산업단지 주변 해역 해저퇴적물 중 중금속 오염도 평가 = Assessment of Heavy Metal Contamination in Surface Marine Sediments around Industrial Complex

국문 초록 (Abstract)

국내 주요 산업활동의 영향권에 위치한 11개 해역(인천, 동해, 보령, 여수·광 양, 삼천포, 평택, 대산, 영광, 울산, 부산, 고리)을 대상으로 총 110개 표층 해저퇴적물 시료를 채취하여, 퇴적물 중 중금속(Cd, As, Li, Pb, Cu, Cr, Zn, Ni, Hg)의 농도 분포 특성, 오염도 수준, 잠재적 생태 위해성 및 산업활동의 영 향 특성을 종합적으로 평가하였다. 시료는 Van Veen grab을 이용하여 표층 0–2 cm 범위에서 채취하였으며, 입도 특성(Gravel–Sand–Mud), 총유기탄소(TOC), 중 금속 농도 분석을 통해 각 해역의 물리·지구화학적 특성을 규명하였다. 오염도 평가는 국내 연안의 지질 및 입도 특성을 고려한 배경농도를 적용하여 오염계수(CF), 농집지수(Igeo), 오염부하지수(PLI)를 산정하였다. 배경농도는 금속별 특성과 선행연구에서 제시된 지역적·전 지구적 자연 배경 수준을 근거 로 설정하였으며, 이를 통해 해역별 중금속 축적 정도를 정량적으로 평가하였 다. 또한 퇴적물 환경기준인 TEL–PEL 기준과의 비교를 통해 중금속에 의한 잠재 적 생태 위해성을 함께 검토하였다. 해양환경기준과의 비교 결과, 동해, 보령, 삼천포, 평택, 대산, 영광 해역은 모든 조사 정점에서 TEL 및 PEL 기준을 충족하여 전반적으로 낮은 위해성 수준 을 보였다. 반면 인천, 여수·광양, 울산, 부산, 고리 해역에서는 Zn, Cd, Pb, Cu, As, Hg 등 일부 중금속 항목에서 TEL 또는 PEL을 초과하는 정점이 확인되었 다. 특히 울산과 부산 해역은 기준을 초과하는 정점이 다수 분포하여, 산업활동 의 영향이 상대적으로 크게 작용한 해역으로 판단되었다. 오염계수 분석 결과에서도 해역별 중금속 축적 특성이 뚜렷하게 나타났다. 인 천, 삼천포, 대산, 영광 해역은 대부분의 금속에서 CF 값이 1 미만으로 산정되 어 자연적 배경 수준 또는 비오염 단계로 평가되었다. 반면 동해, 보령, 여수· 광양, 평택, 고리 해역에서는 Cd와 As가, 일부 해역에서는 Hg가 1보다 큰 CF 값 을 나타내어 일정 수준의 중금속 축적이 확인되었다. 특히 울산 해역은 As, Pb, Zn이, 부산 해역은 Cd, As, Pb, Hg에서 상대적으로 높은 CF 값을 보여 중금속 축적이 두드러진 지역으로 나타났으며, Igeo 및 PLI 결과 또한 이와 유사한 오 염 경향을 보였다. 해역별 산업시설 분포 특성과의 비교 결과, 정유·석유화학 산업단지, 대규모 발전시설, 항만 물류 기능이 집중된 해역일수록 중금속 농도 및 오염지수가 상 대적으로 높게 나타나는 경향을 확인하였다. 반면 산업활동의 영향이 제한적인 해역에서는 중금속 농도가 대체로 배경농도 수준을 유지하였다. 이는 산업시설 및 항만 활동에서 배출되는 중금속이 해저퇴적물 축적에 중요한 영향을 미친다 는 점을 보여준다. 종합적으로 본 연구는 국내 산업활동 영향권 해역의 해저퇴적물을 대상으로 중 금속 농도 분포와 오염도 수준을 체계적으로 제시함으로써, 향후 연안 환경관리 정책 수립, 오염원 관리 및 장기 모니터링 체계 구축을 위한 과학적 기초자료를 제공한다는 점에서 의의를 가진다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to comprehensively evaluate the distribution, contamination levels, potential ecological risks, and industrial influence of heavy metals in surface marine sediments from eleven coastal areas affected by major industrial activities in Korea, including Incheon, Donghae, Boryeong, Yeosu-Gwangyang, Samcheonpo, Pyeongtaek, Daesan, Yeonggwang, Ulsan, Busan, and Gori. A total of 110 surface sediment samples were collected from the upper 0–2 cm layer using a Van Veen grab sampler. Sediment physical and geochemical properties were characterized through analysis of grain size composition(Gravel–Sand–Mud), total organic carbon(TOC) and heavy metal concentration in each study area.
Sediment contamination was assessed using contamination factor (CF), geoaccumulation index (Igeo), and pollution load index (PLI), based on the geological and sedimentological characteristics of Korean coastal environments. Metal-specific background values were applied according to previously established regional or global natural background levels. In addition, potential ecological risks were evaluated by comparing measured concentrations with sediment quality guidelines, including threshold effect level (TEL) and probable effect level (PEL).
The comparison with sediment quality guidelines indicated that sediments from Donghae, Boryeong, Samcheonpo, Pyeongtaek, Daesan, and Yeonggwang generally exhibited low ecological risk, with all sampling stations under both TEL and PEL criteria. In contrast, exceedances of TEL or PEL values for certain metals, including Zn, Cd, Pb, Cu, As, and Hg, were observed at several stations in Incheon, Yeosu-Gwangyang, Ulsan, Busan, and Gori. Notably, Ulsan and Busan showed a relatively high number of stations exceeding guideline values, suggesting a stronger influence of industrial activities in these areas.
The results of CF analysis further revealed distinct spatial patterns of heavy metal accumulation among the study areas. Incheon, Samcheonpo, Daesan, and Yeonggwang generally exhibited CF values below 1 for most metals, indicating background-level conditions or non-contaminated status. Conversely, elevated CF values for Cd and As, and Hg, were observed in Donghae, Boryeong, Yeosu-Gwangyang, Pyeongtaek, and Gori. Particularly, high accumulation levels were identified in Ulsan for As, Pb, and Zn, and in Busan for Cd, As, Pb, and Hg. Similar contamination trends were consistently showed by the Igeo and PLI results.
A comparison with the distribution of industrial facilities indicated that higher metal concentrations and contamination indices were associated with areas characterized by intensive industrial activities, such as petrochemical complexes, large-scale power plants, and major port and logistics hubs. In contrast, areas with relatively limited industrial influence generally exhibited metal concentrations close to background levels.
Overall, this study provides a comprehensive assessment of heavy metal contamination in surface marine sediments from industrially influenced coastal areas of Korea and provide fundamental scientific data that can support coastal environmental management, identification of pollution sources, and the establishment of long-term monitoring strategies.

