[논문]소화기 사격장의 중금속 오염 양상

이광렬; 현재혁

doi:10.7857/jsge.2016.21.3.058

문제 정의

이와 같이 사격장을 구성하는 부분별로 상이한 오염이 예상되므로 소화기사격장을 사선지역, 탄두 비과 지역과 피탄지 지역으로 구분하고, 지역별 오염여부와 오염범위 를 추정하여 오염 부분을 파악하며, 이를 소화기 사격장 중금속 오염지역은 조사 및 정화대상 지역으로 제시하고 사격장 관리지침의 적정성을 확인해 보려 한다.
소화기사격장의 사선지역에서 발생된 중금속 오염의 원인을 판단해 보았다. 구리(Cu)는 탄두 외부의 주요 구성 성분으로 추진제가 연소하면서 발생하는 온도는 매우 높고, 이로 인해 포강내부 표면과 탄두의 금속은 연화된다.
본 연구는 사격장을 구성하는 지역에 따라 그 오염물질이 상이할 것이라는 점에 착안하여 진행하였다.
다만 그 오염과 그로 인한 영향을 최소화하기 위한 노력을 해야 할 것이다. 본 연구는 사격장의 모든 부분이 오염이 되는 것이 아니라 피탄지를 중심으로 하는 지역이 주오염지역이라는 것을 전제하기 위한 연구이다. 연구목적과 같이 피탄 지역에서는 현저하게 높은 수준의 중금속 오염농도가 검출되었다.

가설 설정

이와 같이 구분되는 세 지역은 그 오염양상이 각각 상이하다. 즉 사선(포진) 지역에서는 총구를 떠날 때는 중금속에 의한 오염은 크게 없을 것이다. 그리고 탄두가 비과하는 지역에서는 중금속은 물론 화약류의 오염도 크게 없을 것으로 추정된다.

제안 방법

이에 본 연구에서는 사격장의 구성을 크게 세 지역으로 구분하여 연구할 것이다. 사격장은 사격을 실시할 때 탄두가 총구(포구)를 떠나 발사되는 사선(포진) 지역과 탄두가 비과하는 지역, 그 탄두가 목표지점에 도달하는 피탄지로 구분할 수 있다.
시료채취방법은 토양오염공정시험방법에 기초하여 채취하였다. 토양오염 공정시험방법에서 시료채취는 중앙지점을 중심으로 하여 4 방위의 5m 지점에서 각각의 시료를 채취한 후 혼합하여 한 개의 시료를 판단하는 것으로 하고 있으나 소화기 사격장의 특성상 사선지역에서는 사선지역이 3m를 초과 하지 아니하므로 사선의 중앙을 기준으로 약 2m 내외의 지점으로 하는 4방위 지점의 시료를 채취하고 이를 혼합하여 1개 지점으로 판단하였다. 피탄지역(C₁, C₂)에서도 탄두의 집속이 예상되는 중앙지점에서 4방위의 주변 약 1m 지점에서 시료를 채취하여 혼합하고 이를 한 개 지점으로 판단하였다.
토양오염 공정시험방법에서 시료채취는 중앙지점을 중심으로 하여 4 방위의 5m 지점에서 각각의 시료를 채취한 후 혼합하여 한 개의 시료를 판단하는 것으로 하고 있으나 소화기 사격장의 특성상 사선지역에서는 사선지역이 3m를 초과 하지 아니하므로 사선의 중앙을 기준으로 약 2m 내외의 지점으로 하는 4방위 지점의 시료를 채취하고 이를 혼합하여 1개 지점으로 판단하였다. 피탄지역(C₁, C₂)에서도 탄두의 집속이 예상되는 중앙지점에서 4방위의 주변 약 1m 지점에서 시료를 채취하여 혼합하고 이를 한 개 지점으로 판단하였다. 그리고 사격장 좌측으로 형성된 우수 배 제용 수로에 의해 오염물질의 확산을 예상할 수 있어 좌 측 수로지역에서 표토(D-1)와 약 30cm 하부 지점에서 동일한 방법으로 시료를 채취(D2)하였다.
그리고 사격장 좌측으로 형성된 우수 배 제용 수로에 의해 오염물질의 확산을 예상할 수 있어 좌 측 수로지역에서 표토(D-1)와 약 30cm 하부 지점에서 동일한 방법으로 시료를 채취(D2)하였다. 한편 배경시료는 사격장과 이격한 약 300m 이격한 지점의 동일한 토양특성을 가지는 지점에서 채취하여 분석하였다.
0 mm)를 사용하였다. 체를 통과한 토양에 대하여 물리화학 적인 분석을 하였다.
대상시료 내 납의 농도는 토양오염공정시험법을 따라 100mL 삼각플라스크에 토양 10g과 0.1N HCl 50mL를 넣어 항온수평진탕기에서 1시간 동안 진탕하고 5B 여 과지로 여과한 후 여과액을 ICP-OES(Perkin Elmer Optima 2000 DV, USA)를 이용하여 분석하였고, 토양내 중금속 전함량은 EPA Method 3050B로 전처리하여 분석하였다.
연구목적에 따라 사격장을 사선 지역, 탄두 비과 지역, 피탄지 지역으로 구분하여 각 지역의 중금속오염정도를 분석하였다. 그 결과 각 지역별로 오염물질과 오염농도가 상이함을 확인할 수 있었다.

