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문제 정의
- 본 연구에서는 건설폐기물을 성토재로 사용한 부지에서의 중금속 오염 원인을 규명하기 위하여 실험실 규모의 주상실험을 수행하였다. 대상 현장의 토양을 심도 별로 분 석한 결과, 5-10m 부근의 심도에서 중금속 농도가 타 심도에 비해 확연히 높은 특성을 확인하였다.
- 대상 부지의 전반적인 조사를 통하여 3m 이하의 지하에서 토양오염우려기준을 초과한 중금속 농도가 발견되었으며, 그 두 가능한 원인으로 중금속 오염 폐기물의 매립 및 지상으로부터의 중금속 유입으로 인한 축적이 제기되었다. 본 연구에서는 대상 부지 중 특정 지점을 대상으로 현장의 조건을 모사한 주상실험을 통하여 지상으로부터의 중금속 유입으로 인한 지중오염의 가능성을 검증하고자 하였다.
- 본 연구에서는 현장 시료 내의 중금속과 고농도 납 오염수를 통한 주상실험 후 매질 시료 내의 중금속의 존재 형태를 비교분석하여 현장 토양이 외부로부터의 중금속 유입을 통해 오염되었을 개연성에 대한 추가적인 정보를 획득하고자 하였다. 존재형태를 분석하기 위해 연속추출법을 사용하여 실험을 진행하였다(Tessier et al.
- 1절에 기술한 바와 같이 5-10 m 심도에서 채취한 E-2 시료에서 일부 대상 중금속에 대한 오염이 확인되었으므로, 이 심토 오염이 지상으로부터 중금속 함유 빗물의 유입으로 인하여 발생하였을 가능성을 평가하기 위한 실험실 규모의 주상실험을 설계하였다. 즉, 본 주상실험의 목적은 지표로부터 토양으로 유입되는 중금속 함유 유입수가 0-5 m 심도 영역에 상당한 중금속 축적을 일으키지 않는 상태로 통과한 후 5-10 m 심도 영역에 선택적으로 축적되어 상당한 중금속 오염을 일으킬 수 있는 개연성을 검증하는 것이다. 따라서, 주상실험은 E-1 및 E-2 시료 각각을 대상으로 실시하였다.
제안 방법
- 45 µm syringe filter로 여과한 후 유도결합플라 스마-원자방출분광기(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer; ICP-OES, iCAP 7400 Duo, Thermo Scientific, USA)를 통해 중금속 함량을 분석하였 다. 고농도 납 오염수를 주입한 주상실험에서는 컬럼 심도 별 토양 시료의 중금속 전함량 농도를 분석하였다. 전체 30 cm 길이의 컬럼을 5 cm 단위의 6개 구간으로 나누어 구간 별로 시료를 채취하였고 채취 시료 내 중금속은 US EPA 3051A 방법(Element, 2007)으로 추출 후 ICP-OES를 통하여 분석하였다.
- 고농도 납 오염수를 통한 주상실험 후 깊이에 따른 컬럼 매질 내에 축적된 중금속의 농도를 확인하기 위하여 5cm 단위로 나누어 각 구간에 포함된 중금속(Pb, Zn, Cd, Ni) 전함량을 분석하였다(Fig. 5). 납을 제외한 아연, 카드 뮴, 니켈의 경우, E-1과 E-2 시료 모두 구간에 따른 중금속 전함량 농도가 균일하였다.
- 저농도 중금속 오염수는 증류수에 US EPA에서 규정한 TCLP(toxicity characteristic leaching procedure) 용출시험 시 용출액의 비폐수(non-wastewater) 대상 Universal Treatment Standards(US EPA, 2002)에 해당하는 농도로 납, 아연, 카드뮴, 니켈을 첨가하여 제조하였다(Table 1). 고농도 중금속 오염수의 조성은 본 주상실험에서 적용한 고액비인 5 L/kg를 통하여 주입된 중금속이 E-2 시료에 전량 축적되었다고 가정하였을 때, E-2 시료에서 확인된 전함량 농도에 도달할 수 있는 오염수의 중금속 농도를 역산하여 결정하였다. 그러나 중금속 용해도의 제약으로 여러 종의 중금속이 포함된 오염수를 고농도로 조성하는 것이 불가능하였다.
