시화호 중금속 오염원 연구: 도시지역 도로먼지 중금속 오염 특성과 해양환경 영향 고찰 = Study on Heavy Metal Pollution Sources to Shihwa Lake: Characteristics of Heavy Metal in Size-fractionated Road Dust from Urban Area and the Impacts to Marine Environments

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, the characteristics and the degrees of heavy metals in the size-fractionated road dust as a source of metal pollution in Shihwa Lake were evaluated from residential and commercial areas of urban city. By quantifying the amount of heavy metals accumulated per unit area of the road surface, we investigated the possible impact of metals on the marine environment from urban road dust. Heavy metals in road dust tended to increase with decreasing particle size. However, some metals showed relatively high concentration in relatively large particles, and it was found that large-sized metal particle generated by traffic activities accumulated on the road surface. In addition, it was found that the heavy metals of road dust in the commercial area was higher than that in the residential area, indicating that the metals derived from vehicles were more polluted due to increased traffic and traffic congestion. The Igeo values for Li, Be, V, Mn, Co, Ni, As, Cr, As indicated unpolluted environments whereas those for Cu, Zn, Mo, Sn, Cd, Pb indicated moderately to strongly polluted. Especially, Sb of all particle sizes in road dust exhibited strongly to extremely polluted due to vehicle traffic related the abrasion of brake system. The accumulation amount of heavy metals was found to be 64% of the particle size less than 125 μm that could be transported to the surrounding environments by rainfall runoff. Considering the impervious area of urban area and the high metal concentrations in road dust, there is a huge accumulation of heavy metals in the urban area. During raining, heavy metals associated with road dust are transported directly to Shihwa Lake as a non-point sources, which requires various study on the metal pollution sources around Shihwa Lake.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 시화호 금속오염원으로서 육상 도시유역의 주거 및 상업지역 내 존재하는 입자크기별 도로먼지 내 중금속 오염특성 파악과 오염도를 평가하였다. 아울러 도로노면 단위면적당 축적된 중금속의 양을 정량화하여 도시지역 도로먼지 내 중금속이 주변 해양환경에 미칠 영향에 대한 고찰을 실시하였다. 대부분의 도로먼지 내 중금속 농도는 입자크기가 작아질수록 농도가 증가하는 경향을 보였다. 그러나 일부 금속 원소는 큰 입자에서 상대적으로 높은 농도를 보여, 교통활동에 발생한 크기가 큰 금속 입자가 도로노면에 축적되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한 상업지역 도로먼지 내 중금속 농도가 거주지역에 비해 높아 차량기인의 오염물질이 더 유출된 것을 알 수 있었다. Li, Be, V, Mn, Co, Ni, As, Cr, As에 대한 Igeo값은 오염되지 않은 것으로 나타났으며, Cu, Zn, Mo, Sn, Cd, Pb는 moderately에서 strongly에 해당되는 오염등급으로 나타났다. 특히 Sb는 대부분의 정점과 모든 입자크기에서 extremely 오염상태를 보여 브레이크 패드 마모와 관련된 교통활동에 심하게 오염되어 있음을 알 수 있었다. 강우유출수에 의해 수환경으로 이동가능한 125 μm 이하의 입자크기에서 금속의 축적량은 전체의 64%로 나타났다. 도시지역의 불투수면적과 도로먼지의 높은 중금속 농도를 고려하면 도시유역에는 막대한 양의 중금속이 축적되어 있는 것을 알 수 있었다. 강우시 도로먼지에 포함된 중금속은 비점오염원으로서 처리과정 없이 시화호로 유출되므로, 다양한 금속 오염원과 도시지역 강우유출수에 대한 금속 유출 부하량 등 다양한 조사가 필요하다.

