국내 토양 중금속 오염도 산정 및 평가

강민우(Min Woo Kang),오세진(Se Jin Oh),이종철(Jong Cheol Lee),이훈호(Hun Ho Lee),이림지(Linzhi Li),신동환(Dong Hwan Shin),이상수(Sang Soo Lee) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계

국중금속에 의한 토양오염은 광산, 산업시설, 화력발전소 등 다양한 오염원에서 배출되는 중금속이 토양과 물을 오염시키고 중금속이 지속적으로 축적될 수 있다. 중금속과 같은 무기성 오염물질은 높은 이동성으로 인해 생태계에 악영향을 끼친다. 본 연구에서는 토양 중금속의 농도를 오염요인과 지반축적지수를 기준으로 전국 전 지역에 걸쳐 평가하였다. 중금속 8종(Cd, Cu, As, Hg, Pb, Cr6+, Zn 및 Ni)과 불소의 농도는 국가통계포털(KOSIS)에서 제공되는 데이터를 사용하였고, 추가로 발표된 연구논문들을 중금속 6종(Cd, Cu, As, Hg, Pb 및 Cr6+) 통해 수집되었다. 수집된 중금속 오염 농도는 토양환경보전법 1지역 기준에 따라 오염도를 평가하였다. 평가를 바탕으로 지리정보시스템(GIS) 을 이용하여 토양 내 중금속 분포를 시각화하였다. 국가통계포털 중금속 및 불소 농도에 따르면 중금속 8종 모두 1지역 기준을 초과한 지역이 없는 반면, R6 지역의 불소 농도가 419.5 mg/kg으로 1지역토양오염 우려기준(400 mg/kg)을 초과하였다. 이 외 지역의 경우 0.0~350.8 mg/kg로 기준치 아래로분석됐다. 선행연구 논문을 통해 수집된 330지점의 중금속 6종 평균농도를 분석한 결과 카드뮴 3지점, 구리 2지점, 비소 5지점, 납 5지접, 6가크롬 5지점에서 토양오염우려기준치를 초과하였다. 분석결과를 바탕으로 농도 및 분포 시각화를 위해 토양오염지도를 작성하였다. 기준치를 초과한 일부 지점은 산업단지, 폐광산 및 군사시설 등 주변에 위치해 타 지점들보다 상대적으로 높은 수준으로 분석되었다. 따라서 중금속 오염원 및 오염 취약 지역 중금속 농도 현황 파악을 위해 지속적인 모니터링과 평가가 필요하다.

해바라기 재배를 통한 식물정화방법에 따른 토양 중금속 분획 및 미생물 군집의 변화

박종찬 ( Jong Chan Park ),김초원 ( Cho Won Kim ),강보민 ( Bo Min Kang ),이은진 ( Eun Jin Lee ),김동욱 ( Dong Wook Kim ),한광현 ( Gwang Hyun Han ) 한국환경농학회 2013 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2013 No.-

Phytoremediation 은 토양 오염 복원에 있어 최근 중장기적인 토양관리와 정화비용 등의 문제로 주목받고 있다. Phytoremediation 은 생물체를 이용한 정화방법이기 때문에 토양 미생물, 식물체에 의한 토양 중금속 분획 및 미생물 군집 변화에 대한 이해가 필요하다. 이에 본 연구는 해바라기를 이용한 식물재배정화법에 있어 토양 중금속 분획 및 미생물 군집변화에 대하여 조사하였다. 토양 중금속 분획은 중금속 전 함량, 가용성 중금속, 이동성 중금속에 대해 조사하였다. 먼저 중금속 전 함량은 토양오염공정시험법에 준하여 실시하였고, 가용성 중금속함량은 0.1 M HCl, 이동성 중금속 함량은 0.01 M CaCl2 로 추출하였다. 토양 미생물 군집을 분석하기 위해서 PLFA 방법을 이용하였 고, Q-PCR 을 통해서 박테리아 군집크기를 분석하였다. 조사 결과, 해바라기 식재 전 토양의 중금 속 전 함량은 Cd, Cu, Pb, Zn, Ni 각각 3.7 mg kg-1, 70.3 mg kg-1, 14.6 mg kg-1, 133.4 mg kg-1, 6.0 mg kg-1 이었고, 토양 중 중금속은 대부분 안정한 형태로 존재 하였다. 해바라기 재배 후에는 각 원소에 대하여 식재 전 중금속 전 함량에 비해 가용성 중금속 함량은 2-40%, 이동성 중금속 함 량은 0.1-2% 수준으로 분포하였다. 해바라기가 생장하는 동안 전반적으로 가용성 중금속함량은 증 가하는 것을 확인할 수 있었고, 비료를 시비하지 않았을 경우보다 시비하였을 때 토양 미생물 생 체량이 증가하는 경향을 보였다. 또한 시비수준을 증가시키면 가용성 중금속함량은 감소하는 경향을 보였다. 이는 해바라기가 생장하면서 근권이 발달할 뿐만 아니라 식물 생장 증가에 의해 식물 체나 미생물들이 안전성 중금속을 가용성 중금속의 형태로 전환한 것으로 여겨진다. 식재간격에 따른 경향은 해바라기 생장 활성이 높았던 시기에 토양 미생물 생체량이 식재간격이 좁아질수록 감소하는 경향을 보였다. 토양미생물(박테리아)군집 크기의 경우 시비수준이 증가할수록 증가하였 고, 식재간격이 좁아질수록 박테리아군집크기 또한 작아지는 경향이 있었다. 토양미생물상 특성의 경우 시비수준 및 식재간격에 따라 유의한 변화는 없었으나, 미생물군집 구성 비율이 가장 큰 박 테리아(>50%)가 중금속 흡수에 대부분 관여하는 것으로 사료되었다.

