Investigation on Geochemical Characteristics of Heavy Metals in Soils in the Vicinity of Samcheonpo and Hadong Coal-Fired Power Plants in Korea
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(2) 142. 송창우 · 한협조 · 이종운. 다(KOSIS, 2019). 석탄을 연소하면 SOx, NOx, CO, CO2, HCl, HF 등 가스상 뿐만 아니라 석탄회와 같은 입자상 물질이 발생한다(Fay and Golomb, 2002). 이러한 입자상 배 출 물질은 비산재(fly ash)와 바닥재(bottom ash)로 구 분되며, 원탄 내에 자연적으로 함유된 중금속들은 연 소과정을 거친 후 원탄에 비하여 석탄회에 더욱 농집 된다(Fernández-Turiel et al., 1994). 무연탄 및 역청 탄 등의 ‘hard coal’의 경우, 원탄에 비하여 Cu 6.9배, Zn 6.1배, Cd 6.0배, Hg 8.7배, Pb 6.1배, As 5.1배, Sb 7.5배, Cr 7.1배, Ni 5.9배 가량 높은 농도가 석탄 회에서 검출된다(Ketris and Yudovich, 2009). 특히 As, Cd, Hg, Pb, Sb, Se, Zn 등 휘발성이 강한 원소 는 고온에서 증기화한 후 온도가 낮아지면 비산재의 표면에 흡착되므로 원탄이나 바닥재에 비해 비산재에 더욱 농집되는 경향이 있다(Marett, 2007; Wang et al., 2008). 대부분의 비산재는 발전소의 집진시스템에 의해 포집되나 미처 포집되지 못한 비산재 및 중금속 은 주변 환경을 오염시킬 개연성이 있다(Mandal and Sengupta, 2006). 미국의 경우, 석탄 화력발전소에서 배출되는 As, Be, Cd, Co, Cr, Hg, Mn, Pb의 배출량은 전체 점오 염원 배출량의 60%, 28%, 30%, 34%, 20%, 46%, 11%, 15%을 차지한다(EH&E, 2011). 중국 역시 석탄 화력발전소가 As, Cd, Hg 등 독성 원소의 주요 배출 원인 것으로 파악하고 있다(Wang et al., 2000; Chen et al., 2013; Cheng et al., 2014). 2009년 기준, 중 국에서 석탄 연소로 배출되는 Sb는 중국 전체 배출량 818톤의 61.8%에 달하며(Tian et al., 2012), 2010년 기준으로 석탄 연소에서 발생하는 Cd의 양은 비철금 속 제련에 이어 두 번째로 많은 306톤에 이른다(Shao et al., 2013). 또한 중국에서 보고된 바에 따르면 석탄 화력발전소로 인해 인근 토양과 농작물이 As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb 등의 중금속으로 부화되어 있으며(Xianfei et al., 2017), 세르비아의 석탄 화력발전소 인근 토양 역시 비산재에 의한 영향으로 토양 내 중금속의 부화 가 바람의 방향에 따라 진행되었다고 보고하였다 (Mirjana et al., 2016). 국내의 경우 연간 약 800만 톤 이상의 석탄회가 발 생하고 있으며 그 중 비산재는 80~85%를 차지하고 있다. 최근 미세먼지 등 대기 오염과 관련하여 일부 국내 석탄 화력발전소의 배출물질에 관한 우려가 지속 되고 있다. 이와 관련하여 발전소 인근 토양이 비산재 에 포함된 중금속으로 오염되었을 가능성이 의심되고. 있으나, 아직 발전소 인근 토양 내 중금속의 지구화학 적 특성에 관한 연구는 극히 부족한 실정이다. 최근 Song et al.(2019)은 국내 한 석탄 화력발전소 인근의 농경지 토양을 채취하여 중금속 분포 특성을 조사한 바 있다. 이 연구는 경상남도 고성군과 하동군에 소재하는 삼 천포 화력발전소 및 하동 화력발전소를 대상으로 하여 발전소 주변 토양 내에 존재하는 중금속 함량 및 분포 를 조사하고 연속추출을 통한 중금속 존재형태를 확인 하려는 목적으로 수행하였다.. 2. 실험방법 2.1. 연구지역 및 시료채취 총 설비용량 3,240 MW의 삼천포 화력발전소는 경 상남도 고성군 하이면 덕호리에 위치하고 있다. 2017 년 기준 고성군의 평균 강수량은 1,249 mm이었으며 9월에 362 mm, 11월에 1 mm로 최대 및 최소 강수 량을 보였다. 평균기온은 14.9 oC이며 8월에 27.2 oC 로 가장 높고 12월에 3.4 oC로 가장 낮았다. 발전소는 유연탄을 발전원으로 이용하며, 1983년에 1호기가 준 공된 이후 1984년, 1993년, 1994년, 1997년, 1998년 에 각각 2~6호기가 준공되었다. 총 설비용량 4,000 MW의 하동 화력발전소는 경상 남도 하동군 금성면 가덕리에 위치하고 있다. 유연탄 을 발전원으로 이용하며, 1997년에 1, 2호기가 준공된 이후 1999년에 3, 4호기, 2001년에 5, 6호기, 2009년 에 7호기가 준공되었다. 이 지역의 강수량은 2016년 기준 1,332 mm이었으며 7월에 282 mm로 가장 많고 1월에 36 mm로 가장 적은 강수량을 보였다. 평균풍속 은 1.1 m/s이며 여름철에는 동남풍, 겨울철에는 북서 풍의 계절풍이 분다. 각 화력발전소를 중심으로 1 km 단위의 정사각형 격자를 구성한 뒤 각 격자 내에 존재하는 논 또는 밭 토양에서 표토와 심토를 채취하였다. 표토는 표면의 유 기물을 제거하고 스테인리스 스틸 삽으로 채취하였으 며, 심토는 핸드 오거를 이용하여 40~50 cm 심부의 토양을 채취하였다. 채취한 토양 시료는 폴리에틸렌 시 료 봉투에 넣어 보관 및 운반하였다. 삼천포 화력발전 소 주변 약 3.5 km 이내의 24개 채취 지점에서 총 48개(표토 24개, 심토 24개), 하동 화력발전소를 중심 으로 약 3.5km 이내의 31개 채취 지점에서 총 61개(표 토 31개, 심토 30개(O10D 시료 제외))의 토양 시료를 채취하였다(Fig. 1)..
