나무의사 산림토양학 요약 _ 8 토양오염

1. 토양오염원

점오염원(폐기물매립지, 대단위 가축사육장, 산업지역, 건설지역, 운영 중인 광산, 송유관, 유류 및 유독물저장시설)과 비점오염원(농약 및 화학비료의 장기간 연용, 휴’폐광산의 폐기물로부터 유출되는 중금속, 산성비)
토양환경보전법의 관리대상이 되는 것은 점오염원 중 유류 및 유독물 저장시설과 휴,폐광산으로부터의 오염물질 뿐이다.
토양측정망은 환경부 주관, 농림부와 산업자원부가 협조, 각 유역환경관리청과 시도 환경연구원 및 한국농촌공사가 참여.

토양오염측정망 구성 / 중금속 6종 : 카드뮴(Cd) 구리(Cu) 비소(As) 수은(Hg) 납(Pb) 6가크롬(Cr6+)

 

2. 토양오염원의 종류와 특성

1) 영양소

a. 질소와 인
질산태질소(NO3-)는 음이온으로 이동성이 높으며, 암모늄태 질소(NH4+)는 토양에 잘 흡착된다.
인산은 토양에 강하게 흡착 고정되어 토양에 잔류되기가 쉽다.
수계에서 조류 영양분인 질소와 인이 증가하면 부영화가 일어남.
b. 축산폐기물
축산폐기물에 높은 농도로 포함된 BOD COD 부유물질 질소 인등 오염물질이 토양으로 유입되어 오염된다.

2) 농약

대부분의 농약은 ‘환경 및 생물에 이질적인 합성화합물(xenobiotics)’로 생물에는 농약을 분해할 수 있는 효소가 없거나 활성이 미약하다.
자연환경속에서 매우 안정하여 잔류 축적되어 생태계를 순환하므로 농약이 심각한 문제가 된다.

3) 유독성 유기물질

토양을 오염시키는 유독성 유기물질로는 연료’용제’휘발성 유기화합물, 다환고리방향성 탄화수소화합물(PAHs), 경질방향성 용제, 염화파라핀, 염화방향족 탄화수소, 방향족 아민, 가소제, 난연제, 계면활성제 등이 있다.
탄화수소의 분해는 호기성 조건에서 빠르게 일어남.
a. PAHs
비극성이고 소수성이며 화학적으로 안정한 환경오염물질.
b. COCs (유기염소계 화합물)
난분해성 유기화합물질

4) 무기성 오염물질

a. 중금속
중금속은 비중 5.0g/mL 이상 금속으로 지각에 미량 함유된 원소를 말함.
토양 중 중금속 특성 영향 요인
- 토양 pH가 낮을수록 토양 중금속 용해도가 증가함. (Mo은 예외) 대부분의 중금속은 pH가 높은 조건에서 불용성.
- Fe, Mn은 산화조건에서 불용화. Cd, Cu, Zn, Cr등은 환원조건에서 불용화 됨.
- 중금속은 토양 중 다른 성분과 결합하여 불용성 화합물 만드는 경우가 있음.
b. 산성 광산폐기물
대부분 광산폐수는 pH가 낮고, 중금속(특히 Fe, Al)과 황산이온 다량 함유 함.
황이 산화되며 황산이온에 의해 갱내수가 산성을 띔.
철은 Fe(OH)3 또는 Fe2O3로 산화되어 토양 표면을 노란색에서 주황색으로 변화시키는 Yellow Boy 오염현상 초래.
알루미늄은 산화되어 Al(OH)3 침전물로 변하여 토양에 밀가루를 뿌린 것 같은 백화현상을 초래.
c. 유해폐기물
산업폐기물, 도시고형폐기물(하수슬러지)

3. 오염물질과 토양과의 상호반응

1) 오염물질의 물리적 이동

투수성이 양호한 토양은 여과속도가 빠르지만 지하수오염이 심한 반면 토양오염은 심하지 않다.

2) 오염물질의 화학적 이동 (5가지)

a. 증발 evaporation : 순수한 오염물질과 토양공기(기상) 사이에서의 분배와 이동
b. 용해 solubilization : 순수한 오염물질과 물(액상) 사이에서의 분배와 이동
c. 휘발 volatilization : 물(액상)과 토양공기(기상) 사이에서의 이동
d. 흡착 sorption : 오염물질이 물(액상)과 토양입자의 경계면(고상) 사이에서 분배
e. 침전 deposition : 용해의 반대개념, 물(액상)으로부터 경계면(표면)으로 용질이 이동하고 새로운 물질로 축적

3) 오염물질의 생물적 이동

토양미생물은 유기탄소를 에너지원으로 사용하여 유기화학물질을 분해하며, 결과적으로 동물이나 식물에 축적된 오염물질을 분해한다.

