Assessment of Pollution Characteristics of Surface Sediments from Lake Andong(II): Studies on the Nutrient and Heavy Metal Release Characteristics from Sediments in Andong Dam

Korean J. Mineral. Petrol. Vol. 33, No. 4, p. 391~405, 2020 https://doi.org/10.22807/KJMP.2020.33.4.391

안동댐 퇴적물의 오염도 평가(II): 안동댐 퇴적물에 대한 영양염류 및 중금속 용출 특성 연구

김영훈¹·박재충²·신태천¹·김정진³*

1안동대학교 환경공학과, ²수자원공사 안동권지사, ³안동대학교 지구환경과학과

Assessment of Pollution Characteristics of Surface Sediments from Lake Andong(II): Studies on the Nutrient and Heavy Metal

Release Characteristics from Sediments in Andong Dam

Young Hun Kim¹,Jae Chung Park², Tae Cheon Shin¹, and Jeong Jin Kim³*

1Department of Environmental Engineering, Andong National University, Andong 63729, Korea

2Korea Water Resources Corporation, Andong 36611, Korea

3Department of Earth and Environmental Sciences, Andong National University, Andong 63729, Korea

요 약: 본 연구에서는 안동댐 퇴적물의 일반항목과 중금속의 용출 특성에 대해 조사하였다. 용출 실험은 카 드뮴, 구리, 납, 크롬, 아연, 수은, 비소, 철, 망간 등 중금속 9개 및 pH, 총인, 총질소 등 일반 3개 항목에 대 해 혐기성과 호기성 조건에서 60일간 실험을 수행하였다. 총질소와 총인은 호기성 조건에 비해 혐기성 조건 의 용출이 높게 나타났으며, 일부 시료에서 높은 농도가 검출되었다. 대부분의 중금속의 용출율은 아주 낮았 으며, 퇴적물에서 함유량이 높은 비소와 카드뮴도 최대 용출량이 각각 0.028 mg/L, 0.003 mg/L로 낮은 값을 나타낸다. 5단계 연속추출연구에서는 쉽게 용출될 수 있는 이온교환형태나 흡착한 형태의 분율이 전체 함유 량의 10% 미만으로 낮게 나타났다. 대부분의 중금속은 왕수에 용해되는 잔류(residual)형태로 존재하고 있으 며, 특히 독성이 높고 오염도가 높은 비소와 카드뮴의 경우 잔류형태로 존재하는 비율이 각각 80%와 95%로 오염도에 비해 짧은 시간에 용출되어 유해성을 일으킬 가능성은 낮은 것으로 판단된다.

핵심어: 안동댐, 퇴적물, 중금속, 용출, 호기성, 혐기성

Abstract:

Five mixed sediment samples were prepared and leaching was conducted under aerobic and anaerobic condition for 60 days. Cd, Cu, Pb, Cr, Zn, Hg, As, Fe, Mn, phosphorus, and nitrogen were analyzed at each sampling time. The leaching rate of phosphorus was higher in anaerobic condition comparing with that of under aerobic condition. Some samples showed higher than the water-quality level IV. In case of As and Cd which showed highest contamination level in the sediment, leached concentration were 0.028 mg/L and 0.003 mg/L in maximum, respectively. The leached concentration is below than the lake water quality standard of Korea. Other heavy metals including Cu, Pb, and Cr also showed similar trend.

Five step sequential extraction showed that easily extractable 1-2 step portion such as ion-exchangeable and adsorbed one was less than 10% and the most of the portion was residual. For As and Cd, the residual portion were 80% and 95% respectively indicating the risk by the heavy metal leaching into the lake for a short period was not high in comparing with the contamination levels.

