• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.149-149
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• 2023

미세플라스틱은 입자크기가 5 mm 이하인 플라스틱으로 정의되며, 수계로 유입된 미세플라스틱은 내분비계 교란물질로 작용하여 생태계에 환경독성을 유발하고 오염물질을 흡착·운반할 수 있는 독성 물질의 매개체로서 미세플라스틱의 위해성에 대한 우려가 증가하고 있다. 본 연구는 수용액에서 다양한 미세플라스틱의 납(Pb) 흡착특성을 평가하고 미세플라스틱의 비표면적에 따른 흡착 효과를 비교하고자 하였다. 플라스틱 종류 중 HDPE (High-density Polyethylene)와 PVC (Polyvinyl Chloride)를 각각 세 가지 크기(Group 1: 2.5 mm - 1.0 mm, Group 2: 1.0 mm - 0.3 mm, Group 3: < 0.3 mm)로 제조하여 분류하였으며, 미세플라스틱 입자크기의 비표면적은 BET(Brunauer, Emmett, Teller)분석을 통하여 측정하였다. 담수환경 조성을 위해 pH 7로 조절한 Pb 용액의 농도(0, 0.5, 1, 5, 10, 30 mg/L)별 흡착실험을 수행하였으며 실험결과를 3가지 흡착등온식(Langmuir, Freundlich, Sips 모델)을 사용하여 미세플라스틱에서 Pb 흡착 거동을 나타내었다. BET 분석 측정결과, PVC의 경우 Group 3 > Group 2 > Group 1 순으로 PVC의 입자크기가 작을수록 비표면적이 크게 나타났으며, HDPE 비표면적 또한 비슷한 경향을 보였다. HDPE와 PVC에서 Pb의 흡착은 Langmuir 모델(R² > 0.97)과 Freundlich 모델(R² > 0.82)보다 Sips 모델(R² > 0.98)이 흡착 거동을 설명하기에 가장 적합하였다. 최대흡착능(Q_m) 상수는 입자크기가 작아질수록 흡착능이 높아지는 추세를 보였으며, 흡착세기(K_F)와 흡착강도(n^-1)는 각 플라스틱의 Group 3(HDPE K_F = 0.028, PVC K_F = 0.032; HDPE n^-1 = 0.225, PVC n^-1 = 0.547)에서 가장 높게 나타났다. 본 연구를 통해 HDPE와 PVC에서 Pb의 흡착특성은 Sips모델로 설명이 가능했으며, 이에 따라 Pb 흡착과정에 복수의 흡착메커니즘이 작용하고 있음을 유추해볼 수 있었다. 미세플라스틱의 입자크기와 비표면적이 Pb 흡착량에 영향을 미치는 것을 알 수 있었으며, 미세플라스틱이 중금속을 흡착하여 생물체 내로 전이시킬 수 있는 매개체 역할의 가능성을 확인하였다.

• 환경영향평가
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• 제19권4호
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• pp.443-452
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• 2010

본 연구에서는 도시지역의 하나인 주거지역에서 배출되는 강우유출수 내에 중금속이 장치형 비점 오염저감시설 중에 하나인 와류형시설에서 제거되는 특성을 파악하고자, 대상 중금속을 Zn으로 삼고 2007년 4월부터 2008년 11월까지 모니터링을 수행하였다. 유출수 모니터링은 와류형 시설의 유입부와 유출부에서 유량과 수질을 각각 시간변화에 따라 측정하였으며, 시설유입부와 유출부, 그리고 시설하부에 쌓인 침전물을 채취하여 침전물 모니터링도 수행하였다. 그 결과, 높은 강우강도에서 발생된 강우유출수는 와류형 시설내에 HRT를 감소시켜 Zn의 제거효율이 낮게 관측되었으며, 특히 HRT가 20분이내의 조건이 될 경우에는 처리효과가 없는 것으로 확인되었다. Zn는 입자성물질과 밀접한 관계를 맺으며 제거되는 특성을 보였으며, 입자성물질이 스크린에 의한 여과 및 침전작용이 일어날 때 입자성물질에 부착되어 거동하는 특성을 보였다. 그 중에 0.075mm 이하의 미세한 입자에 부착된 고농도의 Zn는 제거되지 못하였고, 와류형 시설 후단에 후처리시설로서 저류시설을 두어 충분한 HRT를 제공한 결과, 와류형 시설만을 운전하였을 때와 비교하여 높은 제거특성을 보이게 되었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제7권4호
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• pp.68-76
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• 2002