(3) 국내 삼천포와 하동 석탄 화력발전소 주변 토양 내 중금속의 지구화학적 특성 조사. 143. Fig. 1. Distribution of soil sampling sites in (a) Samcheonpo and (b) Hadong areas.. 2.2. 토양의 물리·화학적 분석 채취한 시료는 불순물을 육안으로 선별, 제거하고 직 사광선이 없는 곳에서 자연건조한 뒤 80 mesh 표준체 로 체질하였다. 토양의 물리화학적 특성을 파악하기 위 하여 토양 pH, 작열감량(LOI; loss-on-ignition), 양이 온교환능력(CEC; cation exchange capacity)을 측정하 였다. 토양 pH는 토양 5 g이 담긴 코니칼(conical) 튜 브에 가열 후 식힌 증류수 25 mL을 넣고 유리막대로 저어준 뒤 1시간 후에 유리전극을 이용하여 측정하였 다. 토양 CEC를 측정하기 위하여 1 M sodium acetate 용액과 토양 0.5 g을 반응시켜 토양 내 치환 성 양이온과 Na를 치환하였다. 토양 내로 들어간 Na 를 다시 1 M ammonium acetate 용액과 반응시켜 치환한 뒤 토양에서 치환되어 나온 Na 농도를 ICPOES를 이용하여 분석하였다. 얻어진 결과값으로부터 CEC를 계산하였다. 측정된 작열감량을 이용하여 Eq. 1~3을 이용, 유기물 함량을 추정하였다(Boyle, 2004). ( T a – Tb ) LOI(%) = ----------------- × 100 ( Ta – T c ). (Eq. 1). Organic carbon = 0.458 × LOI – 0.4 Organic matter = organic carbon × 1.724. (Eq. 2) (Eq. 3). 이 때, LOI는 작열감량, Ta는 105 oC에서 1시간 가열 후 무게, Tb는 550 oC에서 6시간 가열 후 무게, Tc는 회화용기의 무게이다. 토양 내 중금속 함량을 측정하기 위하여 -80 mesh 토양을 15 mL 코니칼 튜브에 1 g 정량 후 왕수를 넣 고 70 oC에서 2 시간 가열하여 토양 내 중금속을 액 상으로 추출하였다. 이어 ICP-OES(Spectro Genesis, Spectro, Germany)를 이용하여 액상 내 Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn을 정량하였다. Hg는 각각 15개 표토 시료만 선정한 후 전남대학교 공동실험실습관에 의 뢰하여 자동수은분석기(DMA-80, Mileston srl, Italy) 로 정량하였다. 2.3. 오염도 평가 중금속에 의한 토양 오염도를 평가하기 위하여 지질 부하지수(geoaccumulation index; Igeo)와 농축계수 (enrichment factor; EF)의 두 지구화학적 지표를 사 용하였다(Srinivasa et al., 2010; Bhuiyan et al., 2010; Chabukdhara and Nema, 2012; Maurizio et al., 2015). 지질부하지수 Igeo는 Eq. 4로 계산된다(Müller, 1969)..
(4) 144. 송창우 · 한협조 · 이종운. Table 1. Classes of geoaccumulation index (Igeo) (Müller, 1981) Class 0 1 2 3 4 5 6. Igeo Value Igeo ≤ 0 0 < Igeo < 1 1 ≤ Igeo < 2 2 ≤ Igeo < 3 3 ≤ Igeo < 4 4 ≤ Igeo < 5 Igeo ≥ 5. C Igeo = log2 ----------------1.5 × B n. Soil quality Practically uncontaminated Uncontaminated to moderately contaminated Moderately contaminated Moderately to heavily contaminated Heavily contaminated Heavily to extremely contaminated Extremely contaminated. (Eq. 4). n. 이 때, Cn은 연구 토양 내 존재하는 원소 함량이며 Bn은 셰일 내 원소의 평균 함량이다. 원소별 셰일 내 평균 함량(단위 mg/kg)은 Cd 0.13, Co 19, Cr 90, Cu 45, Hg 0.45, Mn 850, Ni 68, Pb 22, Zn 95으 로 하였다(Merian, 1991). 계산된 Igeo값이 클수록 토양 내 중금속의 오염강도가 크다고 할 수 있다(Table 1). 농축계수 EF는 관심 원소가 자연적 과정 이외에 인 위적인 활동으로 인해 오염되었는지의 여부를 추정할 수 있는 계수로서 Eq. 5로 계산된다(Buat-Menard and Chesselet, 1979). (C ⁄ C ) EF = -----------------------------------(B ⁄ B ) x. x. ref. ref. soil. (Eq. 5). background. 이 때, Cx와 Bx는 각각 연구 토양과 지각 내 관심 원소의 함량이며, Cref와 Bref는 각각 연구 토양과 지각 내 존재하는 기준 원소의 함량을 의미한다. 이 계수는 자연적인 환경에서는 기준 원소와 관심 원소의 함량비가 일정한 관계에 있다는 전제 하에서 만들어진 표준화 지표이다. 이 때, 기준 원소로는 토양 에서 비교적 안정하고 널리 분포하는 Al, Ca, Fe, Mn, Rb, Sc, Ti, Zr 등을 주로 이용한다(Blaser et al., 2000; Reiman and Decarital, 2000; Sutherland, 2000; Srinivasa et al., 2010; Chabukdhara and Nema, 2012; Uduma and Awagu, 2013; Enamorado-Báez. et al., 2015). EF값이 클수록 인위적 요인에 의한 오 염의 가능성이 크다고 할 수 있다(Table 2). 이 연구에서는 Mn을 기준 원소로 하였다. 계산에 사용한 지각 내 각 원소의 함량(단위 mg/kg)은 Cd 0.1(Heinrichs et al., 1980), Co 25(Abbasi et al., 1989), Cr 100(Richard and Bourg, 1991; Emsley, 2001), Cu 55(Cox, 1979), Hg 0.08(Yaroshevsky, 2005), Mn 1,100(Taylor and McLennan, 1995), Ni 75(Alloway, 1995), Pb 12.5(Taylor, 1964), Zn 79(Alloway, 2008)로 하였다. 2.4. 토양의 연속추출 토양 내 중금속의 존재 형태를 확인하기 위하여 각 6개의 토양 시료(삼천포 시료 Y2, Y5, Y16, 하동 시료 O12, O14, O22의 표토와 심토)를 선별하여 Tessier et al.(1979)의 방법으로 연속추출법(sequential extraction method)을 적용하였다. 총 5단계로 적용되는 이 방법 은 ① 1 M MgCl2, ② 1 M CH3COONa, ③ 0.04 M NH2OH·HCl, ④ 0.02 M 질산과 30% H2O를 가한 후 질산 20%를 함유한 3.2 M CH3COONH4, ⑤ 염 산과 질산(3:1, vol)을 순차적으로 가하는 것으로서, 이 때 각 단계에서 용출되어 나온 중금속은 ① 교환가능 형태(exchangeable form), ② 탄산염 결합 형태 (carbonate form), ③ 철·망간산화물 결합 형태(Fe and Mn oxides form), ④ 유기물 결합 형태(organics form), ⑤ 잔류 형태(residual form)를 나타낸다.. Table 2. Classes of enrichment factor (EF) (Sutherland, 2000) Class 1 2 3 4 5. EF Value EF < 2 2 ≤ EF < 5 5 ≤ EF < 20 20 ≤ EF < 40 EF ≥ 40. Soil quality Deficiency to minimal enrichment Moderate enrichment Significant enrichment Very high enrichment Extremely high enrichment.
