[논문]강원도 오십천 수계에 분포하는 백색침전물, 적갈색침전물 및 혼합침전물의 중금속 오염, 광물조성 및 분광학적 특성의 비교분석

임정화; 유재형; 신지혜; 고상모

doi:10.9719/eeg.2019.52.1.13

강원도 오십천 수계에 분포하는 백색침전물, 적갈색침전물 및 혼합침전물의 중금속 오염, 광물조성 및 분광학적 특성의 비교분석
Comparative Analysis of Heavy Metal Contamination, Mineral Composition and Spectral Characteristics of White, Reddish Brown and Mixed Precipitates Occurring at Osip Stream Drainage, Gangwondo, South Korea 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.52 no.1, 2019년, pp.13 - 28

임정화 (충남대학교 우주.지질학과) , 유재형 (충남대학교 지질환경과학과) , 신지혜 (충남대학교 우주.지질학과) , 고상모 (한국지질자원연구원 DMR융합연구단)

초록
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본 연구는 강원도 오십천 수계에 형성된 백색, 적갈색 그리고 두 침전물이 혼합된 침전물을 대상으로 침전환경을 파악하고, 중금속 오염도 및 광물학적 분석을 수행하였다. 또한, 분광학적 분석을 통해 수계침전물의 중금속 오염도와 광물조성에 따른 분광특성을 고찰하였다. 백색침전물, 적갈색침전물 및 혼합침전물이 형성된 하천수의 pH 범위는 각각 4.43-6.91, 7.74-7.94와 7.59-7.9로 나타났다. X선 형광분석 결과, 이들 침전물은 니켈, 구리, 아연 및 비소에 대해 오염도가 높은 것으로 확인되었다. 백색침전물은 적갈색침전물 내 알루미늄의 농도에 비해 약 3.3배 높았으며, 적갈색침전물은 백색침전물 내 철의 농도보다 약 15배 부화되었다. X선 회절분석 결과 백색침전물은 알루미노코큠바이트, 깁사이트, 석영, 사포나이트, 일라이트의 광물로 구성되며, 적갈색침전물은 알루미늄 이소프로폭사이드, 고령토, 침철석, 돌로마이트, 엽랍석, 자철석, 석영, 방해석, 홍석류석으로 이루어졌으며, 혼합침전물은 석영, 조장석, 방해석의 광물로 구성된다. 백색침전물은 깁사이트, 사포나이트, 일라이트에 의해, 적갈색침전물은 침철석, 고령토, 엽랍석에 의해, 혼합침전물은 조장석에 의해 분광학적 특성이 발현되는 것으로 판단된다. 중금속 오염도가 높아짐에 따라 분광반사도가 낮아지는 경향을 보였으며, 흡광깊이를 분석한 결과, 백색침전물 및 적갈색침전물에서 검출된 중금속은 각각 사포나이트와 일라이트, 침철석과 자철석에 흡착된 결과로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study analyzed precipitation environment, heavy metal contamination, and mineral composition of white, reddish brown and mixed precipitates occurring at the Osip stream drainage, Gangwondo. Furthermore, spectral characteristics of the precipitates associated with heavy metal contamination and mineral composition was investigated based on spectroscopic analysis. The pH range of the precipitates was 4.43-6.91 for white precipitates, 7.74-7.94 for reddish brown precipitates, and 7.59-7.9 for the mixed precipitates, respectively. XRF analysis revealed that these precipitates were contaminated with Ni, Cu, Zn, and As. The white precipitates showed high Al concentration compared to reddish brown precipitates as much as 3.3 times, and the reddish brown precipitates showed high Fe concentration compared to white precipitates as much as 15 times. XRD analysis identified that the mineral composition of the white participates was aluminocoquimbite, gibbsite, quartz, saponite, and illite, and that of reddish brown precipitates was aluminum isopropoxide, kaolinite, goethite, dolomite, pyrophyllite, magnetite, quartz, calcite, pyrope. The mineral composition of the mixed precipitates was quartz, albite, and calcite. The spectral characteristics of the precipitates was manifested by gibbsite, saponite, illite for white precipitates, goethite, kaolinite, pyrophyllite for reddish brown precipitates, and albite for the mixed precipitates, respectively. The spectral reflectance of the precipitates decreased with increase in heavy metal contamination, and absorption depth of the precipitates indicated that the heavy metal ions were adsorbed to saponite and illite for white precipitates, and goethite and magnetite for reddish brown precipitates.