동래 납석광산 지역의 산성광석배수(ARD)에 의해 오염된 동래천의 공간적 화학조성 변화와 중금속의 제거 과정을 중화실험을 통하여 조사하였다. 광산에 인접한 동래천은 강산성(pH 3.0~4.2)이며 많은 양의 Al. Fe, $SO_4$및 중금속(Pb, Cu, Zn, Cd)을 포함하고 있다. 동래천의 화학조성은 산성배수의 침출지에서부터 수영강과의 합류지점까지 체계적으로 변화한다. 즉, 동래천으로 유입되는 침출수는 Al과 Fe가 풍부하나 하류로 갈수록 Al이 풍부한 조성으로 변한다. 침출수(pH 2.3)는 오염되지 않은 동래천(pH 6.5)과 소규모의 지류(pH 6.2)와 혼합되면서 pH가 최대 4.2까지 증가한다. 이러한 낮은 pH 범위(<4.2)에서는 거의 모든 Fe가 침전되나 Al은 대부분 용존상태로 남게 되어 하류로 갈수록 A띠 풍부한 조성으로 변화하게 된다. 한편, Al이 풍부한 하류의 지표수는 유량이 큰 수영강(pH 6.9)과 혼합되면서 pH가 증가(5.7)하여 흰색의 Al 침전물을 형성시킨다. 침출수를 대상으로 한 중화실험 결과. pH 3.5 이하에서 Fe침전물이, pH 4~6범위에서 Al 침전물이, 그리고 pH 6.0이상에서 Mn침전물이 형성되었다. pH의 증가에 따른 이러한 Fe, Al 및 Mn의 단계적인 침전은 실제 동래천에서 관찰되는 침전물의 형성과 잘 일치하고 있다. 또한 pH 증가에 따른 Fe및 Ai침전물에 의한 중금속의 흡착순서는 Pb>Cu>Cd$\geq$Zn이었으며, 50%의 흡착을 보이는 pH의 값($pH_{50}$은 Pb 3.2, Cu 4.5, Cd 5.2 및 Zn 5.8이었다. 이와 비교하기 위해서, Al이 풍부한 하류의 지표수를 대상으로 한 중화실험 결과, $pH_{50}$의 값은 Pb 4.5, Cu 5.8, Cd 7.4 및 Zn 7.0으로서 침출수에 비해 높은 값을 보였다. 이와 같은 결과로부터, 광산배수에서의 중금속의 제거는 pH의 변화뿐 만 아니라 하천수의 Fe 및 Al의 상대적인 양에 따라 결정됨을 알 수 있다.

• 한국광물학회지
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• 제21권4호
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• pp.331-339
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• 2008

경상북도 봉화군 일대 낙동강 상류에는 과거 십여 년전에 홍수로 이동되어 강변에 퇴적, 풍화된 광미퇴적층이 일부 장소에서 발견된다. 본 논문에서는 하천에서 심하게 풍화되어진 광미퇴적물에 대하여 광물학적 분석을 통하여 이차광물의 형성 및 특징, 그리고 이들과 연관된 중금속 유출특성에 대하여 연구하였다. XRD를 통하여 일차광물로는 석영, 장석, 운모류, 녹니석, 각섬석류, 활석, 휘석(요한세나이트), 황철석, 방해석이 동정되었다. 규산염 광물인 캐올리나이트의 경우 광미가 풍화되면서 추가로 생성될 수도 있지만 퇴적된 기간을 고려하면 원래 광미에 있던 것이나 토양에 있던 것이 이동된 것으로 추정된다. 또한 광미가 풍화되면서 생성된 광물인 이차광물로 침철석, 석고, 바사나이트, 자로사이트가 XRD를 통하여 동정되었다. 이차광물의 형성은 일차광물의 종류 및 pH 환경 등에 주로 영향을 받으며 황철석의 풍화에 의하여 황산염인 석고, 바사나이트, 자로사이트가 형성이 되었으며 또한 침철석의 경우도 황철석의 풍화와 밀접한 연관이 있다. Mn 산화물의 경우 SEM에 의하여 동정이 되었는데 침철석과 함께 석영 등 일차광물의 표면을 코팅하고 있는 것으로 나타났다. Mn 산화물의 경우 비정질에 가까우며 Mn을 함유하고 있는 요한세나이트의 풍화에 의하여 형성된 것으로 사료된다. 이 두 산화물들은 각각 검은색, 갈색 또는 붉은색의 광미 풍화물 색깔을 나타내는 주원인 광물로 추정된다. EDS 연구결과 침철석과 같은 Fe 산화물과, Mn 산화물의 경우 높은 농도의 Pb, Zn, As를 함유하고 있는데 이는 이들 산화물에 풍화에 의하여 유출된 중금속이 공침되거나 흡착된 결과로 실제하천에서 이들의 형성은 중금속의 거동을 어느 정도 제어하여 하천으로의 유출을 막을 수 있음을 보여준다.

