석탄광산이 349개, 금속광산이 988개, 비금속광산이 699개 등 총 2,036개 광산이 전국적으로 분포하고 있는 것으로 알려져 있다(Jung
1992년부터 국내에서는 폐금속광산 주변의 토양 및 수질오염에 대한 조사 및 연구를 해왔으며, 비소 및 중금속에 의한 오염이 보고되어 왔다(Choi
국내의 경우 폐석탄 광산과 폐금속광산에서 주로 금속성분에 대한 오염연구 중심으로 진행되어 왔으나, 외국의 경우 폐석탄 광산 주변 토양 및 퇴적물에서 PAHs의 오염이 보고되고 있으며, 석탄 입자들이 토양 및 하천 퇴적물의 PAHs 오염원으로 작용하는 것으로 알려져있다(Ovrebo
PAHs는 여러 개의 벤젠 고리가 융합한 형태를 가진 방향족 탄화수소로서 화석(석탄, 석유)연료에 함유되어 있으며, 연료가 누출되거나 불완전 연소시 발생되어 주변 환경을 오염시킨다(Zuo
현재까지 국내 폐광산 주변 지역에 대한 PAHs 농도분석에 대한 연구가 전무하여 본 연구에서는 폐광산 주변 지역에서 토양 시료를 채취하여 중금속과 PAHs의 농도를 분석 하고, 거리별 농도분포 및 중금속과 PAHs의 오염도 상관관계를 분석하고자 하였다.
조사대상 광산은 비소와 중금속으로 오염된 것으로 보고 된 폐금속광산 2개와 폐석탄광산 3개를 선정하였다. 폐석탄광산은 호남광업과 동양탄광, 갑정탄광 3개 광산이고 폐금속 광산은 덕음광산과 영대광산 2 개 광산이다. 시료채취 위치는 광산 갱구로부터의 거리(100 m 마다 토양시료 채취), 광해 오염의 확인, 접근의 용이성 등을 고려하여 채취하였다. 2011년 4월부터 9월 사이에 호남광업 51 개 시료와 동양탄광 42 개 시료, 갑정탄광 19 개 시료, 덕음광산 41 개 시료, 영대광산 39 개 시료를 각각 채취 하였다. 시료채취 방법은 모삽과 핸드오거 등의 기구를 사용하였고 표층에서 심도 15 cm 이내에서 1 kg의 토양 시료를 채취하였다. 채취된 시료는 유리병에 담아 실험실로 운반하고 4 ℃ 이하로 보관하였다.
분석항목은 중금속(As 및 Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn)과 PAHs이며 중금속 분석은 토양오염공정시험 기준에 따라 왕수를 이용하여 전분해 한 후 여과하고 ICP-OES로 측정하였다. PAHs 분석항목은 유해성을 고려하여 미국 환경청(EPA)에서 정한 16가지의 우선감시물질을 대상으로 하였고 농도는 16가지 우선감시물질의 총 함량으로 나타내었다. 분석절차는 토양오염공정시험기준의 benzo(a)pyrene의 분석 방법에 따라 분석하였으며 토양시료 10 g에 DCM 100 ml를 넣고 초음파 추출한 뒤 GC-MS로 측정하였다.
광산지역의 주 오염물질인 As와 다른 성분과의 상관관계를 구하고 분석하기 위해 피어슨 상관계수(Pearson’s Correlation Coefficient, r)와 P value 를 이용한 분석 결과를 Table 2에 나타내었다. 상관계수(r)는 절대값의 범위가 0<
중금속과 PAHs의 농도 분포를 Table 1에 제시하였다. 5 개 광산의 As 농도는 호남광업 1.77-226 mg/kg, 동양탄광6.06-43.2 mg/kg, 갑정탄광 0.00-141 mg/kg, 덕음광산 2.81-49.6 mg/kg, 영대광산 1.64-171 mg/kg 의 범위로 나타났다. 비소의 최고농도는 조사한 5개 광산 모두에서 토양환경보전법의 1지역 우려기준(25 mg/kg)을 초과한 것으로 나타났다. 즉 조사한 모든 광산에서 비소오염이 나타났으며, 이들 광산지역에서 광업활동에 의한 주 오염물질로 분석되었다.
Averages of inorganic contaminants and PAHs concentrations in soils or sediments from the vicinity of each mine. The minimum and maximum values are parenthesis
Cd 농도는 호남광업 0.02-0.82 mg/kg, 동양탄광 0.07-0.37 mg/kg, 갑정탄광 0.13-4.63 mg/kg, 덕음광산 0.08-174 mg/kg, 영대광산 0.00-7.74 mg/kg의 범위로 나타났다. Cd의 최고농도가 갑정탄광과 덕음광산, 영대광산에서 1지역 우려기준(4 mg/kg)을 초과하여 나타났다.
Cr 농도는 호남광업 0.07-32.1 mg/kg, 동양탄광 10.9-42.5 mg/kg, 갑정탄광 11.2-45.4 mg/kg, 덕음광산 6.87-22.1 mg/kg, 영대광산 1.74-18.3 mg/kg 범위로 나타났고 폐금속 광산에 비해 폐석탄 광산에서 비교적 농도가 높게 나타났다.
Cu 농도는 호남광업 7.34-90.3 mg/kg, 동양탄광 10.5-222 mg/kg, 갑정탄광 5.63-101 mg/kg, 덕음광산 7.84-237 mg/kg, 영대광산 1.47-169 mg/kg 범위로 나타났다. Cu의 최고농도가 동양탄광과 덕음광산, 영대광산에서 1지역 우려기준(150 mg/kg)을 초과하여 나타났다.
