주암댐 집수유역 내 하상퇴적물의 중금속 오염현황 및 거동 특성

염승준Seung-Jun Youm 1 *이평구,Pyeong-Koo Lee 1 강민주,Min-Ju Kang 1,신성천Seong-Cheon Shin 1 and 유연희Youn-Hee Yu 2 대한자원환경지질학회 2004 자원환경지질 Vol.37 No.3

전라남도 보성강에 축조된 주암댐의 집수유역 내 하상퇴적물을 대상으로 중금속의 오염현황과 거동 특성을 알아보았다. 주암댐의 집수유역에는 많은 폐금속 및 탄광이 위치하고 있어 주암댐 호저퇴적물에 잠재적인 오염원으로 작용할 수 있다. 집수유역 내 하상퇴적물의 중금속 함량(Cr, Cu, Ni, Pb, Zn)은 매우 낮기 때문에 주암댐의 호저퇴적물에 영향을 줄 것으로 판단되지 않는다. 하지만 폐금속광산지역 내 하상퇴적물의 Pb 함량은 하류로 갈수록 증가하는 경향을 보여, Pb의 오염 확산이 우려된다. 폐금속광산의 환경을 고려한 강산성 조건의 용출실험결과, 하상퇴적물의 용출비로부터 결정된 중금속의 상대적 이동도는 Pb>Zn=Cu>Ni>Cr으로서, Pb이 주암댐 호저퇴적물에 영향을 미치는 원소가 될 수 있음을 지시해준다. 한편 댐으로 유입한 퇴적물이 호저에 놓이게 되면(즉, 환원환경), Pb의 이동도가 비교적 높게 나타나 물-퇴적물 경계에서 Pb의 수중으로 재용출될 수 있다 We investigated the contamination and behavior of heavy metals in stream sediments within the watershed of Juam Reservoir. Many abandoned mines within the reservoir can act as a potential contaminant source for water quality. Heavy metal concentrations (Cr, Cu, Ni, Pb and Zn) in stream sediments from watershed are very low, indicating that content of heavy metals in the sediments probably do not affect the water quality in Juam Reservoir. However Pb concentration in the stream sediments increases downward streams, suggesting the possible diffusion of Pb contamination. According to the leaching ratio for stream sediments at a strong acidic condition in the abandoned mine areas, the relative mobility for metals decreases in the order of Pb>Zn=Cu>Ni>Cr, indicating that Pb can have a bad effect upon the water quality in Jum Reservoir. Moreover, if contaminated sediment is placed in the bottom of reservoir (i.e., reducing condition), the relative mobility of Pb is the highest, indicating that Pb in the bottom sediments can be leached to water at interface between water and sediment with changing in physicochemical conditions.

염화칼슘과 소금이 도로변 퇴적물의 중금속 용출에 미치는 영향

이평구,유연희,윤성택,Lee Pyeong koo,Yu Youn hee,Yun Sung taek 한국지하수토양환경학회 2004 지하수토양환경 Vol.9 No.4