시비수준 및 식재간격에 따른 해바라기의 토양 중 중금속 제거 효과

박종찬 ( Jong Chan Park ),김초원 ( Cho Won Kim ),강보민 ( Bo Min Kang ),이은진 ( Eun Jin Lee ),김동욱 ( Dong Wook Kim ),한광현 ( Gwang Hyun Han ) 한국환경농학회 2013 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2013 No.-

중금속의 식물재배정화법은 일반적으로 토양 내 존재하는 중금속을 식물체 내로 흡수, 이동시키 고 그 식물을 오염지에서 제거함으로써 이루어진다. 따라서 오염지 및 오염원에 대한 특성 및 오 염물질에 대한 식물체의 생리 특성 또한 식물재배정화법에 있어 중요한 요소로 여겨진다. 따라서 본 연구는 식물재배정화법을 이용하여 시비수준 및 식재간격에 따른 해바라기의 생육 및 식물체 내로의 중금속 흡수 특성을 조사하였다. 식물체 체내의 중금속함량을 분석하기 위하여 시료를 건 조 후 분쇄하여 H2SO4·HNO3·HClO4 법을 이용하여 분해한 뒤 ICP-OES 로 니켈, 카드뮴, 아연, 구리, 납, 비소 등 6항목에 대한 중금속 함량을 측정하였다. 생육 후기 해바라기의 높이는 약 139 cm으로 시비수준 및 식재간격에 따른 차이는 미미한 것으로 나타났으나, 건중량의 경우에는 평균 235.5 g 로 시비수준이 증가하고 식재간격이 넓어질수록 건중량 또한 증가하는 경향이 확인되었 다. 해바라기를 뿌리, 줄기, 잎, 꽃, 씨앗 등 5개 부분으로 구분하였을 때, 전반적으로 식재거리가 멀수록 건중량이 큰 경향이 나타났다. 또한 해바라기 생육 후반에 이를수록 단위 식물체당 흡수된 중금속량은 증가하는 경향이 있었으며 이 때 시비수준이 증가할수록 더 많은 중금속이 흡수되는 경향이 나타났다. 해바라기 내의 6개 중금속 분포는 생육 초기 모두 잎과 뿌리에 많이 있었으나 생육이 진행됨에 따라 줄기의 중금속 함량이 증가하는 경향이 있었다. 또한 모든 중금속 원소들에 대해 시비량이 많고 식재거리가 좁을수록 단위면적 당 중금속 흡수량이 늘어나는 경향이 확인되었 다. 해바라기가 제거할 수 있는 최대 중금속 흡수량은 시비수준의 경우, 무비구보다 2배 시비 처리 구가 1 ha 당 약 1.4∼1.9배가량 증가하였으며 식재거리 60 cm 처리구보다 20 cm 처리구의 중금속 흡수량이 6.7∼16.1배가량 증가하였다. 따라서 시비수준 보다는 식재거리를 조절하여 개체수를 늘리는 경우에 더 많은 양의 중금속을 제거할 수 있을 것으로 사료되었다. 중금속 흡수 효율이 가 장 높았던 처리구에서의 생육 초기 중금속 함량대비 제거율이 높은 순서는 니켈 (2.93%), 카드뮴 (1.90%), 아연 (1.18%), 구리 (0.53%), 납 (0.25%), 비소 (0.14%) 순으로, 니켈 제거율이 가장 높았고 비소가 가장 낮았다.