Keywords:

*Corresponding author Tel: +82-054-820-5038 E-mail: [email protected]

서 언

우리나라의 경우 강우에 의한 유량 변동이 큰 수계 는 집중 강우 시 많은 양의 퇴적물이 하천 하류나 호소로 이동하여 축적되고, 홍수나 준설 등으로 인해 퇴적물이 재 부유, 침식, 교란 등에 의해 오염물질이 용출되어 하천 및 호소의 수질에 나쁜 영향을 미칠 수 있다(NIER, 2012). 호수나 하천 퇴적물의 오염은 하천 상류의 지질 특성이 원인이 될 수 있지만 수질 오염이 높아지면 오염 물질이 퇴적물에 흡착되는 경 로를 통해 퇴적물에 분배될 수도 있다. 수질로부터 퇴적물에 분배되거나 퇴적물 자체에 포함된 오염물질 이 수환경으로 용출될 경우 수환경의 위해성이 높아 질 수 있다. 호소나 하천 퇴적물의 오염 종류는 영양 염류, 중금속 등이며 이들의 오염도, 오염의 이동 및 분해 등에 관한 많은 연구가 진행되었다((Oh et al., 2011; Oh and Cho, 2015; Kim et al., 2017). 오염 의 분포 및 특성에 관한 연구는 퇴적물 오염에 의한 위해성을 저감시키기 위해 매우 필요한 기초연구이다.

오염된 퇴적물 또는 오염물질을 함유한 퇴적물은 그 자체로서 수생태계에 악영향을 미칠 수 있다. 퇴 적물에서 용출된 오염물질은 수생태계와 인간에게 더 광범위하고 직접적으로 영향을 미칠 수 있으므로 퇴 적물에 포함된 오염물질의 용출 특성은 매우 중요하 다. 국내에서도 호소 퇴적물에서 영양염류와 중금속 의 용출 특성은 유기 퇴적물의 분포, 혐기성 및 호기 성 환경에 따른 영양염류의 용출, 퇴적물 내의 영양 염류의 형태 등과 관련된 연구가 많이 수행되었다 (Lee and Lee, 2004; Cho and Chung, 2007; Yoon et al., 2007; Ki et al., 2010: Cho et al., 2011).

상기 연구에서는 염류의 용출이 호기 조건전환 처리 에 의해 현저히 억제되어 상호 상관성이 매우 크다고 분석되었다. 그리고 지금까지의 대부분의 국내연구는 부영양화 등에 영향을 미치는 영양염류의 오염도 및 용출에 관한 연구가 대부분이며 중금속의 용출 특성 에 관한 연구는 많지 않다. 이는 공단지역 등 특별히 중금속으로 오염된 지역을 제외하고는 중금속으로 오 염된 지역이 많지 않으며 특히 용출될 정도의 오염도 를 가진 지역이 많지 않기 때문이다.

외국에서의 퇴적물에 대한 용출 특성 연구는 계절 적 용출의 패턴과 조절 요소와 생태적 중요성에 관한 연구, 부영양화된 저수지의 퇴적물로부터 질소와 인 의 용출비와 잠재적 위험성에 관한 연구, 호소에서

내부 용출 인을 관리 특성 연구 등이 있다(Cowan and Boynton, 1996; Nowlin et al., 2005; Hickey and Gibbs, 2009; Zhu et al., 2019).

안동댐은 최근 연구 및 보고에 의하면 퇴적물이 중 금속으로 심각하게 오염된 것으로 나타나고 있다. 특 히 비소와 카드뮴의 오염도가 매우 높아 하천호소 오 염 평가기준에서 ‘매우 나쁨’ 단계로 판명되었다(Seo et al., 2019). 퇴적물의 오염도가 높게 평가된 것은 퇴적물로부터 용출 가능성이 크다는 것을 의미하고 수질오염과 수생태계에 큰 영향을 미칠 수 있다.

퇴적물 용출 특성과 관련된 국내 유사 선행연구로 는 호소 퇴적물 내부생산성 오염도 영향 평가 및 용 출 특성에 관한 연구(Lee et al., 2012), 낙동강 퇴적 물에서 영양염류 용출 특성에 관한 연구(Lee et al., 2015), 남양호 퇴적물에서 영양염류 용출 특성 분석 (Cho and Chung, 2007) 등이 있으며, 그중 본 연구 의 대상지역 및 분석 항목 등을 고려해 낙동강유역환 경청의 낙동강 퇴적물에서 영양염류 용출 특성에 관 한 연구를 토대로 용출 실험을 실시하였다.