제설제를 살포하는 것은 도시지역에서 자동차가 겨울철에 운행하는 동안 안전한 운전을 가능하게 한다. 하지만 많은 양의 제설제 (염화칼슘과 소금)를 사용하는 것은 심각한 환경문제를 발생시키고 도로변 퇴적물에 함유된 중금속의 거동을 변화시키게 되며, 결과적으로 염소이온과의 착이온형성에 기인된 중금속의 이동성을 증가시키게 될 것이다. 제설제의 농도가 중금속 (카드뮴, 아연, 구리, 납, 비소, 니켈, 크롬, 코발트, 망간 및 철)의 용출특성과 이동성에 미치는 영향을 연구하기 위하여, 서울시 주요 도로변에서 채취한 퇴적물을 대상으로 제설제의 농도 (0.01-5.0M)를 변화시켜 용출실험을 수행하였다. 연구결과, 도로변 퇴적물에 함유된 아연, 구리 및 망간은 쉽게 용해되어 이동되는 반면, 크롬과 코발트는 도로변 퇴적물에 강하게 고정되어 있음을 관찰하였다. 이번 용출실험에서 검출된 아연 (최대 $118.6{\mu}g/g$). 구리 (최대 $44.9{\mu}g/g$) 및 망간 (최대 $42.2{\mu}g/g$)의 함량은 상대적으로 높은 함량이었다. 제설제는 흡착 (또는 침전)된 금속과 용해된 금속 사이의 분배를 감소시키며, 이는 제설제가 용해된 눈 녹은 물에 용존 중금속 함량을 증가시키게 되어 결과적으로 지표수의 수질을 악화시키게 된다. 또한, 도로에 제설제를 살포하는 것에 의해 중금속이 지하수까지 침투되어 지하수를 오염시키게 될 것이다. Deicer operations provide traffic safety during winter driving conditions in urban areas. Using large quantities of de-icing chemicals (i.e., $CaCl_2$ and NaCl) can cause serious environmental problems and may change behaviors of heavy metals in roadside sediments, resulting in an increase in mobilization of heavy metals due to complexation of heavy metals with chloride ions. To examine effect of de-icing salt concentration on the leaching behaviors and mobility of heavy metals (cadmium, zinc, copper, lead, arsenic, nickel, chromium, cobalt, manganese, and iron), leaching experiments were conducted on roadside sediments collected from Seoul city using de-icing salt solutions having various concentrations (0.01-5.0M). Results indicate that zinc, copper, and manganese in roadside sediments were easily mobilized, whereas chromium and cobalt remain strongly fixed. The zinc, copper and manganese concentrations measured in the leaching experiments were relatively high. De-icing salts can cause a decrease in partitioning between adsorbed (or precipitated) and dissolved metals, resulting in an increase in concentrations of dissolved metals in salt laden snowmelt. As a result, run-off water quality can be degraded. The de-icing salt applied on the road surface also lead to infiltration and contamination of heavy metal to groundwater.

용출액의 pH 변화가 토양내 중금속 용출에 미치는 영향과 그에 따른 국내 토양 오염 공정시험방법의 문제점

오창환(Chang Whan Oh),유연희(Youn Hee Yu),이평구(Pyeong Koo Lee),이영엽(Young Up Lee) 대한자원환경지질학회 2003 자원환경지질 Vol.36 No.3

