[논문]용출액의 pH 변화가 토양내 중금속 용출에 미치는 영향과 그에 따른 국내 토양오염 공정시험방법의 문제점

오창환; 유연희; 이평구; 이영엽

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오창환 (전북대학교 지구환경과학과) , 유연희 (전북대학교 지구환경과학) , 이평구 (한국지질자원연구원 환경지질) , 이영엽 (전북대학교 지구환경과학과)

국내의 토양오염 공정시험방법에서는 Zn, Ni 추출시 산분해법에 가까운 방법을 사용하는 반면, Cd, Cu, Pb, $Cr^{6+}$ 추출시 0.1N HCl용액으로 산처리하여 1시간을 진탕한 후 이를 필터로 여과하여 분석용액을 추출하는 용출법을 사용하고 있다(환경부, 2001). 시료내에는 완충 물질이 존재하기 때문에 용출법 사용시 초기 pH 인 1(0.1N HCl)이 유지되지 않아 완충능력이 높은 토양의 경우 현재 국내 공정법상의 용출법이 중금속 오염정도를 추정하는데 적절치 않을 수 있다. (중략)

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문제 정의

1N을 유지하지 못하는 경우 토양으로부터의 중금속 추출량에 어느 정도의 변화가 일어나는지에 대한 자세한 연구는 실행되지 못한 실정이다. 본 연구에서는 다양한 중금속 성분을 갖을 것으로 예상되는 전주시 하천 퇴적물시료, 호남 고속도로 주변의 토양과 퇴적물 시료, 광상주변 광미 및 토양시료를 대상으로 하여, 토양오 염 기준치에 포함된 Cu, Pb, Cd 뿐만 아니라, 대상원소 외에 Fe, Mn, Zn, Cr에 대해서도 토양오염 공정시험법상의 용출법(0.1N HC₁)으로 처리시 1시간 진탕 후 pH가 어느 정도 증가하며 그 결과는 시료내의 중금속 추출량에 어떠한 영향을 미치는가를 연구하였다.

제안 방법

호남고속도로변 토양시료 일부에 대해 Tessier et al.(1979)이 제시한 연속추출을 실시하였고 연속추출 2단계까지 중금속 추출량의 합과 연속추출 3단계, 4단계까지 중금속 추출량의 합을 토양오염공정시험방법상의 용출법 그리고 0.1N 유지용출법 사용시의 중금속 추출량과 비교해 보았다(Fig. 1).
본 연구에서는 각 시료내의 중금속을 추출하기 위해 용출법, O.1N 유지용출법 그리고 연속추출방법의 세 가지 전처리 방법을 이용하였다. 용출법은 토양오염 공정시험방법에 따라
수행되었으며(환경부, 2001), 0.1N 유지용출법은 0.1N HC₁ 로 용출한 후 측정한 pH 값이 1.1 이상인 시료에 대해서 시료 10g과 0.1N HC₁ 50ml를 혼합 후 magnetic bar로 시료를 회전 시켜 진탕을 대신하였고, 30℃를 유지하면서 지속적으로 pH 변화를 측정하였다. 진탕동안 시료와 용출시약간의 반응으로 인해 변화하는 0.
용출법으로 추출가능한 중금속 함량은 시료의 완충능력에 따른 영향을 많이 받기 때문에 시료가 장시간 지속적인 유해환경에 노출되어 완충능력을 상실했을 경우에는 그 이후의 중 금속에 대한 오염가능성을 측정 . 평가할 수 없다.
연속 추출방법은 오염된 토양과 퇴적물내 중금속의 존재형태 규명을 위해 실시하였으며 Tesseir et al(1979)가 제시한 방법을 실시하였다. 전처리한 시료내의 Cr, Cu, Mn, Zn, Cd, Pb, Fe 원소를 ICP-AES(SPECTRO社)를 이용하여 측정하였다.
1N HC₁ 50ml를 혼합 후 magnetic bar로 시료를 회전 시켜 진탕을 대신하였고, 30℃를 유지하면서 지속적으로 pH 변화를 측정하였다. 진탕동안 시료와 용출시약간의 반응으로 인해 변화하는 0.1N (pH=1.0) 의 산도를 유지해주기 위해서 약 3N과 6N HC₁ 을 적정시약으로 사용하였으며, 첨가된 적정시약의 양을 기록하였다. 연속 추출방법은 오염된 토양과 퇴적물내 중금속의 존재형태 규명을 위해 실시하였으며 Tesseir et al(1979)가 제시한 방법을 실시하였다.

이론/모형

0) 의 산도를 유지해주기 위해서 약 3N과 6N HC₁ 을 적정시약으로 사용하였으며, 첨가된 적정시약의 양을 기록하였다. 연속 추출방법은 오염된 토양과 퇴적물내 중금속의 존재형태 규명을 위해 실시하였으며 Tesseir et al(1979)가 제시한 방법을 실시하였다. 전처리한 시료내의 Cr, Cu, Mn, Zn, Cd, Pb, Fe 원소를 ICP-AES(SPECTRO社)를 이용하여 측정하였다.

성능/효과

그리고 공정법상의 용출법 사용시 추출 량은 3단계의 합보다 크기도 하고 적기도 하다. 0.1N 유지위해 첨가된 질산의 양이 증가할수록, 즉 시료내의 산에 대한 완충능력이 증가할수록 HPE/HPEM 값이 감소하며, 감소율은 Pb, Cu>Mn, Zn, Cd » Cr, Fe의 순으로 나타났다. 첨가된 질산의 양이 첨가된 질산의 양이 4㎖이상인 시료 즉, 완충능력이 큰 시료의 경우 모든 원소에서 HPE/HPEM이 0.
Cr과 Fe의 경우 추출되는 함량이 연속추출 3단계까지 합>>0.1N 유지용출》용출 순이었으며 연속추출 1+2단계는 Cr의 경우 0.1N 유지용출의 추출량보다 낮았고 용출의 추출량보다 높았으며 Fe의 경우 1+2단계가 용출시 추출량과는 특별한 관계를 보여주지는 않았지만 0.1N 유지용출시의 추출량보다 낮았다. Zn, Cd, Mn의 경우 추출량은 대체적으로 3단계까지의 합2 0.
0까지 증가하였다. 각 전처리 방법별 결과는 Zn, Cd, Mn의 경우 추출량은 대체적으로 3단계까지의 합Z 0.1N 유지용출>2단계 2용출 순이었으며, Cr과 Fe의 경우 연속추출 3단계까지 합>>0.1N 유지용출>용출 순이었 으며 연속추출 2단계까지 합은 Cr의 경우 0.1N 유지용출의 추출량보다 낮았고 용출의 추 출량보다 높았다. Cu의 경우 0.
각 전처리법에 따라 추출된 중금속량간의 비교한 결과 토양오염 공정시험방법상의 용출법 사용시 중금속 추출량(HPE)/0.1N 유지용출법 사용시 중금속 추출량(HPEM) 값의 평균치와 범위는 Cd의 경우 0.479과 0.145 - 0.929, Zn의 경우 0.534와 0.078 - 0.928, Mn의 경우 0.432과 0.041 ~0.992, Cu의 경우 0.359와 0.011-0.874, Cr의 경우 0.150과 0.018~0.530, Pb의 경우 0.221과 0.003 - 0.853, 그리고 Fe의 경우 0.088과 1.73×10^-5~0.303이다. 이는 두 전처리 방법에 의해 추출된 중금속량의 차이가 Fe>Cr>Pb>Cu>Mn>Cd>Zn 순임을 지시한다.

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