토양 중 중금속의 식물유효도에 기초한 오염농경지 안전관리기준 도입

김권래 ( Kwon-rae Kim ),김계훈 ( Kye-hoon Kim ),김원일 ( Won-il Kim ),서병환 ( Byounghwan Seo ),김현욱 ( Hyunuk Kim ) 한국환경농학회 2017 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2017 No.-

우리나라는 농경지 토양의 중금속 관련 관리를 위해서 `토양환경보전법`상의 중금속 기준(왕수 분해에 의한 총농도)을 사용하고 있다. 농경지 토양의 주된 기능이 농산물을 생산하는 것이고, 최근에 높아지고 있는 안전한 농산물에 대한 국민적 요구를 감안할 때 중금속과 관련된 농경지 토양의 관리에 총농도 기준을 적용하는 것은 바람직하지 않은 바가 있다. 지금까지 많은 연구에서 토양에서 자라는 식물(작물)에 축적되는 중금속의 농도는 토양 중 중금속의 총함량 보다는 식물이 흡수할 수 있는 형태인 유효태 농도에 의해서 결정된다고 보고되고 있다. 또한 식물유효태의 개념 이 작물의 중금속 흡수에 매우 중요하다고 인식하고 있는 유럽의 몇몇 국가들(독일, 오스트리아, 스위스 등)은 총함량 기준 이외에 화학적 추출법에 의한 식물유효태 기준을 법적으로 운용하고 있다. 화학적 추출방법은 식물에 의해서 흡수되는 유효태 농도를 직접 측정할 수 없기 때문에, 간접 적으로 식물이 쉽게 흡수할 수 있는 형태(수용태, 치환태 등을 포함)의 중금속 농도를 측정하는 방법으로 중성염 추출법, 킬레이트 추출법, 묽은산추출법, 그리고 이들 추출원리를 복합적으로 적용 한 복합추출법(예, Mehlich3) 등이 있다. 본 연구에서는 우리나라 농경지 토양에서 재배하는 작물의 중금속 축적농도와 토양 중 중금속 총함량, 화학적 추출법에 의한 유효태 농도와의 상관분석을 통해서 유효태 농도에 의한 관리의 개념을 뒷받침할 수 있는 국내 근거 자료를 확보하고자 하였다. 이와 더불어 상관분석으로 도출한 상관관계식(중금속 전이함수)에 식품공전에 있는 각 작물의 중금속 허용기준치를 대입하여 토양 중 식물유효태 농도 기준(안)을 도출하였고, 도출한 기준(안)의 타당성을 검증하였다. 이를 위해서, 전국의 폐금속 광산 인근에서 오염정도와 토양특성이 서로 다른 농경지 토양 100점을 채취하여 포트(약 5L) 100개에 각각 충진하여 3가지 작물(벼, 참깨, 대두)을 재배하였다. 수확 시기에 각 작물의 가식부를 채취하여 중금속의 축적 농도를 분석하였고, 토양 시료를 확보하여 총중금속 농도와 단일추출법에 의한 식물유효태 농도를 측정하였다. 단일추출법으로는 현재 세계적으로 널리 이용 되고 있는 1 M NH₄NO₃(중성염), 0.05 M EDTA(킬레이트), Mehlich3 추출법(복합추출법)을 이용하였다. 백미, 참깨, 대두의 가식부 축적 농도는 모두 토양 중 중금속의 총농도 보다 단일추출법에 의한 식물유효태 농도와 더 높은 상관관계를 보였다. 상관관계식(전이모델)을 이용하여 도출한 각 작물에 대한 토양 중 중금속의 유효태 기준(안)은 다음과 같았다: 1 M NH₄ NO₃ 방법으로 백미 0.04, 참깨 0.04, 대두 0.03 mg kg^-1, EDTA 방법으로 백미 0.98, 참깨 0.63, 대두 0.53 mg kg^-1, 그리고 Mehlich3 방법으로 백미 0.97, 참깨 0.76, 대두 0.64 mg kg-1. 도출된 기준(안) 수치에 대한 타당성 검증에서도 중금속의 총농도보다 유효도 기준(안) 농도가 각 작물의 중금속 허용 기준치 초과 여부 판정에 더 부합하는 것으로 나타났다.