주제어

표/그림 (19)

그림 Fig. 1. Location map of the study area.
그림 Fig. 2. Flow chart of methods carried out for this study.
그림 Fig. 3. Field photographs of white precipitates(a), reddish brown precipitates(b), the confluence of white precipitate and reddish brown precipitate(c) and mixed precipitates(d) in this study area.
표 Table 1. The pH values of stream water in which white precipitates are distributed
표 Table 2. The pH values of stream water in which reddish brown precipitates(left) and mixed precipitates(right) are distributed
표 Table 3. Sediment pollution evaluation standard for Ni, Cu, Zn and As established by NIER(2015) (unit: ppm)
표 Table 4. Minimum, median, maximum and mean concentrations of Ni, Cu, Zn and As(unit: ppm) for each precipitate
표 Table 5. Minimum, median, maximum and mean concentrations of Ni, Cu and Zn(unit: ppm), and calculated pollution index(PI) for each white precipitate group
표 Table 6. Minimum, median, maximum and mean concentrations of Ni, Cu, Zn and As (unit: ppm), and calculated pollution index(PI) for each reddish brown precipitate group
표 Table 7. Minimum, median, maximum and mean concentrations of Ni, Cu and Zn (unit: ppm), and calculated pollutionindex (PI) for each mixed precipitate group
표 Table 8. Average concentration of stream sediment for Al, Mn and Fe and minimum, median, maximum and mean concentrations for each precipitate(unit: %)
$Fig. 4. X-ray diffraction pattern of white precipitates(a)-(b), mixed precipitate(c) and reddish brown precipitates(d)-(f)collected from the bottom of the stream.$ 그림 Fig. 4. X-ray diffraction pattern of white precipitates(a)-(b), mixed precipitate(c) and reddish brown precipitates(d)-(f)collected from the bottom of the stream.
그림 Fig. 5. The visible-near infrared-shortwave infrared(VNIR-SWIR) reflectance spectra and hull-quotient spectra of white,reddish brown and mixed precipitates.
그림 Fig. 6. The average visible-near infrared-shortwave infrared(VNIR-SWIR) reflectance spectrum of white precipitates and reference spectra of illite, saponite and gibbsite from standard spectral library data(Clark et al., 2007; Baldridge et al., 2009).
그림 Fig. 7. The average visible-near infrared-shortwave infrared(VNIR-SWIR) reflectance spectrum of reddish brown precipitates and reference spectra of kaolinite, pyrophyllite and goethite from standard spectral library data(Clark et al.,2007; Baldridge et al., 2009).
그림 Fig. 8. The average visible-near infrared-shortwave infrared(VNIR-SWIR) reflectance spectrum of mixed precipitates and reference spectra of albite from standard spectral library data(Clark et al., 2007; Baldridge et al., 2009).
그림 Fig. 9. The average visible-near infrared-shortwave infrared(VNIR-SWIR) reflectance and hull-quotient spectra of white precipitate groups.
그림 Fig. 10. The average visible-near infrared-shortwave infrared(VNIR-SWIR) reflectance and hull-quotient spectra of reddish brown precipitate groups.
그림 Fig. 11. The average visible-near infrared-shortwave infrared(VNIR-SWIR) reflectance and hull-quotient spectra of mixed precipitate groups.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 강원도 삼척시에 소재한 대한석탄공사 도계광업소 중앙생산부 인근을 흐르는 오십천 수계에 형성된 백색, 적갈색 및 두 침전물의 혼합침전물을 대상으로 중금속 오염, 광물학적 및 분광학적 분석을 실시하여 이들의 분광특성을 중금속 오염도 및 광물조성과 연계하여 분석하였다. 특히, 본 연구는 백색침전물과 적갈색침전물이 함께 발달된 지역을 대상으로 이들 세 종류의 수계침전물에 대해 분광학적 특성을 분석한 최초의 연구사례이며, 이들 침전물을 비교분석하여 각 침전물에서의 두드러진 특성을 파악하였다. 수계침전물에 관한 분광분석 자료는 추후 원격탐사를 활용한 산성배수 오염탐지에 중요한 자료로 활용될 것으로 사료된다.

