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중국 도시토양의 미량금속 오염
도시토양 오염에 대한 미래 연구 '필요'
2012년 05월 23일 (수) 20:36:36 음혁민 korn14@nate.com

도시환경은 시민의 건강과 복지를 고려할 때 가장 중요한 사항이 되고 있으며, 산업 및 경제활동이 점점 도시지역에 집중되면서 도시가 많은 자원의 최종 소비처이면서 동시에 수많은 환경문제를 유발할 수 있는 화학물질을 배출하는 지리적 중심이 되고 있다.

토양은 도시 생태계의 중요 구성요소로서 도시 거주자의 일상적인 생활의 질에 직·간접적으로 영향을 미친다. 도시토양은 사람들의 활동으로 영향을 받는다는 점에서 자연적인 것과 다르며, 매우 변형된 도시토 양의 특성 및 진행과정, 생태학적 활동을 이해하는 것이 많은 도시 거주자들을 위하여 중요한 사항이 될 수 있다.

도시토양은 오염물질이 한 곳에서 발생되거나 다른 곳으로부터 확산·유입되든 간에 계속적인 축적이 이루어진다. 대표적인 오염물질로는 분해가 잘되지 않는 미량금속과 잔류성이 높은 유기 오염물질이다. 이들 오염물질의 주요 발생원으로는 산업유출물, 차량매연, 도시 폐기물 등이며 수많은 오염물질이 장기간 도시토양에 잔류하면서 도시환경 오염 원인물질로 작용하고 인체건강이나 자연생태계에 위험을 야기한다.

중국의 급격한 산업화 및 도시화와 함께 도시토양 오염과 같은 환경오염이 매우 중요한 쟁점이 되고 있는데, 이 연구는 1980년대 시작되었지만 토양자원에 미치는 도시화의 영향 등에 관한 연구는 매우 최근이다.
이 논문에서는 중국의 도시토양, 특히 미량금속에 의한 도시토양의 오염에 대한 최근 논문의 종합고찰을 통해서 과거 개발현황, 현재의 상태 및 향후 연구방향 등을 정밀 분석하고자 하였다.

중국 도시토양의 미량금속

도시토양은 일반적으로 비료나 농약 유입은 적은 반면 산업 활동, 차량 매연, 연료연소 및 폐기물 처리 등으로 큰 영향을 받으며 도시토양 중 미량금속은 환경오염의 유용한 지표성분으로 중국 도시토양 중 납, 구리, 아연, 카드뮴 등의 미량금속들이 가장 자주 조사되는 무기 오염 물질이다.

토지이용 방식의 차이, 사람활동 강도, 오염내력 및 오염 발생원으로부터 거리 등이 토양오염의 차이로 나타난다. 도시토양 중 미량금속 함량은 농촌지역이나 자연토양에 비하여 일반적으로 높게 나타나고, 도시와 농촌의 경계지역은 중간을 보이고 있다. 도시기능에 따라서도 다른 특성을 보이는데, 산업지역과 도심의 금속 오염물질 농도가 가장 높았으며 다음으로 주거 및 상업 지역이었고 공원과 풍치지역이 가장 낮았다.

미량금속 농도는 발생원과 시간경과에 따라 차이가 있어 도시토양의 미량금속 축적내력은 도시화 과정과 함께 재구성되어야 한다. 기존 측정자료와 기초함량 등을 이용하거나 장기간 도시 지표토양을 연속 조사함으로써 농도추이를 예측할 수 있는데, 최근까지의 연구결과에서 중국 도시토양 중 미량금속 농도는 1980년대 경제개발을 위한 도시개발이 진행되면서 심각하게 증가하였다.

중국 21개 도시토양 중 미량금속의 일반적인 함량은 아연>크롬/납/구리>니켈>코발트/비소>>카드뮴/수은 순인데 반해 일반 토양은 아연>크롬>>니켈/납/구리>코발트/비소>카드뮴>수은 순이었다. 금속은 차량, 발전소, 산업현장에서 발생되며 오래된 산업도시에서 함량이 높게 나타나고 있고 대규모 금속광산과 제련소가 있는 진창, 장사지역의 금속함량이 특히 높게 나타나고 있다.

도시토양의 미량금속 발생원은 암석 고유의 구성 물질이나 외부의 다양한 오염원 등인데, 특히 미량금속 분포특성과 함량은 토양 모암이 중요한 요소가 되고 있다. 조사된 중국도시의 미량금속, 특히 카드뮴, 수은, 구리, 납, 아연 함량이 토양원석의 기본적 함량을 고려할 때에 높은 수준인 것으로 나타났다.