• 한국광물학회지
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• 제32권2호
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• pp.79-86
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• 2019

산성광산배수에서 흰색 알루미늄 침전물은 pH가 상대적으로 높은 하천수와 만나 섞일 때 주로 발생한다. 이 침전물을 구성하는 광물은 산성광산배수 내 중금속 등을 흡착 공침하여 이들 중금속의 거동을 조절하는 중요한 역할을 한다. 이러한 흰색 침전물을 구성하고 있는 광물들은 추후 상변화를 거치며 그러한 과정 중에 중금속의 용해 재흡착 등이 일어날 수 있다. 본 연구는 이러한 흰색 침전물의 상전이 과정에 대한 기본적인 정보를 얻기 위하여 수행되었다. 본 연구에서는 도계광업소 주변의 하천에서 채취한 흰색 침전물을 대상으로 서로 다른 pH와 온도의 조건에서 시간이 지남에 따라 일어나는 광물상의 변화를 살펴보았다. 흰색 침전물은 주로 basaluminite와 비정질 $Al(OH)_3$ 및 미량의 $Al_{13}$-tridecamer의 혼합물로 구성되며, basaluminite의 부조화용해가 먼저 일어나 비정질 $Al(OH)_3$의 함량이 증가한 이후, pseudoboehmite의 전구물질 단계를 거쳐서 pseudoboehmite가 최종 침전되는 상전이 과정을 거친다. $80^{\circ}C$의 온도에서는 이러한 일련의 과정이 잘 나타났지만, 비교적 낮은 온도에서는 basaluminite와 비정질 $Al(OH)_3$가 공존하는 초기 침전물 상태로 남아있었다. 그리고 높은 pH는 basaluminite의 $SO{_4}^{2-}$기의 탈착을 유도하여 pseudoboehmite 전구물질로의 상전이를 촉진하였다. 시간이 지남에 따라 광물의 용해 및 상전이에 의하여 용액의 pH는 낮아지는 경향을 보였으며, 최종산물인 pseudoboehmite가 형성되어도 약간의 입자의 크기 증가만 관찰되고 완전한 결정질의 형태는 보이지 않았다.

• 공업화학
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• 제30권2호
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• pp.226-232
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• 2019

기존의 축산폐수 처리 공정보다 생물학적 처리 공정은 친환경적이며 다양한 목적으로 폐수에서 효율적으로 이용될 수 있다. 특히, 생물학적 처리 공정 중 미세 조류를 이용한 폐수처리는 경제적으로 영양염류를 제거할 수 있으며, 재생에너지원으로서 많은 이점을 가지고 있어 주목받고 있다. 본 연구에서는 미세 조류 Scenedesmus obliquus의 최적 성장조건을 확립하고, 인공 폐수와 실제 축산폐수에서 영양염류(N, P)와 중금속(Cu, Zn) 제거 효율을 평가하였다. 연구 결과, 최적 성장 조건은 $28^{\circ}C$, pH 7, light : dark cycle은 14 : 10 h로 확립되었다. 농도(500, 1,000, 5,000, 10,000 mg/L)별 영양염류의 제거율 평가에서 단일 처리구는 N 17.6~70%, P 8.4~34%, 복합 처리구는 N 12~58%, P 3~40.3%의 제거율을 보였다. 또한, 농도(10, 30, 50 mg/L)별 중금속의 제거율 평가에서 단일 처리구는 Cu 13.7~40.3%, Zn 10.0~30.0%, 복합 처리구는 Cu 16.0~40.0%, Zn 12.0~20.0%의 제거율을 보였다. 중금속 복합 처리구(10, 30, 50 mg/L)에서 각 농도별로 Cu는 16.0~40.0%, Zn은 12.0~20.0%의 제거율을 보였다. 연구 결과를 바탕으로 Scenedesmus obliquus의 영양염류와 중금속에서의 거동 특성을 파악하여 실제 축산 폐수 처리에 적합함을 판단하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권2호
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• pp.151-157
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• 2005