제안 방법

또한, 분광학적 분석을 수행하여 이들 침전물의 중금속 오염도와 광물조성에 따른 분광특성을 분석하였다.
수소이온농도는(pH)는 수계침전물 시료를 채취하여 실험실로 운반하여 완충용액(pH=4, 7, 10)으로 보정을 완료한 후 Orion사의 pH 측정기를 사용하여 측정하였다. X선 형광분석을 통해 각 침전물의 중금속 오염도를 파악하였으며. X선 회절분석을 이용해 각 침전물을 구성하는 광물을 동정하였다.
X선 형광분석을 통해 대한석탄공사 도계광업소 중앙생산부 인근 하천 바닥에 분포하는 백색, 적갈색 및 혼합침전물을 대상으로 니켈, 구리, 아연, 비소, 알루미늄, 망간 및 철의 함량을 측정하고 오염도를 평가하였다.
X선 형광분석을 통해 각 침전물의 중금속 오염도를 파악하였으며. X선 회절분석을 이용해 각 침전물을 구성하는 광물을 동정하였다. 휴대용 분광계를 통해 각 침전물의 분광학적 특성을 파악하고, 그 결과를 중금속 오염도와 광물조성과 연계하여 분석하였다(Fig.
각 중금속 원소의 측정값을 높이기 위해 고에너지 및 저에너지의 별도 2개의 X선을 이용해 각 60초 동안 진행하였다(Desouza et al., 2017).
각 침전물을 오염도 지수와 시료의 수를 기반으로, 백색침전물은 3개의 그룹인 Group A, A’, A’’으로, 적갈색침전물은 2개의 그룹인 Group B, B’ 그리고 혼합침전물 역시 2개의 그룹인 Group C, C’으로 구분하였다(Table 5, 6 and 7).
채취된 수계침전물을 폴리에틸렌 봉투에 담아 실험실로 운반하여 분석 전까지 냉장고에 보관하였다. 건조기를 이용하여 시료를 건조한 후 막자사발을 사용해 시료를 분말화하였다. 분쇄된 시료는 150 μm의 체를 이용하여 150 μm 이하의 분말을 분리하여 분석용으로 이용하였다.
더불어 니켈, 구리, 아연 및 비소에 대한 오염도를 평가하기 위해 하천 퇴적물 오염평가 기준의 II등급을 각 원소의 허용한계치로 이용하여 오염도 지수(Pollution Index, PI)를 계산하였다(수식(1), Kim et al., 2006; Lim et al., 2017; Lim et al., 2018).
백색, 적갈색 및 혼합침전물에 대하여 전체 시료의 평균 함량이 하천 퇴적물 오염평가 기준의 II등급 이상에 해당하는 중금속 원소를 기반으로 오염도 지수를 계산하였다.
백색, 적갈색 및 혼합침전물의 광물을 동정하기 위해 한국지질자원연구원의 Rigaku사 Ultima IV를 사용하여 X선 회절분석을 수행하였다. 분석조건은 X선의 관접압과 관전류는 각각 40 kV, 30 mA로 지정하였으며, Cu-Ka파장(λ=1.
백화현상과 적화현상이 발생되는 침전환경을 파악하기 위하여 수소이온농도(pH)를 측정하였다. 측정은 수계침전물을 채취한 후 실험실로 운반 후 실시하였고, Orion사의 Thermo Scientific Orion Star A211 pH Benchtop Meter를 사용하였다.
본 연구는 강원도 삼척시 도계읍에 소재한 대한석탄공사 도계광업소 중앙생산부 인근 하천수계에 생성된 백색, 적갈색 그리고 두 침전물이 혼합된 침전물을 대상으로 수소이온농도를 측정하여 각 침전물의 침전환경을 파악하고, X선 형광분석법과 X선 회절분석법을 통해 중금속 오염도 및 광물학적 분석을 실시하였다. 또한, 분광학적 분석을 수행하여 이들 침전물의 중금속 오염도와 광물조성에 따른 분광특성을 분석하였다.
본 연구는 강원도 삼척시에 소재한 대한석탄공사 도계광업소 중앙생산부 인근을 흐르는 오십천 수계에 형성된 백색, 적갈색 및 두 침전물의 혼합침전물을 대상으로 중금속 오염, 광물학적 및 분광학적 분석을 실시하여 이들의 분광특성을 중금속 오염도 및 광물조성과 연계하여 분석하였다. 특히, 본 연구는 백색침전물과 적갈색침전물이 함께 발달된 지역을 대상으로 이들 세 종류의 수계침전물에 대해 분광학적 특성을 분석한 최초의 연구사례이며, 이들 침전물을 비교분석하여 각 침전물에서의 두드러진 특성을 파악하였다.
본 연구는 대한석탄공사 도계광업소 중앙생산부 인근 하천인 오십천에 형성된 백색침전물, 적갈색침전물 및 혼합침전물의 화학적, 광물학적 및 분광학적 분석을 실시하였다. 수소이온농도는(pH)는 수계침전물 시료를 채취하여 실험실로 운반하여 완충용액(pH=4, 7, 10)으로 보정을 완료한 후 Orion사의 pH 측정기를 사용하여 측정하였다.
본 연구지역에 분포하는 수계침전물의 중금속 오염도에 따른 반사도를 분석하였다. 전체적인 반사도는 백색침전물에서 Group A’’ < Group A’ < Group A 순으로 높아지며, 적갈색침전물에서 Group B’ < Group B 순으로 높아진다(Fig.
본 연구지역에 형성된 수계침전물의 반사도를 가시광선, 근적외선, 단파적외선 대역으로 구분하여 분석하였다. 세 종류의 수계침전물 모두 가시광선 대역에서 반사도가 증가하나, 적외선 대역으로 파장이 길어짐에 따라 반사도가 서서히 감소하는 경향을 보인다.
분석조건은 X선의 관접압과 관전류는 각각 40 kV, 30 mA로 지정하였으며, Cu-Ka파장(λ=1.5406)을 사용하여 회절각(2θ) 3-90° 범위를 0.02° 간격, 20°/분의 속도로 측정하였다.
분쇄된 시료는 150 μm의 체를 이용하여 150 μm 이하의 분말을 분리하여 분석용으로 이용하였다.
본 연구는 대한석탄공사 도계광업소 중앙생산부 인근 하천인 오십천에 형성된 백색침전물, 적갈색침전물 및 혼합침전물의 화학적, 광물학적 및 분광학적 분석을 실시하였다. 수소이온농도는(pH)는 수계침전물 시료를 채취하여 실험실로 운반하여 완충용액(pH=4, 7, 10)으로 보정을 완료한 후 Orion사의 pH 측정기를 사용하여 측정하였다. X선 형광분석을 통해 각 침전물의 중금속 오염도를 파악하였으며.
알루미늄, 망간, 철은 하천 퇴적물 오염평가 기준에 해당하지 않아 저질토 내 평균농도와 비교하여 부화도를 평가하였다(Bowen, 1979).
측정은 수계침전물을 채취한 후 실험실로 운반 후 실시하였고, Orion사의 Thermo Scientific Orion Star A211 pH Benchtop Meter를 사용하였다.
휴대용 분광계를 통해 각 침전물의 분광학적 특성을 파악하고, 그 결과를 중금속 오염도와 광물조성과 연계하여 분석하였다(Fig. 2).