대상 데이터

본 연구는 전국의 많은 군부대 중 국방개혁2020 계획에 의해 부대이전을 하여 폐쇄되는 사격장을 대상으로 하여 파악하였다. 그 중에서도 일반시민들이 많이 접할 수 있는 소구경화기를 주로 사격하는 부지를 대상으로 선정 하였다.
본 연구는 전국의 많은 군부대 중 국방개혁2020 계획에 의해 부대이전을 하여 폐쇄되는 사격장을 대상으로 하여 파악하였다. 그 중에서도 일반시민들이 많이 접할 수 있는 소구경화기를 주로 사격하는 부지를 대상으로 선정 하였다.
일반적인 소구경화기 사격장의 구성을 보면 피탄 지역에서 중금속 오염이 예상되며, 사선지역(A), 탄두 비과 지 역(B)에서는 오염은 예상되지 않는다. 이에 따라 시선지 역은 2개 지점(A1-1, A1-2)에서, 탄두 비과 지역은 2개 지점(B1-1, B1-2)에서 시료를 채취하였다. 시료채취방법은 토양오염공정시험방법에 기초하여 채취하였다.
피탄지역(C₁, C₂)에서도 탄두의 집속이 예상되는 중앙지점에서 4방위의 주변 약 1m 지점에서 시료를 채취하여 혼합하고 이를 한 개 지점으로 판단하였다. 그리고 사격장 좌측으로 형성된 우수 배 제용 수로에 의해 오염물질의 확산을 예상할 수 있어 좌 측 수로지역에서 표토(D-1)와 약 30cm 하부 지점에서 동일한 방법으로 시료를 채취(D2)하였다. 한편 배경시료는 사격장과 이격한 약 300m 이격한 지점의 동일한 토양특성을 가지는 지점에서 채취하여 분석하였다.
실험대상 토양은 풍건을 실시한 후 표준체 No.18(1.0 mm)를 사용하였다. 체를 통과한 토양에 대하여 물리화학 적인 분석을 하였다.
대상 시료의 분석물질은 시료의 분석물질은 소화기탄두 에 많이 사용되는 구리(Cu), 납(Pb)과 사용될 것으로 우려되는 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 6가크롬(Cr⁶⁺)을 대상으로 분석을 하였다.

이론/모형

토양시료채취는 토양오염 공정시험방법 중 시료채취방법에 의하여 채취하였다.
이에 따라 시선지 역은 2개 지점(A1-1, A1-2)에서, 탄두 비과 지역은 2개 지점(B1-1, B1-2)에서 시료를 채취하였다. 시료채취방법은 토양오염공정시험방법에 기초하여 채취하였다. 토양오염 공정시험방법에서 시료채취는 중앙지점을 중심으로 하여 4 방위의 5m 지점에서 각각의 시료를 채취한 후 혼합하여 한 개의 시료를 판단하는 것으로 하고 있으나 소화기 사격장의 특성상 사선지역에서는 사선지역이 3m를 초과 하지 아니하므로 사선의 중앙을 기준으로 약 2m 내외의 지점으로 하는 4방위 지점의 시료를 채취하고 이를 혼합하여 1개 지점으로 판단하였다.