본 연구에서는 안동호에서 채취한 퇴적물 시료를 대상으로 호기 및 혐기 조건에서 영양염류 및 중금속 용출 특성을 평가하였으며, 그 결과는 오염된 퇴적물 로부터 오염물질이 수환경으로 이동되는 기구를 밝히 는 기초가 될 것으로 생각된다. 또한, 시간과 환경 조건 변화에 따른 퇴적물로부터 중금속 용출 여부와 정도를 정량화하여 향후 안동댐 수질 변화 예측에 활 용할 수 있는 자료 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

연구 방법

용출 방법 및 시료

안동댐 퇴적물 시료는 그랩샘플러를 이용하여 채취 하였으며 폴리에틸렌 재질의 병에 담아 운반하였다.

용출 실험에 사용된 물은 안동댐 내 수심 40 m 지점 에서 채취하였으며, 용출을 위한 안동호 퇴적물 시료 는 안동댐 퇴적물의 오염도 평가(I)의 시료 9개의 대 표지점(LS-01~LS-09) 중 시료의 특성과 위치를 고려하 여 LS-01 시료(L1), LS-02와 LS-03 혼합시료(L2․L3), LS-04와 LS-05 혼합시료(L4․L5), LS-06와 LS-07 혼 합시료(L6․L7), LS-08과 LS-09의 혼합시료(L8․L9)로 총 5개의 혼합시료에 대해 성층 형성 시기(혐기성)와 전도 형성 시기(호기성)로 구분하여 실험을 수행하였 다. 용출시료의 분취는 60일 동안 총 14회 실시(1,

2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 일)하였으며 분석 항목은 카드뮴, 구리, 납, 크롬, 아 연, 수은, 비소, 철, 망간 등 중금속 9개 및 pH, 총 인, 총질소 등 일반 3개이다. 수질 및 퇴적물에 대한 전처리 및 분석은 수질오염공정시험기준에 준하여 수 행하였다.

용출 반응조

용출 실험을 위해 아크릴 재질의 원통형 용출 반응 조를 제작하였으며 반응조의 크기는 사용될 퇴적물의 양 및 상등수의 양을 고려하여 지름 22 cm, 높이

60 cm로 제작하였다. 용출 반응조의 개념도를 Fig. 1 에 나타내었다. 퇴적물과 상등수의 비는 2 kg : 12 L이 다. 퇴적물이 부유되거나 물리적인 충격에 의해 영양 염류나 유기물이 용출되는 것을 최소화하기 위하여 반응조 설치 시 대상 퇴적물을 넣은 후, 벽면을 따라 조심스럽게 물을 채워 넣었다. 시료를 주입한 후에는 조류의 광합성에 의한 산소 조건 변화 방지를 위하여 알루미늄 호일로 빛을 차광하였다. 호기성 반응조는 에어펌프를 이용하여 공기를 공급하여 호기성 상태 (DO 7±1 mg/L)를 유지하였으며, 혐기성 반응조는 혐 기성 상태(DO 1±1 mg/L)를 유지하기 위하여 질소가

Fig. 1. Experimental equipment and schematic diagram for release experiment.

Table 1. Sequential extraction procedure (Kim and Baek, 2014; Winzel et al., 2001)

Fraction Extractable phase Extractant Extraction conditions

1 Exchangeable 0.05M-(NH4)2SO4 4 h shaking, room temperature

2 Specifically sorbed 0.05M-NH4H2PO4 16 h shaking, room temperature 3 Bound to amorphous oxides 0.2M-(NH4)2C2O4/H2C2O4, pH 3 4 h shaking in the dark, room

temperature 4 Bound to crystalline oxides 0.2M-(NH4)2C2O4/H2C2O4+ 0.1M-C6H8O6, pH3 30min,96±3^oC

5 Residual aquaregia(3:1, HCl:HNO3) 1hr,77^oC

스를 주기적으로 공급하였다. 반응조는 간이 물탱크 (가로 239 cm × 세로 150 cm)에 넣어서 실험하였으며 물탱크의 물을 냉각기를 사용하여 냉각하여 수온이 일정하게(4^oC±1) 유지되게 하였다. 수질 분석용 시료 는 퇴적층의 교란에 주의하며 상등수를 채취하였다.