대상 데이터

본 연구는 백화현상과 적화현상이 함께 발생한 강원도 삼척시 도계읍 흥전리에 소재하는 대한석탄공사 도계광업소 중앙생산부 인근의 하천인 오십천을 연구지역으로 선정하였으며, 지리좌표 상 북위 37° 13’ 08”, 동경 129° 1’ 38”에 위치한다(Fig. 1).
본 연구를 위해 백화현상과 적화현상이 극명하게 발생한 도계광업소 인근 오십천 수계에서 백색, 적갈색 및 혼합침전물을 대상으로(Fig. 3), 플라스틱 모종삽을 사용하여 유기물질과 부유물을 제거한 후 백색침전물은 총 43지점, 적갈색침전물은 10지점 그리고 혼합침전물은 11지점에서 시료를 채취하였다.
본 연구에서는 수계침전물의 분광학적 특성을 파악하기 위해 ASD사(Analytical spectral Devices, Inc., USA)의 Labspec 5100 휴대용 분광계를 사용하였다. 해당 기기는 350-2,500 nm 파장대역에 대해 3-6 nm의 분광해상도를 갖는 반사도 스펙트럼을 제공한다.
본 연구는 수계침전물 내 중금속의 오염도를 파악하기 위해 Olympus사의 DELTA Professional PXRF를 사용하였다. 본 장치는 40kV의 Ta-Au X선 튜브로부터 X선이 방출되어 분석이 진행되며, 165 eV 이하의 해상도를 보이는 실리콘표류검출기(Silicon Drift Detector, SDD)를 보유한다. 수계침전물의 정량분석에 앞서, 316 합금 비드를 이용하여 기기를 보정하였다(Weindorf et al.
분석은 약 2cm의 구경을 통해 측정되며, X선의 에너지 손실을 줄이기 위해 침전물시료와 기기를 밀착하여 니켈, 구리, 아연, 비소, 알루미늄, 망간 및 철을 대상으로 하였다.
1). 연구지역의 상류에는 석탄광산인 대한석탄공사 도계광업소 중앙생산부와 폐수처리장이 위치한다. 수계의 분포는 도계광업소로부터 북동쪽으로 흐르는 수계, 도계광업소의 남쪽으로부터 북쪽으로 흐르는 수계, 폐수처리장의 북쪽으로부터 동남쪽으로 흐르는 수계 등 총 3개의 수계가 존재하며, 이 중 2개의 수계에서 수계오염이 발생하였다 (Fig.

데이터처리

분석결과는 취득된 회절곡선을 통해 Crystallographica Search Match 소프트웨어를 사용하여 해석하였다.
, 2014). 더불어, 시료의 균질성을 높이기 위해 한 시료에서 5회 측정한 반사도 값들의 산술평균값을 사용하였다.
, 2017). 분석값의 신뢰도 향상을 위해 각 시료에 대하여 3회 측정한 값들의 산술평균값을 이용하였다. 더불어 니켈, 구리, 아연 및 비소에 대한 오염도를 평가하기 위해 하천 퇴적물 오염평가 기준의 II등급을 각 원소의 허용한계치로 이용하여 오염도 지수(Pollution Index, PI)를 계산하였다(수식(1), Kim et al.
획득된 분광곡선정보는 ‘The Spectral Geologist 7.5(TSG 7.5)’와 ‘ENVI 4.8’ 소프트웨어를 활용하여, ‘United Stated Geological Survey(USGS)’ 분광라이브러리(Clark et al., 2007)와 ‘Jet Propulsion Laboratory(JPL)’ ‘Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflectance Radiometer(ASTER)’ 분광라이브러리(Baldridge et al., 2009)가 제공하는 표준분광정보와 비교분석하였다.

