Kim, Hee-Joung;Yang, Jae;Lee, Jai-Young;Jun, Sang-Ho
한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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한국지하수토양환경학회 2003년도 추계학술발표회
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pp.56-63
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2003
Fractional composition and mobility of sediments some heavy metals in Okdong stream are investigated. The fractional scheme for sediment heavy metal was made for five chemically defined heavy metal forms as adsorbed fraction, carbonate fraction, reducible fraction, organic fraction, and residual fraction (Tessier et at., 1979). The most abundant fraction of the sediment heavy metal is reducible and secondly abundant organic fraction. Adsorbed fraction is minor part of the total heavy metals. Mobilization of sediment heavy metals in stream Okdong is occur 19.8∼56.7% of total cadmium concentrate. The most abundant fraction of the sediment metal is organic fraction in Cu, Pb metals investigated. Labile fraction of sediment metals are 0.5%∼48.5% of total Zn, 2.6%∼48.1% of total Pb, 0.2∼36.9% of total Cu respectively, Most of labile fraction consists of reducible fraction for Cd, Zn, adsorbed fraction for Pb, reducible fraction for Cu, adsorbed fraction for Ni. The Mobilization of Zn and Cu is most likely to occur when oxygen depletes and that of Pb and Ni occurs when physical impact, oxygen depletion and pH reduction.
옥동천 퇴적물을 대상으로 중금속의 존재형태 및 이동성에 관하여 조사하였다. 퇴적물내의 중금속의 존재형태는 adsorbed fraction, carbonate fraction, reducible fraction, organic fraction, and residual fraction 다섯 가지 형태로 분류하였으며, 존재형태 중 제일 많은 부분을 차지하는 부분은 reducible fraction이며 다음으로 organic fraction라 residual fraction으로 나타났다. Adsorbed fraction은 중금속의 존재형태 미미한 부분으로 나타났다. 옥동천 퇴적물내 의 총 카드뮴 중 수체로 이동 가능한 부분은 $19.8{\sim}56.7%$이며, 구리, 납의 경우 대부분이 organic fraction으로 나타났다. 구리와 납의 경우 이동 가능한 형태는 납의 경우 총 납의 농도 중 $2.6{\sim}48.1%$, 구리는 $0.2{\sim}36.9%$로 나타났으며, 아연은 $0.5{\sim}48.5%$로 나타났다. 카드뮴, 아연, 구리의 경우 이동 가능한 부분 중 대부분이 reducible fraction이며, 납과 니켈의 경우 adsorbed fraction으로 나타났다. 구리와 아연의 이동이 기능한 경우는 수중의 산소의 유무에 의해 결정되며, 납이나 니켈의 경우 수중에서의 물리적 영향, 수소이온의 농도가 증가, 산소의 고갈 등에 의해 수층으로 이동할 가능성이 높다.
The species of four heavy metals (Cr, Cu, Ni and Pb) associated with sediments (viz exchangeable, carbonates, reducible, organic and residual fractions) were determined with respect to the particle sizes and depths at four locations of the lower Kumho river. In the exchangeable fraction, 3.7~19.52% of Ni and 2.8~14.81% of Pb were found, and in the carbonates fraction 2.12~19.43% of Ni and 1.39~15.42% of Pb were found. The reducible fraction retained about 8.66~44.93% of Cr, 0.41~9.79% of Cu, 17.38~35.74% of Ni and 9.5~44.89% of Pb. In the organic fraction about 0~21.06% of Cr, 2.95~35.74% of Cu, 0~14.66% of Ni and 0~10.65% of Pb were found. The residual fraction retained about 52.6~83.53% of Cr, 63.86~86.39% of Cu, 39.66~66.16% of Ni and 39.97~71.75% of Pb. The order of release or mobility of heavy metals was Ni > Pb > Cr > Cu. Mobile fraction of heavy metals by particle sizes (1.0~0.5 mm and 0.5~0.25 mm) was found to be higher in particle sizes 1.0~0.5 mm than that of 0.5~0.25 mm. The release or mobility of heavy metals by depths (0~5 cm, 5~10 cm and 10~15 cm) was found to be higher in the upper sediments than in the lower sediments, except Cu.