퇴적물 연속추출 실험

퇴적물 중 중금속의 존재 형태를 살펴보기 위하여 5단계 연속추출 실험을 수행하였다(Table 1). 5단계 연속추출은 단계마다 용매를 달리하여 1)이온교환 형 태(Exchangeable), 2)강하게 흡착된 형태(Specifically sorbed), 3)비결정질 산화물에 결합된 형태(Bound to amorphous oxides), 4)결정질 산화물에 결합된 형태 (Bound to crystalline oxides), 5)황화물 및 유기물에 결합된 형태와 잔류상(Residual)으로 구분하여 순차적 으로 추출하였다. 고전적 연속추출방법을 개선한 방

법으로 유사 선행연구에 사용한 분석방법을 응용하여 실시하였다(Kim and Baek, 2014; Winzel et al., 2001).

결과 및 고찰

총질소 용출 특성

안동댐 퇴적물의 경우 질소와 인 등 영양염류에 의 한 오염이 비소 및 카드뮴 등의 중금속에 비해 높지 않으나 퇴적물에 포함된 영양염류의 유출이 수질에 영향을 미칠 수 있으므로 용출 특성을 조사하였다.

Fig. 2는 퇴적물로부터 호기 및 혐기성 환경에서 시 간에 따른 질소와 인의 용출 결과를 나타낸 것이다.

용출에 사용된 물은 안동댐에서 채취하였으며 질소의 농도는 1.63 mg/L이다. 용출 실험이 진행되는 동안 질소 농도는 초기에 비해 낮아지는 경우도 있으나 대

Fig. 2. Release of total nitrogen and total phosphorus with time in aerobic condition from the Andong-dam sediment.

체로 증가하며, 농도의 증감이 반복되지만 25일 이후 에는 농도가 더 이상 증가하지 않고 안정화되는 경향 을 보인다. 혐기성 조건에서 실시된 용출 결과는 호 기성 조건에 비해 용출율이 높으며, 25일 이후에도 기울기는 낮지만 증가하는 경향을 보인다. 대조군 시 료 중 농경지 시료에서 전체적으로 높은 용출율을 보 이며 최대 4.66 mg/L까지 증가하였으며 25일 이후는 뚜렷한 증가 경향을 보이지 않는다. 용출 실험에 사 용된 퇴적물과 물의 비율이 높지 않아 실제보다 높게 측정될 가능성이 있으나 총질소는 하천오염기준 VI 등급을 초과하는 정도의 용출율을 보인다. 선행 연구 결과에서도 질소 농도는 20일간의 용출 실험에서 감 소와 증가가 반복적으로 일어나는 경향을 보였으며 질소의 존재 형태에 따라 그 경향이 다르게 나타났다 (Lee et al., 2015). 호소 퇴적물 용출 특성에 관한 연 구에서도 호기성 조건보다 혐기성 조건에서 영양염류 의 용출이 높은 것으로 보고하였다(Lee et al., 2012).

총인 용출 특성

용출에 사용된 안동댐 물의 총인은 정량한계 이하 였으며 용출 5일 이후부터 인이 검출되는 경향을 보 였다. 그중 혐기성 조건 L4·L5, L8·L9의 시료가 45 일 이후부터 최대 0.35 mg/L까지 증가하였다. 호기성 조건에 비해 혐기성 조건의 용출이 높게 나타났으며, 45일 이후 일부 시료에서 VI 등급 기준을 초과하는 농도가 검출되었다. 환경 기준을 고려하여 오염도 분 석을 할 경우 인이 질소에 비해 오염도가 높은 것으 로 나타났으나 용출 실험에서는 질소에 비해 낮은 값 을 보인다. 낙동강 퇴적물을 대상으로 한 선행연구에 서는 인의 농도가 감소하다가 15일 이후 증가하는 경 향으로 바뀌었으나 초기농도에 미치지 못하는 낮은 용출 결과를 보고하였다(Lee et al., 2015).

비소(As) 용출 특성

비소는 퇴적물의 중금속 오염도에서 카드뮴과 함께

Fig. 3. Release of arsenic with time in aerobic and anaerobic condition from the Andong-dam sediment.