4. 토양오염기준

우려기준과 대책기준으로 구성.
지적법에 의한 지목으로 ‘가’지역, ‘나’지역 구분하며 ‘가’지역에 더 엄격한 기준 적용.
‘가’지역은 논,밭, 대지, 과수원, 목장용지, 임야, 학교용지, 하천, 수도용지, 공원, 체육용지, 유원지, 종교용지, 사적지
‘나’지역은 공장용지, 도로용지, 철도용지, 잡종지
(다음에 해당하면 지목구분 관계없이 나지역 기준 적용 : 특정 토양오염유발시설이 설치된 경우, 가지역에서 폴리클로리네이티드비페닐 또는 유류에 의한 오염사고가 발생한 경우, 가지역을 제외한 지역에서 오염사고가 발생한 경우)

1) 토양오염현황

전국토양오염도에 따르면 밭토양의 중금속함량이 논토양보다 점차 많아지고 있는 경향을 보인다.

2) 농경지오염의 특징

도심지 및 공단주변의 농경지에서 우려기준과 대책기준을 상회하는 경우가 있다.
현재까지의 농경지오염은 대부분 중금속 관련 사항이고, 영양염류과다 및 난분해성 농약잔류물 조사가 있다.
최근 다른나라에서 문제시되는 유류를 포함한 유기오염물질 오염 실태에 대한 본격적인 조사는 아직 시작되지 않은 단계이다.
밭토양에서 염류의 집적, 인산과 칼륨의 함량이 높게 나타나며, 집약적재배와 불균형 시비가 원인으로 판단된다.

3) 외국의 토양환경기준 설정항목

우리 나라 조사 항목은 중금속과 유기인, PCB, 시안(CN), 페놀(phonel) 정도에 그침.
우리나라 토양환경보전법에 지정되지 않은 난분해성 및 독성유기오염물질에는 클로르덴(chlordane) 4,4DDT 엔드린(endrin) 린덴(lindane) 셀레늄(selenium) 트리클로로에탄(trichloroethane) 염화비닐 등이 있다.

5. 토양오염이 생태계에 미치는 영향

1) 중금속이 식물 생육에 미치는 영향

a. 원형질막의 투과성 변경
중금속이 원형질막의 SH기나 COOH기와 결합, 막 지질을 과산화시켜 단백질 기능을 억제하여 투과성을 저해한다.
b. 식물효소의 억제작용
중금속이 효소를 구성하는 -SH기에 친화력이 매우 크기 때문에 효소의 활성을 억제시켜, 세포막의 생합성과 엽록체의 생합성을 억제한다.
c. 식물의 중금속 스트레스 방어기작 1
중금속과 작용점 사이 상호작용을 억제
d. 식물의 중금속 스트레스 방어기작 2
중금속 독성을 없애는 항산화효소나 대사물질을 만듬 (글루타티온, 아스코르브산, 플라보노이드, 카탈라아제, 퍼옥시다아제 등이 이에 속함)
e. 중금속에 내성을 갖는 식물
Ca Mg 등의 양이온과 경쟁시켜 뿌리 흡수를 저감시키거나, 흡수한 중금속을 뿌리에서 부동화 시키거나, 세포내 유기산과 중금속 복합체를 만들어 부동화 시켜 중금속 피해를 줄이며 성장한다.

2) 수계환경에 미치는 영향

물에 존재하는 중금속은 수용성이온, 무기음이온과 복합체를 형성한 이온, 아미노산 부식산 풀브산 등과 복합체를 형성한 이온으로 구분할 수 있다.

3) 인체의 건강에 미치는 영향

인체에 독성을 나타내는 중금속은 Al As Cd Pb Hg Ni 등이다.
Cd는 식물에 쉽게 흡수, 먹이사슬로 주로 감염된다. 일본에서 Cd농도가 높은 쌀을 섭취하여 이따이이따이병이 발생한 것이 대표적이다.
식물의 Pb흡수는 제한적이어서 먹이연쇄로 인한 생물농축이 적다. 납에 의한 독성은 어린아이에게 더 민감하다.
비소(As)는 주로 토양보다 음용수를 통해 섭취하며 근육통, 허약함, 피부암 등을 초래한다.

4) 난분해성 유기화합물이 자연생태계에 미치는 영향

난분해성 유기오염물질(persistent organic pollutants, POPs)
내분비성장애물질의 상당수가 해당되며, 유기염소화합물이나 PCBs등도 대표적인 POPs물질이다.
분자량이 많거나 벤젠고리가 여럿 축합된 PAH화합물은 생물학적 분해가 매우 어렵다.
난분해성 유기오염물질로 인한 토양오염은 현실적인 복구방안이 없을 뿐더러 여러 생물체의 체내로 이동하며, 영양단계가 높아지면 농축배율이 높아진다.
POPs가 물에 용해도가 낮고 지질에 친화력이 높아 생물농축에 의해 동물체 내에 높은 농도로 축적될 수 있다.