Heavy metals in soils exist in various forms dependent upon surrounding conditions. As the Janghang smelter area is of concern for its high elevated heavy metal concentrations, Korean government decided to remediate the area. Main objectives of this research were; to analyze heavy metal concentrations and their existing forms in the vicinity of the smelter; and to understand differences made by analysis techniques of heavy metals. Top soils of rice field, crop field, bare field, and forestry in the area were sampled and analyzed for their physicochemical characteristics. Concentrations of Cu, Cd, Pb, and As were analyzed with two pretreatment techniques adopted using 0.1 N HCl and aqua regia. To analyze existing forms of heavy metals, Tessier's schemes for sequential extraction technique were adopted. Exchangeable fraction and carbonate bound fraction of heavy metals may pose potential threat to environment and were in the order of Pb > As > Cu > Cd. If assessing mobile fraction of heavy metals by land uses, the order was forestry > bare land > crop field > rice field. When analyzed using Tessier's scheme, high ratio of residual fractions to total arsenic concentration should be considered for remediation design of the area.
본 연구는 폐 금속광산으로부터 발생한 중금속이 주변 환경으로 오염 확산되는 특성과 이를 중금속으로 오염된 토양의 효과적인 복원 방안을 모색하기 위하여 토양내 중금속의 거동 특성을 바탕으로 한 반응 특성을 조사하였다. 토양내 중금속의 이동성과 생물에 의한 흡수에 영향을 미치는 화학적 존재 형태를 중금속이 다량 함유되어 있는 충남 청양의 구봉 폐 금광의 광미와 인위적으로 중금속을 오염시킨 농경지 토양에서 중금속의 토양과의 화학적 결합 형태를 연속 축출법에 의해 분리하였으며, 그 순서에 따라 토양 내에서 다음과 같이 용해도와 이동성이 감소한다: Soluble fraction> exchangeable>carbonate>Fe-Mn oxide>organic>residual fraction. 광미중에 결합 부위에 가장 높은 친화력을 보인 Pb는 대부분 Fe-Mn Oxide와 Carbonate fraction에 존재하였고 이 두 Fraction에 각각 48.3%와 26.8% 나타났다. Cu와 Cd는 각각 organic과 carbonate fraction이 71.8% 42.9%로 가장 높게 나타났다. 이들 fraction은 비교적 이동성이 강한 fraction으로 중금 속의 오염 조사시 반드시 평가되어야 하며, 복원방안 결정시 반드시 고려되어야 할 것이다. 중금속을 인위적으로 흡착시킨 토양에 있어서 중금속은 대부분 Exchangeable, carbonate 그리고 Fe-Mn oxide fraction 흡착되어 있는 것으로 나타났다. 예산통에 있어서 흡착된 Pb는 이들 fraction에 91%가 존재하였고, Cu는 Fe-Mn Fraction에 30.4% 그리고 Cd는 exchangeable fraction에 67.9% 가 존재하였다. 월곡통에 있어서는 흡착된 Cd는 Exchangeable fraction에 93.2%가 존재하였고, Pb와 Cu는 대부분 exchangeable, carbonate와 Fe-Mn Oxide에 흡착되어 있었다. 따라서 토양내 이들 중금속이 가해질 경우 대부분 독성이 강한 오염원으로서 잠재적인 이동성과 생물학적 흡수가능성을 갖는 것으로 나타났다.
This study was conducted to evaluate effect of chemical amendments on reducing bioavailable fraction of heavy metals in soil along with ecotoxicological effect on earthworms, Eisenia fetida. Three different chemical amendments, lime (L), steel slag (SS), and acid mine drainage sludge (AMDS), were applied with varied application ratio (1, 3, 5%). Heavy metal contaminated soil was mixed with chemical amedments and earthworms, Eisenia fetida, were cultivated for 28 days. Bioavailable fraction of heavy metals (Cd, Cu, Pb, and Zn) extracted with 0.1N HCl was monitored and also, mortality, growth, and metal concentration in earthworm were assessed. Result showed that all three amendments had high efficiency to reduce bioavailable fraction of heavy metals in soil. In particular, lime showed the highest reduction rate of Cu (63.9-87.7%), Pb (7.90-24.65%), and Zn (40.83-77.60%) among three amendments. No mortality of earthworm was observed during experimental period except 3% and 5% AMDS treatment indicating that application of chemical amendments is safe in terms of ecotoxicological aspect. However, no positive correlation was observed between reduction of bioavaialble fraction of heavy metals in soil and earthworms. Overall, application of chemical amendments in agricultural field can be adapted for reducing bioavailable fraction of heavy metals and detoxification in soil.
