[논문]폐금속광산 주변 오염 농경지에서 비소의 안정화 효율 평가

한수호; 정명채; 김정욱; 윤경욱; 민선기; 박소연; 심기태

doi:10.7857/jsge.2021.26.1.008

폐금속광산 주변 오염 농경지에서 비소의 안정화 효율 평가
Evaluation of Stabilization of Arsenic in Contaminated Soil Taken from Farmland Near Abandoned Metal Mine 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.26 no.1, 2021년, pp.8 - 16

한수호 (세종대학교 지구자원시스템공학과) , 정명채 (세종대학교 지구자원시스템공학과) , 김정욱 (세종대학교 지구자원시스템공학과) , 윤경욱 (세종대학교 지구자원시스템공학과) , 민선기 (세종대학교 지구자원시스템공학과) , 박소연 (국립환경과학원 화학물질연구과) , 심기태 (국립환경과학원 화학물질연구과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study has evaluated the stabilization of As contaminated paddy and cultivated soils by pot experiments for rice and lettuce. Various ratios of limestone (L) and steel slag (S) were mixed with the soils in each pot. The soils were taken from before and after pot experiments, and analyzed for As extracted by sequentially (Wenzel method) and totally (aqua regia method).. Paddy soils amended with L (0.5%) and L (1.0%) + S (1.0%) showed increasing fraction 2 (specifically bound As) compared with control soil. Arsenic concentrations in rice grain grown on the amended soils decreased 14% and 12% compared with those on the control soil, respectively. According to sequential extraction of As in cultivated soils, the fractions 1~3 were decreased due to stabilization of As by the soil amendment, especially for S (1.0%), S (3.0%) and L (1.0%) + S (1.0%). In addition, relatively low As concentrations were found in lettuce grown on amended soils with L (0.5%) and L (1.0%) + S (1.0%). Therefore, it can be suggested that soil amendments with L (0.5%) or L (1.0%) + S (1.0%) were suitable for enhancing stabilization of As in the study area.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Soil texture of study area (A:Cultivated soil, B: Paddy soil).
그림 Fig. 2. Lab-scale study (A: Paddy field, B: Cultivated field).
표 Table 1. Chemical properies of amendments used in this experiment
표 Table 2. Sequential extraction procedure for As (Wenzel, 2001)
표 Table 3. pH variation of As in paddy soil before and after experiment
그림 Fig. 3. Partitioning of sequentially extracted As concentrations in the paddy soil (Before and after the experiment).
표 Table 4. Concentration of As in paddy soil before and after experiment
그림 Fig. 4. Concentration of sequentially extracted Arsenic concentration in the paddy soil (Before and after the experiment).
표 Table 5. Concentration of arsenic in rice grain after experiment
표 Table 6. pH variation of As in cultivated soil before and after experiment
표 Table 7. Concentration of As in cultivated soil before and after experiment
그림 Fig. 5. Partitioning of sequentially extracted arsenic concentration in the cultivated soil (Before and after experiment).
표 Table 8. Concentration of arsenic in lettuce (After experiment)
그림 Fig. 6. Concentration of sequentially extracted arsenic concentration in the cultivated soil (Before and after experiment).

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 이 연구에서는 실내 POT실험을 통해 폐금속광산 주변 As오염 토양을 토지 용도별(전, 답) 안정화제 혼합 비율에 따른 As 존재형태 변화와 실험 전·후 농도 변화 및 재배 작물에 대한 오염 특성을 평가하였다
또한, 이러한 결과를 활용하여 안정화제를 활용한 토양개량·복원공법 적용 시 토지 용도별 적절한 안정화 효율평가 방안에 대해 고찰하였다.

