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문제 정의
- 본 연구에서는 기존에 연구된 수질자료를 참고로 하여 국+내에서 지정하고 있는 특정수질 유해물질에 속하는 중금속 6종(Cu, Pb, As, Hg, Cd, Cr)과 국제기구인 IARC(International agency for research on cancer) 및 USEPA(United states environmental protection agency)의 IRIS(Intergrated risk information system)에서 발암물질로 규정하고 있는 중금속 3종(Ni, Zn, Mn)을 추가한 총 9종의 중금속에 대하여 오염 현황을 확인하고자 하였다(WHO,2015, EPA, 2015).
- 본 연구에서는 선행연구자료를 바탕으로 선정된 중금속 9종(Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb, Hg)에 대해 시화호 수질 및 시화호 내에 서식하고 있는 어패류의 중금속 현황을 측정하여 시화호의 중금속 오염정도를 확인하고자 하였다.
- 본 연구에서는 총 9종(Cr, Ni, As, Hg, Zn, Mn, Cu, Cd, Pb)의 중금속에 대해 시화호 내의 중금속 농도를 확인하고, 시화호 내에 서식하고 있는 어패류의 중금속 오염정도를 종합하여 향후 호소관리의 방향성을 제시하고자 하였다. 본 연구를 통한 결론은 다음과 같다.
제안 방법
- F5 지점에서 포획된 점농어, 조피볼락 및 전어에 대해 어종별로 근육 조직 내 중금속 농도를 비교하였다. 그 결과 Table 4와 같이 점농어의 As 농도가 1,421 μg/kg로 조피볼락과 전어에 비해 최대 2.
- 수질시료 및 어패류 시료에 대한 중금속 농도는 ICP-MS(Perkin Elmer, Elan DRCⅡ, USA)와 자동 수은 분석기(Milistone, DMA-80, USA)를 이용하여 분석하였다. 수질시료의 경우 높은 염농도로 인하여 측정이 가능한 염농도까지 희석을 실시하여 측정하였다.
- 수질시료 및 어패류 시료에 대한 중금속 농도는 ICP-MS(Perkin Elmer, Elan DRCⅡ, USA)와 자동 수은 분석기(Milistone, DMA-80, USA)를 이용하여 분석하였다. 수질시료의 경우 높은 염농도로 인하여 측정이 가능한 염농도까지 희석을 실시하여 측정하였다. 3종의 중금속(Cd, Cu, Pb)의 경우는 전처리 과정에서 ICP-MS의 검출한계 이하로 측정되었기 때문에, 희석과정이 필요없는 MIBK/APDC 추출법을 이용해 원자 흡광 분광 광도계(Perkin Elmer, AAnalyst700-spectrometer, USA)로 분석을 수행하였다(Brooks et al.
- 시화호내의 어류의 중금속 축적 정도를 확인하기 위하여 국내연안(포항, 군산, 통영)에서 포획된 어종별 중금속 측정값과 비교를 실시하였다. 분석이 실시된 7종의 중금속의 농도를 비교해본 결과, 조피볼락의 경우는 Cr 2.
- 1과 같이 공단유입지천의 시작부분부터 배수갑문까지 시화호 내부를 5등분한 후 수심이 6 m 이상 되는 지점을 수질시료 채취 지점으로 선정하였다. 어패류의 채취 지점은 수질시료 채취 지점을 기준으로 선정하였으며, F1 및 F4 어류시료 채취지점의 경우는 W1 및 W4 수질시료 채취지점에서 삼각망설치가 가능한 지점으로 이동하여 실시하였다. 본 논문에서는 수질시료의 경우 W1 ~ W5로, 패류시료의 경우 S1 ~ S5로, 어류시료의 경우 F1 ~ F5로 표기하여 명명하였다.
- 1c를 참고하였으며, 조력발전소 운전시 만조와 간조에 의한 희석을 고려하여 2회 채수하였다(APHA, 2005; ME, 2015). 패류시료는 각 채취 지점에서 직접 채취하였으며, 어류시료의 경우 삼각망을 설치하고 3일이 경과 후에 회수하여 사용하였다.
대상 데이터
- 2015년 6월에 실시한 샘플링은 시화호 내부의 위치에 따른 중금속 경향성을 확인하기 위해 Fig. 1과 같이 공단유입지천의 시작부분부터 배수갑문까지 시화호 내부를 5등분한 후 수심이 6 m 이상 되는 지점을 수질시료 채취 지점으로 선정하였다. 어패류의 채취 지점은 수질시료 채취 지점을 기준으로 선정하였으며, F1 및 F4 어류시료 채취지점의 경우는 W1 및 W4 수질시료 채취지점에서 삼각망설치가 가능한 지점으로 이동하여 실시하였다.