- 고액비 0-0.1, 0.1-0.2, 0.2-0.5, 0.5-1.0, 1.0-2.0, 2.0- 5.0 L/kg의 간격으로 채취한 컬럼의 유출수에 포함된 납, 아연, 카드뮴, 니켈 4종의 중금속 농도 분석을 실시하였다. 증류수를 유입수로 사용한 컬럼의 유출수 내 중금속 농도를 측정한 결과, E-1 매질의 모든 유출수 내에서 정량한 계 0.
- 주상실험은 ISO/TS 21268-3에서 제시한 up-flow percolation test 방법에 따라 실시하였다(ISO/TS 21268-3, 2007). 내측 직경 5 cm, 길이 30 cm의 컬럼에 각 시료를 충전한 후 유입수를 주입하기에 앞서 증류수를 주입하여 컬럼 내 매질의 공극을 포화시킨 후 120시간의 평형시간을 두었다. 이후 증류수 또는 중금속 오염수를 peristaltic pump를 이용하여 상향류 방식으로 0.
- 대상 지점의 심도 별 중금속 오염 및 pH 분포를 확인하기 위해 우선적으로 토양시료채취기를 이용한 시료채취를 실시하였다. 토양시료채취기를 이용한 시료채취는 최대 심도 53 m까지 육안 식별이 가능한 성상 차이에 따라 1~3 m 간격으로 실시하였다.
- 또한 유입수 내 중금 속 농도에 따른 토양 중금속 이동 양상을 비교하기 위하여 저농도와 고농도 중금속 함유 오염수를 유입수로 사용한 주상실험을 각각 실시하였다. 대조군으로는 증류수를 유입수로 사용한 주상실험을 실시하였다.
- 따라서, 주상실험은 E-1 및 E-2 시료 각각을 대상으로 실시하였다. 또한 유입수 내 중금 속 농도에 따른 토양 중금속 이동 양상을 비교하기 위하여 저농도와 고농도 중금속 함유 오염수를 유입수로 사용한 주상실험을 각각 실시하였다. 대조군으로는 증류수를 유입수로 사용한 주상실험을 실시하였다.
- ), h는 성토된 매질의 깊이(m)이다. 본 주상실험에서 각 시료의 겉보기 밀도는 컬럼에 각 시료를 충전한 후, 충전된 시료의 무게에 컬럼의 부피를 나누어 계산한 값을 사용하였다(Table 2). Table 2에 제시한 각 인자값을 이용하여 계산한 결과, 고액비 5 L/kg까지 주상 실험을 수행하였을 때 실제 현장에서의 용출기간은 E-1과 E-2에서 각각 약 52년, 54년임을 확인할 수 있다.
- 아래 3.1절에 기술한 바와 같이 5-10 m 심도에서 채취한 E-2 시료에서 일부 대상 중금속에 대한 오염이 확인되었으므로, 이 심토 오염이 지상으로부터 중금속 함유 빗물의 유입으로 인하여 발생하였을 가능성을 평가하기 위한 실험실 규모의 주상실험을 설계하였다. 즉, 본 주상실험의 목적은 지표로부터 토양으로 유입되는 중금속 함유 유입수가 0-5 m 심도 영역에 상당한 중금속 축적을 일으키지 않는 상태로 통과한 후 5-10 m 심도 영역에 선택적으로 축적되어 상당한 중금속 오염을 일으킬 수 있는 개연성을 검증하는 것이다.
- 저농도 중금속 오염수는 증류수에 US EPA에서 규정한 TCLP(toxicity characteristic leaching procedure) 용출시험 시 용출액의 비폐수(non-wastewater) 대상 Universal Treatment Standards(US EPA, 2002)에 해당하는 농도로 납, 아연, 카드뮴, 니켈을 첨가하여 제조하였다(Table 1). 고농도 중금속 오염수의 조성은 본 주상실험에서 적용한 고액비인 5 L/kg를 통하여 주입된 중금속이 E-2 시료에 전량 축적되었다고 가정하였을 때, E-2 시료에서 확인된 전함량 농도에 도달할 수 있는 오염수의 중금속 농도를 역산하여 결정하였다.