오염도가 매우 높은 항목으로 안동댐 퇴적물 전체 오 염도를 매우 나쁨 단계로 판정하게 하는 항목이다.

그러므로 비소의 용출 가능성은 퇴적물의 오염 유출 및 생태 위해성에 매우 중요한 인자이다. 초기 비소 의 농도는 0.002 mg/L이며, 용출 특성은 일반적으로 호기에 비해 혐기성 환경에서 용출량이 많으며 호기 성의 경우 초기 용출량이 증가하나 5-10일 이후 감소 하는 경향이 있다. 혐기성의 경우에도 초기 용출량이 증가하다가 약간의 정체기를 지나 50일까지 증가하는 경향을 보인다(Fig. 3). 혐기성 반응조의 L4·L5, L6·L7, L8·L9이 최대 0.03 mg/L(혐기성, L4·L5), 최 소 0.02 mg/L(혐기성, L6·L7)까지 증가는 경향을 보 인다. 비소의 함유량이 높은 댐내 시료의 혐기 조건 에서 용출이 높은 경향을 보이지만 최고 농도의 경우 도 호소수 수질 기준을 초과하지 않아 퇴적물의 높은 오염도가 짧은 시간 동안에는 수질 오염에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 그러나 혐기성 환경에

서 비소가 용출된다는 것은 혐기성 환경인 호소 퇴적 물에 높은 농도의 비소가 포함된 경우 오랜 시간 동 안 반응 시 수환경에 영향을 줄 수 있다는 것을 의 미한다. 대조군의 경우 호기성 조건에서만 용출이 진 행되었으며 용출 농도는 매우 낮다. 호소 토양의 중 금속 용출 연구에서도 환원 조건에서 비소의 용출율 이 증가한다고 보고하였다(Rinklebe et al., 2016, Shaheen et al., 2016).

카드뮴(Cd) 용출 특성

카드뮴은 비소와 함께 안동댐 퇴적물 오염도가 가 장 높은 편이며 호소 오염도를 매우 나쁨 판정의 원 인이 되는 항목이다. 카드뮴의 농도가 높은 퇴적물에 서 용출이 일어나면 수생태계에 미치는 위해도는 매 우 크다. Fig. 4에서 분석 결과를 보면 카드뮴은 혐 기성 조건에 비해 호기성 조건에서의 용출량이 많으 나 농도는 높지 않다. 모든 시료에서 초기 2일간 용

Fig. 4. Release of cadmium with time in aerobic and anaerobic condition from the Andong-dam sediment.

출량이 증가하며 이는 혼합 퇴적물 시료의 표면에서 용출된 것으로 판단된다. 초기 용출량의 증가 후 15 일부터는 증가 기울기가 비교적 일정하다. 댐내 시료 중 댐축에서 가까운 시료인 호기성 L6·L7, L8·L9에 서 최대 0.003 mg/L까지 증가하였다. 용출 시간에 따 라 지속적으로 농도가 증가하고 있으나 60일간의 용 출 실험에서 나타나는 최대값도 호소수 수질기준인 0.005 mg/L를 초과하지 않는다. 이는 비소와 마찬가 지로 퇴적물의 높은 오염도가 짧은 시간 내에 수질 오염에 영향을 미치지 않는 것으로 생각된다. 그러나 퇴적물로부터 카드뮴이 용출된다는 것은 댐내 물의 양이 많지 않고 장기간 퇴적물과 접촉하게 되면 수중 의 카드뮴 농도가 증가할 수 있다는 것을 의미한다.

호소토양의 중금속 용출 연구에서도 산화 조건에서 카드뮴의 용출이 증가한다고 보고하여 본 연구와 유

사한 결론을 내리고 있다(Rinklebe et al., 2016).

크롬(Cr) 용출 특성

크롬은 용출수의 농도가 0.001 mg/L이며 호기와 혐 기성 조건 모두에서 용출 시작 후 점차 농도가 낮아 져 15일 이후 정량한계 이하로 감소하였으며, 35일부 터 다시 증가하는 경향을 보인다. 최대값은 0.005 mg/L(호기성, L2·L3)이나 호소수 수질 기준에 비교하 여 크게 낮다(Fig. 5).