중국 도시토양 중 구리, 납, 아연 발생원은 산업체 방출과 차량 매연에 의한 것이었으며 비소와 납은 석탄연소, 특히 북쪽 지역의 가정용 난방에 기인되었고 납은 산업체 활동보다는 차량매연에 의한 것으로 도시 화가 되어 있는 홍콩에서 가장 높게 나타났다.

토양오염은 관련 환경규정 및 기초적 함량과 비교하는 정량축적 요소(오염지표, PIs) 등으로 금속함량을 비교하여 평가하며 중국의 토양환경질은 토양오염 정도와 관련이 높다. 중국 도시토양 중 미량금속의 오염지표를 계산하기 위해 사용하는 지침은 중국환경보호국이 경작지 토양을 위해 설정된 토양환경 질 표준(GB 15618-1995)이다.

대부분의 도시가 한 가지 이상 미량금속에 오염이 되고 있으며 도시 토양시스템과 환경학적 관련성을 나타내고 있다. 조사도시의 1/3이 목표수준보다 낮은 것으로 조사되었으나 동해 쪽에 위치하는 개발된 대부분 도시와 오랜 산업지역 토양은 구리와 아연 같은 금속이 높게 분포하여 어느 정도 오염된 것을 알 수 있다. 니켈, 코발트, 구리 주산지인 진창과 같이 광물질이나 금속산업을 주로 하는 도시 오염도나 위험도가 매우 높은 것으로 나타나고 있다.

도시토양 미량금속에 의한 리스크 평가에는 금속함량과 함께 화학적 특성을 고려하는데, 타 금속에 비하여 카드뮴은 도시토양에서의 이동성이 높고 보다 용이하게 여과되거나 생물학적 효율성을 보이고 있다. 도시토양의 미량금속 이동성은 카드뮴>아연>납>구리>니켈>크롬 순으로 감소하고 있으며 토양 pH 농도와 같이 금속 분포에 영향을 미치는 토양 특성에 따라 다양하게 변화하고 있다.

토양 오염도를 다른 나라와 비교해보면 크롬, 니켈, 코발트 이외 나머지 미량금속의 평균함량이 최근 개발된 중국의 21개 도시에서 높은 것을 알 수 있다. 유럽과 미국 도시는 납, 카드뮴, 구리, 아연 등에 심하게 오염되어 있었다. 유럽 여러 도시에서 주요 오염원을 차단함으로써 최근 10~15년 사이에 미량금속 농도가 점차 감소하는 경향을 보이는 반면 대다수 중국 도시에서는 반대로 오염물질 농도가 증가하고 있다.

도시환경에서는 차량연소, 타이어 마모, 브레이크 라이닝, 차량몸체나 페인트 등을 발생원으로 한 오염물질 방출이 오랫동안 도로먼지로 축적되며, 이 먼지는 고농도의 미량금속을 포함하고 있다. 중국도시의 도로 먼지 중 미량금속 함량을 조사한 결과 아연>>납>크롬/구리>니켈>코발트/비소>>카드뮴>수은 순이었으며 도시토양의 미량금속 중 납, 아연, 구리 등의 함량은 차량매연과 타이어 마모 등에 의한 차량 오염원 방출에 기인하고 있다.

도시토양 질의 포괄적 평가를 위한 향후 연구방향

도시토양 연구에 사용되는 방법은 시료채취와 분석방법의 다양성을 포함하여 매우 다른데 이러한 다양성은 연구결과의 의미 있는 비교를 방해하기도 한다. 서로 다른 지역을 비교할 수 있는 자료를 생산하기 위해 이 분석법의 통일이 가장 시급한 현안사항이고, 표준 분석법에 의한 금속함량 분석과 동시에 pH, 유기물 함량, 토양구조 등 기본토양 요소들도 분석되어야 한다.

토양의 질을 결정하는 성분이나 주요 결과는 환경의 질을 결정하는 요소들이다. 환경오염물질이나 병균 주변지역 손상 등의 저감능력, 토양과 식물성장, 토양과 사람 또는 동물 건강과의 관련성, 식물 및 생물학적
생산성 향상능력, 바이오다양성의 보존능력 등이 환경의 질을 결정하는 주요 요소들이다. 토양의 질을 저하시키는 원인으로는 침식, 밀폐, 다지기 등과 함께 산업화 및 도시화로 인한 화학적 오염이다.