참고문헌 (Reference)

1 정혜령, "자성을 이용한 시화호 유역 산업단지 도로먼지 내 중금속 오염원 추적" 한국해양환경·에너지학회 22 (22): 18-33, 2019

2 황동운, "울산항 주변 표층 퇴적물내 유기물과 미량금속 분포 특성 및 오염 평가" 한국환경분석학회 17 (17): 146-160, 2014

3 선철인, "울산-온산연안 표층퇴적물 내 미량금속 오염도 및 생태위해성 평가" 한국해양환경·에너지학회 18 (18): 245-253, 2015

4 황동운, "울산 태화강 하구역 퇴적물의 유기물 및 미량금속 오염도 평가" 한국수산과학회 48 (48): 542-554, 2015

5 홍혁기, "시화호 표층퇴적물의 중금속 분석" 한국환경분석학회 8 (8): 1-6, 2005

6 나공태, "시화호 코어 퇴적물 내 미량금속 분포 특성 및 오염 평가" 한국해양과학기술원 35 (35): 69-83, 2013

7 이지현, "시화호 조력발전소 가동으로 인한 퇴적물 내 중금속 오염 특성 변화" 한국해양학회 24 (24): 535-547, 2019

8 정혜령, "시화호 유역 하천수 일반수질 및 중금속의 변화 및 유출 특성 연구" 한국해양환경·에너지학회 20 (20): 76-83, 2017

9 정혜령, "시화호 유역 하천 퇴적물에서의 중금속 오염도 평가에 관한 연구" 한국해양환경·에너지학회 19 (19): 25-36, 2016

10 나공태, "시화호 산업지역 강우유출수 내 중금속 유출특성 및 위해성 평가" 한국해양환경·에너지학회 17 (17): 283-296, 2014

11 이지현, "시화산업단지 도로축적퇴적물의 입도분포 및 중금속 오염영향 평가" 한국환경영향평가학회 29 (29): 8-25, 2020

12 이지현, "시화산업단지 강우유출수 내 중금속 오염도 평가 및 오염원 추적 연구" 한국하천호수학회 53 (53): 91-101, 2020

13 정혜령, "산업단지 유역 하천수와 퇴적물 내 중금속 오염도 평가 및 기원 추적 연구" 한국하천호수학회 52 (52): 179-191, 2019

14 이준기, "부산시 도심하천 퇴적물의 유기물 및 중금속 오염도 평가" 한국지반환경공학회 11 (11): 35-43, 2010

15 정혜령, "부산 특별관리해역 내 수영만 유역 하천수와 강우유출수에서의 용존 및 입자상 중금속 연구" 한국해양환경·에너지학회 22 (22): 203-214, 2019

16 한기명, "부산 연안해역의 잔류성 유기오염물질과 중금속 오염평가: 퇴적물 오염지수 적용" 한국해양과학기술원 38 (38): 171-184, 2016

17 황동운, "마산항 표층 퇴적물의 유기물 및 금속원소의 분포" 한국수산과학회 39 (39): 107-118, 2006

18 신철인, "마산만 표층퇴적물에서 미량금속의 화학적 존재형태 및 생태계 위해도 평가" 한국해양학회 19 (19): 155-163, 2014

19 권영택, "마산만 오염퇴적물 준설토 투기해역의 중금속 오염평가" 한국해양환경·에너지학회 7 (7): 75-81, 2004

20 Charters, F. J., "Untreated runoff quality from roof and road surfaces in a low intensity rainfall climate" 550 : 265-272, 2016

21 Ahmed, F., "Trace metal concentrations in street dust of Dhaka City" 40 : 3835-3844, 2006

22 Ra, K., "The extent and historical trend of metal pollution recorded in core sediments from the artificial Lake Shihwa" 62 : 1814-1821, 2011

23 Angulo, E., "The Tomlinson Pollution Load Index applied to heavy metal, ‘Mussel-Watch’ data: a useful index to assess coastal pollution" 184 : 19-56, 1996

24 Drake, J., "Stormwater quality of spring-summer-fall effluent from three partial-infiltration permeable pavement systems and conventional asphalt pavement" 139 : 69-79, 2014

25 Fauser, P., "Quantification of tire-tread particles using extractable organic zinc as tracer" 72 : 969-977, 1999

26 Tomlinson, D., "Problems in the assessment of heavy metal levels in estuaries and the formation of a pollution index" 33 (33): 566-575, 1980

27 Shi, G., "Potentially toxic metal contamination of urban soil and road side dust in Shanghai" 156 : 251-260, 2008

28 Wang, Q., "Physicochemical conditions and properties of particles in urban runoff and rivers: implications for runoff pollution" 173 : 318-325, 2017