폐광산 인근 농경지 토양의 중금속 유효도 분포와 유효도에 영향을 미치는 토양특성

임가희 ( Ga Hee Lim ),김계훈 ( Byoung Hwan Seo ),서병환 ( Kwon Rae Kim ),김권래 ( Kye Hoon Kim ) 한국환경농학회 2013 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2013 No.-

우리나라 중금속 오염 농경지는 상당수가 폐광산 인근에 분포하고 있고, 작물생산을 위한 영농활 동이 지속적으로 이루어지고 있다. 이러한 지역에서 생산된 농산물의 안전성 문제가 제기되고 있어, 생산 단계에서 작물의 중금속 흡수를 저감시키기 위한 관리방안이 필요한 실정이다. 식물에 의한 중 금속 흡수는 토양 중 중금속 총농도에 의한 영향보다 중금속 유효도에 영향을 받으므로 유효도 관리 에 초점을 맞추어야 할 필요성이 있다. 토양 내 중금속 유효도는 토양 pH, 유기물함량, 양이온교환 용량, 점토함량 등 다양한 이화학적 특성에 따라 결정된다는 많은 연구결과가 보고되고 있다. 따라서 안전한 농산물 생산을 위해서는 토양 내 중금속 유효도와 토양특성을 함께 고려해야 한다. 본 연구 에서는 폐광산 인근 오염 농경지에 대한 관리방안을 모색하고자 하는 연구의 일환으로 폐광산의 영 향을 받은 농경지 토양의 중금속 유효도와 이에 영향을 미치는 토양특성을 알아보고자 하였다. 우리나라 폐광산 인근 농경지 토양 142점을 채취하여 실험 재료로 사용하였으며, 풍건한 토양의 pH, 유기물(O.M.), 용존유기탄소(DOC), 점토함량, 알루미늄·철·망간 산화물 함량, 왕수분해법에 의한 중금속(Cd, Cu, Pb, Zn) 총농도, 1 M NH4NO3 침출법과 0.02 M Ca(NO3)2 침출법에 의한 중 금속 유효태 농도를 측정하였다. 각 측정값은 pH와 점토함량을 제외하고, 로그값으로 변환 후 토 양특성과 중금속 함량 및 유효도 간의 상관관계를 선형회귀분석을 통해 분석하였다. 중금속 유효태 농도에 대한 중금속 총농도의 비율로 산출한 분배계수 Kd d, Kd e값은 토양의 중금 속 유효도를 나타낸다. Cu를 제외하고 Cd, Pb, Zn의 Kd값은 토양 pH와 양의 상관관계를 나타냈 는데, 이는 토양 pH가 상승함에 따라 중금속 유효도가 감소한다는 일반적인 이론과 상응하는 결과 였다. Kd값과 유기물 및 DOC와의 상관관계에 있어서는 Cd, Cu, Pb, Zn 모두가 대체적으로 음의 상관관계가 있는 것으로 나타났고 이는 유기물이 증가할수록 토양 내 중금속 유효도가 증가한다는 것을 의미한다. 알루미늄·철·망간 산화물 함량과 Kd값과의 상관관계는 Cd, Cu, Pb, Zn 모두에 서 양의 상관관계를 나타냈으며 이는 양이온흡착능력이 많은 토양일수록 중금속을 흡착하는 능력 도 커져 유효도가 감소하는 것을 의미한다. 이상 결과를 종합해 볼 때 중금속 종류별로 상관관계 정도의 차이는 있으나 토양 pH, 유기물 및 DOC, 알루미늄·철·망간 산화물의 함량이 중금속의 유효도를 결정하는 주요 인자로 판단된다. 따라서, 유효도 관리를 위해서 이들 인자들이 고려되어 야 할 것이다.