(5) 국내 삼천포와 하동 석탄 화력발전소 주변 토양 내 중금속의 지구화학적 특성 조사. 3. 결과 및 해석 3.1. pH, 양이온교환능력, 유기물 함량 삼천포 석탄 화력발전소 인근 토양의 물리·화학적 특 성을 분석한 결과는 Table 3과 같다. 표토의 pH는 5.1~7.9(평균 6.4), CEC 20.2~33.1 meq/100 g(평균 24.5 meq/100 g), 유기물 함량 5.2~12.1%(평균 7.8%) 를 나타내었다. 심토의 경우 pH 5.0~7.9(평균 6.3), CEC 16.1~31.3 meq/100 g(평균 23.1 meq/100 g), 유기물 함량 4.6~9.2%(평균 6.2%)로 나타났다. 토양 pH 결과는 국내 농경지 평균 pH인 4.6~ 8.6(MOE, 2018) 범위 내에 있으며, CEC와 유기물 함량은 국내 농경지 평균값인 10 meq/100 g(Kim et al., 2009)과 2.34%(Roh et al., 2015)에 비해 높았다. 표토와 심토 간의 평균 pH 및 CEC는 큰 차이를 보 이지 않아 이들에 의한 표토와 심토의 중금속 거동 차 이는 크지 않을 것으로 보인다. 하동 석탄 화력발전소 인근 토양의 물리·화학적 특 성을 분석한 결과는 Table 4와 같다. 표토의 pH는 5.2~8.6(평균 7.1), CEC 11.6~24.7 meq/100 g(17.4. 145. meq/100 g), 유기물 함량 1.7~17.1%(평균 7.2%)를 나타내었다. 심토의 경우 pH 5.3~8.7(평균 7.6), CEC 9.3~26.2 meq/100 g(평균 17.6 meq/100 g), 유기물 함량 1.1~13.2%(평균 5.1%)을 보였다. 전체적으로 pH는 국내 농경지의 평균 pH 범위 이내였으며(MOE, 2018), CEC와 유기물 함량은 평균보다 다소 높았다. 삼천포 토양과 비교하였을 때 pH는 표토 및 심토 모 두 약간 높았으며, CEC와 유기물 함량은 다소 낮게 나타났다. 3.2. 중금속 함량 왕수분해를 통해 확인한 삼천포 석탄 화력발전소 인 근 토양 내 Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn의 평균 농도(단위 mg/kg)는 표토의 경우 Cd 4.7, Co 10.8, Cr 14.7, Cu 23.9, Mn 629.6, Ni 9.7, Pb 77.0, Zn 76.1, 심토의 경우 Cd 5.8, Co 12.5, Cr 20.1, Cu 19.9, Mn 799.7, Ni 12.5, Pb 83.1, Zn 65.7로 나타 났다. 표토 내 Hg의 평균 농도는 56.3 µg/kg이었다 (Table 5). 분석의 신뢰성을 파악하기 위해 ISO 인증표준물질. Table 3. Values of pH, cation exchange capacity (CEC) and organic matter content of the Samcheonpo soil samples (units: CEC, meq/100 g, organic matter, %) Surface Soil Y1S Y2S Y3S Y4S Y5S Y6S Y7S Y8S Y9S Y10S Y11S Y12S Y13S Y14S Y15S Y16S Y17S Y18S Y19S Y20S Y21S Y22S Y23S Y24S. pH 5.8 5.9 6.2 5.6 6.1 6.4 6.5 7.7 6.3 7.9 5.6 6.1 6.1 6.4 5.8 7.4 6.4 7.6 7.8 6.5 6.2 6.2 6.5 5.1. CEC 21.6 20.2 21.2 24.0 27.7 22.6 21.6 25.1 21.1 33.1 20.4 23.6 24.2 25.9 24.3 25.9 26.0 30.5 27.6 20.6 25.1 21.4 27.7 26.6. Organic matter 7.0 7.9 8.0 7.1 6.3 6.1 7.0 7.2 6.4 12.1 8.7 6.5 5.6 5.7 8.8 11.8 5.2 5.5 9.8 11.9 6.9 10.4 6.9 7.0. Subsurface soil Y1D Y2D Y3D Y4D Y5D Y6D Y7D Y8D Y9D Y10D Y11D Y12D Y13D Y14D Y15D Y16D Y17D Y18D Y19D Y20D Y21D Y22D Y23D Y24D. pH 6.2 6.0 6.3 5.9 6.3 6.5 6.3 7.9 6.7 7.7 7.0 6.3 6.2 6.3 5.8 6.7 5.6 5.8 5.4 7.0 6.6 6.6 5.6 5.0. CEC 20.7 18.8 21.8 25.5 26.2 23.5 20.3 21.9 19.3 28.7 23.9 22.3 23.1 23.5 18.5 21.0 16.1 27.3 22.9 22.1 24.9 22.3 28.0 31.3. Organic matter 5.8 9.2 6.8 6.1 5.6 5.9 5.3 6.4 6.5 5.0 7.6 6.7 4.9 6.9 6.5 5.5 4.6 6.8 5.9 6.2 6.7 6.3 6.9 7.6.
(6) 146. 송창우 · 한협조 · 이종운. Table 4. Values of pH, cation exchange capacity (CEC) and organic matter content of the Hadong soil samples (units: CEC, meq/100 g, organic matter, %) Surface soil O1S O2S O3S O4S O5S O6S O7S O8S O9S O10S O11S O12S O13S O14S O15S O16S O17S O18S O19S O20S O21S O22S O23S O24S O25S O26S O27S O28S O29S O30S O31S. pH 7.7 5.8 5.6 5.7 6.5 6.2 8.0 8.3 5.8 5.3 5.8 7.4 8.6 5.6 8.4 8.3 7.7 8.2 8.1 7.8 8.6 8.2 8.0 8.2 8.3 8.6 7.8 5.9 5.8 5.5 5.2. CEC 18.2 17.2 17.2 18.3 18.0 13.2 19.8 20.1 11.9 11.6 12.7 19.6 23.5 24.7 19.5 15.8 22.7 20.3 18.2 18.9 17.0 16.0 15.5 15.1 19.5 18.7 19.3 14.3 16.7 14.6 11.8. Organic matter 6.1 7.4 6.1 5.4 4.9 3.9 5.8 4.1 1.7 2.7 4.9 4.0 4.7 7.1 8.8 4.2 7.1 4.5 3.6 4.4 14.4 15.0 9.3 17.1 14.6 10.4 5.0 5.2 3.7 4.3 3.1. 인 BAM-U110(CRM BAM-U110, BundesAnstalt für Materialforschung, Germany)을 삽입하여 분석한 후 IBM SPSS Statistics 23 프로그램의 일표본 t 검정을 이용하여 정확도를 측정한 결과(p = 0.05), Cu와 Pb 는 표준물질의 불확실성(uncertainty) 범위 내에서 유 의한 정확도를 보였다. 이들을 제외한 각 원소의 오차 율(error, %)은 다음과 같다: Cd 11.9~13.1%, Co 11.5~15.0%, Cr 27.0~29.2%, Mn 12.8~15.4%, Ni 16.3~22.8%, Zn 10.8~12.4%. 한편 분석의 신뢰성을 재확인하기 위하여 3개 공인분석기관에 4개 토양 시료 의 Cd, Cu, Ni, Pb, Zn을 분석 의뢰하였다. 3개 공인 분석기관 간 원소별 측정값의 표준편차는 Cd 0.5~1.8, Cu 0.5~14.1, Ni 1.1~9.5, Pb 17.3~80.0, Zn 3.9~ 16.3(단위 mg/kg)이었으며 이 연구에서 분석한 측정값. Subsurface soil O1D O2D O3D O4D O5D O6D O7D O8D O9D O10D O11D O12D O13D O14D O15D O16D O17D O18D O19D O20D O21D O22D O23D O24D O25D O26D O27D O28D O29D O30D O31D. pH 8.1 7.4 6.9 6.5 6.7 6.8 7.7 8.2 5.3 NA 6.3 7.2 8.6 7.9 8.4 7.8 8.0 8.4 7.3 8.1 8.5 7.8 8.7 8.5 8.4 8.5 7.6 7.3 7.7 7.3 6.6. CEC 16.9 18.5 19.5 19.3 18.8 15.7 20.2 19.8 9.3 NA 13.5 17.4 23.6 21.5 20.5 16.8 26.2 19.4 15.3 19.6 18.0 13.8 16.2 17.1 18.8 17.8 21.1 13.8 16.4 12.6 10.3. Organic matter 4.7 5.0 4.8 4.7 4.1 3.1 2.8 3.1 1.4 NA 3.0 3.2 4.1 3.9 8.4 3.8 5.2 3.8 3.8 4.7 10.8 4.8 6.3 4.6 13.2 9.3 4.3 2.0 1.1 5.0 1.7. 은 Cd를 제외하고 모두 공인분석기관의 측정값 범위 내에 포함되었다. Cd의 경우, 이 연구의 측정값은 공 인분석기관의 측정값들보다 평균 약 4.5배 정도 높게 나타났다. 그 주된 이유를 살펴보면, 이 연구에서 사용 한 Cd 분석 파장은 토양오염공정시험법에서 제시한 제1 측정파장인 226.502 nm인데 반해 다른 기관은 기타 측정파장인 228.802 nm인데 기인한 것으로 보인다. 226.502 nm 파장에서는 Fe의 간섭이 발생할 수 있는 것으로 되어 있어 시료 중 Fe 함량이 높을 경우 실제 함량보다 부화되어 나타날 가능성이 있다. 그러나 이 연구에서 수행한 화학분석 시, 표준물질을 삽입하여 함 께 분석을 진행하였으며, 정도관리 목표값(정량한계 0.10 mg/kg 이하, 결정계수 0.98 이상, 정밀도 30% 이내, 정확도 70~130%)을 모두 만족하는 결과를 얻었.