토양의 질은 토양의 이화학적 및 생물학적 특성을 융합해서 기술되어야 하는데, 미량금속이나 유기오염물질이 도시화로 인하여 토양조직, 양이온치환용량(CEC), pH, 유기물함량 등 토양특성에 미치는 영향을 평가 하여야 한다. 또한 생태계 미생물 탄소와 영양순환계 등과 같은 토양의 생물학적 특성도 도시화로 변화되고 있다.

오염토양의 리스크평가에는 토양 금속농도 비교와 같은 단순접근을 시도하는데, 도시 토양오염의 리스크평가는 오염물질이 사람이나 생태계에 미치는 위험성을 해결하기에 적합한 회복기술을 결정할 수 있도록 미래 지향적이어야 한다. 토양오염의 생태계 위험성 평가는 오염물질의 지하수나 습지로의 침출 및 지표생물에 대한 환경독성 영향 등 두 가지 중요한 관점에서 고려하여야 한다.

토양 오염물질의 전체 농도를 근거로 최근 법규와 위험성 평가 작업은 장기간 위험성 평가나 최악 상황에서의 적용에는 적합하지만, 실제 위험성은 과대평가되고 있다. 토양 오염물질이 지하수로 이동되거나 토양
미생물이 사용하기도 하며 인간이 섭취하기도 한다. 생태계와 인체건강에 대한 위험성을 평가할 때에는 토양 중 미량금속의 생물학적 이용도나 생물학적 접근성을 고려하여야 한다.

인간이 단일 오염물질에 노출되는 경우는 드물고 화학적 혼합물에 노출되므로 도시토양 오염에 대한 적절한 평가는 다성분 오염물질 모델을 이용하여야 한다. 오염물질이 토양, 먼지, 공기, 식물체, 지하수, 지표수, 퇴적물 등 다른 환경 구성요소들 간에 이동하고 있음을 고려하여야 한다.

위험성 평가를 위해서는 오염물질의 오염원, 순환 및 최종산물, 오염물질의 분획이나 이동경로와 같은 도시 생태계와의 관련성을 고려하여야 한다. 또한 오염물질의 환경에서 진행경과나 최종산물에 대한 이해를 위해서는 대상 환경에서 다양한 오염물질에 대한 꾸준한 모니터링이 수행되어져야 한다.

결론 중국 도시토양 중의 금속오염 수준과 위험성을 국가적 차원에서 조사한 결과 중소도시 토양은 구리가 가장 심각한 오염물질인 것 이외에는 낮은 미량금속 함량을 나타내는 반면 동부 해안지역의 개발된 도시와 내륙 오래된 산업도시가 미량금속에 좀 더 오염된 경향을 보이고 있다.

도시토양 금속오염은 산업화 유형 및 도시화 역사에 의해 영향을 받고 있으며, 도로먼지 중 미량금속 함량이 다른 토양에 비하여 일반적으로 높고 납, 아연, 구리 등은 자동차 매연과 같은 인간 활동에 의해 유입된 것임을 알 수 있다.

도시토양의 중요성은 물론 연구의 방법론적 균형과 더불어 좀 더 나은 도시계획이나 도시토양 자원이 유지될 수 있도록 포괄적인 평가에 미래의 연구초점이 맞추어져야 할 것이다.

이화학적 측정 자료만으로 토양의 질을 평가하는 것보다 식물체, 토양 무척추 생물 및 미생물과 같은 토양의 생물학적 지표물질에 대한 평가를 같이 하는 것이 좋은 방법이 될 수 있다. 중국 도시 사람들의 건강과
관련해서도 도시주변 경작방법에 대해 특별한 관심을 기울여야 한다.

지금도 도시토양에 오염원의 방출이 계속되고 있어 도시 사람들에게 직접적인 위험이 되고 있다는 것이 도시토양 오염에 대한 미래 연구를 하여야 하는 주요 원인이다. 일상적인 도시토양의 조사와 함께 지역개발 및 환경 이용성을 근거로 하는 도시토양 오염물질에 대한 종합적인 위험성 평가체제가 중국에서 개발되어야 한다.

출처 : Xiao-san Luo, S. Yu, Yong-guan Zhu, Xiang-dong Li, “Trace metal contamination in urban soils of China”, Science of the Total Environment, 421~422, 2012, pp.17~30, 번역 및 정리 : 한국과학기술정보연구원 전문연구위원 황건중 (keonjoong@reseat.re.kr)

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