Ni 농도는 호남광업 0.27-57.7 mg/kg, 동양탄광 3.26-39.2 mg/kg, 갑정탄광 5.40-89.1 mg/kg, 덕음광산 1.83-10.9 mg/kg, 영대광산 0.98-8.92 mg/kg 범위로 나타났고 폐금속 광산에 비해 폐석탄 광산에서 비교적 농도가 높게 나타났다. Ni의 최고농도가 1지역 우려기준(100 mg/kg)을 초과하여 나타난 지역은 없는 것으로 나타났다.
Pb 농도는 호남광업 4.59-38.5 mg/kg, 동양탄광 6.61-25.4 mg/kg, 갑정탄광 11.2-94.4 mg/kg, 덕음광산 16.4-434 mg/kg, 영대광산 2.08-1,155 mg/kg 범위로 나타났고 폐탄광에 비해 폐금속 광산에서 비교적 농도가 높게 나타났다. 폐금속광산인 덕음광산과 영대광산에서 Pb의 최고농도가 1지역 우려기준 (200 mg/kg)를 초과하여 나타났다. 폐석탄광산에서는 상대적으로 농도가 높지 않았으며 우려기준을 초과한 오염물질이 아닌 것으로 분석되었다.
Zn 농도는 호남광업 19.3-238 mg/kg, 동양탄광 25.2-81.5 mg/kg, 갑정탄광 21.5-704 mg/kg, 덕음광산 25.0-13,024 mg/kg, 영대광산 7.51-777 mg/kg 범위로 나타났다. 덕음 광산의 경우 정화시설에서 채취한 퇴적물 1개 시료에서 농도(13,024 mg/kg)가 높게 나왔다. Zn의 최고농도가 갑정탄광과 덕음광산, 영대광산에서 1지역 우려기준 (300 mg/kg)을 초과하여 나타났다.
PAHs 농도는 호남광업 0-534
As는 조사한 모든 광산에서 광업활동에 의한 주 오염물질로 나타났으므로, As와 다른 성분들 간의 상관관계를 분석하였다. 분석결과 As와 Cd의 상관관계에서는 호남광업, 덕음광산, 영대광산에서 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 덕음광산과 영대광산에서 Cd는 1지역 우려기준을 초과하는 주 오염물질 이였으며, 농도별 상관관계에서 As와 강한 상관관계가 있는 것으로 나타나 As와 Cd의 오염원과 오염경로는 유사한 것으로 판단된다. 호남광업 지역의 시료에서는 Cd의 농도가 우려기준을 초과하지는 않았으나 As와는 상관관계가 있는 것으로 나타나 오염원과 오염경로는 As와 유사한 것으로 판단된다. Cr은 조사한 광산들에서 주 오염물질로 나타나지 않았으며, As와의 상관관계가 낮은 것으로 나타났다. Cu는 동양탄광과 덕음광산, 영대광산에서 1지역 우려기준을 초과한 오염물질이였으며, As와의 농도상관관계에서 동양탄광, 갑정탄광, 덕음광산, 영대광산에서 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 즉 이들 광산에서 Cu는 오염원과 오염경로가 As와 유사한 것으로 나타났다. Ni은 조사한 광산들에서 1지역 우려기준을 초과한 시료가 없었으며, 주 오염물질로 나타나지 않았고 As와의 농도 상관관계에서도 낮은 상관관계가 있는 것으로 나타났다. Pb는 덕음광산과 영대광산에서 최고농도가 1지역 우려기준을 초과한 오염물질로 나타났는데, As와의 상관관계에서 갑정탄광, 덕음광산, 영대광산에서 강한 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 즉 이들 광산에서 Pb는 오염원과 오염경로가 As와 유사한 것으로 나타났다. Zn은 갑정탄광과 덕음광산 영대광산에서 시료의 최고농도가 1지역 우려기준을 초과하여 나타났는데, As와의 상관관계에서 덕음광산, 영대광산에서 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 즉 Zn 역시 이들 광산에서 오염원과 오염경로가 As와 유사한 것으로 나타났다. 1992년부터 국내에서는 폐광산 주변의 토양 및 수질오염에 대한 조사 및 연구를 해왔으며, 비소 및 중금속에 의한 복합오염이 보고되어 왔으며(Choi
조사한 모든 광산에서 As와 PAHs의 농도 상관관계에서는 상관관계가 낮거나 음의 상관 관계가 있는 것으로 나타났다(Table 2). 조사한 광산들 중에서 PAHs 농도가 비교적 높게 나온 동양탄광에 대한 PAHs 와 As의 거리별 농도를 Fig.1에 나타냈다. As의 경우 갱구에서 멀어질수록 농도가 낮아지는 반면에 PAHs는 그 반대의 현상을 보이고 있다. 상관관계에서도 음의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 즉 이 광산에서 As와 PAHs의 오염원과 오염경로는 같지 않은 것으로 나타났다. 외국의 경우 석탄 입자들이 토양 및 하천 퇴적물의 PAHs 오염원으로 작용하는 것으로 알려져 있으나(Ovrebo
[Table 2.] As versus other components correlation for each mine
As versus other components correlation for each mine
중금속 농도를 분석한 결과 As는 5개 광산 모두에서 Cd는 갑정, 덕음, 영대광산에서 Cu는 동양, 덕음, 영대광산에서 Pb는 덕음, 영대광산에서 Zn는 갑정, 덕음, 영대광산에서 최고농도가 1지역 우려기준을 초과하여 나타났으며, 주 오염물질인 것으로 나타났다. PAHs 농도를 분석한 결과 광산 각각의 평균농도는 3-105