성능/효과

물론 우려기준 농도(300㎎/㎏) 에는 미치지 아니하나, 지속적으로 방치하였을 경우 배경 농도보다 높게 된다면, 인체에 위해를 줄 수도 있으므로, 위해도를 판단하고 정화사업을 한다면 Zn의 농도 저감을 위한 조치를 적용해야한다는 점을 제시해 주는 것이다. 특징적인 점은 피탄지에서 소화기 탄두에 사용되지 아니하는 Cd가 나타나고 있다는 점과 발암물질로서 함유가 우려되는 Cr⁶⁺는 포함되지 아니하는 것으로 나타났다. 그러나 Zn, Cd 등의 물질이 나타나는 원인에 대하여 그 원인을 고찰해 볼 필요가 있다.
Zn의 경우도 우려기준(300mg/ kg)에는 미치지 아니하나, 배경농도(80㎎/㎏)를 상회하여 나타나므로 이에 대한 원인을 고찰해 볼 필요가 있다. 특징적으로 Cd의 경우 배경농도와 유사하게 나타나고 있어 Cd의 오염우려는 없는 것으로 나타났다.
연구목적에 따라 사격장을 사선 지역, 탄두 비과 지역, 피탄지 지역으로 구분하여 각 지역의 중금속오염정도를 분석하였다. 그 결과 각 지역별로 오염물질과 오염농도가 상이함을 확인할 수 있었다.
또한 현재 각 부대에서 소화기사격장을 정비하면서 발생하고 있는 문제점을 발견할 수 있었으며, 하류지점에 인공저류지 등을 설치하여 오염 확산을 방지해야 하는 필요성을 확인할 수 있었다.
본 연구를 진행하는 소화기 사격장은 피탄지 지역의 앞으로 작게 흐르는 배수로가 형성되어 있었다. 본 사격장의 배수로는 하절기 우기에만 우천으로 형성되는 건천으로서 피탄지에서 부서진 알갱이로 존재하는 탄두의 중금속이 우 기 배수로를 따라서 유출될 수 있는 우려가 있었다.
다만 카드뮴과 아연의 농도가 예상 외로 높게 나타났다. 현장에서 부대원들과 함께 원인을 분석한 결과 소화기사격장 피탄지가 붕괴하는 것을 방지하기 위하여 폐타이어를 피탄지 붕괴 방지벽으로 사용하고 있는 것을 확인하였다(Fig. 2). 피탄 지역에서 중금속류(Zn, Cd 등)를 포함하는 폐타이어로 구성하면 탄두와 폐타이어가 부딪치게 되며, 이에 폐타이어는 부서 지면서 물질 파편들로 나타나게 되고 이때 나온 물질들의 일부가 본 연구 분석 시에 검출된 것으로 판단된다.