본 연구에서는 퇴적물에서 일어나는 유기물 분해과정 중 이용된 전자 수용체와 분해과정에서 생산된 환원 물질의 농도 변화를 적절히 파악하고 정량화하기 위한 수치모델을 개발하였다. 퇴적물에 서식하는 미생물이 전자 수용체를 이용하여 유기물을 분해하는 반응들은 전자 수용체의 종류에 따라서 다음과 같이 6가지 형태로 구분 할 수 있다: (1) 호기성 분해(Aerobic Respiration), (2) 탈질(Denitrification), (3) 망간 환원(Manganese Reduction), (4) 철 환원(Iron Reduction), (5) 황산염 환원(Sulfate Reduction), (6) 메탄 환원(Methanogenesis). 이와 같은 6가지 반응은 양론(Stoichiometry)적으로 표현되어지며, 여기에 관여하는 3개의 고형물질(침전성 유기물질, manganese oxides, iron oxides)과 8개의 용존물질 (oxygen, nitrate, sulfate, ammonia, dissolved manganese, dissolved iron, sulfide, methane)의 움직임은 1차원 물질수지 방정식으로 모델에서 재현되어졌다. 퇴적물에서 미생물에 의한 유기물 분해 반응은 Monod 반응식을 이용하여 간단히 표현되어졌다. 퇴적물에 포함된 물질들에 대한 물질수지 방정식들은 Monod 반응식에 포함된 비선형성을 제거하기 위해서 다단계의 반복적인 수치해석법에 의해 안정적인 해를 구할 수 있었다. 모델의 타당성을 검토하기 위하여 Sweert et al.(1991a)이 Netherland의 Veluwe 호수의 퇴적물에서 조사한 자료에 모델결과를 비교하였고, 결과로써 산출된 전자 수용체와 환원 물질의 수직적 분포형태는 관측간과 비교적 잘 부합하였다. 그러나 모델을 통하여 예측된 $NH_4^+$의 농도는 측정된 농도보다 훨씬 낮은 것이 관찰이 되었는데, 이는 모델에서 유기물질을 표현할 때 사용한 Redfield의 유기물식이 본 연구에 적용된 퇴적물에서의 높은 질소 함유율을 적절히 표현하지 못한 결과로 해석되어 질 수 있다. 퇴적물 깊이에 따른 전자 수용체와 환원된 물질의 분포변화는 중금속의 재용출과 생물이용도를 조절하는 주요인이 되기 때문에, 이 연구에서 개발된 수치모델은 퇴적물에서 일어나는 미량 오염 물질의 거동을 파악하기 위해 유용하게 사용되어질 수 있을 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권2호
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• pp.172-178
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• 2006

메조포러스 실리케이트 물질은 포어 내에 thiol(-SH)기나 amine($-NH_2$)기 등의 관능기를 도입하여 수중의 중금속이온을 제거하는 흡착제로 많이 활용되어왔다. 본 연구는 메조포러스 실리케이트 합성에서 구조형성 전구체로 사용되는 계면활성제가 중금속 이온의 흡착활성점으로도 작용하는지를 조사하고자 하였다. 서로 다른 계면활성제를 사용하는 세가지 메조포러스 실리케이트(SBA-15, MCM-41, HMS)을 합성하여 소성 전 계면활성제가 담지되어 있는 경우와 소성되어 계면활성제가 사라진 경우에 이들의 수중 납이온의 흡착거동을 살펴보았다. 먼저, X선 회절분석 실험과 질소 기체 흡착 거동으로 메조포러스 실리케이트의 메조포어 구조를 확인하였고, FT-IR 분석을 통해 소성 전의 계면활성제의 존재와 소성 후에 계면활성제의 제거를 확인하였다. 중금속인 납이온을 사용하여 이들의 흡착능을 측정한 결과, 모든 소성된 메조포러스 실리케이트 물질과 공중합 고분자를 계면활성제로 이용하는 SBA-15는 수중에서 납이온에 대한 흡착능이 극히 미비한 반면에 각각 dodecylamine과 hexadecyltrimethylammoniumbromide(HDTMA)를 계면활성제로 사용하는 HMS, MCM-41은 소정의 흡착능을 보여주었다. 초기 납이온 농도가 50 ppm, 용액 pH가 5인 흡착 조건에서 얻은 흡착 키네틱 데이터를 pseudo second order kinetic model에 적용하여 계산한 결과, 계면활성제가 담지된 HMS는 115.16 mg/g, 계면활성제가 담지된 MCM-41은 26.60 mg/g의 납이온 흡착능을 나타내었다. 이러한 흡착능은 기존의 다른 메조포러스 실리케이트 흡착제의 흡착능과 유사하며, 그들과 비교하여 계면활성제가 담지된 흡착제는 전처리나 후처리 없이 흡착제로 활용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권11호
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• pp.720-728
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• 2012