(7) 국내 삼천포와 하동 석탄 화력발전소 주변 토양 내 중금속의 지구화학적 특성 조사. 147. Table 5. Concentrations of heavy metals in the Samcheonpo soils (unit: mg/kg except Hg of µg/kg). The numbers in parentheses represent Korean Soil Warning Criteria for Area 1. Surface Soil Y1S Y2S Y3S Y4S Y5S Y6S Y7S Y8S Y9S Y10S Y11S Y12S Y13S Y14S Y15S Y16S Y17S Y18S Y19S Y20S Y21S Y22S Y23S Y24S Sub-surface Soil Y1D Y2D Y3D Y4D Y5D Y6D Y7D Y8D Y9D Y10D Y11D Y12D Y13D Y14D Y15D Y16D Y17D Y18D Y19D Y20D Y21D Y22D Y23D Y24D. Cd (4) 4.3 5.4 5.1 3.4 2.8 4.6 3.3 4.0 3.7 3.6 3.0 5.3 5.9 5.4 3.7 3.8 5.2 5.5 5.2 5.7 5.6 5.8 5.3 8.2 Cd (4) 6.6 8.4 7.0 5.0 6.3 5.8 4.7 5.6 5.5 5.3 4.6 5.0 4.2 5.6 3.8 5.6 6.4 6.2 5.0 6.2 6.8 6.1 6.2 8.6. Co. Cr. 6.6 6.9 8.2 5.0 6.4 9.7 7.0 9.4 8.6 8.2 5.2 11.0 11.8 13.2 8.2 7.4 9.4 10.2 11.0 14.0 43.2 12.1 12.7 14.8. 6.1 6.7 12.9 5.0 16.5 5.3 42.6 21.9 5.4 8.0 4.7 4.6 37.0 7.4 12.7 3.8 16.3 27.6 39.5 8.3 18.2 7.2 13.9 20.1. Co. Cr. 12.5 15.7 13.7 7.9 15.1 12.7 11.2 12.3 11.6 13.3 8.9 11.0 9.5 13.9 8.5 11.2 9.7 11.1 12.4 16.2 19.3 14.0 13.0 15.3. 14.2 5.1 8.9 27.1 6.1 15.0 48.5 21.4 10.7 12.5 7.3 6.5 4.6 5.5 10.6 15.8 34.1 36.9 7.0 59.3 22.2 9.5 40.2 52.8. Cu (150) 17.9 21.4 18.5 19.0 16.6 21.4 18.6 29.8 21.9 32.5 16.2 16.6 12.3 17.1 48.5 28.0 37.3 34.6 16.3 18.0 55.0 22.0 18.5 15.8 Cu (150) 12.2 17.4 15.3 14.3 17.6 14.9 13.4 21.2 15.6 74.2 18.0 15.0 7.6 17.5 28.8 18.2 10.6 20.4 11.4 20.9 19.6 23.5 17.0 31.9. Hg (4,000) 77.9 60.6 58.1 52.5 43.3. 44.8 55.8. 39.7 88.0 42.3 58.4 46.2 60.0 67.9 48.2 Hg (4,000). Mn 227.8 259.2 249.0 234.7 305.5 561.3 190.2 617.8 532.6 1039.0 243.9 877.5 643.2 715.9 570.8 806.2 692.9 1065.8 942.8 515.7 1904.1 399.1 816.9 699.6 Mn 722.6 618.2 678.3 340.3 1495.3 865.6 404.4 738.0 412.1 1055.2 497.6 875.4 648.2 782.2 442.7 927.8 428.6 823.7 859.5 823.1 2226.2 1058.1 750.6 718.6. Ni (100) 9.4 4.7 7.1 5.6 10.6 15.6 15.8 11.5 4.4 7.4 6.4 5.7 16.4 8.2 10.4 7.7 10.3 13.8 6.4 13.1 7.7 7.4 16.6 11.4 Ni (100) 9.2 4.4 5.8 14.0 8.3 34.1 18.8 10.6 4.4 6.5 6.0 5.2 4.4 4.4 7.5 10.3 23.3 17.0 6.6 26.7 9.9 15.6 18.5 27.8. Pb (200) 73.4 89.4 84.1 62.0 49.8 71.6 59.3 70.4 60.4 57.6 52.7 67.6 75.0 69.3 68.9 55.5 93.6 84.8 79.9 75.5 191.9 81.4 65.2 109.8 Pb (200) 93.5 140.0 101.0 76.9 82.7 79.4 69.5 82.1 76.1 74.2 67.4 67.7 56.6 73.2 56.3 82.3 88.6 91.3 76.9 84.5 74.4 85.0 83.0 132.3. Zn (300) 79.0 123.4 66.3 40.8 63.8 78.4 64.3 81.3 75.8 127.7 55.9 55.4 50.7 60.6 81.7 75.8 88.9 90.6 82.6 55.0 141.2 57.4 71.1 59.7 Zn (300) 84.2 113.7 67.5 48.0 83.8 70.3 66.0 94.5 73.7 110.2 61.4 51.1 34.3 51.2 46.7 55.2 30.8 64.9 64.0 63.9 54.7 63.4 59.5 63.5.