이론/모형

2. Flow chart of methods carried out for this study.
X선 형광분석을 통해 대한석탄공사 도계광업소 중앙생산부 인근 하천 바닥에 분포하는 백색, 적갈색 및 혼합침전물을 대상으로 니켈, 구리, 아연, 비소, 알루미늄, 망간 및 철의 함량을 측정하고 오염도를 평가하였다. 니켈, 구리, 아연 및 비소는 국립환경과학원 예규 제 687호 하천 퇴적물 오염평가 기준을 기반으로 평가하였다(Table 3). 알루미늄, 망간, 철은 하천 퇴적물 오염평가 기준에 해당하지 않아 저질토 내 평균농도와 비교하여 부화도를 평가하였다(Bowen, 1979).
, 2009)가 제공하는 표준분광정보와 비교분석하였다. 또한, 더 효율적인 분광분석을 수행하기 위해 반사도 분광곡선에 대해 분광학적 전처리 방법인 헐쿼시언트(hull-quotient) 보정법을 활용하였다. 이 방법은 노이즈를 감소시키고 반사도 곡선 내 발생하는 흡광특징을 극대화시켜 흡광특성의 깊이와 위치 등을 파악하기에 유용하다(Kokaly and Clark, 1999; Shi et al.
본 연구는 수계침전물 내 중금속의 오염도를 파악하기 위해 Olympus사의 DELTA Professional PXRF를 사용하였다. 본 장치는 40kV의 Ta-Au X선 튜브로부터 X선이 방출되어 분석이 진행되며, 165 eV 이하의 해상도를 보이는 실리콘표류검출기(Silicon Drift Detector, SDD)를 보유한다.
분석은 X선 형광분석으로 측정한 시료의 동일한 위치를 대상으로 시료의 표면에 바로 촬영하는 ‘light-probe’ 방식으로 이루어졌다(Jeong et al., 2014).