하천유역의 관속식물을 이용한 토양내의 중금속 오염원 제거에 관한 연구

강경홍,김인성 한국지하수토양환경학회 1996 지하수토양환경 Vol.1 No.2

하천 주변에 서식하는 관속식물의 중금속 농축량과 서식지 토양 내의 중금속 함량과의 상관관계를 조사하기 위해 전주시에 위치한 전주천에 서식하는 고마리, 마름 그리고 노랑어리연꽃을 이용하여 Pb, Cu, Zn 및 Fe의 생물학적 농축량을 조사하였고, 재료식물의 서식지 토양 내의 중금속 함량을 분석하여 그 상관관계를 비교ㆍ분석하였다. 그 결과 고마리에서 중금속 농축량은 Pb의 경우 80.4~254.6$mu\textrm{g}$/g, Cu는 284.6~688.4$mu\textrm{g}$/g, Zn는 635.5~1979.4$mu\textrm{g}$/g 그리고 Fe는 1160.0~3590.9$mu\textrm{g}$/g으로 나타났다. 마름에서는 Pb, Cu, Zn 그리고 Fe에서 각각 107.8~306.0$mu\textrm{g}$/g, 282.7~963.0$mu\textrm{g}$/g, 1328.3~3546.9$mu\textrm{g}$/g 그리고 656.8~9944.0$mu\textrm{g}$/g으로 나타났고, 노랑어리연꽃에서는 140.1~193.0$mu\textrm{g}$/g, 187.7~327.3$mu\textrm{g}$/g, 1126.6~1723.6$mu\textrm{g}$/g그리고 611.7~1914.6$mu\textrm{g}$/g으로 나타났다. 재료식물 각 부위별 중금속 농축량은 일반적으로 잎<줄기<뿌리의 순서로 그 농축량이 증가하였다. 서식지에 서식한 재료식물에서의 중금속 농축 양상을 검증하기 위해서 재료식물중 고마리를 선정하여 Pb, Cu그리고 Zn의 농도를 10ppm과 30ppm으로 나누어 단독 또는 복합 처리하여 고마리 내의 중금속 농축량을 분석한 결과 재료식물의 뿌리에서 가장 높은 농축량을 나타냈고, 처리 농도에 따른 중금속 농축량을 비교하면 10ppm처리구에 비해 30ppm 처리구에서 Pb는 2.8배, Cu는 2.0배 그리고 Zn는 2.1배 높았으며 중금속 농축량은 Zn하였다. 재료식물 부위별 농축량은 Pb와 Zn의 경우 줄기<잎<뿌리의 순서로 농축량이 증가하였고, Cu는 잎<줄기<뿌리의 순서로 농축량이 증가하였다. 그리고 중금속을 조합처리한 재료 식물에서 Cu는 Zn의 흡수를 억제하는 결과를 나타냈다. 서식지 토양의 중금속 함량과 식물내의 중금속 농축량을 비교하면 고마리에서는 토양에 비해 Pb는 13.2배, Cu는 73.4배, Zn는 58.7배 그리고 Fe는 13.1배로 높은 농축량을 보였으며 , 마름에서는 Pb, Cu, Zn 그리고 Fe 각각 25.3배, 98.5배, 145.0배 그리고 42.0배로 나타났고, 노랑어리연꽃에서는 11.2배, 47.5배, 87.7배 그리고 28.8배로 농축량이 증가하였다. 서식지 토양의 중금속 함량과 재료식물 내의 중금속 농축량 사이에는 정 상관관계가 있었다. The biological magnification of Pb, Cu, Zn and Fe in vascular plant, Persicaria thunbergii, Trapa japonica and Nymphoides peltata natually grown at the river and riverside and relationship between the concentration of heavy metals in these vascular plants and in the soil were investigated in the Chonju river, Chonju city. The biological magnification values of these metals in P thunbergii were founded as follows ; Pb, Cu, Zn and Fe were 80.4~254.6$mu\textrm{g}$/g, 284.6~688.4$mu\textrm{g}$/g, 635.5~1979.4$mu\textrm{g}$/g and 1160.0~3590.9$mu\textrm{g}$/g respectively. In the case of T. japonica, Pb, Cu, Zn and Fe were 107.8~306.0$mu\textrm{g}$/g, 282.7~963.0p$mu\textrm{g}$/g, 1328.3~3546.$mu\textrm{g}$/g and 656.8~9944.0$mu\textrm{g}$/g and in N. peltata, 140.1~ 193.9$mu\textrm{g}$/g, 187.7~327.3$mu\textrm{g}$/g, 1126.6~1723.6$mu\textrm{g}$/g and 611.7~1914.6$mu\textrm{g}$/g respectively. The amount of the biological magnification of heavy metals in the leaf, stem and root of these plants was generally increased in the sequence of leaf<stem<root. When P. thunbergii was treated with the heavy metals (alone or combinations of Pb, Cu and Zn) of 10ppm and 30ppm concentrations to comparing with the pattern of biological magnification in habitat, metal uptakes were in root higher than in stem and leaf. Aad, p. thunbergii treated with 30ppm concentration of each heavy metal alone higher than treated with 10ppm concentration as follows ; Pb 2.8, Cu 2.0 and Zn 2.1 times. The biological magnification of heavy metals in P. thunbergii treated with the 10ppm and 30ppm concentrations of heavy metals was generally increased in the sequence of Zn<Pb<Cu and the amount of the biological magnification of Pb and Zn in leaf, stem and root of P. thunbergii was increased in the sequence of stem<left<root but, Cu was leaf<stem<root. In the culture medium applied with heavy metals mixed, Cu induced the Zn deficiency in the plant. When comparing the heavy metal concentration in these plants with the heavy metal content in the habitat soil, the magnification value of heavy metals in P. thunbergii were Pb 13. 2, Cu 73.4, Zn 58.7 and Fe 13.1 times to compare with the content of heavy metals in the habitat soil. In the case of T japonica, Pb 25.3, Cu 98.5, Zn 145.0 and Fe 42.0 times and in N. peEtata, Pb 11.2, Cu 47.5, Zn 87.7 and Fe 28.8 times. Statistical analysis suggested that the significant portion of heavy metal in samples was drived from habitat soil.