- 고농도 납 오염수를 주입한 주상실험에서는 컬럼 심도 별 토양 시료의 중금속 전함량 농도를 분석하였다. 전체 30 cm 길이의 컬럼을 5 cm 단위의 6개 구간으로 나누어 구간 별로 시료를 채취하였고 채취 시료 내 중금속은 US EPA 3051A 방법(Element, 2007)으로 추출 후 ICP-OES를 통하여 분석하였다.
- 토양시료채취기를 이용한 시료채취는 최대 심도 53 m까지 육안 식별이 가능한 성상 차이에 따라 1~3 m 간격으로 실시하였다. 주상실험을 위하여서는 보다 대량의 시료채취가 필요하였으므로, 토양시료채취기를 이용한 시료채취 지점에서 약 2m의 이격거리를 두고 굴착을 통하여 5m의 심도 간격으로 시료채취를 실시하였다. 굴착을 통한 채취시료는 각각 E-1(0-5 m 심도), E-2(5- 10 m 심도)으로 명명하였다.
- 토양시료채취기를 이용하여 채취한 시료 및 굴착을 통하여 채취한 E-1, E-2 시료의 pH 및 중금속 전함량 농도를 토양오염공정시험기준에 고시된 방법을 이용, 분석하였다. 중금속 전함량 농도 분석은 우리나라 토양환경보전법에서 규제하는 중금속 8종(Pb, Zn, Cd, Ni, Cu, As, Hg, Cr(Ⅵ))에 대하여 실시하였다. 토양으로부터 추출된 중금속의 농도는 중금속 종류에 따라 납, 아연, 카드뮴, 니켈, 구리, 비소는 유도결합플라스마-원자방출분광기 (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer; ICP-OES, iCAP 7400 Duo, Thermo Scientific, USA), 수은은 수은분석기(Mercury Analyzer, M-7600, Teledyne, USA), 6가크롬은 자외선/가시광선 분광광도계 (UV-Vis Spectrophotometer, Cary 50, Varian, USA)를 사용하여 분석하였다.
- 채취한 시료는 0.45 µm syringe filter로 여과한 후 유도결합플라 스마-원자방출분광기(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer; ICP-OES, iCAP 7400 Duo, Thermo Scientific, USA)를 통해 중금속 함량을 분석하였 다.
- 컬럼의 유출수는 고액비 0-0.1, 0.1-0.2, 0.2-0.5, 0.5- 1.0, 1.0-2.0, 2.0-5.0 L/kg의 간격으로 채취하였다. 채취한 시료는 0.
- 토양시료채취기를 이용하여 채취한 시료 및 굴착을 통하여 채취한 E-1, E-2 시료의 pH 및 중금속 전함량 농도를 토양오염공정시험기준에 고시된 방법을 이용, 분석하였다. 중금속 전함량 농도 분석은 우리나라 토양환경보전법에서 규제하는 중금속 8종(Pb, Zn, Cd, Ni, Cu, As, Hg, Cr(Ⅵ))에 대하여 실시하였다.
- 대상 지점의 심도 별 중금속 오염 및 pH 분포를 확인하기 위해 우선적으로 토양시료채취기를 이용한 시료채취를 실시하였다. 토양시료채취기를 이용한 시료채취는 최대 심도 53 m까지 육안 식별이 가능한 성상 차이에 따라 1~3 m 간격으로 실시하였다. 주상실험을 위하여서는 보다 대량의 시료채취가 필요하였으므로, 토양시료채취기를 이용한 시료채취 지점에서 약 2m의 이격거리를 두고 굴착을 통하여 5m의 심도 간격으로 시료채취를 실시하였다.