제안 방법

M 광산 주변 As오염 농경지(전, 답) 토양을 대상으로 석회석 및 제강슬래그 등의 안정화제 처리 후 As의 전 함량 농도, 존재형태 변화 양상 및 재배 작물 내 As 함량의 변화를 평가하였다. 이러한 평가를 통해 폐금속광산 As 오염지역에 대한 안정화제를 활용한 토양개량·복원공법 적용 시 토양 용도별 적절한 안정화 효율평가 방안에 대해 고민하였다.
M 광산 주변 답(畓, Paddy field) 토양은 미국 농무성법에 의한 토성 분석결과 식토(clay)에 해당되는 것으로 평가되었고, 이 토양을 대상으로 실내에서 64일 동안 벼를 대상으로 POT실험을 수행하였다. 전함량 분석 결과, 실험 전·후의 As 농도가 큰 차이를 보이지 않아 안정화공법 효율을 평가하기에는 한계가 있었다.
1). 이러한 전과 답의 특징을 고려하여 폐금속광산 주변 As오염 농경지(전과 답) 토양을 대상으로 적절한 안정화제 선정 및 안정화 적용에 따른 작물(상추 및 벼) 영향을 실내 POT실험 및 As 연속추출 등을 통해 평가하고자 하였다. 또한, 토지 용도별 적절한 안정화 효율 평가를 위하여 전함량분석 결과, 연속추출 결과 및 농작물 내 As함량 등을 비교·평가 하였다.
전(田, Field) 토양은 미국 농무성법에 의한 토성 분석 결과 사양토(sandy loam)에 해당되는 것으로 평가되었고, 이 토양을 대상으로 실내에서 60일 동안 상추를 대상으로 POT실험을 수행하였다. 전함량 분석결과, 실험 후 As의 농도가 감소하는 것으로 평가되었고, 무처리와 비교하여 제강슬래그(S) 및 혼합(L+S) 처리구에서 As의 함량이 낮은 것으로 평가되었다.

대상 데이터

c에 준하여 채취하였다. 답(논) 토양의 시료채취는 현장에서 벼를 재배중인 농경지를 대상으로 토양과 벼를 동시에 채취하였다. 특히, 벼의 뿌리가 성장을 위해 안정적으로 정착된 지점을 대상으로 벼의 뿌리와 줄기가 다치지 않고 성장에 영향이 미치지 않도록 충분한양을 채취하였다.
본 연구에서는 M 광산 주변 농경지 중 답(논) 및 전 (밭) 토양에서 각각 1지점을 선정하여 토양오염공정 시험기준의 ES 07130.c에 준하여 채취하였다. 답(논) 토양의 시료채취는 현장에서 벼를 재배중인 농경지를 대상으로 토양과 벼를 동시에 채취하였다.

데이터처리

또한, 토지 용도별 적절한 안정화 효율 평가를 위하여 전함량분석 결과, 연속추출 결과 및 농작물 내 As함량 등을 비교·평가 하였다.