성능/효과

X선 형광분석을 실시한 결과 백색침전물, 적갈색침전물 및 혼합침전물 내 니켈의 평균 함량은 각각 62.1 ppm, 180.9 ppm, 233.9 ppm이었으며, 구리의 평균 함량은 각각 119.5 ppm, 56.3 ppm, 97.7 ppm으로 나타났다.
6%를 보여, 주로 철 수산화/산화물로 구성된 적갈색침전물은 백색침전물 내 철의 농도보다 약 15배 높게 검출되었다. X선 회절분석을 수행한 결과 백색침전물은 알루미노코큠바이트, 깁사이트, 석영, 사포나이트, 일라이트의 광물로 이루어져 있으며, 적갈색침전물은 알루미늄 이소프로폭사이드, 고령토, 침철석, 돌로마이트, 엽랍석, 자철석, 석영, 방해석, 홍석류석으로 구성되며, 혼합침전물은 석영, 조장석, 방해석의 광물로 이루어져 있었다. 수계침전물에 대해 분광분석을 수행한 결과, 670 nm, 950 nm, 1,430 nm, 1,935 nm, 2,200 nm에서 흡광 특성이 나타났고, 해당 대역의 흡광깊이는 각 침전물 마다 상이하여 950 nm에서의 흡광깊이는 적갈색침전물에서 가장 깊었으며, 2,200 nm에서의 흡광깊이는 백색침전물에서 가장 깊게 나타났다.
가시광선 대역에서의 반사도는 적갈색침전물 < 혼합침전물 < 백색침전물 순으로 높아지며, 근적외선 대역에서는 혼합침전물의 반사도가 가장 낮았으며, 단파적외선 대역에서는 적갈색침전물의 반사도가 가장 높았다(Fig. 5).
도계광업소 인근하천에 분포하는 백색침전물은 기존에 보고된 백색침전물에 비해 철은 약 1.4배, 니켈은 1.3–2.3배, 구리는 1.2–3.5배 그리고 아연은 3–5.6배정도 더 높았다.
따라서 본 연구지역에 발생한 수계침전물의 분광학적 특성은 백색침전물은 알루미늄 수산화광물인 깁사이트, 점토광물인 사포나이트와 일라이트에 의해, 적갈색침전물은 철 산화광물인 침철석, 점토광물인 고령토와 엽랍석에 의해, 혼합침전물은 조장석에 의해 발현되는 것으로 사료된다(Fig. 6-8).
수계침전물의 중금속 오염도에 따른 반사도를 분석한 결과, 백색침전물과 적갈색침전물 내 중금속 오염도가 증가함에 따라 전체적인 반사도가 낮아진다. 또한, 수계침전물의 중금속 오염도에 따른 흡광깊이를 분석한 결과, 알루미늄이 주 오염원인 백색침전물의 경우 2,200 nm에서의 흡광깊이가 중금속 오염도가 증가함에 따라 감소하므로 백색침전물 내 중금속은 사포나이트와 일라이트에 의해 흡착되었다고 판단된다. 적갈색침전물과 혼합침전물에서는 950 nm에서의 흡광깊이가 중금속 오염도가 증가함에 따라 감소하므로 적갈색침전물 내 중금속은 침철석과 자철석에 흡착된 결과로 판단된다.
또한, 적갈색침전물 내 오염도를 기존의 적갈색침전물과 비교한 결과, 알루미늄은 6.1–26.6배, 망간은 17.3–35.3배, 철은 0.3–0.5배, 니켈은 0.7–4.6배, 구리는0.13–0.6배, 아연은 0.5배 그리고 비소는 10.3배 높게 검출되었다.
백색, 적갈색 및 혼합침전물의 침전환경을 수소이온농도 측정을 통해 파악한 결과, 일부의 적갈색 및 혼합침전물은 시료의 양이 충분하지 못하여 측정이 불가능하였다. 백색침전물이 형성된 하천수의 pH 범위는 4.
7 ppm으로 나타났다. 백색침전물, 적갈색침전물 및 혼합침전물 내 아연의 평균 함량은 각각 525.2 ppm, 1,136.3 ppm, 2,832.7 ppm이었으며, 비소의 평균 함량은 각각 11.4ppm, 40 ppm, 8.4 ppm으로 확인되었다. 하천 퇴적물오염평가 기준과 비교한 결과, 이들 침전물은 니켈, 구리, 아연 및 비소에 대해 낮게는 1등급, 높게는 3등급에 해당하여 본 연구지역은 백화 및 적화현상으로 인한 중금속 오염이 심각한 수준이라고 판단된다.
하천 퇴적물오염평가 기준과 비교한 결과, 이들 침전물은 니켈, 구리, 아연 및 비소에 대해 낮게는 1등급, 높게는 3등급에 해당하여 본 연구지역은 백화 및 적화현상으로 인한 중금속 오염이 심각한 수준이라고 판단된다. 백색침전물, 적갈색침전물 및 혼합침전물 내 알루미늄의 평균 농도는 각각 20.9%, 6.4%, 12.9%로, 주로 알루미늄 수산화/황화물로 이루어진 백색침전물은 적갈색침전물 내 알루미늄의 농도에 비해 약 3.3배 높은 것으로 확인되었다. 백색침전물, 적갈색침전물 및 혼합침전물 내 철의 평균 농도는 각각 0.
백색침전물, 적갈색침전물 및 혼합침전물 내 철의 평균 농도는 각각 0.9%, 13.2%, 2.6%를 보여, 주로 철 수산화/산화물로 구성된 적갈색침전물은 백색침전물 내 철의 농도보다 약 15배 높게 검출되었다.
백색침전물이 형성된 하천수의 pH 범위는 4.43-6.91이었으며, 적갈색침전물과 혼합침전물이 생성된 하천수의 pH 범위는 각각 7.74-7.94와 7.59-7.9로 나타났다(Table 1 and 2).
, 2008). 본 연구지역에 형성된 수계침전물의 경우 백색침전물에서 점토광물인 사포나이트와 일라이트가 확인되었고, 적갈색침전물의 경우 철산화광물인 침철석과 자철석 그리고 점토광물인 고령토와 엽랍석이 검출되었고, 혼합침전물에서는 이러한 광물이 확인되지 않았다. 따라서, 본 연구지역에 생성된 백색 및 적갈색침전물에서 검출된 중금속은 이들 광물에 흡착되어 나타난 결과로 예상된다.
본 연구지역에서 발견된 백색 및 적갈색침전물의 광물조성과 기존의 연구에서 확인된 광물을 비교한 결과(Park et al., 2002; Kim and Kim, 2003; Kang et al., 2007; Lim et al., 2017; Lim et al., 2018), 백색침전물에서 공통적으로 확인된 광물은 알루미노코큠바이트, 깁사이트, 석영 및 일라이트이었으며, 사포나이트가 기존연구에 보고되지 않은 광물이며, 기존에 보고되었으나 본 연구지역에서 검출되지 않은 광물은 알루미늄 황산염 광물인 하이드로배사알루미나이트(hydrobasaluminite)이다.