구리(Cu) 용출 특성

구리의 초기 용출수의 농도가 0.001 mg/L이며, 호 기 조건에서 구리의 용출 특성은 용출 초기 1-2일간 급격히 증가하였으나 2일 후 농도의 증가 경향은 크 지 않다(Fig. 6). 이는 퇴적물에 흡착되어 있거나 용

Fig. 5. Release of chromium with time in aerobic and anaerobic condition from the Andong-dam sediment.

출이 쉬운 부분에서 수중으로 용출된 것으로 판단된 다. 10일 이후에는 수중농도 변화가 크지 않으며 안 정화되는 경향이 나타났으며, 용출량은 수질 기준에 크게 미치지 못한다. 혐기성 조건에서 초기 1-2일에 농도가 급격히 증가하였으나 그 이후 감소하는 경향 을 보여 60일에는 0.005 mg/L 이하의 농도로 호기성 에 비해 낮은 농도를 보여준다.

수은(Hg) 용출 특성

수은의 경우 퇴적물의 오염도도 낮으나 용출 후 농 도가 정량한계 미만으로 매우 낮게 용출되었다.

철(Fe) 용출 특성

철은 독성 중금속은 아니지만, 산화철의 형성 및 다른 금속과의 공침, 흡착 등 수환경에서 물리-화학적

반응에 관여하므로 수중의 농도는 매우 중요하다. 철 의 용출수의 초기 농도가 0.15 mg/L이며, 호기조의 경우 철의 용출수의 농도가 약 0.105 mg/L이며 초기 며칠간 용출량이 약간 증가하다가 지속적으로 감소하 는 경향을 보인다. 혐기조의 경우 증가 속도는 매우 느리나 용출이 지속적으로 이루어져 시간이 지남에 따라 농도가 증가한다. 용출량은 철의 농도가 높은 댐내 퇴적물에서 높고 15일 이후 혐기조인 L2·L3, L4·L5, L6·L7, L8·L9의 용출량이 대체로 증가하는 경향을 나타낸다(Fig. 7).

망간(Mn) 용출 특성

망간의 초기 용출수의 농도는 0.04 mg/L이며, 망 간의 용출 실험 결과 호기성 조건인 L1, L2·L3, L4·L5와 지천 및 주변 하천, 대조군 시료는 초기 용

Fig. 6. Release of copper with time in aerobic and anaerobic condition from the Andong-dam sediment.

Fig. 7. Release of iron with time in aerobic and anaerobic condition from the Andong-dam sediment.

Fig. 8. Release of manganese with time in aerobic and anaerobic condition from the Andong-dam sediment.

출에 의한 농도 상승 후 시간이 지남에 따라 농도가 감소하였으며 호기성 L6·L7, L8·L9의 경우 용출량이 증가하며 최대 10.498 mg/L이다. 혐기성 반응조의 시 료는 호기성 반응조에 비해 상대적으로 낮은 용출 특 성을 보이고 있다. 망간의 독성이 카드뮴 및 비소에 비해 낮지만 용출 농도가 매우 높고 용출이 일어나는 시료는 댐축과 가까운 지점의 시료이다. 호소 토양의 중금속 용출 연구에서 망간의 용출은 환원 조건에 비 해 산화 조건에서 높다고 보고하였다(Rinklebe et al., 2016).

납(Pb) 용출 특성

납은 호기 및 혐기 조건에서 초기 2일간 용출량이 증가하다가 안정화되거나 감소하는 경향을 보인다. 35 일 이후에는 대체로 안정화된 경향을 보이며 용출된

농도는 호소수 수질 기준에 비하여 40% 이하로 매우 낮다(Fig. 9).

아연(Zn) 용출 특성

아연은 안동댐 상류지역에 제련소가 위치하고 있으 며 아연을 채굴한 폐광산이 있어 하천 및 호소에 오 염의 유입이 염려되는 금속이다. 호기 및 혐기 조건 에서 용출 결과 호기 조건에서 비교적 높은 농도로 용출되며 농도의 증가와 감소가 관찰되어 특이한 경 향을 보인다(Fig. 10). 대조군과 비교하여 유의하게 높지 않은 용출수 농도를 보인다. 호기성 조건의 평 균 농도는 0.395 mg/L이며, 혐기성 평균 농도는 0.232 mg/L이고, 대조지점 호기성 평균은 0.472 mg/L 로 모든 실험에서 먹는물 수질기준인 3 mg/L를 초과 하지 않는다.