05 포스터 발표 : 토양환경 분야PS-14 ; 국내 중금속오염 폐금속 광산인근 논토양의 환경위해성평가

허은진 ( Eun Jin Huh ),김원일 ( Won Il Kim ),고우리 ( Woo Ri Go ),정선희 ( Seon Hee Jeong ),김경진 ( Gyeong Jin Kim ),김민지 ( Min Ji Kim ),류지혁 ( Ji Hyock Yoo ) 한국환경농학회 2014 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2014 No.-

본 연구는 국내 중금속오염 폐금속광산(HY, MB, SS, TC, YD광산)을 대상으로 토양, 관개용수, 농작물의 독성 중금속 원소들의 오염도를 분석하고, 노출경로에 따른 일일평균노출량(ADD)을 기반으로 발암위해도 및 비발암위해도를 산출하여 환경위해성평가를 한 결과는 다음과 같다. 토양중금속 함량은 5개 광산 중 HY, MB광산의 비소평균 함량이 각각 47.7, 39.5 mg/kg으로 토양오염 우려기준인 25 mg/kg를 초과하여 다른 중금속 보다 비소의 오염이 심각함을 나타내었다. 관개용수에 의한 중금속 함량 분석의 결과는 HY광산만 비소함량이 26.012 μg/L으로 농업용수 수질 기준치인 50 μg/L를 초과하진 않았으나 다른 광산의 경우보다 높은 오염을 보였다. 쌀 중 비소함량은 HY광산에서 평균 0.253 mg/kg으로 다른 광산보다 높은 수준을 보였고, 쌀 중 카드뮴의 경우HY, SS, YD 광산에서 납의 경우 전체 5개 광산 인근 일부 필지에서 허용 기준치를 초과하는 시료가 확인 되었다. 이러한 결과를 토대로 본 다섯개 광산의 오염도 분석은 비소의 오염이 가장 두드러지게 나타났으며, 다른 광산과 다르게 HY광산에서 관개용수의 중금속 오염이 심각함을 알 수 있었다. 중금속의 오염수준분석 결과를 바탕으로 노출경로에 따른 총 일일평균노출량을 각각 계산하여 발암위해도 및 비발암위해도를 산출하였다. 비발암위해도 산출 결과, As의 HI 지수가 1이 넘는 광산은 HY, MB, TC광산이 각각 3.474, 1.115, 1.253으로 산출되었으며, HY광산에서 가장 높은 수치로 고 위험도를 나타냈다. Pb의 HI지수의 경우 TC광산을 제외하고 모두 1를 넘는 수치로 그 범위는 1.008~1.277로 비슷한 위해도 발생가능성을 보였다. 발암위해도의 경우 비소의 발암잠재력수치(SF)만이 정립되어있어 비소의 발암위해도만 평가를 진행하였다. 비발암오염도와 동일하게 HY 광산(1.56E-03)에서 가장 높은 값을 보였다. 이 결과는 관개용수로 오염으로 인한 농작물의 흡수가 달라져 농작물의 오염도에서 큰 차이를 가져온 것이라는 결과를 얻을 수 있다. 토양의 중금속의 함량이 관개용수의 중금속 함량보다 영향이 적어 관개용수의 중금속오염도가 가장 심했던 HY광산에서 농작물 중금속 오염도를 크게 증폭시켜 환경위해성 평가에서도 고 위험 군으로 분리되는 결과를 얻을 수 있었다. 결론적으로, HY광산의 높은 농작물 중금속 오염도는 토양중금속의 오염보다는 관개용수의 오염이 농산물 중금속 오염에 더 큰 영향을 미침을 추정할 수 있었다.

인위적 중금속 오염 토양 제조과정에서 최종 세척과정이 중금속 토양 농도에 미치는 영향 연구

허정현(Jeong Hyun Hur),정승우(Seung Woo Jeong) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.9