본 연구지역에서 발생한 백색침전물과 적갈색침전물의 오염원의 오염도를 기존의 연구와 비교한 결과(Herbert, 1996; Lee et al., 1999; Kim, 2015; Lim et al., 2017), 백색침전물의 경우, 기존 연구에서 비소의 함량은 보고된 바 없으며, 알루미늄과 망간은 기존의 백색침전물과 비슷한 농도를 보였다.
6배정도 더 높았다. 비교 가능한 모든 원소에서 기존의 연구에 비해 높게 검출된 점을 미루어 볼 때, 도계광업소 근처에 분포한 하천은 백화현상으로 인한 중금속 오염이 매우 상당한 수준으로 환경에 대해 유해한 요소가 많을 것으로 판단된다. 또한, 적갈색침전물 내 오염도를 기존의 적갈색침전물과 비교한 결과, 알루미늄은 6.
본 연구지역에 형성된 수계침전물의 반사도를 가시광선, 근적외선, 단파적외선 대역으로 구분하여 분석하였다. 세 종류의 수계침전물 모두 가시광선 대역에서 반사도가 증가하나, 적외선 대역으로 파장이 길어짐에 따라 반사도가 서서히 감소하는 경향을 보인다. 가시광선 대역에서의 반사도는 적갈색침전물 < 혼합침전물 < 백색침전물 순으로 높아지며, 근적외선 대역에서는 혼합침전물의 반사도가 가장 낮았으며, 단파적외선 대역에서는 적갈색침전물의 반사도가 가장 높았다(Fig.
수계침전물 내 망간의 전체 시료의 평균 농도는 백색침전물에서 0.0%, 적갈색침전물에서는 0.5%, 혼합침전물에서 0.2%를 보여, 적갈색침전물과 혼합침전물에서 저질토 내 평균 농도를 초과하였다(Table 8). 이들은 각각 저질토 내 평균 망간 농도(0.
수계침전물 내 비소의 전체 시료의 평균 함량은 백색침전물에서 11.4 ppm, 적갈색침전물에서 36 ppm 그리고 혼합침전물에서는 8.4 ppm을 보이므로(Table 4), 적갈색침전물의 경우에만 비소의 오염 단계가 II등급에 해당하였다(Table 3 and 4). 수계침전물 내 검출된 전체시료의 비소 평균함량의 경우, 혼합침전물 < 백색침전물 < 적갈색침전물 순으로 높아진다(Table 4).
수계침전물 내 알루미늄의 모든 시료의 평균 농도는 백색침전물에서 20.9%, 적갈색침전물에서는 6.4%, 혼합침전물에서 12.9%를 보여, 백색침전물과 혼합침전물에서 저질토 내 평균 농도를 초과하였다(Table 8).
X선 회절분석을 수행한 결과 백색침전물은 알루미노코큠바이트, 깁사이트, 석영, 사포나이트, 일라이트의 광물로 이루어져 있으며, 적갈색침전물은 알루미늄 이소프로폭사이드, 고령토, 침철석, 돌로마이트, 엽랍석, 자철석, 석영, 방해석, 홍석류석으로 구성되며, 혼합침전물은 석영, 조장석, 방해석의 광물로 이루어져 있었다. 수계침전물에 대해 분광분석을 수행한 결과, 670 nm, 950 nm, 1,430 nm, 1,935 nm, 2,200 nm에서 흡광 특성이 나타났고, 해당 대역의 흡광깊이는 각 침전물 마다 상이하여 950 nm에서의 흡광깊이는 적갈색침전물에서 가장 깊었으며, 2,200 nm에서의 흡광깊이는 백색침전물에서 가장 깊게 나타났다. 수계침전물의 분광특성과 X선 회절분석에서 검출된 광물을 연계분석한 결과, 백색침전물은 깁사이트, 사포나이트와 일라이트에 의해, 적갈색침전물은 침철석, 고령토와 엽랍석에 의해, 혼합침전물은 조장석에 의해 분광학적 특성이 나타나는 것으로 사료된다.
수계침전물의 분광특성과 X선 회절분석에서 검출된 광물을 연계분석한 결과, 백색침전물은 깁사이트, 사포나이트와 일라이트에 의해, 적갈색침전물은 침철석, 고령토와 엽랍석에 의해, 혼합침전물은 조장석에 의해 분광학적 특성이 나타나는 것으로 사료된다.
수계침전물의 분광특성과 X선 회절분석에서 검출된 광물을 연계분석한 결과, 백색침전물은 깁사이트, 사포나이트와 일라이트에 의해, 적갈색침전물은 침철석, 고령토와 엽랍석에 의해, 혼합침전물은 조장석에 의해 분광학적 특성이 나타나는 것으로 사료된다. 수계침전물의 중금속 오염도에 따른 반사도를 분석한 결과, 백색침전물과 적갈색침전물 내 중금속 오염도가 증가함에 따라 전체적인 반사도가 낮아진다. 또한, 수계침전물의 중금속 오염도에 따른 흡광깊이를 분석한 결과, 알루미늄이 주 오염원인 백색침전물의 경우 2,200 nm에서의 흡광깊이가 중금속 오염도가 증가함에 따라 감소하므로 백색침전물 내 중금속은 사포나이트와 일라이트에 의해 흡착되었다고 판단된다.
수계침전물의 흡광깊이를 흡광특성이 발현된 대역을 기반으로 분석한 결과, 첫 번째 흡광특성이 나타난 670 nm에서의 흡광깊이는 적갈색침전물 < 백색침전물 < 혼합침전물 순으로 깊어지며, 두 번째 흡광특성이 발생한 950 nm에서는 백색침전물 < 혼합침전물 < 적갈색침전물 순으로 높아지며, 단파적외선 대역에서 발생한 세 곳에서의 흡광깊이는 적갈색침전물 < 혼합침전물 < 백색침전물 순으로 깊어진다(Fig. 5).
6%를 보인다. 적갈색침전물에서만 저질토 내 평균 농도를 초과하였으며(Table 8), 저질토 내 평균 철 농도(4.1%) 대비 약 3.2배 부화되었다. 주로 철수산화/산화물로 이루어진 적갈색침전물은 백색침전물에 비해 철의 농도가 약 15배 부화되었다.
전체적인 반사도는 백색침전물에서 Group A’’ < Group A’ < Group A 순으로 높아지며, 적갈색침전물에서 Group B’ < Group B 순으로 높아진다(Fig. 9 and 10).
4 ppm으로 확인되었다. 하천 퇴적물오염평가 기준과 비교한 결과, 이들 침전물은 니켈, 구리, 아연 및 비소에 대해 낮게는 1등급, 높게는 3등급에 해당하여 본 연구지역은 백화 및 적화현상으로 인한 중금속 오염이 심각한 수준이라고 판단된다. 백색침전물, 적갈색침전물 및 혼합침전물 내 알루미늄의 평균 농도는 각각 20.