- 중금속 전함량 농도 분석은 우리나라 토양환경보전법에서 규제하는 중금속 8종(Pb, Zn, Cd, Ni, Cu, As, Hg, Cr(Ⅵ))에 대하여 실시하였다. 토양으로부터 추출된 중금속의 농도는 중금속 종류에 따라 납, 아연, 카드뮴, 니켈, 구리, 비소는 유도결합플라스마-원자방출분광기 (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer; ICP-OES, iCAP 7400 Duo, Thermo Scientific, USA), 수은은 수은분석기(Mercury Analyzer, M-7600, Teledyne, USA), 6가크롬은 자외선/가시광선 분광광도계 (UV-Vis Spectrophotometer, Cary 50, Varian, USA)를 사용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 6)인 것으로 판단된다. 대상 중금속인 납, 아연, 카드뮴, 니켈은 모두 pH 10-11 범위에서 매우 낮은 수산화물 용해도를 나타내므로, 주상실험에서 유입된 중금속 중 상당부분이 수산화물 형태로 침전되었을 것으로 추정할 수 있다(LI et al., 2001; Dyer et al., 1998). 오염수가 컬럼에 유입되어 매질 공극과 접촉함에 따라 그 pH가 빠른 속도로 상승하고, 그에 따라 수산화물 형태로 침전이 일어나 도입부 부근에 축적되었을 것으로 보인다.
- 그러나 중금속 용해도의 제약으로 여러 종의 중금속이 포함된 오염수를 고농도로 조성하는 것이 불가능하였다. 따라서, 대상 지점뿐만 아니라 대상 부지 전반에 걸쳐 가장 주요한 오염 중금속으로 확인된 납 1종만을 대상으로 오염수를 제조하였다. 계산을 통하여 결정한 고농도 중금속 오염수의 납 농도는 420 mg/L이다.
- 즉, 본 주상실험의 목적은 지표로부터 토양으로 유입되는 중금속 함유 유입수가 0-5 m 심도 영역에 상당한 중금속 축적을 일으키지 않는 상태로 통과한 후 5-10 m 심도 영역에 선택적으로 축적되어 상당한 중금속 오염을 일으킬 수 있는 개연성을 검증하는 것이다. 따라서, 주상실험은 E-1 및 E-2 시료 각각을 대상으로 실시하였다. 또한 유입수 내 중금 속 농도에 따른 토양 중금속 이동 양상을 비교하기 위하여 저농도와 고농도 중금속 함유 오염수를 유입수로 사용한 주상실험을 각각 실시하였다.
- 본 연구는 건설폐기물을 성토재로 사용하여 조성된 국내 산업단지를 대상으로 이루어졌다. 대상 부지의 전반적인 조사를 통하여 3m 이하의 지하에서 토양오염우려기준을 초과한 중금속 농도가 발견되었으며, 그 두 가능한 원인으로 중금속 오염 폐기물의 매립 및 지상으로부터의 중금속 유입으로 인한 축적이 제기되었다.
이론/모형
- 본 연구에서는 현장 시료 내의 중금속과 고농도 납 오염수를 통한 주상실험 후 매질 시료 내의 중금속의 존재 형태를 비교분석하여 현장 토양이 외부로부터의 중금속 유입을 통해 오염되었을 개연성에 대한 추가적인 정보를 획득하고자 하였다. 존재형태를 분석하기 위해 연속추출법을 사용하여 실험을 진행하였다(Tessier et al., 1979; Jung, 1994). 연속추출법은 매질 속에 존재하는 중금속을 결합 세기에 따라 5가지 형태로 분류한다(Table 3).
- 주상실험은 ISO/TS 21268-3에서 제시한 up-flow percolation test 방법에 따라 실시하였다(ISO/TS 21268-3, 2007). 내측 직경 5 cm, 길이 30 cm의 컬럼에 각 시료를 충전한 후 유입수를 주입하기에 앞서 증류수를 주입하여 컬럼 내 매질의 공극을 포화시킨 후 120시간의 평형시간을 두었다.
