Geochemical Characteristics of Soil Solution from the Soil Near Mine Tailing Dumps and the Contamination Assessment in Duckum Mine

토양수의 자구화학특성에 따른 금속폐광산 광미야적장주변 토양오염평가: 덕음광산

The soil samples were collected from the paddy field near the mine tailing dumps in the abandoned Duckum mine in Korea. In the laboratory, the soil solution was extracted from the soil using centrifuge, and analysed for the chemical composition. Physical and chemical soil properties were also analysed. Kaolinite is the main clay minerals in the paddy soil and the CEC value is therefore relatively low. Nearly all soil samples show enrichment in their trace elemental concentrations(Cd, Cu, Pb and Zn) compared with natural background level. Some soil samples exceed the soil remediation intervention values for Cd, Pb and Zn and target value for Cu, when compared with Dutch standard, whereas As, Ni and Cr are in normal range. Lead concentrations in some samples near the mine tailing dumps also exceed the standard for remediation act for agricultural area set by Korean soil conservation law. The trace elemental concentrations are higher in the paddy soil nearer the mine tailing dumps and lower for the samples from distance. Similar trend with distance is found for the soil solution chemistry but the decrease with distance from the mine tailing dumps are sharper than the changes in soil chemistry. Cadmium, Cu and Pb concentrations in the soil solution are very low, ranging from a tenth and hundredths to a maximum of several mg/l, whereas their concentrations in soils are highly enriched for natural background. Most of the trace elements are thought to be either removed by reduced iron sulphides or iron oxides, depending on the redox changes. Geochemical equilibrium modelling indicate the presence of solubility controlling solid phases for Cd and Pb, whereas Zn and Cu might have been controlled by adsorption/desorption processes. Although pollutants migration through solution phase are thought to be limited by adsorption onto various Fe, Mn solid phases, the pollutants exist as easily releasable fractions such as exchangeable site. In this case, the paddy soil would act as pollutant pool, which will supply to plants in situ. whenever the geochemical conditions favour.

덕음광산 광미야적장과 인접한 논토양의 토양수를 채취하여 토양분석결과와 함께 오염영향을 조사하였다. 시료는 광미야적장을 기준으로 거리별로 채취하였으며 동일지점에서는 깊이별(0, 30, 50cm)로도 채취하였다. 광미야적장과 거리에 따른 원소농도변화는 토양보다 토양수에서 더 뚜렷이 나타나 토양보다 토양수에서의 반응이 더 빠름을 시사한다. 대부분의 토양시료에서 Cd, Pb, Zn, Cu등은 자연배경농도에 비하여 부화되었으나 As과 Ni은 자연농도한계를 넘지 않았다. 국내 토양환경보전법의 기준에 의하면 Pb만이 농경지 오염정화 기준을 초과하였으나 전체용출방법을 채택한 네덜란드 기준과 비교할 때 일부시료에 대해 Cd, Pb 및 Zn의 경우 intervention value를 Cu의 경우 target value를 초과하여 실제 오염영향이 더 클 수 있을 것으로 평가되었다. 토양과 토양수 모두 광미야적장 가까운 곳의 시료들에서 중금속의 농도가 높으며, 연속추출결과 중금속 농도가 높은 토양의 경우 교환 가능한 형태의 비율이 더 높아 광미에서 토양으로 인입된 오염물질들이 주로 교환가능 또는 산화가능과 같이 쉽게 재 용출될 수 있는 형태로 많이 존재함을 알 수 있었다. Cd, Cu, Pb 및 Ni 등의 중금속 원소들이 토양에서 자연농도에 비해 부화되어 있음에도 불구하고 토앙수내 농도는 일반적으로 매우 낮은 농도를 보인다. 이는 산화/환원 상태의 변화에 따라 중금속의 좋은 흡착제인 환원철 황화물 또는 산화철 등이 형성되어 토양수에 존재하는 미량원소들을 제거하기 때문인 것으로 생각된다. 토양수 중금속은 토양표면에 흡착되거나 교환 가능한 형태 등으로 제거되며 pH, Eh와 같은 지구화학조정인자들의 변화에 따라 다시 토양수로 방출되어 식물체에 흡수될 것으로 예상된다. 지구화학모델링 결과, Pb와 Cu에 대해 농도를 조정하는 고형물질이 존재하는 것으로 예측되며, 반면 Zn와 Cd은 흡/탈착에 의해 농도가 조정될 것으로 예상된다. 따라서 토양수를 통한 오염물의 이동은 표면 흡착과 침전등과 같은 반응으로 제한되어 확산범위는 상대적으로 적을 것으로 생각된다. 그러나 중금속들이 토양과 토양수 사이를 반복적으로 거치면서 주변 생태에 미치는 영향이 지속적인 면은 고려되어야 한다.