목차 (Table of Contents)

• 그림 목차Ⅳ
• 표 목차Ⅵ
• 국문 초록Ⅷ
• 1. 서론 1
• 가. 연구대상 항목 2
• 2. 재료 및 방법 4
• 가. 시료채취 및 보관방법 4
• 나. 분석방법 6
• 1) 입도 6
• 2) 총 유기탄소(Total Organic Carbon, TOC) 6
• 3) 중금속(Cd, As, Li, Pb, Cu, Cr, Zn, Ni, Mn, Co) 7
• 4) 중금속(Hg) 7
• 4) 중금속 오염도 평가10
• 가) 오염 계수(CF) 10
• 나) 농집지수(Geo-accumulation index, Igeo) 13
• 다) 오염 부하 지수(Pollution Load Index, PLI) 14
• 라) 해양환경기준15
• 3. 결과17
• 가. 해역별 표층퇴적물의 입도분포17
• 나. 해역별 해저퇴적물 중 총 유기탄소(TOC)의 농도 분포 41
• 다. 해역별 해저퇴적물 중 중금속의 농도 분포42
• 1) 인천 해역 중금속 농도 분포42
• 2) 동해 해역 중금속 농도 분포42
• 3) 보령 해역 중금속 농도 분포42
• 4) 여수광양 해역 중금속 농도 분포43
• 5) 삼천포 해역 중금속 농도 분포43
• 6) 평택 해역 중금속 농도 분포44
• 7) 대산 해역 중금속 농도 분포44
• 8) 영광 해역 중금속 농도 분포44
• 9) 울산 해역 중금속 농도 분포45
• 10) 부산 해역 중금속 농도 분포45
• 11) 고리 해역 중금속 농도 분포45
• 4. 고찰52
• 가. 상관분석52
• 나. 중금속 오염도 평가57
• 1) 해양환경기준 (Sediment quality guidelines, SQGs) 57
• 가) 인천 해역 비교57
• 나) 여수광양 해역 비교57
• 다) 울산 해역 비교57
• 라) 부산 해역 비교57
• 마) 고리 해역 비교58
• 바) 그 외 해역58
• 2) 오염 계수(Contamination factor, CF) 64
• 3) 농집지수(Geo-accumulation index, Igeo) 67
• 4) 오염 부하 지수(Pollution Load Index, PLI) 69
• 5) 해역별 산업활동 특성 및 중금속 오염 영향71
• 가) 인천 해역71
• 나) 동해 해역72
• 다) 보령 해역72
• 라) 여수광양 해역72
• 마) 삼천포 해역73
• 바) 평택 해역73
• 사) 대산 해역73
• 아) 영광 해역74
• 자) 울산 해역74
• 차) 부산 해역75
• 카) 고리 해역75
• 5. 결론77
• 참고문헌 80
• 부록84
• Abstract(영문초록) 85