후속연구

본 연구를 수행하게 되면 토양오염 현장에서는 사격장의 모든 범위가 중금속 오염 우려가 있는 것이 아니라는 것을 판단할 수 있을 것이다. 그리고 이를 토대로 사격장 부지의 토양오염 부지 판단을 위한 기초자료를 제공하고, 또 이를 기초로 사격장 부지 토양오염정밀조사 관련규정 을 구체화하여 발전시킬 수 있으며, 사격장 주변 시민들 에게는 사격장 모든 지역이 위험한 지역이 아니라는 것도 홍보할 수 있을 것이다.
본 연구를 수행하게 되면 토양오염 현장에서는 사격장의 모든 범위가 중금속 오염 우려가 있는 것이 아니라는 것을 판단할 수 있을 것이다. 그리고 이를 토대로 사격장 부지의 토양오염 부지 판단을 위한 기초자료를 제공하고, 또 이를 기초로 사격장 부지 토양오염정밀조사 관련규정 을 구체화하여 발전시킬 수 있으며, 사격장 주변 시민들 에게는 사격장 모든 지역이 위험한 지역이 아니라는 것도 홍보할 수 있을 것이다. 또한 군에서는 이를 기초로 토양 오염 조사 및 정화대상 물량을 축소시킬 수 있고, 소요되는 토양오염 정화예산을 절감할 수 있을 것이다.
그리고 이를 토대로 사격장 부지의 토양오염 부지 판단을 위한 기초자료를 제공하고, 또 이를 기초로 사격장 부지 토양오염정밀조사 관련규정 을 구체화하여 발전시킬 수 있으며, 사격장 주변 시민들 에게는 사격장 모든 지역이 위험한 지역이 아니라는 것도 홍보할 수 있을 것이다. 또한 군에서는 이를 기초로 토양 오염 조사 및 정화대상 물량을 축소시킬 수 있고, 소요되는 토양오염 정화예산을 절감할 수 있을 것이다. 또한 정책적으로 사격장 중금속 오염을 논의 할 경우에는 피탄지를 중심으로 오염도에 대한 논의를 진행하는 기준을 제시할 수 있을 것이다.
또한 군에서는 이를 기초로 토양 오염 조사 및 정화대상 물량을 축소시킬 수 있고, 소요되는 토양오염 정화예산을 절감할 수 있을 것이다. 또한 정책적으로 사격장 중금속 오염을 논의 할 경우에는 피탄지를 중심으로 오염도에 대한 논의를 진행하는 기준을 제시할 수 있을 것이다.
따라서 이는 멀리까지 오염영향을 주지는 않을 것으로 예상되지만 오랜 기간 축적된다면 토양의 중금속 오염에 영향을 주는 것으로 볼 수 있다. 따라서 토양오염 조사 및 정화사업 시에는 사선에 대하여도 일정 부분 조사 및 정화사업에 포함해야 할 것으로 사료된다. 물론 정비를 지속적으로 수행한 소화기 사격장이라면 사격장 면적 전체를 대상으로 정밀한 오염도 조사를 수행해 야 할 것이다.
따라서 토양오염 조사 및 정화사업 시에는 사선에 대하여도 일정 부분 조사 및 정화사업에 포함해야 할 것으로 사료된다. 물론 정비를 지속적으로 수행한 소화기 사격장이라면 사격장 면적 전체를 대상으로 정밀한 오염도 조사를 수행해 야 할 것이다.
사격장 피탄지 토양은 가능한 한 피탄 지역에서 재활용 해야 하고, 사격장 정비의 주요 추진과제로 피탄 지역 토 양을 주기적(예 : 3년 또는 5년 주기)으로 모아서 적정량 (예 : 5톤 /10톤 또는 50m³/100m³ 등)이 모아진다면 외부로 반출하여 정화하는 방안을 강구한다면, 운용중인 사격장의 정화방안도 강구 할 수 있을 것으로 사료된다.
군에서는 지침을 통해 소화기사격장 하류부분의 사격장 과 배수로가 만나는 지점에 인공침사지 또는 인공저류지를 설치할 것을 권장하고 있다(MND, 2006). 본 연구에서도 소화기사격장 피탄지의 하류 부분에 인공침사지 또는 인공저류지를 설치해야 필요성을 확인할 수 있었다. 그리고 이 인공침사지 또는 저류지는 어느 정도의 침사물이 침적된다면 월류되어 확산될 수 있으므로 주기적인 정비 가 필요하다는 것을 제시해 준다.
향후 연구에서는 사격장 오염토양의 중금속 성분이 사격으로 인해 발생한 것인지 또는 배경농도에 의한 것인지를 구분하여 그 원인을 규명하고 원인에 따라 정화방안이 제시되어야 할 것이다. 또한 소화기 사격장의 화약류에 의한 오염양상도 연구되어야 할 것이다.
향후 연구에서는 사격장 오염토양의 중금속 성분이 사격으로 인해 발생한 것인지 또는 배경농도에 의한 것인지를 구분하여 그 원인을 규명하고 원인에 따라 정화방안이 제시되어야 할 것이다. 또한 소화기 사격장의 화약류에 의한 오염양상도 연구되어야 할 것이다.
사격장은 그 특성상 중금속에 의한 오염이 불가피한 지역이다. 다만 그 오염과 그로 인한 영향을 최소화하기 위한 노력을 해야 할 것이다. 본 연구는 사격장의 모든 부분이 오염이 되는 것이 아니라 피탄지를 중심으로 하는 지역이 주오염지역이라는 것을 전제하기 위한 연구이다.

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