(8) 148. 송창우 · 한협조 · 이종운. 으므로 아래에는 이 연구에서 분석한 Cd 측정값을 그 대로 사용하여 기술하였다. 그러나 각 토양의 특성이 나 간섭원소의 함량에 따라 측정값이 실제 함량에 비 하여 과평가(overestimated) 되었을 가능성도 있다. 각 중금속 별로 표토와 심토 간에 함량 차이가 있는 지를 통계적으로 검증하기 위하여, 독립표본 t 검정을 수행한 결과(p = 0.05), 모든 중금속이 표토와 심토 내 함량 간에 유의한 차이를 보이지 않았으나, Cd는 표토 평균 4.7±1.2 mg/kg, 심토 평균 5.8±1.2 mg/kg으로 서 표토에 비해 심토에서 함량이 통계적으로 유의하게 높게 나타났다. 환경부에서 규정한 토양환경보전법 1지역 토양오염 우려기준과 비교하였을 때, Cu, Hg, Ni, Zn 모두 우려 기준치를 훨씬 밑도는 값을 보여 오염되지 않은 것으로 나타났다. Pb는 Y21S(191.9 mg/kg), Y2D(140.0 mg/kg), Y24D(132.3 mg/kg)에서 다소 높은 함량이 나타났으나 역시 기준치 이하의 함량이었다. Pb의 경우는 연구 지 역의 평균 농도(80.1 mg/kg)가 국내 논밭의 평균 농도 (19.3 mg/kg; MOE, 2018)에 비하여 4.2배 높게 나타 났다. Cd의 경우, 48개 중 38개 시료(표토 15개, 심토 23 개)가 1지역 토양오염 우려기준(4 mg/kg)을 초과하는 것으로 나타났다. 위에서 기술한 분석 최대 오차비율 (13.1%)을 고려하여도 표토 14개, 심토 21개가 4 mg/kg 을 초과하였다. 우려기준을 초과하지 않은 시료 또한 표토 3.1 mg/kg, 심토 3.6 mg/kg의 평균 Cd 농도를. 보여 2017년 국내 논밭의 평균 Cd 농도에 비해 표토 는 18.4배, 심토는 21.8배가 높았다(MOE, 2018). 요약하면, 1) 조사한 48개의 시료 중 최소 73%의 시료에서 Cd 우려기준을 초과하였고, 2) 우려기준을 초 과하지 않은 시료에서 평균 Cd 농도가 국내 평균 농 경지 토양에 비하여 표토 18.4배, 심토 21.8배 부화되 었으며, 3) Cd 우려기준을 초과한 시료 중 약 60%가 심토이고, 4) 통계학적으로 유의하게 표토에 비하여 심 토 내 평균 Cd 함량이 높게 나타났다. Cd로 인한 오 염은 다른 석탄 화력발전소를 대상으로 한 Song et al.(2019)의 결과에서도 동일하게 나타난 현상이다. 그 러나 심토에 비해 표토에서 Cd 함량이 높게 나타났던 Song et al.(2019)과는 상이하게 삼천포 토양에서는 심 토 내 Cd 함량이 더 높은 현상을 보였다. 이러한 원 인으로는 경작으로 인한 교란, 복토 및 환토 등 토양 층의 물리적 변화, 토양 투수성으로 인한 금속의 심부 이동, 35년간의 발전소 운영 중 배기 분진 관리의 변 화, 다른 오염원의 존재 등 여러 가지를 들 수 있으나 토양 이력을 파악할 수 없는 현재로서는 정확한 원인 을 지목하기 어렵다. 하동 석탄 화력발전소 인근 표토의 경우 Cd 3.4, Co 8.8, Cr 32.9, Cu 18.7, Mn 385.9, Ni 23.9, Pb 57.6, Zn 77.5, 심토의 경우 Cd 3.7, Co 9.1, Cr 37.3, Cu 16.7, Mn 452.0, Ni 26.5, Pb 58.5, Zn 74.8(이상 단위 mg/kg)의 금속 함량을 보였다. 표토 내 Hg의 평균 농도는 42.53 µg/kg이었다(Table 6).. Table 6. Concentrations of heavy metals in the Hadong soils (unit: mg/kg except Hg of µg/kg). The numbers in parentheses represent Korean Soil Warning Criteria for Area 1. Surface soil O1S O2S O3S O4S O5S O6S O7S O8S O9S O10S O11S O12S O13S O14S O15S O16S. Cd (4) 4.8 3.6 2.8 3.1 3.7 2.8 2.7 3.6 2.6 2.5 2.7 2.2 4.8 7.3 3.3 3.0. Co. Cr. 9.0 11.2 4.6 5.4 8.6 6.4 6.9 9.3 5.9 21.7 7.8 7.1 15.0 4.0 8.4 8.7. 71.9 50.1 37.8 39.9 45.3 42.7 42.1 62.1 25.3 30.6 42.6 31.9 29.5 37.7 42.9 21.7. Cu (150) 28.6 23.6 21.2 19.5 20.1 15.5 29.5 61.8 5.1 11.3 13.7 18.5 35.4 3.6 13.8 15.2. Hg (4,000) 70.1. 101.6 51.2. 40.5 30.5 38.1 25.7 40.8. Mn 352.4 347.6 252.9 314.9 433.5 224.7 425.3 681.8 648.5 747.7 181.7 406.6 716.7 130.5 429.5 261.6. Ni (100) 18.1 4.4 20.2 23.3 24.6 31.4 29.2 41.0 31.6 26.4 56.1 37.7 37.1 19.9 29.7 4.4. Pb (200) 122.3 67.9 55.7 61.8 68.6 49.1 48.6 83.3 26.0 43.0 52.3 49.4 69.7 46.0 55.5 47.4. Zn (300) 105.5 63.4 77.0 94.8 77.4 44.6 84.3 98.4 14.8 49.6 57.5 68.2 94.1 15.5 70.3 54.6.
(9) 국내 삼천포와 하동 석탄 화력발전소 주변 토양 내 중금속의 지구화학적 특성 조사. 149. Table 6. Continued. Surface soil O17S O18S O19S O20S O21S O22S O23S O24S O25S O26S O27S O28S O29S O30S O31S Sub-surface soil O1D O2D O3D O4D O5D O6D O7D O8D O9D O10D O11D O12D O13D O14D O15D O16D O17D O18D O19D O20D O21D O22D O23D O24D O25D O26D O27D O28D O29D O30D O31D. Cd (4) 2.8 3.0 3.4 3.0 2.8 4.2 4.6 3.4 3.4 3.2 3.1 3.1 3.2 4.8 2.7 Cd (4) 4.1 3.0 3.4 3.3 4.2 3.9 3.3 3.5 1.7 NA 3.5 3.0 7.0 6.2 3.6 3.2 3.6 3.2 2.6 3.5 3.0 5.7 4.9 3.4 3.3 3.5 3.3 3.0 3.3 5.4 3.6. Co. Cr. 8.4 7.5 8.6 7.6 6.6 9.8 11.3 7.3 8.7 9.0 11.1 14.1 6.6 11.0 5.1. 5.4 20.9 16.8 4.5 17.8 15.9 34.6 38.3 24.4 25.5 21.5 34.0 40.2 33.7 33.8. Co. Cr. 13.4 11.6 6.4 6.2 8.2 9.8 9.8 8.0 7.0 NA 4.7 8.8 16.4 4.0 8.8 9.6 12.7 8.6 7.7 8.4 7.0 12.9 12.2 7.7 7.0 9.3 11.5 9.0 6.6 13.0 7.7. 74.6 57.3 41.4 46.3 42.3 42.9 39.8 63.6 24.2 NA 47.2 53.8 42.1 36.7 42.2 23.1 6.2 25.0 31.9 28.2 44.2 18.3 38.4 41.8 21.2 26.3 44.0 40.9 37.8 4.4 33.6. Cu (150) 35.3 12.7 19.8 12.5 11.6 11.3 11.7 11.0 11.4 13.2 40.9 17.5 13.7 12.9 8.5 Cu (150) 21.7 21.3 19.7 24.3 24.2 20.0 23.2 34.2 8.4 NA 6.5 18.3 37.1 7.0 10.9 16.4 37.4 11.0 14.2 9.3 11.4 7.3 11.4 11.7 10.1 11.4 33.0 13.4 10.6 10.7 5.6. Hg (4,000) 39.7. 25.0 28.7. 33.7 39.4 44.2 28.2 Hg (4,000). Mn 547.9 370.8 406.4 381.5 385.6 464.0 351.8 302.6 322.0 366.2 608.3 269.0 207.6 275.7 149.1 Mn 359.8 926.8 397.8 433.6 429.0 740.1 541.0 579.8 320.7 NA 444.9 448.6 665.0 172.6 430.8 302.2 596.8 309.9 448.1 356.0 487.4 537.5 436.3 348.5 353.8 392.7 593.4 460.8 224.6 557.8 263.0. Ni (100) 23.9 16.8 4.4 33.4 28.1 15.1 9.1 23.9 25.0 15.8 21.7 17.9 35.3 20.9 16.2 Ni (100) 31.8 19.8 16.8 17.9 18.5 26.2 24.1 41.6 27.4 NA 35.8 37.8 41.1 14.0 21.4 30.8 14.6 22.6 31.8 37.7 29.0 12.4 39.0 20.6 23.5 23.0 19.4 21.0 48.2 25.9 20.0. Pb (200) 51.0 52.5 59.5 54.6 48.6 59.4 59.8 58.2 57.8 56.2 55.6 53.9 57.4 65.9 49.5 Pb (200) 88.8 62.2 63.0 64.1 73.0 64.1 53.7 62.3 38.2 NA 23.0 47.8 82.4 36.3 59.9 54.4 59.5 59.2 50.1 61.9 50.8 67.4 64.2 59.5 59.5 58.3 56.7 50.3 59.0 69.2 56.6. Zn (300) 156.2 66.7 90.0 64.5 79.0 91.7 97.3 75.6 73.6 86.2 127.6 75.1 88.5 99.4 60.9 Zn (300) 69.0 57.0 79.4 84.8 88.3 53.1 69.2 89.7 28.2 NA 21.6 61.8 189.4 23.6 73.3 56.1 126.8 64.6 64.1 67.8 63.4 123.0 97.8 69.8 64.7 68.6 108.7 50.0 65.4 99.4 66.7.