This study investigates the fractional composition and the leaching characteristics of heavy metals in polluted soils due to mining activities. The fractionated composition of heavy metals is classified into five fractions, adsorbed, carbonate, reducible, organic and residual fraction. The status of humic substances in mine wastes of most sites are polyhumic except tailing from Sangdong mine. According to the sequential extraction procedures (SEPs), leaching probabilities of Cd in coal wastes and tailing are relatively low due to high percentage of residual fraction. 46.4% of Ni in tailings from Sangdong mine is probably leached under oxidized environment, and 39.4% of Cu in these tailings is readily extracted under strongly oxidized environment by organic fraction. According to leaching condition of pH 3.0 and pH 5.6, the amount of heavy metals leached out of coal wastes and tailing increases to 1/2 hours. At pH 3.0 and pH 5.6, concentration of Ni in tailing increases up three times of the initial value. Heavy metals released from coal wastes and tailing were not influenced significantly by leaching time.
Chemical speciation of five heavy metals (Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) has been analyzed from 37 surface and 2 core sediments of Kyeonggi Bay, using the modified sequential extraction method based on Tessier et at. (1979). The results show that heavy metals in the Kyeonggi Bay surface sediments are associated dominantly with the crystal lattice fraction. But in the polluted sediments of the Incheon North Harbor, the importance of the labile fractions increased while that of the lattice fraction decreased. In particular, the adsorbed and the easily reducible fractions showed a noticeable increase. In the core samples emerged a speciation pattern which differed significantly from that of the surface sediments. A sharp increase in the percentage of the reducible and organic/sulfide fractions and a decrease in the lattice fraction were observed. Throughout the vertical column, however, the metal contents in the lattice fraction showed stability while those of the labile fractions showed an upward increase. The strong association of heavy metals with the organic/sulfide fraction could be attributed in part to the sulfate reduction prevailing in the polluted harbor sediments.
For 26 soil series distributed more than 1% among 63 soil series in Jeju Island, natural uncultivated soil samples were collected. For these soils, the chemical speciation of eight heavy metals (Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, V, and Zn) was examined. Further, the Plant Bioavailability (PB) and Mobility Factor (MF) of these heavy metals were evaluated using Tessier's 5-step sequential extraction method (exchangeable, carbonate, reducible (bound to Fe/Mn oxides), oxidizable (bound to organic matter), and residual fraction). The main form present was residual fraction for Cd and Zn; residual and oxidizable fractions for Cr, Cu, Ni, and Pb; reducible fraction for Mn; and carbonate fraction for V. The average plant availability and average mobility factor were found to be V (57.37%) > Zn (12.49%) > Cd (11.76%) > Cu (11.19%) > Pb (9.37%) > Cr (9.09%) > Mn (3.13%) > Ni (2.63%), and Mn (61.04%) > V (59.94%) > Zn (31.54%) > Cd (17.65%) > Cr (15.66%) > Ni (13.89%) > Pb (13.80%) > Cu (13.53%), respectively.
Thirty sediment samples of the <63${\mu}{\textrm}{m}$ fraction collected from the southwestern coast of Korea were analysed for their heavy metal (Fe, Mn, Cr, Co, Cu, Ni, Zn and Pb) concentration. The results show that sediment texture plays a controlling role on the total metal concentrations and their spatial distribution. A single lM HCl extraction procedure was used in order to assess the environmental risk of heavy metals in bottom sediments. The non-residual fraction was the most abundant pool for Mn and Pb in most samples, which means that this metals are highly avaliable in these sediments. Cr, Ni, Fe, Co, Zn and Cu were mainly associated with the residual fraction, suggesting that their concentrations are controlled significantly by transport processes with the fine particles as carriers from diffuse pollution source. Concentration enrichment ratios(CER) were calculated from the non-residual contents and their values allowed us to classify the sediments according to their environmental risk.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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