인위적 중금속 오염 토양은 중금속용액과 토양 간 흡착평형, 여과 또는 원심분리, 건조과정을 거쳐 완성되어 토양세척 및 토양독성 실험에 널리 이용되고 있다. 그러나 많은 문헌에서 실험에 사용한 오염토양이 건조과정 이후 충분한 세척을 마친 후 사용되었는지 불분명하다. 본 연구는 중금속 오염 토양 제조 과정에서 최종 세척과정이 중금속 오염 농도에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 3가지 대표적 중금속 오염 토양 제조방법(슬러리 건조법, 평형 후 건조법, 여과 후 건조법)에 의한중금속(Cd, Pb) 오염 농도 차이를 파악하고 이후 최종 세척과정이 제조 중금속 오염 토양 농도에 미치는 영향을 분석하였다. 중금속용액과 토양을 흡착평형 시킨 후 건조과정만을 거쳐 제조한 오염토양 내 중금속은 이후 단순 세척과정에서 50% 이상용탈되는 것으로 나타났다. 중금속용액과 토양 간 흡착평형을 거쳐 중금속 오염 토양을 제조한 경우 실험 전 충분한 세척을 거치지 않는다면 이후 토양세척 및 토양독성 실험 결과에 지대한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 그러므로 제조오염토양을 이용한 실험에서는 초기 중금속 농도 결정 시점을 중금속 흡착 완료 단계가 아닌, 흡착 후 충분한 세척이 완료된 이후 초기토양중금속 농도로 결정하는 것이 바람직하다. Artificially metal-contaminated soils have been widely used for lab-scale soil washing and soil toxicity experiments. The artificial soil contamination methods consist of 1) first equilibrating soils with heavy metal solution, 2) filtrating or centrifuging soils from the mixture and 3) finally drying the soils. However, some of those artificially contaminated soil experiments have not clearly shown that the soils were thoroughly rinsed with water prior to conducting experiments. This study investigated the amount of heavy metal release from the artificially metal-contaminated soil by pre-water-rinsing. Three different artificially metal-contaminated soil preparation methods were first evaluated with Cd and Pb concentrations of soil. Then, this study investigated the effect of pre- water-rinsing on the Cd and Pb concentration of the artificially contaminated soil. Heavy metal concentrations of the soil produced by equilibrating and drying the metal solution-soil were significantly reduced by pre-water-rinsing. The results of the study implied that experimental results would be significantly distorted when the artificially heavy metal-contaminated soils were not thoroughly water- rinsed prior to conducting experiments. Therefore, the initial heavy metal concentration of the artificially contaminated soil should be determined after thoroughly rinsing the soil that was previously obtained through the adsorption and dry stages.

환경인자 변화에 따른 폐광산 부지 토양의 중금속 용출 특성

이연지(Younji Lee),박민석(Minseok Park),현승훈(Seunghun Hyun) 고려대학교 생명자원연구소 2022 생명자원연구 Vol.30 No.-

폐광산 부지의 부적절한 관리는 하류의 농경지, 지하수 및 지표수의 중금속 오염을 유발할 수 있다. 본 논문에서는 폐광산 부지 토양의 중금속 용출과 관련한 연구의 검토를 통해 환경인자 변화에 따른 중금속 용출 거동 영향을 고찰하였고, 기후변화 조건에서 폐광산 부지의 효과적인 관리를 위한 중금속 거동 연구 방향을 제시하였다. 다수의 연구에서 용출 가능한 중금속의 비율이 총 농도의 1% 미만임에도 불구하고 용출 농도가 지하수 수질 기준을 넘어서는 사례가 보고되었으며, 이는 폐광산 토양이 주변 토양과 수계의 중금속 오염원으로 작용할 수 있음을 보여주었다. 많은 연구는 회분식 및 1차원 흐름 컬럼 실험을 통해 토양 pH, 산화⋅환원 전위 등의 토양 특성이 중금속의 용해도 변화, 착화물 형성, 침전 반응에 영향을 주어 용출 특성을 결정함을 구명하였다. 토양의 불균질한 구조와 다양한 결합 부위는 중금속의 비평형적인 용출 거동을 유발하며, 이를 해석하기 위해 two-site kinetic leaching 모델이 주로 적용되었다. 한편, 강우 패턴에 따른 수리 특성 변화는 토양용액과 토양 사이의 접촉 시간의 차이와 희석을 통해 토양 중금속의 용출 거동을 변화시킬 수 있음이 보고되었다. 일부 연구자들은 기후변화로 인한 고온 현상과 가뭄 기간의 증가가 용출 가능한 중금속의 분획을 증가시켜 중금속의 강우 초기 용출 농도가 높아짐을 밝혔다. 변화된 기상 조건은 토양의 수리 특성과 화학성을 변화시켜 비평형적 조건을 형성할 수 있으며, 이는 이전과는 다른 중금속의 용출 거동을 유발할 수 있다. 따라서, 기후변화로 인해 초래될 수 있는 다양한 극한 기상조건에서의 토양 중금속 용출 거동을 예측할 수 있는 연구들이 수행되어야 하며, 이를 토대로 기후변화에 대비한 새로운 폐광산 부지관리 전략이 수립되어야 한다. Improper management of abandoned mine sites can cause heavy metal contamination of down-gradient agricultural soil, groundwater, and surface water. In this study, we investigated the effects of changes in environmental factors on the leaching behavior of the heavy metals and suggested future research direction for better risk management of the abandoned mine sites under climate change. Numerous studies showed that the concentration of heavy metals in the leachate frequently exceed the environmental criteria even though the leachable heavy metal was negligible (< 1 % of the total concentration), which indicates that mine soils can be long-term resources of contamination. From the result of batch and column experiments, it has been found that soil properties (e.g., soil pH, redox potential, etc.) affect the leaching behavior by solubility change, complex formation, precipitation, etc. Two-site kinetic leaching models were mainly applied for understanding nonequilibrium leaching behavior of the metals due to heterogeneous physical structure and various binding sites of the soil. Meanwhile, it was also reported that the change in hydrodynamic properties due to rainfall pattern can influence leaching behavior by changing the interfacial interaction between soil and water. Several researchers recognized that extreme weather condition (high temperature and increased drought period) due to climate change can elevate initial leaching concentration of the heavy metal. In reality, climate change can cause the nonequilibrium leaching of the metals by influencing hydrodynamic condition and chemical stability of the soil system. Therefore, future works to precisely predict the heavy metal leaching behavior across abandoned mine sites are necessary and risk management of these sites in response to climate change should be designed.