후속연구

따라서 본 연구지역은 백화현상 및 적화현상으로 인한 중금속 오염이 명백히 발생하여 중장기적으로 공공수역 및 배출시설 관리가 필요할 것으로 사료된다.
특히, 본 연구는 백색침전물과 적갈색침전물이 함께 발달된 지역을 대상으로 이들 세 종류의 수계침전물에 대해 분광학적 특성을 분석한 최초의 연구사례이며, 이들 침전물을 비교분석하여 각 침전물에서의 두드러진 특성을 파악하였다. 수계침전물에 관한 분광분석 자료는 추후 원격탐사를 활용한 산성배수 오염탐지에 중요한 자료로 활용될 것으로 사료된다.
적갈색침전물의 경우 X선 회절분석에서 검출된 침철석과 자철석에 흡착된 결과로 판단된다. 하지만, 혼합침전물에서는 철 산화광물이 확인되지 않았으므로 혼합침전물에서 검출된 중금속의 경우 보다 많은 시료를 대상으로 추가적인 분석이 이루어져야 할 것으로 사료된다.
11). 혼합침전물에서의 이러한 분광학적 경향성에 대한 면밀한 조사를 위해서는 보다 많은 시료와 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	광업활동으로 인한 수계침전물로 인해 발생하는 현상에는 어떤 것들이 있는가?	광산으로부터 배출된 산성광산배수는 인근 하천의 수소이온농도(pH)를 낮추며 중금속 원소의 이동성을 증가시켜 다양한 환경문제를 야기한다(Kim, 2015). 하천수의 pH는 하류부로 갈수록 다른 지류와 합류되어 희석됨에 따라 상승하게 되고, 황갈색, 백색 및 적갈색의 침전물이 하천 바닥에 생성되어 이들은 각각 황화현상, 백화현상 및 적화현상으로 불린다(Lim et al., 2017; Lim et al.
	분광분석이란 무엇인가?	분광분석은 가시근적외선(VNIR)-단파적외선(SWIR) 파장대역을 대상으로 광물을 이루는 분자구조, 광물의 결정도 및 색, 원소의 종류 등에 따라 나타나는 고유의 분광패턴 및 흡광특성을 파악하는 분석법이다(Shin et al., 2016).
	석탄광산의 광업활동으로 발생하는 문제점은 무엇인가?	석탄광산의 광업활동에 따른 석탄 폐석더미는 강수나 지하수에 의해 유독성 중금속 원소들이 용출되어 광산 주변 토양과 하천을 오염시켜 동식물과 인간에게까지 악영향을 미칠 수 있다(Park et al., 2001).

저자의 다른 논문 :

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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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