성능/효과

연속추출결과, 전 토양 내 As는 주로 비결정질 Fe-Al 산화물 결합 형태로 존재하는 Fraction 3(48~62%)의 비율이 높은 것으로 평가되었다. POT실험 결과, 무처리 대조군과 비교시 안정화제 처리구 중 S1.0%와 S3.0% 및 L1.0%+S1.0%에서 안정화 효율이 있는 것으로 확인되었다. 실험 후 상추의 As함량을 측정한 결과, 무처리와 비교하여 L3.
답 토양에 대한 실험 전 As의 연속추출 결과들을 종합해 보면 Fraction 1의 형태가 1~2%의 분포 비율을 보이고 있으며, Fraction 2의 경우 21~25%, Fraction 3의 경우 11~17% Fraction 4 및 5의 형태는 16~18% 및 43~ 47%를 보이고 있어 결정구조 내에 강하게 결합되어 있는 Fraction 5(residual As)의 비율이 가장 높은 것으로 평가되었다(Fig. 3).
0%에서 약 12%의 감소효율이 있는 것으로 평가되었다. 따라서 M 광산 주변 답 토양에 대한 안정화공법 적용 시 L1.0% 미만 및 L1.0%+S1.0%를 적용하는 것이 적절할 것으로 판단된다. 다만, 토양과 벼의 시료채취 시점이 벼의 영양생장 시기 중반부에 위치하고 있어 모종 또는 생육초기부터 실험을 수행할 경우 벼의 As 흡수량 및 이에 따른 토양 내 As의 함량 등에 차이가 발생 될 수 있을 것으로 판단되며, 현장 적용 시 이에 따른 영향을 검토해야한다.
0%에서 각각 32% 및 25%의 안정화 효율이 있는 것으로 평가되었다. 따라서 M 광산 주변 전과 답 토양에 대한 안정화공법 적용 시 식물의 생육 등을 고려하여 석회석 0.5%(또는 석회석 1%와 제강슬래그 1% 혼합)를 적용하는 것이 적절할 것으로 판단된다.
연속추출결과, 답 토양 내 As는 주로 결정구조 내에 강하게 결합되어있는 Fraction 5(43~47%)의 형태로 존재하고 있는 것으로 평가되었다. 석회석(L) 및 제강슬래그(S)를 활용한 POT실험 결과, 무처리 대조군에서 Fraction 1과 Fraction 2의 As 농도 변화를 관찰할 수 있었으며, 이와 비교하여 안정화제 처리구 중 L0.5%와 L1.0%+S1.0%에서 안정화효율이 있는 것으로 확인되었다. 실험 후 벼의 As함량을 측정한 결과, 무처리와 비교하여 L0.
0%에서 안정화효율이 있는 것으로 확인되었다. 실험 후 벼의 As함량을 측정한 결과, 무처리와 비교하여 L0.5%에서 약 14%의감소효율이 있는 것으로 평가되었고, L3.0% 및 L1.0%+ S1.0%에서 약 12%의 감소효율이 있는 것으로 평가되었다. 따라서 M 광산 주변 답 토양에 대한 안정화공법 적용 시 L1.
0%에서 안정화 효율이 있는 것으로 확인되었다. 실험 후 상추의 As함량을 측정한 결과, 무처리와 비교하여 L3.0%에서 21%의 감소효율이 있는 것으로 평가되었고, L0.5%+S1.0% 및 L1.0%+ S1.0%에서 각각 32% 및 25%의 안정화 효율이 있는 것으로 평가되었다. 따라서 M 광산 주변 전과 답 토양에 대한 안정화공법 적용 시 식물의 생육 등을 고려하여 석회석 0.
전함량 분석 결과, 실험 전·후의 As 농도가 큰 차이를 보이지 않아 안정화공법 효율을 평가하기에는 한계가 있었다. 연속추출결과, 답 토양 내 As는 주로 결정구조 내에 강하게 결합되어있는 Fraction 5(43~47%)의 형태로 존재하고 있는 것으로 평가되었다. 석회석(L) 및 제강슬래그(S)를 활용한 POT실험 결과, 무처리 대조군에서 Fraction 1과 Fraction 2의 As 농도 변화를 관찰할 수 있었으며, 이와 비교하여 안정화제 처리구 중 L0.
전함량 분석결과, 실험 후 As의 농도가 감소하는 것으로 평가되었고, 무처리와 비교하여 제강슬래그(S) 및 혼합(L+S) 처리구에서 As의 함량이 낮은 것으로 평가되었다. 연속추출결과, 전 토양 내 As는 주로 비결정질 Fe-Al 산화물 결합 형태로 존재하는 Fraction 3(48~62%)의 비율이 높은 것으로 평가되었다. POT실험 결과, 무처리 대조군과 비교시 안정화제 처리구 중 S1.
이러한 평가를 통해 폐금속광산 As 오염지역에 대한 안정화제를 활용한 토양개량·복원공법 적용 시 토양 용도별 적절한 안정화 효율평가 방안에 대해 고민하였다.
전(田, Field) 토양은 미국 농무성법에 의한 토성 분석 결과 사양토(sandy loam)에 해당되는 것으로 평가되었고, 이 토양을 대상으로 실내에서 60일 동안 상추를 대상으로 POT실험을 수행하였다. 전함량 분석결과, 실험 후 As의 농도가 감소하는 것으로 평가되었고, 무처리와 비교하여 제강슬래그(S) 및 혼합(L+S) 처리구에서 As의 함량이 낮은 것으로 평가되었다. 연속추출결과, 전 토양 내 As는 주로 비결정질 Fe-Al 산화물 결합 형태로 존재하는 Fraction 3(48~62%)의 비율이 높은 것으로 평가되었다.