6. 오염토양의 복원기술

1) 복원기술 분류

a. 처리방법에 따른 분류
- 토양 중의 오염물질을 분해, 무해화 시키는 기술
- 토양으로부터 오염물질을 분리, 추출하는 기술
- 오염물질을 고정화하는 처리기술
b. 처리위치에 따른 분류
- in-situ : 현장 토양 그대로 기술 적용 / ex-situ : 현장상태를 유지하지 않고 기술 적용
- on-site : 현장과 가까운 곳에서 처리한 후 다시 토양 복원 / off-site : 멀리 떨어진 곳에서 기술 적용 후 토양을 원상 복원
c. 처리매체에 따른 분류
- 토양, 지하수, 배출가스에 대한 적용기술이 서로 상이
- 토양복원기술, 지하수복원기술, 배출가스복원기술 등으로 구분
d. 오염물질의 종류에 따른 분류
- 휘발성 유기화합물, 준휘발성 유기화합물, 연료유, 무기물질, 폭발성 물질
e. 처리대상부지의 종류와 기술개발(적용)단계에 따른 분류

2) 오염토양복원기술의 종류

a. 생물학적 처리기술
- biodegradation : 토착미생물의 활성을 증진하여 유기오염물질 분해능을 증진시키는 기술
저농도 광범위 오염에 효과적. 토양과 지하수 동시 처리가능하여 경제적임. 시간이 많이 걸리고, 처리과정 측정이 어려움.
- bioventing : 오염된 불포화 토양에 공기를 주입, 미생물의 생분해능을 촉진시키는 기술
비용이 적게들고 무기오염물질의 안정화 가능. 수분함량과 통기성이 낮으면 효율이 감소함.
- landfarming : 오염된 토양을 굴착하여 정기적으로 뒤집어서 공기를 공급. 호기성 생분해공정.
슬러지에 적용가능. 많은 공간이 필요하고, 분해가 어려운 물질의 완전한 제거에 시간이 많이 들며, 대기 오염에 대해 미리 처리해야 함.
- phytoremediation
식물복원방법으로 많은 농업기술이 포함된다.
친환경적 접근으로 경제적인 장점이 있으나, 고농도 오염에는 적용이 어려우며, 복원에는 많은 시간이 소요되고 효율이 떨어진다.
enhanced rhizophere biodegradation : 식물 뿌리 분비 유기성 물질이 근권 미생물을다양화 하여 유해물질 분해능력을 촉진시킴.
phytoextraction : 식물 뿌리가 오염물빌을 식물체로 흡수하여 제거, 축적종(체내에 고농도 축적가능)을 이용.
phytodegradation : 식물 효소가 식물체 내에서 오염물질을 대사 분해시키는 기술
phytostabilization : 토양개량처리 없이 식물 재배로 독성금속을 불활성화시키는 방법.

b. 물리,화학적 처리기술
- soil flushing : 오염물질 용해도 증진을 위해 첨가제를 함유한 물을 토양 공극에 주입, 토양오염물질을 추출 및 처리하는 기술
토양의 물리,화학적 특성이 변화되며 토양 공극이 감소된다.
- 토양증기추출기술 : 토양내통풍법 또는 토양진공추출법
공기를 계속 주입하여 생분해를 촉진. 유기물 함량이 많거나 매우 건조하면 흡착능이 높아 제거율이 감소한다. 토양진공추출법은 매립지 가스를 제거하는데 이용됨.
- 안정화 및 고형화처리기술 : 물질을 불용해성으로 만들고(안정화), 액상이나 슬러지같은 폐기물에 접합체를 첨가하여 고상형태로 만드는 것(고형화)
다른처리방법과 결합하거나 단독으로 사용 가능. 모든 지중 처리와 마찬가지로 처리효율 확인이 어려움. 부지가 멀면 경제성이 떨어짐.
-chemical reduction / oxidation : 토양 오염물질을 산화/환원 반응으로 안정화시켜 무독성 혹은 저독성 화합물로 전환
시안(CN)오염 토양에 사용됨. 시약이 많이 필요하므로 오염농도가 높으면 비경제적. 불완전산화 또는 중간물질이 형성될 수 있음.

c. 열적 처리기술
직접연소에 의한 열처리(소각)와 혐기성상태에서 열을 가해 유기물을 분해하는 간접연소 열처리(열분해)로 구분됨.
정화효율이 가장 높지만, 에너지처리비용이 가장 많이 든다.

d. 자연정화
오염현장을 차단하면 정화될때까지 다시 사용할 수 없다. 중간분해산물은 본래 물질보다 더 유독하다.

 

나무의사 산림토양학 요약 _ 9 토양관리