성능/효과
- 본 주상실험에서 각 시료의 겉보기 밀도는 컬럼에 각 시료를 충전한 후, 충전된 시료의 무게에 컬럼의 부피를 나누어 계산한 값을 사용하였다(Table 2). Table 2에 제시한 각 인자값을 이용하여 계산한 결과, 고액비 5 L/kg까지 주상 실험을 수행하였을 때 실제 현장에서의 용출기간은 E-1과 E-2에서 각각 약 52년, 54년임을 확인할 수 있다. 이는 현장에서 빗물 유입으로 인한 중금속 오염 기간을 충분히 반영할 수 있는 조건으로 판단되었다.
- 굴착을 통하여 채취한 E-1, E-2 시료의 경우, 토양시료채취기 이용 채취시료에서 확인한 수준의 고농도 중금속 오염은 확인되지 않았다(Table 4). 그러나 납, 아연, 니켈, 구리에 대하여 심도 5-10 m에서 채취한 E-2 시료의 전함량 농도가 심도 0-5 m에서 채취한 E-1 시료 농도의 3.8-691배로 5-10 m 지점의 오염농도가 그 상부에 비하여 확연히 높음을 확인할 수 있었다.
- 요컨대, 컬럼에 유입된 납, 아연, 카드뮴, 니켈은 적용한 고액비인 5 L/kg의 조건에서 30 cm의 컬럼을 전혀 통과하지 못할 정도로 E-1, E-2 시료 모두 매우 낮은 이동성을 보였다. 납의 경우 농도를 0.75 mg/L에서 420 mg/L로 560배 증가시킨 고농도 오염수를 유입수로 사용하였을 경우에도 30 cm의 컬럼을 전혀 통과하지 못하였으며, 실험 후 컬럼 후 구간 별 농도분포를 통하여 도입부 0-5 cm 구간에 전량 축적되었음을 확인하였다. 대상 시료에서 중금속의 매우 낮은 이동성은 유입수를 통하여 컬럼에 유입된 중금속뿐만 아니라 현장 시료에 이미 존재하였던 중금속에 대하여서도 나타났다.
- 본 연구는 건설폐기물을 성토재로 사용하여 조성된 국내 산업단지를 대상으로 이루어졌다. 대상 부지의 전반적인 조사를 통하여 3m 이하의 지하에서 토양오염우려기준을 초과한 중금속 농도가 발견되었으며, 그 두 가능한 원인으로 중금속 오염 폐기물의 매립 및 지상으로부터의 중금속 유입으로 인한 축적이 제기되었다. 본 연구에서는 대상 부지 중 특정 지점을 대상으로 현장의 조건을 모사한 주상실험을 통하여 지상으로부터의 중금속 유입으로 인한 지중오염의 가능성을 검증하고자 하였다.
- 75 mg/L에서 420 mg/L로 560배 증가시킨 고농도 오염수를 유입수로 사용하였을 경우에도 30 cm의 컬럼을 전혀 통과하지 못하였으며, 실험 후 컬럼 후 구간 별 농도분포를 통하여 도입부 0-5 cm 구간에 전량 축적되었음을 확인하였다. 대상 시료에서 중금속의 매우 낮은 이동성은 유입수를 통하여 컬럼에 유입된 중금속뿐만 아니라 현장 시료에 이미 존재하였던 중금속에 대하여서도 나타났다. 특히, E-1 시료로 충전한 컬럼에서 유입수 내 중금속이 전량 매질 내에 축적된 것을 통하여 현장에서 주상실험 용출길이인 30 cm의 약 17배에 달하는 5 m 두께의 토양층을 통과한 후 5-10 m 심도인 E-2 채취지점의 토양에 중금속이 선택적으로 축적되었을 개연성은 배제할 수 있음을 확인하였다.
- 본 연구에서는 건설폐기물을 성토재로 사용한 부지에서의 중금속 오염 원인을 규명하기 위하여 실험실 규모의 주상실험을 수행하였다. 대상 현장의 토양을 심도 별로 분 석한 결과, 5-10m 부근의 심도에서 중금속 농도가 타 심도에 비해 확연히 높은 특성을 확인하였다. 주상실험을 통해 빗물에 의한 장기적인 중금속 유입을 모사한 결과, 컬럼 내 중금속의 이동성은 매우 낮았으며, 유입된 중금속은 대부분 유입 지점에 축적되었다.