식물에 의한 납, 카드뮴 흡수 기작에 미치는 자유이온 및 유기산-중금속 복합체의 영향

이미나 ( Mina Lee ),서병환 ( Byounghwan Seo ),김권래 ( Kwon-rae Kim ) 한국응용생명화학회(구 한국농화학회) 2021 Journal of Applied Biological Chemistry (J. Appl. Vol.64 No.2

토양 중 중금속은 자유이온, 유기산-중금속 복합체를 포함한 다양한 화학종으로 존재한다. 이 중 중금속 자유이온 비율은 식물체의 중금속 흡수와 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 중금속 자유이온과 유기산-중금속 복합체 존재 비율이 식물의 납, 카드뮴 흡수에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위하여 수행되었다. 이를 위해 순환식 양액재배 장치에서 28일간 키운 상추를 48시간 동안 납과 카드뮴 용액에 침지시키는 실험을 진행하였다. 침지 전 시트르산, 옥살산, 아세트산, 휴믹산을 이용해 납과 카드뮴 용액의 중금속 자유이온과 유기산-중금속 복합체의 비율이 100:0, 90:10, 70:30, 60:40이 되도록 조절하였다. 침지 후 상추 뿌리와 잎의 납, 카드뮴 농도를 분석한 결과, 용액 중 중금속 자유이온의 비율과 식물이 흡수한 납, 카드뮴 농도는 상관관계를 보이지 않았다. 반면에 처리한 유기산의 종류와 중금속 종류에 따른 차이가 더 큰 것으로 나타났다. 시트르산은 납 흡수는 증가시켰지만 카드뮴 흡수는 감소시켰다. 시트르산은 다른 유기산보다 상추의 납 흡수율을 높였는데 이는 시트르산이 분자량이 크기 때문에 중금속 이온과 복합체를 형성할 수 있는 용량이 더 크기 때문인 것으로 보인다. 그러므로 본 연구 결과는 식물에 의한 중금속 흡수가 단순히 자유이온의 양에 따라 달라지기 보다는 존재하는 유기산의 분자량에 의한 결합용량 차이가 중금속 종류에 따라 달리 작용하여 결정된다는 것을 보여준다. Heavy metals exist in soils in various chemical forms including free metal ions and organo-metal complexes. The ratio of free metal ions has been known to be highly associated with the plant absorption of heavy metals. This study aims to understand the effect of free ions and organo-metal complexes on the absorption of lead (Pb) and cadmium (Cd) by plants. For this, lettuce grown in a hydroponic system for 28 days was consequently grown another 48 hours using Pb and Cd solutions. The ratios of free ion to organo-metal complexes in the solutions were adjusted at 100:0, 90:10, 70:30, 60:40 by four different organic acids (citric, oxalic, acetic, and humic acid). After that, the concentration of Pb and Cd in lettuce were analyzed. The Pb and Cd absorption by lettuce was more relied on the types of organic acids treated and the type of metals rather than the ratio of free metal ions. For example, citric acid increased the Pb absorption while it decreased the Cd absorption by lettuce. There was no significant relationship between free metal ion ratios and both Pb and Cd uptake by lettuce. It could be explained that citric acid, a relatively higher molecular weight organic acid, has higher ion binding capacity, so it forms organo-Pb complex easily due to the higher affinity of Pb on the binding site in comparison with Cd. Consequently, this complexation would assist Pb uptake by lettuce.