Fig. 9. Release of lead with time in aerobic and anaerobic condition from the Andong-dam sediment.

퇴적물 연속추출 결과

Fig. 11은 안동댐 퇴적물의 연속추출 결과를 나타 낸 그래프이다. L1을 제외하고 모든 시료에서 중금속 들은 쉽게 용출될 수 있는 이온교환형태나 강하게 흡 착한 형태 등 1-2단계에 용출된 분율은 전체 함유량 의 10% 미만으로 나타났다. 왕수에 용해되는 잔류 (residual)형태로 대부분의 중금속이 존재하고 있는 것 으로 나타났다. 특히 독성이 높으며 안동호에 고농도 로 존재하여 오염도가 높은 비소와 카드뮴의 경우 5 단계에 추출되는 비율이 각각 80%와 95% 이상이다.

1단계에 추출되는 비율은 0.1% 미만이며 2단계 추출 률도 5% 미만이다. 이 결과는 퇴적물에 비소, 카드뮴 등의 중금속이 존재하기만 쉽게 용출되는 존재 형태

는 아니라는 것을 의미하며 용출에 의한 위해도가 급 격히 높아질 가능성은 거의 없다. 하지만 독성이 상 대적으로 낮은 철과 아연의 존재 형태는 3-4단계에서 용출되는 비율이 높다. 이는 이들 물질이 비결정 또 는 결정형태의 산화물로 존재할 가능성이 크다는 것 을 의미하며, 중금속의 이동도는 퇴적물 내 총 함량 보다 결합 형태에 따라 달라진다(Stalika et al., 1999).

기존의 연구 결과에 의하면 준설토에서 중금속의 화 학적 형태에 따라 용출 가능성이 다르며 특히 석회를 처리할 경우 혐기성 상태에서 용출을 감소시킬 수도 있으나 화학적 형태를 변화시킬 경우 오히려 용출 가 능성을 증가시킬 가능성이 있는 것으로 보고하였다 (Park and Jun, 2008).

Fig. 10. Release of zinc with time in aerobic and anaerobic condition from the Andong-dam sediment.

Table 2. Concentration of sequentially extracted fractions of heavy metals from Andong-dam sediment