(10) 150. 송창우 · 한협조 · 이종운. 표준물질을 사용한 분석의 정확도 판정 결과(p = 0.05), Cd를 제외한 모든 원소가 표준물질의 불확실성 (uncertainty) 범위 내에서 유의한 정확도를 보였다. Cd의 오차율(error, %)은 33.7~34.6%였다. 또한 각 중금속 별로 표토와 심토 간에 함량 차이가 있는지를 통계적으로 검증한 결과(p = 0.05), Cd를 포함한 모 든 중금속이 표토와 심토 내 함량 간에 유의한 차이를 보이지 않았다. 이는 심토에 비해 표토에서 Cd 함량이 높게 나타났던 Song et al.(2019) 및 심토의 Cd가 표 토에 비하여 부화된 삼천포 화력발전소의 경우와 다른 결과이다. 토양환경보전법 1지역에 대한 토양오염 우려기준과 비교하였을 때, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn 모두 우려기준치 를 훨씬 밑도는 값을 보여 오염되지 않은 것으로 나타 났다. 국내 논밭의 평균 농도와 비교하였을 때(MOE, 2018), Ni는 1.7배, Pb는 3.0배 높게 나타났다.. Cd의 경우, 62개 중 13개 시료(표토 6개, 심토 7개) 가 1지역 토양오염 우려기준(4 mg/kg)을 초과하는 것 으로 나타나 삼천포 토양에 비해 오염 범위가 훨씬 적 었다. 또한 분석 정확도의 최대 오차비율(34.6%)를 고 려하면 O14S, O13D, O14D의 3개 시료만이 우려기 준을 초과하는 것으로 나타났다. 삼천포 토양에 비해 이처럼 오염 양상이 적게 나타난 이유 중 하나는 발전 소의 가동연한이 삼천포에 비해 10여년 이상 짧기 때 문으로 보인다. 한편 우려기준을 초과하지 않은 시료 또한 표토 2.2 mg/kg, 심토 2.3 mg/kg의 평균 Cd 농도를 보여 2017년 국내 논밭의 평균 Cd 농도에 비 해 표토는 12.9배, 심토는 13.8배가 높았다(MOE, 2018). 이를 정리하면, 1) 조사한 62개의 시료 중 최 소 3개의 시료에서 Cd 우려기준을 초과하였고, 2) 우 려기준을 초과하지 않은 시료에서 평균 Cd 농도가 국 내 평균 농경지 토양에 비하여 표토 12.9배, 심토. Fig. 2. Spatial distribution of heavy metals in the Samcheonpo power plant area..
(11) 국내 삼천포와 하동 석탄 화력발전소 주변 토양 내 중금속의 지구화학적 특성 조사. 13.8배 부화되었으며, 3) 표토와 심토 간의 Cd 함량은 통계학적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 하동 화 력발전소의 경우, 보령(Song et al., 2019)이나 삼천포 화력발전소와 비교하였을 때 Cd만이 오염양상을 보인 것은 동일하나 그 오염정도가 다른 두 발전소에 비하 여 매우 적게 나타나며, 또한 포토와 심토 간에 차이 를 보이지 않는 것이 특징이다. 중금속의 공간적 분포 삼천포와 하동 석탄 화력발전소 인근 토양의 Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn의 분포와 함량에 대한 공간적 특징 을 확인하기 위하여 ArcGIS 프로그램의 역거리 가중 법(inverse distance weighted)을 이용하여 표현하였다. 삼천포 화력발전소 주변 토양 내 중금속의 공간적 분포특성을 확인한 결과, Cd는 화력발전소의 동쪽에서 비교적 높은 농도로 확인되며 특히 남동쪽 토양에서 가장 높은 수치를 보인다(Fig. 2). Cu와 Pb의 경우 주 로 발전소의 동쪽에서 집중적으로 높은 농도를 보이고. 151. Zn은 발전소 인근 동쪽과 북서쪽에 높은 농도를 보인 다. Ni는 특별한 경향없이 산재되어 분포하고 있다. 중 금속은 대체적으로 발전소의 동쪽방향으로 공통되게 높 은 농도의 분포를 보이고 있다. 전체적으로 해당 지역 의 남동~북서 방향으로 주로 부화된 상태를 보이는 것은 주 풍향인 북서풍 및 동남풍의 영향 때문인 것으 로 생각되나 이에 관해서는 추후 조사할 필요가 있다. 하동 화력발전소 주변 토양 내 중금속의 공간적 분 포를 보면, Cd는 주로 발전소 북쪽 2.5 km 부근에서 집중적으로 높은 농도를 보이고 서쪽과 동쪽에도 일부 높은 농도를 보이고 있다(Fig. 3). Cu는 발전소의 동쪽, 북쪽, 북서쪽에서 높은 농도를 보이는 토양이 존재하며, Ni는 발전소로부터 북쪽 2.5 km ~ 북서쪽 3.2 km ~ 동쪽 1.5 km에 이르는 지역에서 주로 높은 농도가 확인되었다. Pb는 Cd와 유사한 경향의 분포를 보였으나 Cd와는 달리 북쪽보다 동쪽에 특히 많은 농도가 나타 났다. Zn은 다양한 지점에서 높은 함량을 나타내었다.. Fig. 3. Spatial distribution of heavy metals in the Hadong power plant area..