이론/모형
- 수질시료의 경우 높은 염농도로 인하여 측정이 가능한 염농도까지 희석을 실시하여 측정하였다. 3종의 중금속(Cd, Cu, Pb)의 경우는 전처리 과정에서 ICP-MS의 검출한계 이하로 측정되었기 때문에, 희석과정이 필요없는 MIBK/APDC 추출법을 이용해 원자 흡광 분광 광도계(Perkin Elmer, AAnalyst700-spectrometer, USA)로 분석을 수행하였다(Brooks et al.,1967).
- 수질시료 준비 및 채취는 Standard methods 3030 및 수질환경공정시험법 ES 04130.1c를 참고하였으며, 조력발전소 운전시 만조와 간조에 의한 희석을 고려하여 2회 채수하였다(APHA, 2005; ME, 2015). 패류시료는 각 채취 지점에서 직접 채취하였으며, 어류시료의 경우 삼각망을 설치하고 3일이 경과 후에 회수하여 사용하였다.
성능/효과
- 1) 시화호 수질을 분석한 결과, 해양생태계 보호 단기 기준에서는 2종(Ni, Zn)이, 장기 기준에서는 6종(Cr, Ni, As,Hg, Zn, Cu)의 중금속이 초과하는 것으로 확인되었다. Cu 및 Mn의 경우에는 지천 유입부분에서 가장 높게 나타났으며 조력발전소 부분으로 갈수록 낮아지는 뚜렷한 경향성이 나타나 조력발전소 운전에 의한 오염물질 희석이 진행되고 있는 것을 확인하였다.
- 2) 어류의 경우는 근육에서는 국내 수산물 중금속 기준항목에 존재하는 Pb, Cd 및 Hg은 기준을 초과하지는 않았다. 또한 호수 전체를 돌아다니는 어류의 특성상 지점에 따른 경향성은 보이지 않았다.
- 3) 패류의 경우는 국내 수산물 중금속 기준 항목에 존재하는 Pb, Cd 및 Hg의 기준을 초과하지는 않았다. 그러나 남해안에서 서식하는 패류와 비교하였을 때 6종(Cr, Ni,Zn, Mn, Cu, Cd)의 중금속농도가 높게 나타나 상대적으로 중금속 오염이 진행된 것을 확인하였다.
- 1) 시화호 수질을 분석한 결과, 해양생태계 보호 단기 기준에서는 2종(Ni, Zn)이, 장기 기준에서는 6종(Cr, Ni, As,Hg, Zn, Cu)의 중금속이 초과하는 것으로 확인되었다. Cu 및 Mn의 경우에는 지천 유입부분에서 가장 높게 나타났으며 조력발전소 부분으로 갈수록 낮아지는 뚜렷한 경향성이 나타나 조력발전소 운전에 의한 오염물질 희석이 진행되고 있는 것을 확인하였다. 2010년에 진행된 시화호 내부 수질 분석결과와 비교하였을 때, Mn을 제외한 모든 중금속 항목이 최소 1.
- Cu, Cd 및 Hg의 경우 2010년 조사결과가 검량한계 이하로 측정되어 비교할 수 없었다. 결과들을 종합해 보면 조력발전소가 가동되기 전인 2010년의 중금속 측정결과와 비교하여 상당부분 수질이 개선된 것으로 보여진다.
- , 2010). 결과를 종합해보았을 때, 참소라는 Cd, Cu, Mn 및 Zn가 진주담치는 Mn 및 Ni이 남해안과 비교하여 축적이 심각한 것으로 보여진다.
- 그 결과 Table 4와 같이 점농어의 As 농도가 1,421 μg/kg로 조피볼락과 전어에 비해 최대 2.7배 높게 나타났으며, 조피볼락은 Cr, Pb, Hg 및 Cd가 다른 표본에 비해 최대 7.0배 높게 측정되었다.
- 또한 호수 전체를 돌아다니는 어류의 특성상 지점에 따른 경향성은 보이지 않았다. 그러나 근육과 간의 중금속 농도를 비교해 보았을 때, 중금속별로 차이가 있으나 적게는 1.3배에서 크게는 140.7배까지 높게 나타나 중금속 오염이 상당부분 진행된 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 국내에서 비교적 청정지역으로 알려진 남해안에서 서식하는 어종들과 비교하였을 때, 조피볼락의 경우는 Cr 2.