No. Step As Cu Cd Pb Cr Mn Fe Zn

L1

1 0.00 0.00 0.00 ND 0.00 0.05 12.77 1.95

2 0.04 0.01 0.00 ND 0.01 0.08 24.24 43.26

3 0.06 0.03 0.01 0.06 0.02 0.48 2330.00 111.60

4 0.02 0.02 0.00 0.02 0.02 0.10 3030.00 94.68

5 11.36 ND 0.83 25.21 ND 70.29 2810.00 31.00

L2.L3

1 0.02 0.01 0.00 ND 0.00 0.60 17.11 9.10

2 0.41 0.02 0.00 ND 0.01 0.30 41.86 23.97

3 1.03 0.44 0.12 0.59 0.13 2.01 45300.00 5962.00

4 0.33 0.05 0.03 0.27 0.15 0.60 29620.00 219.90

5 5.15 14.50 6.97 69.15 13.22 200.00 19600.00 228.40

L4.L5

1 0.03 0.00 0.00 ND 0.00 0.84 17.56 13.11

2 0.45 0.02 0.01 ND 0.01 0.29 37.10 20.94

3 1.15 0.43 0.08 0.54 0.13 1.66 42020.00 1856.00

4 0.33 0.06 0.03 0.26 0.13 0.59 25750.00 158.00

5 11.33 10.46 5.50 61.50 13.64 239.00 22810.00 202.20

L6.L7

1 0.05 0.01 0.01 ND 0.00 4.33 21.58 35.88

2 0.71 0.03 0.00 ND 0.01 0.62 44.19 17.81

3 1.62 0.47 0.06 0.47 0.16 2.93 70160.00 1620.00

4 0.55 0.05 0.03 0.25 0.17 0.87 36590.00 164.20

5 14.30 7.33 3.96 66.75 15.08 60.96 19620.00 155.50

L8.L9

1 0.07 0.02 0.00 ND 0.00 8.79 24.75 49.67

2 1.15 0.03 0.00 ND 0.01 1.73 40.16 13.02

3 1.85 0.39 0.09 0.48 0.18 9.35 72810.00 1643.00

4 0.76 0.05 0.04 0.22 0.20 1.39 36620.00 623.00

5 16.20 13.21 6.95 53.76 8.80 413.30 20420.00 201.00

Avg.

1 0.03 0.01 0.00 ND 0.00 2.92 18.75 21.94

2 0.55 0.02 0.00 ND 0.01 0.60 37.51 23.80

3 1.14 0.35 0.07 0.43 0.12 3.29 46520.00 2239.00

4 0.40 0.05 0.03 0.20 0.13 0.71 26320.00 2511.00

5 11.67 9.10 4.84 55.27 10.15 196.70 17050.00 163.50

*ND: No Detection

결 론

퇴적물 용출 특성 분석은 현장 조건과 가장 유사하 게 수행되어야 하나 수중의 퇴적물을 교란 없이 채취 하고 댐조건과 동일한 물리화학적 조건에서 용출이 일어나게 하기가 현실적으로 어려운 점이 많다. 용출 실험을 혐기 조건과 호기 조건에서 총 60일간 조사하 였다. 총인의 경우 호기성 조건에 비해 혐기성 조건 에서 용출률이 높게 나타나며, 총질소는 호기성 조건 과 혐기성 조건의 용출률이 비슷하게 나타나는 경향 을 보인다. 퇴적물에 함유량이 많았던 비소와 카드뮴 의 경우 용출 실험에서 용출 경향은 낮아 호소수 수 질 기준 이하로 조사되었다. 구리, 납, 크롬 등의 중 금속도 용출율이 낮으며 60일간의 용출에서 호소수 수질기준을 만족하였다.

연속추출결과 중금속들은 쉽게 용출될 수 있는 이

온교환 형태나 강하게 흡착한 형태 등 1-2단계에 용출 된 분율은 전체 함유량의 10% 미만으로 나타났으며 왕수에 용해되는 잔류형태로 대부분의 중금속이 존재 하고 있는 것으로 나타났다. 특히 오염도 조사에서 함 유량이 많았던 비소와 카드뮴의 경우 5단계에 추출되 는 비율이 각각 80%와 95% 이상이며 1단계와 2단계 에 추출되는 비율은 0.1%와 5% 미만이다. 철과 아연 의 경우 3-4단계에서 용출되는 비율이 상대적으로 높다.

안동댐 퇴적물에서 가장 오염도가 높은 중금속 항 목은 카드뮴과 비소이다. 퇴적물 내에 카드뮴과 비소 의 농도가 아주 높기 때문에 용출되는 양이 많을 것 으로 예측되었으나 실제는 매우 낮은 용출율을 얻게 되었다. 카드뮴과 비소는 연속추출 결과 최종 단계인 5단계에서 대부분 추출되었다. 이는 카드뮴과 비소가 퇴적물 광물내에 강하게 결합되어 있어 용출에 의한 위해성은 상대적으로 낮을 것으로 판단된다.

Fig. 11. Sequentially extracted fractions of heavy metals from Andong-dam sediment.

사 사

이 연구는 K-water 안동권 관리단의 안동댐 퇴적물 의 특성 및 수질 ‧ 수생태계 영향 연구용역 사업 및 한국연구재단 이공분야기초연구사업(NRF-2016R1D1 A3B01013509)의 재원을 지원받아 수행되었으며 이 에 감사드립니다.

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Received September 11, 2020 Review started September 14, 2020 Accepted November 23, 2020

[ 저 자 정 보 ]

• 김영훈 : 안동대학교 환경공학과/교수

• 박재충 : 수자원공사 안동권지사/부장

• 신태천 : 안동대학교 환경공학과/대학원생

• 김정진 : 안동대학교 지구환경과학과/교수