- 반면,주상실험 시 유입된 납의 축적이 이루어진 0-5 cm 구간 매질의 연속추출 결과를 보면, E-1, E-2 모두에서 1단계와 2단계로 존재하는 납의 비율이 75% 이상으로 비교적 약한 결합의 형태로 존재함을 확인하였다. 따라서 오염수를 통하여 유입된 납의 대부분은 매질에 비교적 약한 결합의 형태로 축적되어 존재하는 것을 확인할 수 있다. 주상실험에서 이러한 약한 결합 형태의 납이 매우 낮은 이동성을 보인 것은 연속추출법을 통한 토양 내 중금속 존재형태 분석이 pH 등 토양의 환경변화 발생 시 잠재적 이동성을 평가하는 지표로 활용될 수는 있으나, 실제 현장에서의 중금속 이동성을 예측하는 데에는 현장의 환경 조건 등을 고려한 평가가 반드시 이루어져야 한다는 것을 확인시켜 준다.
- 04 mg/L 이하의 농도로 검출되었다. 또한 고농도의 납 오염수를 유입수로 사용한 컬럼에서는 E-1, E-2 모두 모든 유출수 시료 내 납 농도가 정량한계(0.01 mg/L) 미만의 농도로 검출되었다. 증류수를 유입수로 사용한 컬럼과 비교하여 저농도 및 고농도 유입수를 주입한 컬럼의 유출수에서 측정되는 중금속의 농도는 차이가 거의 없었으며, 이는 유입수 내 중금속 농도에 관계없이 유입수를 통해 유입된 중금속이 대부분 토양 내에 축적되었다는 것을 의미한다.
- 또한 채취한 모든 토양 시료에서 pH가 10 이상으로 높은 알칼리성을 띄는 것으로 나타났고 깊이에 따른 pH 변화는 뚜렷한 추세를 보이지 않았으며, 현장 부지의 지하수위인 20 m 하부에서도 높은 알칼리성을 유지하였다 (Fig. 3, Table 4). 이는 일반적으로 높은 알칼리성을 띄는 건설폐기물(Butera et al.
- 주상실험 전의 경우, E-1, E-2 시료 모두 1단계와 2단계로 존재하는 납의 비율이 20% 미만으로 시료 내 납이 비교적 강한 결합의 형태로 존재함을 확인하였다. 반면,주상실험 시 유입된 납의 축적이 이루어진 0-5 cm 구간 매질의 연속추출 결과를 보면, E-1, E-2 모두에서 1단계와 2단계로 존재하는 납의 비율이 75% 이상으로 비교적 약한 결합의 형태로 존재함을 확인하였다. 따라서 오염수를 통하여 유입된 납의 대부분은 매질에 비교적 약한 결합의 형태로 축적되어 존재하는 것을 확인할 수 있다.
- 4), 8- 10m 심도에서 납이 3지역 토양오염우려기준을 초과해 최대 3,771mg/kg까지 검출되었으며, 심토층에서 큰 오염도 를 나타내어 표층과 심토층의 납 오염 농도가 큰 차이를 보였다. 수은과 크롬을 제외한 모든 대상 중금속에 대하여 납과 동일한 심도에서 가장 높은 오염도를 나타내었고, 아연은 3지역 토양오염우려기준에 근접한 농도를, 구리와 비소는 2지역 토양오염우려기준을 초과하는 농도를 보였다. 이와 같은 오염 특성이 지상 오염원으로부터 나타나기 위하여서는 산업시설에서 무단 방류된 폐수 혹은 지상에 야적된 오염 폐기물의 용출수에 포함된 중금속이 표층을 통과하여 심토층에 선택적으로 축적되어야 한다.