29 Becher, K. D., "Nutrient dischared to the Mississippi river from eastern lowa watershed" 36 (36): 161-173, 2000

30 Hopke, P. K., "Multielemental characterisation of urban roadway dust" 14 : 32-41, 2002

31 Oliva, S. R., "Monitoring of heavy metals in topsoils, atmospheric particles and plant leaves to identify possible contamination source" 86 : 131-139, 2007

32 Hjortenkrans, D. S. T., "Metal emissions from brake lining and tires: case studies of Stockholm, Sweden 1995/1998 and 2005" 41 : 5224-5230, 2007

33 Aelion, C. M., "Metal concentrations in rural topsoil in South Carolina:potential for human health impact" 402 : 149-156, 2008

34 Davis, A. P., "Loading estimates of lead, copper, cadmium, and zinc in urban runoff from specific sources" 44 (44): 997-1009, 2001

35 Kong, S. F., "Levels, risk assessment and source of PM 10 fraction heavy metals in four types dust from a coal-based city" 98 : 280-290, 2011

36 Ozaki, H., "Investigation of the heavy metal source in relation to automobiles" 157 : 209-223, 2004

37 Liu, A., "Heavy metals transport pathways:The importance of atmospheric pollution contributing to stormwater pollution" 164 : 696-703, 2018

38 Ademiec, E., "Heavy metals from non-exhaust vehicle emissions in urban and motorway road dusts" 188 : 369-, 2016

39 Mafuyai, G. M., "Heavy metals contamination in roaddise dust along major traffic roads in Jos Metropolitan area, Nigeria" 5 (5): 48-57, 2015

40 Li, X., "Heavy metal contamination of urban soils and street dusts in Hong Kong" 16 : 1361-1368, 2001

41 Lee, P. K., "Heavy metal contamination of settling particles in a retention pond along the A-71 motorway in Sologne" 201 : 1-15, 1997

42 Fakayode, S. O., "Heavy metal contamination of roadside topsoil in Oshogbo, Nigeria, its relationship to traffic density and proximity to highways" 44 : 150-157, 2003

43 Cook, A. G., "Health effects of natural dust" 103 : 1-15, 2005

44 Zhao, H., "Grain size distribution of road-deposited sediment and its contribution to heavy metal pollution in urban runoff in Beijing" 183 : 203-210, 2010

45 Smolders, E., "Fate and effect of zinc from tire debris in soil" 36 : 3706-3710, 2002

46 Krika, A., "Evaluation of the status of heavy metal pollution in surface water and sediments of the Nil River (North Eastern Algeria)" 3 (3): 301-310, 2017

47 Legret, M., "Evaluation of pollutant loadings in the runoff wastes from a major rural highway" 235 : 143-150, 1999

48 Baekken, T., "Environmental effects of asphalt and tyre wear by road traffic" 628 : 1993

49 Fukuzaki, N., "Effects of studded tires on roadside airborne dust pollution in Niigata" 20 : 377-386, 1986

50 Furumai, H., "Dynamic behavior of suspended pollutants and particle size distribution in highway runoff" 46 : 413-418, 2002

51 Aryal, R. K., "Dynamic behavior of fractional suspended solids and particlebound polycyclic aromatic hydrocarbons in highway runoff" 39 : 5126-5134, 2005

52 Muller, G., "Die Schwermetallbelstung der sedimentez des Neckars und seiner Nebenflusse: eine Bestandsaufnahme" 105 : 156-164, 1981

53 Rudnick, R. I., "Composition of the continental crust" Elsevier 1-64, 2003

54 Schauer, J. J., "Characterization of metals emitted from motor vehicles" 133 : 1-76, 2006

55 Adachi, K., "Characterization of heavy metal particle embedded in tire dust" 30 : 1009-1017, 2004

56 Ra, K., "Assessment of heavy metal contamination and its ecological risk in the surface sediments along the coast of Korea" (SI65) : 105-110, 2013

57 나공태, "Assessment of Pollution and Ecological Risk of Heavy Metals in the Surface Sediments of Ulsan Bay, Korea" 한국해양과학기술원 49 (49): 278-289, 2014

58 Zafra, C., "A simplified method for determining potential heavy metal loads washed-off by stormwater runoff from road-deposited sediment" 601-602 : 260-270, 2017