(12) 152. 송창우 · 한협조 · 이종운. 지구화학적 오염도 평가 삼천포 화력발전소 인근 표토 내 Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn에 대한 지질부하지수 Igeo를 구한 후 각 범주(class)별 해당 시료의 개수를 Table 7에 나타 내었다. Co, Cr, Cu. Hg, Ni, Zn의 모든 시료가 범주 1(비오염~약간(moderately) 오염) 이하의 Igeo로 확인 되어 거의 오염되지 않았음을 알 수 있었다. Pb의 경 우 8개가 범주 1, 15개가 범주 2(약간 오염), 1개 (Y21S 시료)가 범주 3(약간 오염~심한(heavily) 오염) 으로 분류되어 일부 오염이 진행되었을 가능성을 확인 하였다. Cd의 경우 2개가 범주 4(심한 오염), 21개가. 범주 5(심한~극심한(extremely) 오염), 1개(Y24S 시료) 가 범주 6(극심한 오염)으로 분류되어 모든 시료에서 상당한 Cd 오염이 발생하였다는 것을 알 수 있었다. 하동 화력발전소 인근 표토의 경우, 삼천포 토양과 유사하게 Co, Cr, Cu. Hg, Ni, Zn의 모든 시료가 범 주 1(비오염~약간 오염) 이하로 확인되어 거의 오염되 지 않았음을 알 수 있었다(Table 8). Pb의 경우 6개의 시료가 범주 2(약간 오염)로 분류되었다. Cd의 경우 13개가 범주 4(심한 오염), 17개가 범주 5(심한~극심 한 오염), 1개(O14S 시료) 시료가 범주 6(극심한 오염) 으로 분류되었다.. Table 7. Geoaccumulation index (Igeo) of the Samcheonpo soils Heavy metals Cd Co Cr Cu Hg Ni. Geoaccumulation index, Igeo Class 2 Class 3 Class 4 2 (8%). Class 0. Class 1. Class 5 21 (88%). Class 6 1 (4%). -. -. 23 (96%) 24 (100%) 24 (100%) 15 (100%) 24 (100%). 1 (4%). -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. Pb. -. 8 (33%). 15 (63%). 1 (4%). -. -. -. Zn. 24 (100%). -. -. -. -. -. -. Class 5 17 (55%). Class 6 1 (3%). Table 8. Geoaccumulation index (Igeo) of the Hadong soils Heavy metals Cd Co Cr Cu Hg Ni Pb Zn. Class 0. Class 1. -. -. 31 (100%) 31 (100%) 31 (100%) 15 (100%) 31 (100%) 1 (3%) 30 (97%). Geoaccumulation index, Igeo Class 2 Class 3 Class 4 13 (42%). -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. 24 (78%) 1 (3%). 6 (19%). -. -. -. -. -. -. -. -. -.
(13) 국내 삼천포와 하동 석탄 화력발전소 주변 토양 내 중금속의 지구화학적 특성 조사. 삼천포 토양 시료의 농축계수 EF의 범주별 시료의 개수를 Table 9에 나타내었다. 토양오염 우려기준 이 내의 농도를 보였던 Cu, Ni와 그 외 Co, Cr은 대부 분의 시료에서 범주 2(약간 부화(moderate enrichment)) 이내로 분류되어 인위적 오염 정도가 그리 크지 않음 을 확인하였다. 역시 우려기준 이내의 함량으로 나타 났으나 Hg 및 Zn은 범주 2~3(높은 부화(significant enrichment))에 해당하는 시료의 비율이 각각 53%, 33%에 해당하여 인위적 오염이 다소 진행된 것으로 보인다. 한편 Cd의 경우 2개의 시료가 범주 4(매우 높 은(very high) 부화), 22개의 시료가 범주 5(극심한. 153. (extremely high) 부화)로 분류되어 인위적 원인에 의 한 농축이 매우 심하게 발생한 것으로 보인다. EF 200을 초과한 경우도 세 지점(Y1S, Y2S, Y3S)에서 나 타났다. Pb의 경우 18개의 시료가 범주 3, 5개의 시료 가 범주 4로 나타나 지질부하지수 Igeo에서 나타난 것 과 동일하게 다른 중금속들에 비해 상대적으로 인위적 오염이 진행된 것으로 나타났다. 하동 토양 시료의 농축계수 EF의 범주별 시료의 개 수를 Table 10에 나타내었다. 전체적으로 삼천포 시료 와 유사한 경향을 나타내어, Cd의 경우 1개의 시료가 범주 4, 30개의 시료가 범주 5로 분류되어 인위적 원. Table 9. Enrichment factor of the Samcheonpo soils Class Cd Co Cr Cu Hg Ni. Class 1. Class 2. Enrichment factor Class 3. -. -. -. -. 24 (100%) 23 (96%) 24 (100%) 7 (47%) 24 (100%). Pb. -. Zn. 16 (67%). Class 4 2 (8%). Class 5 22 (92%). -. -. -. 1 (4%). -. -. -. -. -. -. -. 5 (33%). 3 (20%). -. -. -. -. -. -. 1 (4%) 7 (29%). 18 (75%) 1 (4%). 5 (21%). -. -. -. Class 4 1 (3%). Class 5 30 (97%). -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. 7 (47%) 4 (13%) 1 (3%) 26 (84%). 1 (7%). -. -. -. -. -. 24 (78%) 1 (3%). 6 (19%). -. -. -. Table 10. Enrichment factor of the Hadong soils Class Cd Co Cr Cu Hg Ni. Class 1. Class 2. Enrichment factor Class 3. -. -. -. 30 (97%) 25 (81%) 31 (100%) 7 (47%) 27 (87%). 1 (3%) 6 (19%). Pb. -. Zn. 4 (13%).
(14) 154. 송창우 · 한협조 · 이종운. 인에 의한 농축이 매우 심하게 발생한 것으로 보인다. EF 200을 초과하는 시료가 두 개(O14S, O31S)였으며 특히 O14S는 614의 EF를 보였다. Pb의 경우 24개의 시료가 범주 3, 6개가 범주 4로 나타나 지질부하지수 Igeo에서 나타난 것과 동일하게 다른 중금속들에 비해 상대적으로 인위적 오염이 진행된 것으로 나타났다. Nowrouzi and Pourkhabbaz(2014)는 계산된 EF가 0.5~1.5 범위이면 자연적인 과정에 의한 부화로 보며, EF가 1.5를 초과하였을 때 인위적 활동으로 인한 오염 이 존재한다고 추정하였다. 삼천포 토양 내 농도가 높 지 않았던 Co, Cr, Ni의 경우 대부분의 시료가 EF 1.5 이하를 보여 자연적인 활동에 의한 것으로 보였다. Cu의 경우에도 79%의 시료가 EF 1.5 이하의 값을 보여 인위적인 활동에 의한 부화로 보기 어려운 것으 로 나타났다. 반면 토양 내 함량이 높지 않았던 Zn의 경우 58%의 시료가 EF 1.5를 초과하는 값을 보여 인 위적 요인으로 인한 부화 가능성이 있으며, 토양오염 우려기준을 초과하지 않았으나 전국 토양 평균 농도에 비해 약 4.2배 높은 농도를 보였던 Pb의 경우 모든 시료가 EF 1.5를 초과하는 수치를 보여 인위적 오염 활동에 의한 부화 가능성이 존재하였다. 우려기준을 초 과한 Cd의 경우 모든 시료가 매우 높은 EF 값을 나 타내어 인위적 활동에 의한 오염으로 보였다. 