- 주상실험을 통해 빗물에 의한 장기적인 중금속 유입을 모사한 결과, 컬럼 내 중금속의 이동성은 매우 낮았으며, 유입된 중금속은 대부분 유입 지점에 축적되었다. 연속추출법을 통해 오염수를 통하여 유입된 중금속은 컬럼 내 토양과 비교적 약한 결합을 형성하였음을 확인하였는데, 그럼에도 불구하고 중금속의 이동성이 매우 낮은 것은 pH 10 이상의 높은 알칼리성을 띄는 현장 시료의 특성에 기인한 것으로 판단된다. 이러한 결과를 통하여 현장에서 빗물을 통해 유입된 중금속이 5m 깊이의 표층을 통과하여 심토층에 선택적으로 축적될 가능성은 배제할 수 있는 것을 확인하였 다.
- 연속추출법을 통해 오염수를 통하여 유입된 중금속은 컬럼 내 토양과 비교적 약한 결합을 형성하였음을 확인하였는데, 그럼에도 불구하고 중금속의 이동성이 매우 낮은 것은 pH 10 이상의 높은 알칼리성을 띄는 현장 시료의 특성에 기인한 것으로 판단된다. 이러한 결과를 통하여 현장에서 빗물을 통해 유입된 중금속이 5m 깊이의 표층을 통과하여 심토층에 선택적으로 축적될 가능성은 배제할 수 있는 것을 확인하였 다. 본 연구는 주상실험을 통하여 토양의 중금속 오염 원인을 판별하는 가장 직접적인 실험실 규모의 평가법을 적용한 것으로 향후 토양오염의 원인을 명확히 규명하는 방법으로 활용성이 높을 것으로 판단된다.
- (2017)의 값보다 훨씬 낮은 전함량 대비 용출량을 나타내었다. 이를 통하여 대상 현장 토양 내 중금속이 일반적인 조건에서 매우 낮은 용출가능성을 보임을 확인할 수 있다.
- 저농도의 복합 중금속 오염수를 유입수로 사용한 컬럼 의 유출수 내 중금속 농도를 측정한 결과, E-1과 E-2 모든 유출수 시료 내에서 중금속 각각에 대해 납 0.03 mg/L 이하, 아연 0.02 mg/L 이하, 카드뮴 정량한계(0.01 mg/ L) 미만, 니켈 0.04 mg/L 이하의 농도로 검출되었다. 또한 고농도의 납 오염수를 유입수로 사용한 컬럼에서는 E-1, E-2 모두 모든 유출수 시료 내 납 농도가 정량한계(0.
- 주상실험 전의 경우, E-1, E-2 시료 모두 1단계와 2단계로 존재하는 납의 비율이 20% 미만으로 시료 내 납이 비교적 강한 결합의 형태로 존재함을 확인하였다. 반면,주상실험 시 유입된 납의 축적이 이루어진 0-5 cm 구간 매질의 연속추출 결과를 보면, E-1, E-2 모두에서 1단계와 2단계로 존재하는 납의 비율이 75% 이상으로 비교적 약한 결합의 형태로 존재함을 확인하였다.
- 주상실험 전후의 시료 내 납 존재형태가 뚜렷한 차이를 나타내는 것으로 보아 빗물 침투에 의한 외부로부터의 중금속 유입이 현장 시료에서 나타나는 강한 결합의 존재형태를 형성하지 않음을 확인하였다. 그러나 중금속의 존재 형태는 토양 내부에서의 생물화학적 작용으로 장기간에 걸쳐 변화할 수 있으므로(Saeki et al.
- 대상 현장의 토양을 심도 별로 분 석한 결과, 5-10m 부근의 심도에서 중금속 농도가 타 심도에 비해 확연히 높은 특성을 확인하였다. 주상실험을 통해 빗물에 의한 장기적인 중금속 유입을 모사한 결과, 컬럼 내 중금속의 이동성은 매우 낮았으며, 유입된 중금속은 대부분 유입 지점에 축적되었다. 연속추출법을 통해 오염수를 통하여 유입된 중금속은 컬럼 내 토양과 비교적 약한 결합을 형성하였음을 확인하였는데, 그럼에도 불구하고 중금속의 이동성이 매우 낮은 것은 pH 10 이상의 높은 알칼리성을 띄는 현장 시료의 특성에 기인한 것으로 판단된다.