전주시 하천 퇴적물시료, 호남고속도로 주변의 토양과 퇴적물 시료, 광산주변 광미 및 토양시료를 대상으로 토양오염 공정시험방법상의 용출법, 0.1N 유지용출법, Tessier et at.(1979)의 연속추출방법을 적용하여 중금속을 추출하고 그 결과를 비교하였다. 공정시험방법상의 용출법 사용시 산에 대한 완충능력이 있는 시료는 용출액의 pH 1(0.1N HCl)이 유지되지 못했고 용출액의 pH가 최고 8.0까지 증가하였다. 또한, 토양오염 공정시험방법상의 용출법 사용시 중금속 추출량(HPE)/0.1N 유지용출법 사용시 중금속 추출량(HPEM) 값의 평균치와 범위는 Cd의 경우 0.479와 0.145-0.929, Zn의 경우 0.534와 0.078-0.928, Mn의 경우 0.432와 0.041-0.992, Cu의 경우 0.359와 0.011-0.874, Cr의 경우 0.150과 0.018-0.530, Pb의 경우 0.219와 0.003-0.853 그록 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. HPE, HPEM과 연속추출법 비교시 Zn, Cd, Mn의 경우 추출량은 대체적으로 연속추출 3단계까지의 합≥0.1N 유지용출법>연속추출 2단계까지의 합≥용출법 순이었으며, Cr과 Fe의 경우 연속추출 3단계까지 합>>0.1N 유지용출법>용출법 순이었으며 연속추출 2단계 까지 합은 Cr의 경우 0.1N 유지용출법의 추출량보다 낮았고 용출법의 추출량보다 높았다. Cu의 경우 연속추출 4단계까지의 합≥0.1N 유지용출법>3단계까지의 합=용출법으로 나타났다. 0.1N 유지위해 첨가된 염산의 양이 증가할수록, 즉 시료내의 산에 대한 완충능력이 증가할수록 HPE/HPEM 값이 감소하며, 완충능력이 큰 시료의 경우 모든 원소에서 HPE/HPEM이 0.2보다 낮다. 완충능력이 낮은 시료의 경우 Zn, Cd, Mn, Cu는 연속추출 1, 2단계의 합과 연속추출 3단계의 중금속 추출함량간의 차이가 적고, 다른 원소에 비해서 상대적인 유동도가 높기 때문에 HPe/HPEM이 대체적으로 0.2보다 높으며 0.6이상의 값을 갖는 시료가 많다. 그러나, Fe, Cr의 경우는 상대적으로 Zn, Cd, Mn, Cu에 비해 유동도가 낮고, 연속추출 3단계의 함량이 1+2단계의 한량과 차이가 커 완충능력이 낮은 시료의 HPE/HPEM 값도 전반적으로 0.2보다 낮다. 이러한 연구결과는 국내 토양오염 공정시험방법상의 전처리 방법인 용출법이 장래에 장기적으로 산성비와 같은 환경피해에 노출되어 토양의 완충능력이 감소하거나 상실될 수 있는 지역의 오염평가에 적합치 않을 가능성을 제시한다. Heavy metals are extracted from Chonju stream sediment, roadside soils and sediments along Honam express-way, soils and tailings from mining area using three different methods (partial extraction in Standard Method, par-tial extraction method with maintaining 0.1 N of extraction solution and Sequential Extraction Method). In samples having buffer capacity against acid, pH 1 (0.1 N HCl) of extraction solution can not be maintained and pH of extraction solution increases up to 8.0 when partial extraction in Standard Method is used. The averages and ranges of HPE(heavy metals extracted using partial extraction in Standard Method)/HPEM(heavy metals extracted using partial extraction method with maintaining 0.1 N of extraction solution) values are 0.479 and 0.145_0.929 for Cd, 0.534 and 0.078_0.928 for Zn, 0.432 and 0.041_0.992 for Mn, 0.359 and 0.011_0.874 for Cu, 0.150 and 0.018_0.530 for Cr, 0.219 and 0.003_0.853 for Pb, and 0.088 and 1.73×10-5_0.303 for Fe. These data indicate that the difference between HPE and HPEM is large in the order of Fe, Cr, Pb, Cu, Mn, Cd and Zn. The amounts of heavy metals extracted decreases in the follow order; Sum III (sum of fraction I, II, III in sequential extrac-tion)>HPEM>Sum III (sum of fraction I and II)>HPE for Zn, Cd and Mn and Sum III>HPEM>HPE for Cr and Fe. In the case Cr, Sum II is lower than HPEM and higher than HPE. In case of Cu, extracted heavy metals is large in the order Sum IV>HPEM>Sum III@HPE. HPE/HPEM value decreases with increasing the amount of HCl used for maintaining 0.1 N of extraction solution. For samples with high buffer capacity, HPE/HPEM value in all elements is lower than 0.2. On the other hand, for samples with low buffer capacity, HPE/HPEM value are over 0.2 and many samples have values higher than 0.6 for Zn, Cd Mn and Cu due to the small difference between Sum II and Sum III, and relatively higher mobility. However, for Fe and Cr, HPE/HPEM value is below 0.2 even for samples with low buffer capacity due to their low mobility and big difference between Sum II and Sum III. This study indi-cates that the partial extraction method in Korean Standard Method of soil is not suitable for an assessment of soil contamination in area where buffer capacity of soil can be decreased or lost because of a long term exposure to environmental damage such as acidic rain.