한편 하동 토양의 경우, Co, Cr, Ni에 대하여 1.5를 초과하는 농도의 시료 개수 비율이 각각 13%, 26%, 16%로 삼천포 토양(각각 4%, 4%, 0%)에 비하여 다 소 높게 나타났다. Cu는 87%의 시료가 1.5 이하로 나타났다. 모든 시료의 Pb와 Cd, 두 개의 시료(O9S, O10S)를 제외한 모든 시료의 Zn은 1.5를 초과하는 값 을 보였다. 중금속의 연속추출 토양 내 중금속이 교환가능 형태와 탄산염 결합 형 태로 존재할 경우 생물이용도(bioavailability)가 높다. 중금속이 철·망간산화물 결합 형태 또는 유기물 결합 형태로 존재할 경우 쉽게 용해되지 않으며 주로 불용 성 물질로 이동·축적된다(Suh et al., 2008). 잔류 형태 인 경우, 강산을 이용해야만 중금속 용출이 가능하므 로 가장 안전한 존재형태라 할 수 있다. 삼천포 토양 시료 6개(Y2S, Y2D, Y5S, Y5D, Y16S, Y16D)의 연속추출 분석 결과, 토양 시료 내 존재하는 중금속들은 대부분 안정한 형태로 존재하고 있었다 (Fig. 4). Cd의 경우 토양오염 우려기준 및 지구화학적 오염도 평가의 측면에서 오염이 관찰되었으나, 연속추. 출 결과 실제로 Cd의 생물이용도는 매우 낮은 것으로 나타났다. 용출 가능성이 낮은 철·망간산화물 결합 형태, 유기물 결합 형태, 잔류 형태로 존재하는 Cd는 82.0 ~ 94.2%에 달하는 것으로 나타났다. 따라서 자연적인 환경변화에 의해 Cd가 토양에서 용출되어 분산될 가 능성은 낮은 것으로 판단된다. 다른 중금속의 경우, 용 출 가능성이 낮은 위 세 가지 형태의 비율은 Cr 83.5 ~ 100.0%, Cu 87.8 ~ 94.3%, Pb 86.8 ~ 90.8%, Ni 64.3 ~ 96.3%, Zn 79.9 ~ 97.3%로서 Cd와 동 일하게 매우 높게 나타나 생물이용도가 낮음을 예측할 수 있다. 토양 내 중금속의 주요 기원이 석탄 연소인 것으로 본다면 이처럼 모든 중금속들이 용출되기 어려 운 형태로 존재하는 이유는 현재로서 알기 어려우나, 35년의 운전 기간을 고려하면 중금속이 토양 내에서 오랜 기간에 걸쳐 용출에 안정한 형태로 전환되었을 가능성이 있다. 하동 토양 시료 6개(O12S, O12D, O14S, O14D, O22S, O22D)의 연속추출 분석 결과, 삼천포 시료와 유사하게 안정한 형태로 존재하는 중금속 비율이 높았 다(Fig. 5). O14S 표토 시료를 제외할 때, Cd의 경우 용출 가능성이 낮은 철·망간산화물 결합 형태, 유기물 결합 형태, 잔류 형태로 존재하는 Cd는 78.3 ~ 92.9%에 달하는 것으로 나타났다. 다른 중금속의 경우, 용출 가능성이 낮은 위 세 가지 형태의 비율은 Cr 70.7 ~ 92.7%, Cu 78.0 ~ 98.4%, Pb 79.3 ~ 93.5%, Ni 67.6 ~ 96.0%, Zn 78.8 ~ 99.6%로서 Cd와 동 일하게 매우 높게 나타나 식물 등에 의한 생물이용도 가 낮을 것으로 보인다. 한편 삼천포 토양의 경우, 표토와 심토 간 연속추출 결과에 큰 차이가 없는데 반해, 하동 토양, 특히 O12 및 O14 지점에서는 표토와 심토 간에 잔류 형태 중금 속 비율의 차이가 두드러진다. O12와 O14의 표토 / 심토에서 나타나는 각 중금속의 평균 잔류 형태 비율은 Cd 59.5% / 86.2%, Cr 45.7% / 81.9%, Cu 42.9% / 80.9%, Pb 21.9% / 66.6%%, Ni 30.8% / 77.8%, Zn 31.3% / 80.0%이었다. 이러한 결과를 나타낸 원인 에 대한 규명 및 추후 용출 가능성에 대한 후속 연구 가 필요하다.. 4. 결. 론. 삼천포 및 하동 석탄 화력발전소 인근 토양의 중금 속 함량 분석 결과, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg 모두 1지역 토양오염 우려기준 미만으로 나타난 반면, Cd의 경우,.
(15) 국내 삼천포와 하동 석탄 화력발전소 주변 토양 내 중금속의 지구화학적 특성 조사. 155. Fig. 4. The percentage distribution of heavy metals fraction of Samcheonpo soils by sequential extraction. -S and –D in each sample name represent surface and subsurface, respectively.. 삼천포 토양 48개 시료 중 38개, 하동 토양 62개 중 13개의 시료에서 Cd 함량이 우려기준을 초과하여 나타 났다. 특히 지질부하지수와 농축계수 산정 결과를 통해 인위적인 오염원에 의해 Cd 오염이 발생하고 있음을 확인하였고, Pb 오염 또한 오염 정도는 낮지만 인위적. 기원에 의한 것으로 밝혀졌다. 그러나 Cd를 포함한 대 부분의 중금속이 토양 내에서 안정한 형태(철·망간산화물 ~ 잔류 형태)로 존재하여 낮은 생물이용도를 보였으므 로 주변 생태계로의 유입 가능성은 낮다고 할 수 있다. 하동 석탄 화력발전소에 비해 운영 기간이 긴 삼천.
(16) 156. 송창우 · 한협조 · 이종운. Fig. 5. The percentage distribution of heavy metals fraction of Hadong soils by sequential extraction. -S and –D in each sample name represent surface and subsurface, respectively.. 포 발전소 주변의 토양에서 Cd 오염 범위가 더 넓게 나타난 것은 장기간의 석탄 화력발전이 주변 토양 오 염에 직·간접적인 영향을 미쳤을 가능성을 암시한다. 그러나 지역별로 편차를 보일 것으로 예상되는 토양 오염의 특성을 확인하고 중금속 오염과 석탄 화력발전. 과의 상관성을 파악하기 위해서는 각 화력발전소의 가 동 방식(원탄의 원산지 및 유연탄·무연탄 여부 등) 및 운전 기간, 기상 특성(풍속 및 풍향, 강우량 등), 농경 지 이용 이력 등 더욱 많은 자료의 취득 및 해석이 필요하다..
(17) 국내 삼천포와 하동 석탄 화력발전소 주변 토양 내 중금속의 지구화학적 특성 조사. 사. 사. 이 논문은 한국연구재단 중견연구지원사업(과제번호 2017R1A2B4010641) 및 2019년도 산업통상자원부 재 원 한국에너지기술평가원(과제번호 20152510101980) 의지원을 받아 수행하였습니다.. References Abbasi, S.A., Nipaney, P.C., and Soni, R. (1989) Environmental status of cobalt and its micro determination with 7-nitroso-8-hydroxy-quinoline-5sulfonic acid in waters, aquatic weeds and animal tissues. Anal. Lett., v.22, p.225-235. Alloway, B.J. (1995) Heavy metals in soils, 2nd Ed. Chapman & Hall, Glasgow, UK, 155p. Alloway, B.J. (2008) Zinc in soils and crop nutrition, 2nd Ed. International Zinc Association and International Fertilizer Association, Brussels, Belgium, 16p. Bhuiyan, M.A.H., Parvez, L., Islam, M.A., Dampare, S.B., and Suzuki, S. (2010) Heavy metal pollution of coal mine-affected agricultural soils in the northern part of Bangladesh. J. Hazard. Mater., v.173, p.384-392. Blaser P., Zimmermann, S., Luster, J., and Shotyk, W. 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