- 01 mg/L) 미만의 농도로 검출되었다. 증류수를 유입수로 사용한 컬럼과 비교하여 저농도 및 고농도 유입수를 주입한 컬럼의 유출수에서 측정되는 중금속의 농도는 차이가 거의 없었으며, 이는 유입수 내 중금속 농도에 관계없이 유입수를 통해 유입된 중금속이 대부분 토양 내에 축적되었다는 것을 의미한다.
- 0 L/kg의 간격으로 채취한 컬럼의 유출수에 포함된 납, 아연, 카드뮴, 니켈 4종의 중금속 농도 분석을 실시하였다. 증류수를 유입수로 사용한 컬럼의 유출수 내 중금속 농도를 측정한 결과, E-1 매질의 모든 유출수 내에서 정량한 계 0.01 mg/L 이하의 농도로 검출되었으며, E-2 매질의 경우, 납 0.01 mg/L 이하, 아연 0.02 mg/L 이하, 카드뮴 정량한계(0.01 mg/L) 미만, 니켈 0.04 mg/L 이하의 농도로 검출되었다. Lee et al.
- 토양시료채취기 이용 채취 시료 분석 결과(Fig. 4), 8- 10m 심도에서 납이 3지역 토양오염우려기준을 초과해 최대 3,771mg/kg까지 검출되었으며, 심토층에서 큰 오염도 를 나타내어 표층과 심토층의 납 오염 농도가 큰 차이를 보였다. 수은과 크롬을 제외한 모든 대상 중금속에 대하여 납과 동일한 심도에서 가장 높은 오염도를 나타내었고, 아연은 3지역 토양오염우려기준에 근접한 농도를, 구리와 비소는 2지역 토양오염우려기준을 초과하는 농도를 보였다.
- 대상 시료에서 중금속의 매우 낮은 이동성은 유입수를 통하여 컬럼에 유입된 중금속뿐만 아니라 현장 시료에 이미 존재하였던 중금속에 대하여서도 나타났다. 특히, E-1 시료로 충전한 컬럼에서 유입수 내 중금속이 전량 매질 내에 축적된 것을 통하여 현장에서 주상실험 용출길이인 30 cm의 약 17배에 달하는 5 m 두께의 토양층을 통과한 후 5-10 m 심도인 E-2 채취지점의 토양에 중금속이 선택적으로 축적되었을 개연성은 배제할 수 있음을 확인하였다.
후속연구
- , 1993) 주상실험에서 외부 유입 중금속의 존재형태가 현장 시료의 실제 중금속 존재형태와 상이하다는 것을 현장 시료가 외부 유입 중금속에 의하여 오염되지 않았다는 직접적인 증거로 활용하기는 어렵다. 다만, 중금속의 존재형태에 대한 정보는 오염토양 내 중금속 간의 존재비율, 중금속의 동위원소 존재비율 등(Zhu et al., 2017; Wijaya et al., 2013) 기존 토양 중금속 오염원 추적법에서 활용하는 정보와는 다른 형태의 정보라는 점에서, 토양 중금속 오염원 추적에 있어 향후 활용을 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 특히 가능한 후보 오염원의 중금속 함유비율 및 동위원소 존재비율 등 오염원 관련 정보가 극히 제한적인 상황에서 중금속 존재형태 정보는 큰 가치를 가질 가능성 이 있다.
- 이러한 결과를 통하여 현장에서 빗물을 통해 유입된 중금속이 5m 깊이의 표층을 통과하여 심토층에 선택적으로 축적될 가능성은 배제할 수 있는 것을 확인하였 다. 본 연구는 주상실험을 통하여 토양의 중금속 오염 원인을 판별하는 가장 직접적인 실험실 규모의 평가법을 적용한 것으로 향후 토양오염의 원인을 명확히 규명하는 방법으로 활용성이 높을 것으로 판단된다.
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