후속연구

0%를 적용하는 것이 적절할 것으로 판단된다. 다만, 토양과 벼의 시료채취 시점이 벼의 영양생장 시기 중반부에 위치하고 있어 모종 또는 생육초기부터 실험을 수행할 경우 벼의 As 흡수량 및 이에 따른 토양 내 As의 함량 등에 차이가 발생 될 수 있을 것으로 판단되며, 현장 적용 시 이에 따른 영향을 검토해야한다.
전함량 분석 결과, 실험 전·후의 As 농도가 큰 차이를 보이지 않아 안정화공법 효율을 평가하기에는 한계가 있었다

참고문헌 (19)

Derakhshan-Nejad, Z., Kim, J.W., and Jung, M.C., 2017, Reclamation of arsenic contaminated soils around mining site using solidification/stabilization combined with revegetation, Geosci. J, 21(3), 385-396.

상세보기
Jung, M.C., 1994, Sequential extraction of heavy metals in soils and a case study, Econ. Eviron. Geol, 27(5), 469-477.
Jung, M.C., 1996, Cadmium, Cu, Pb and Zn contamination of stream sediments and waters in a stream around the Dalsung Cu-W mine, Korea, Econ. Environ. Geol, 29(3), 305-313.
Jung, M.C. and Chon, H.T., 1998, Seasonal variation of heavy metal contents and environmental contamination in paddy fields around the Sambo Pb-Zn mine, Korea, J. Korean Soc. Miner. Energy Resour. Eng, 35(1), 19-29.
Jeon, J.W., Bae, B.H., and Kim, Y.H., 2010, Application test of various stabilizers for heavy metals contaminated soil from smelter area, J. Korean Geo-Environmental Society, 11(11), 63-75.
Jun, K.S. and Oh, S.E., 2002, Chemical fixation of heavy metal in contaminated soil from abandoned mine land, J. Korean Soicety of Civil Engineers, 22(1), 67-80.
Korea Mine Reclamation corporation (MIRECO), 2018, 2017 Statistical yearbook, Wonju, Korea, 5-6.
Koh, I.H., Lee, S.H., Lee, W.S., and Chang, Y.Y., 2013, Assessment on the transition of arsenic and heavy metal from soil to plant according to stabilization process using limestone and steelmaking slag, J. Soil & Groundwater Env, 18(7), 63-72.

원문보기 상세보기
Koh, I.H., Kim, E.Y., Kwon, Y.S., Ji, W.H., Joo, W.H., Kim, J.H., Shin, B.S., and Chang, Y.Y., 2015, Partitioning of heavy metals between rice plant and limestone-stabilized paddy soil contaminated with heavy metals, J. Soil & Groundwater Env, 20(4), 90-103.

원문보기 상세보기
Korea Resource Corporation (KORES), www.kores.or.kr [accessed 2020. 02. 26].
Korea Institute of Geoscience and mineral resources (KIGAM), www.kigam.re.kr [accessed 2020. 02. 26].
Ministry of Environment (MoE), 1997, '97 Survey on soil contamination from abandoned metal mines, GOVP1200716876, Sejong, Korea.
Ministry of Environment (MoE), 2006, Survey on soil contamination from abandoned metal mines, Comprehensive report, Sejong, Korea.
Ministry of Environment (MoE), 2019, 2019 Whit paper of environment, 11-1480000-000586-01, Sejong, Korea.
Ministry of Environment (MoE), 2018, Korea standard methods for soil analysis.
MFDS (Ministry of Food and Drug Safety), 2011, Methods of heavy metal for food process, Chungcheongbuk-do.
Song, H.C., Song, D.S., Cho, D.W., Park, S.W., Choi, S.H., Jeon, B.H., Lee, J.H., and Park, J.H., 2009, Stabilization of heavy metals using Ca-Citrate-Phosphate solution: Effect of soil microorganisms, J. of KSEE, 31(4), 241-248.
Ure, A.M., 1995, Methods of analysis for heavy metals in soils, Alloway, B,J, Heavy Metals in Soils, Blackie and Son, Glasgow, 58-102.
Wenzel, W.W., Kirchbaumer, N., Prohaska, T., Stingeder, G., Lombi, E., and Adriano, D.C., 2001 Arsenic fractionation in soils using an improved sequential extraction procedure, Analytica Chimica Acta, 436(2), 309-323.

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증