- 1배까지 낮게 측정되어, 조력발전소 운전 이후 수질향상이 이루어진 것으로 확인되었다. 그러나 시화호와 마찬가지로 방조제로 인해 외해로의 원활한 해수의 유통이 막혀있어 폐쇄적인 지형을 가지고 있는 새만금과 비교해서는 3종의 중금속(Zn, Ni, Hg)의 농도가 높게 검출되었으며, 이는 주변에 위치한 공단에 의한 영향인 것으로 판단되었다.
- 또한 Zn의 경우에는 근육에서 8,564 μg/kg으로 높게 나타났으나 간에서는 34,776 μg/kg이 검출되었으며, 이 외의 다른 중금속들은 Cd 92.3배, Mn 6.1배, Pb 4.4배, Cr 4.1배, As 1.7배, Ni 1.7배, Hg 1.3배의 순서로 나타나 중금속 축적이 상당부분 진행된 것을 확인할 수 있었다.
- 9배로 나타나 공단을 포함한 지역의 비교에서도 중금속 농도가 높은 것으로 나타났다(Kwon, 2004). 또한 시화호와 마찬가지로 방조제로 인해 외해로의 원활한 해수의 유통이 막혀있어 폐쇄적인 지형을 가지고 있는 새만금 수역의 오염정도와 비교하였을 때, 특정 중금속에 대한 오염이 심각한 것으로 나타났다. 측정이 되지 않은 Cr 및 As를 제외한 7종의 중금속들 중 새만금 대비 Cd 및 Pb은 낮은 수준이었으나, Hg(1,057.
- 모든 지점에서 공통으로 포획된 점농어에 대한 중금속 농도를 Table2와 같이 분석한 결과, 국내 수산물 중금속 기준인 Pb, Cd 및 Hg을 살펴보았을 때 근육 조직의 경우는 기준을 초과하지 않는 것으로 나타났다(어류 기준 Pb: 500 μg/kg, Cd:200 μg/kg, Hg: 500 μg/kg).
- 분석결과 간조와 만조 때의 중금속 농도는 유의할만한 수준은 아니였으며, Table 1의 시화호 내부 수질 분석 결과를 해양생태계 보호 단기 기준과 비교하였을 때 Ni와 Zn의 경우 전 지점에서, Hg의 경우에는 W2 지점에서, Cu은 W1 지점에서 단기 기준을 초과하였다.
- 시화호내의 어류의 중금속 축적 정도를 확인하기 위하여 국내연안(포항, 군산, 통영)에서 포획된 어종별 중금속 측정값과 비교를 실시하였다. 분석이 실시된 7종의 중금속의 농도를 비교해본 결과, 조피볼락의 경우는 Cr 2.2배, Ni1.9배, Pb 1.2배, Mn 1.1배, Zn 0.7배, Cu 0.4배 및 Cd 0.4배가 차이가 났다. 전어의 경우는 Mn 153.
- 7배까지 높게 나타나 중금속 오염이 상당부분 진행된 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 국내에서 비교적 청정지역으로 알려진 남해안에서 서식하는 어종들과 비교하였을 때, 조피볼락의 경우는 Cr 2.21배, 전어의 경우는 Mn 153.49배가 높게 검출되어 타지역과 비교하여 중금속 오염이 진행된 것이 확인되었으며, 조피볼락보다 전어가 농도가 높게 검출된 결과를 미루어봤을 때 시화호 바닥의 퇴적물에 높은 농도의 중금속이 축적 되어있을 것으로 예상되었다.
- 수질시료와 패류의 채취지점에 따른 경향성을 종합해보았을 때, 9종의 중금속들 중 3종의 중금속(As, Cu, Zn)은패류에서 공단과 가까운 지점(W1 및 W2)에서 조력발전소 및 배수갑문 지점(W4 및 W5)으로 갈수록 중금속 농도가 낮아지는 경향성을 보였다. 수질시료의 경향성과 일치하는 것으로, 조사시점(2015년) 이전부터 공단에서의 지속적인 오염원의 유입에 의한 장기간 중금속 노출이 진행된 것으로 판단된다.
- 시화호 내부에서 채취된 패류의 시료 채취 결과는 S1 ~ S4 지점에서는 참소라(Batillus cornutus)가, S5의 지점에서는 진주담치(Mytilus edulis)가 채취되었다. Table 5에 나타난 중금속 분석 결과를 국내 수산물 중금속 기준에 대해 비교하였을 때, 기준 항목이 존재하는 Pb, Cd 및 Hg에 대해서 모두 기준을 초과하지 않는 것으로 확인되었다(패류기준 Pb: 2,000 μg/kg, Cd: 2,000 μg/kg, Hg: 500 μg/kg).