강우시 상당 부분의 비점오염물질은 입자성물질에 흡착된 형태로 유출되기 때문에 비점오염물질의 유출 거동을 보다 정확하게 이해하기 위해서는 입자성물질과의 상관성을 정량적으로 파악하는 것이 중요하다. 그러나 강우시 오염물질별 유출특성과 입도분포와의 상관성에 대한 연구사례는 매우 부족한 실정으로, 특히 도시화가 진전되지 않은 비시가화지역을 대상으로 한 국내 연구는 보고된 예가 거의 없다. 본 연구에서는 논, 밭 및 임야 등으로 구성된 소규모 비시가화지역(유역면적 52.8 ha)을 선정하여 다양한 규모의 강우사상별 유출특성을 조사하고, 오염물질의 유출특성과 입자성물질의 거동 사이의 상관관계를 분석하였다. 또한, 비점오염물질의 유출에 미치는 입자성물질의 영향에 대하여 정량적인 분석을 실시하였다. 연구결과, 중소규모 강우에서도 초기유출현상이 관찰되었으며, 입자성물질이 영양염류 및 중금속의 유출과정에 큰 기여를 하고 있는 것으로 나타났다. 특히, $BOD_5$와 TOC의 유기물항목, TN과 TP의 영양염류, Al, Cr, Cu, Fe, Hg 및 Zn의 중금속항목 등이 SS (total), VSS, SS (d < $20{\mu}m$) 및 SS ($20{\mu}m$ $$\leq_-$$ d < $80{\mu}m$)와 높은 상관성을 보여 입자성물질과 유사한 유출거동을 갖는 것으로 나타났다. 한편, $COD_{cr}$, Cd, Mn 및 Pb는 입자성물질의 유출거동과 뚜렷한 상관성을 보이지 않았다. 비시가화지역에서 비점오염물질의 유출과정은 입자성물질의 거동과 상관성이 높을 뿐만 아니라 처리대상물질에 따라서도 상이한 특성을 갖는다는 점을 고려한 비점오염 저감시설의 도입이 이루어져야 할 것으로 판단된다.

• 한국광물학회지
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• 제27권4호
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• pp.301-310
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• 2014

황철석이 다량 존재하는 지역에서 산성암석배수에 의한 중금속 거동과 관련된 단층비지의 역할을 알아보기 위해, 양산지역에 분포하는 함황철석 안산암의 모암과 단층비지에 대하여 XRD, pH, XRF, SEM-EDS, ICP 분석을 실시하였다. 연구결과 모암의 주 구성광물로 석영(quartz), 엽랍석(pyrophyllite), 황철석(pyrite), 일라이트(illite), 황옥(topaz)이 관찰되었고 짙은 갈색의 단층비지 시료의 경우 석영(quartz), 일라이트(illite), 녹니석(chlorite), 스멕타이트(smectite), 침철석(goethite), 카콕세나이트(cacoxenite)가 동정되었으며 침철석이 주 구성광물이었다. 모암에서 동정된 광물 종으로 보아 모암은 열수 변질 작용을 많이 받은 것으로 보인다. ICP분석 결과 각 시료의 중금속 농도는 모암의 경우 Zn > As > Cu > Pb > Cr > Ni > Cd 순을 보였으며, 단층비지의 경우 As > Zn > Pb > Cr > Cu > Ni > Cd 순으로 나타났다. 두 시료를 비교해 보면 중금속의 총량은 전체적으로 단층비지에서 상대적으로 더 높은 값을 나타내며 특히 Pb, As, Cr은 2배 이상의 큰 차이를 보인다. 이러한 차이는 단층비지의 주 구성광물인 침철석의 높은 반응성과 넓은 표면적에 의해 Pb, As, Cr과 같은 중금속들이 공침 혹은 흡착되어 특히 높은 농도를 나타내며 또한 황철석의 산화에 의한 낮은 pH에 의하여 이러한 효과가 더욱 증가되었다고 사료된다. 그리고 자연환경에 쉽게 영향을 줄 수 있는 labile (step 1)과 acid-soluble (step 2)을 합한 농도의 비율은 대부분의 중금속이 모암에서 더 높게 나타나는 것을 확인하였다. 결과적으로 연구지역에서 단층비지는 모암에 비하여 많은 양의 중금속을 함유하고 연속추출법 단계 중 상대적으로 자연에 쉽게 유출될 수 있는 단계의 비율이 낮은 것으로 나타나 산성암석배수에 의한 피해가 예상되는 지역에서 단층비지는 중금속이 쉽게 용출되지 않게 하는 저장소로 큰 역할을 하는 것으로 판단된다.