 양이온 함량이 높았으며, 유기물과 유효인산 함량은 낮은 경향을 보였다. 또한, 화학성분 중 pH 값 및 치환성 칼슘함량 최고치가 각각 7.
3 Cmol⁺/kg(RDA-NAAS, 2011)과 비교하여 pH 값 및 양이온 함량이 높았으며, 유기물과 유효인산 함량은 낮은 경향을 보였다. 또한, 화학성분 중 pH 값 및 치환성 칼슘함량 최고치가 각각 7.69, 10.42 Cmol⁺/kg로 매우 높게 나타났다. 토양 중의 0.
42 Cmol⁺/kg로 매우 높게 나타났다. 토양 중의 0.1M HCl 침출성 Cd, Cu, Pb, Zn 및 As 함량(Table 2)은 각각 3.65, 12.7, 330, 157, 2.08 mg/kg이였으며, 시료채취 지점간 농도 편차가 큰 것을 알 수 있었다. 또한, 토양 내 Cd, Pb, Zn 및 As 전함량 평균치는 토양환경보전법(Ministry of Environment, 2013)의 토양오염 우려기준(Cd 4, Cu 150, Pb 200, Zn 300, As 25 mg/kg)을 초과하였다.
채취지역별 중금속의 인체흡수도 평균 값은 대체적으로 A>C>B>대조 지역 순으로 나타나 오염지역에 따라 큰 차이를 보였다. 또한 동일한 지역에서도 오염정도가 심한 Cd, Pb, Zn 성분은 채취지점별로 편차가 큰 것을 알 수 있었다. 특히 Cd의 인체흡수도 값이 A지역 41.
Table 4는 서성 폐금속광산 하류 논토양의 화학성분과 SBET 분석에 의한 중금속별 인체흡수도와의 관계를 나타낸 것이다. 토양 중 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는 pH 값, 유기물, 치환성 칼슘 함량과 정의 상관을, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 부의 상관을 보였다. 또한 토양 As의 인체흡수도는 유기물과 부의 상관, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 정의상관을 보였다.
토양 중 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는 pH 값, 유기물, 치환성 칼슘 함량과 정의 상관을, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 부의 상관을 보였다. 또한 토양 As의 인체흡수도는 유기물과 부의 상관, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 정의상관을 보였다. 이와 관련하여 Poggio et al.
1M HCl 침출성, 전함량)과 중금속별 인체흡수도와의 관계를 나타낸 것이다. 토양내 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는 0.1M HCl 침출성, 그리고 총함량과 정의상관을, As성분은 부의 상관을 보였다. 특히 Zn의 인체흡수도는 상관계수가 0.
본 연구 결과에서 토양 중 Cd, Pb, Cu, Zn 및 As의 인체흡수도는 각각 28.1, 34.1, 17.3, 14.6, 2.3%였고, 특히 Cd, Pb 및 Zn의 인체흡수도 최고 값은 각각 73.3, 81.5, 58.1%로매우 높게 나타났다. 따라서 폐광산 하류 논토양의 SBET 분석에 의한 중금속 인체흡수도를 볼 때 광산지역에 거주하는 주민들이 장기간 노출된다면 잠재적으로 건강상의 위해성이 있을 것으로 판단된다.
3%로 나타났다. 특히 토양 중 Cd, Pb 및 Zn의 인체흡수도 최고치는 73.3, 81.5 및 58.1%로 매우 높았고, 채취지역 및 지점 간의 편차가 크게 나타났다. 토양 중 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는 pH 값, 유기물, 치환성 칼슘 함량과 정의 상관을, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 부의 상관을 보였다.
토양 중 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는 pH 값, 유기물, 치환성 칼슘 함량과 정의 상관을, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 부의 상관을 보였다. 또한 토양 내 As의 인체흡수도는 유기물과 부의 상관, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 정의 상관을 보였다. 토양 내 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는0.
또한 토양 내 As의 인체흡수도는 유기물과 부의 상관, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 정의 상관을 보였다. 토양 내 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는0.1M HCl 침출성, 그리고 총함량과 정의상관을, As성분과는 부의 상관을 보였다. 특히 Zn의 인체흡수도는 상관계수가 0.

후속연구

917)에서 다른 성분보다 높게 나타났다. 이상의 결과에서 폐광산 하류 토양의 중금속 인체흡수도를 볼 때 광산지역에서 거주하는 주민들에게 장기간 노출된다면 건강상의 잠재적인 위해성이 있을 것으로 판단되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폐금속광산 하류 토양 중 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는 어떤 요인과 정의 상관을 띄는가?	1%로 매우 높았고, 채취지역 및 지점 간의 편차가 크게 나타났다. 토양 중 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는 pH 값, 유기물, 치환성 칼슘 함량과 정의 상관을, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 부의 상관을 보였다. 또한 토양 내 As의 인체흡수도는 유기물과 부의 상관, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 정의상관을 보였다.
	금속광산이 2차 환경오염의 원인이 되는 이유?	, 2008). 금속광산은 지하에 있는 광석을 채굴하여 선광·제련과정 후 남은 광산폐기물 및 품질이 낮은 광석을 광산 주변에 야적함으로써 2차 환경오염의 원인이 된다. 환경부의 토양환경보전법이 1995년에 제정되면서 폐금속광산 주변에 대한 토양, 수질 환경조사와 더불어 실질적인 복원 대책이 실시되었다고 볼 수 있다.
	폐금속광산 하류 토양 중 Cu, Pb, Zn 중금속의 인체흡수도 최고치는 어떠한가?	3%로 나타났다. 특히 토양 중 Cd, Pb 및 Zn의 인체흡수도 최고치는 73.3, 81.5 및 58.1%로 매우 높았고, 채취지역 및 지점 간의 편차가 크게 나타났다. 토양 중 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 인체흡수도는 pH 값, 유기물, 치환성 칼슘 함량과 정의 상관을, 치환성 칼륨 및 마그네슘과는 부의 상관을 보였다.

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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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