- , 2009). 앞선 결과들을 종합해 보았을 때, 국내연안(포항, 군산, 통영)에서 포획된 어종과 비교하여 Cr 및 Mn의 중금속 축적이 상당부분 진행된 것이 확인되었다.
- 어류 시료 채취 결과 모든 지점에서는 점농어(Lateolabrax maculatus)가, F5 지점에서는 조피볼락(Sebastes schlegeli) 및 전어(Konosirus punctatus)가 추가로 포획되었다. 모든 지점에서 공통으로 포획된 점농어에 대한 중금속 농도를 Table2와 같이 분석한 결과, 국내 수산물 중금속 기준인 Pb, Cd 및 Hg을 살펴보았을 때 근육 조직의 경우는 기준을 초과하지 않는 것으로 나타났다(어류 기준 Pb: 500 μg/kg, Cd:200 μg/kg, Hg: 500 μg/kg).
- 0배 높게 측정되었다. 전어의 경우 Mn, Ni, Cu 및 Zn이 다른 표본에 비해 최대 5.4배 높게 나타났는데, 특히 점농어 및 조피볼락의 Mn 농도는 유사하게 나타났으나 전어의 Mn 농도가 약 5.3배 높게 검출되었다. 어종의 특성상 점농어와 조피볼락은 표층 쪽에서 먹이활동을 하지만, 전어의 경우는 호수 바닥의 뻘과 플랑크톤을 같이 섭취하는 관계로 중금속 함유량이 높은 호수 퇴적물의 흡수가 많아 중금속의 농도가 높게 나타난 것으로 판단되었다(NFRD, 2017).
- 점농어의 부위 별 중금속의 농도차이를 비교하였을 때, 모든 중금속에 대해서 근육 조직보다 간 조직에서 높게 나타나는 것으로 확인되었다. 특히 Cu의 경우는 근육에서 평균 332.
- 지점별 중금속 농도의 경향성을 확인해보았을 때, Fig. 2에 나타난 바와 같이 모든 중금속이 인근지역에서 시화호로 유입되는 지천의 시작부분인 W1 및 W2에서 가장 높게 나타났으며, 조력발전소 및 배수갑문이 존재하는 W4 및 W5 지점으로 갈수록 낮아지는 경향이 나타났다. 특히 Mn과 Cu의 경우에는 그 경향성이 뚜렷하였으며, Mn은 W1지점에서 221.
- 지점에 따른 중금속별 경향성을 확인하였을 때 Mn이 F1지점에서 F3 지점으로 갈수록 높아지는 경향을 보였지만 이외의 중금속은 특별한 경향성을 보이지 않았으며, 이유로는 패류와는 달리 호수 전체를 돌아다니는 어류의 특성에 의한 것으로 판단된다.
- 그러나 남해안에서 서식하는 패류와 비교하였을 때 6종(Cr, Ni,Zn, Mn, Cu, Cd)의 중금속농도가 높게 나타나 상대적으로 중금속 오염이 진행된 것을 확인하였다. 특히 Cu 및 Zn의 경우는 타 중금속들에 비해 지천 유입부분에서 특히 높게 검출되었고 조력발전소 부분으로 갈수록 농도가 점차 낮아지는 경향을 고려하였을 때, 유입지천에 의한 오염물질의 영향을 받은 것으로 판단되었다.
- 특히 Mn과 Cu의 경우에는 그 경향성이 뚜렷하였으며, Mn은 W1지점에서 221.55 μg/L인 것에 비해 W5 지점에서 42.3 μg/L로 나타나 5.2배 이상 차이가 나는 것으로 확인되었는데, 이는 Mn에 대한 수질 기준이 존재하지 않아 Mn이 미처리 된 폐수가 인근하천을 통해 유입된 것으로 판단된다.
후속연구
- 조력발전소 운전을 통해 시화호 내부의 수질이 상당부분 향상된 것을 확인할 수 있었으나, 어패류들의 중금속 오염 현황을 종합해보았을 때 지속적인 관리가 필요한 것으로 보인다. 또한 보다 건강한 시화호를 만들기 위해 중금속 뿐만 아니라 기타 수질오염물질들의 관찰을 포함한 다각적인 추가연구가 필요한 것으로 판단된다.
- 조력발전소 운전을 통해 시화호 내부의 수질이 상당부분 향상된 것을 확인할 수 있었으나, 어패류들의 중금속 오염 현황을 종합해보았을 때 지속적인 관리가 필요한 것으로 보인다. 또한 보다 건강한 시화호를 만들기 위해 중금속 뿐만 아니라 기타 수질오염물질들의 관찰을 포함한 다각적인 추가연구가 필요한 것으로 판단된다.
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