서 론

한반도에서의 광화작용은 선캠브리아기에서 신생대에 이르기까지 전 지질시대에 걸쳐 진행되었다. 이러한 광화작용은 중생대의 화성활동으로 전 국토에 걸쳐서 넓게 분포하는 산성화강암류와 성인적으로 밀접하게 연관되어 있다. 산성화강암류의 관입을 받은 모암에는 많은 스카른광상, 열수교대광상, 열수광맥광상 등이 배태되었다. 이 외에도 퇴적변성기원광상, 변성기원광상, 순수 퇴적기원광상(무연탄, 석회석 등), 정마그마광상 및 사광상 등이 전 국토에 걸쳐 형성되었다.

우리나라 광업의 역사는 삼국시대로 거슬러 올라가며, 구한말과 일제 강점기를 거치면서 광산개발이 활발하게 이뤄졌다. 그러나, 1980년대 말 이후 임금상승, 매장량의 고갈 및 국제 광산물 가격하락 등 여러 가지 악재가 겹치면서 채산성이 악화되어 많은 휴‧폐광산들이 발생하였다. 과거의 광업활동은 생산 위주로 진행되었으며, 이로 인해 발생되는 제반문제를 등한시 하는 경향이 일반적이었다. 폐광 시에도 광업활동으로 인해 훼손된 주변환경의 복원이나, 폐광 이후 주변 환경에 미칠 영향을 간과한 채 폐광되는 것이 상례였다. 이 폐광산들은 대부분 적절한 환경복원시설이 설치되지 않은 채로 방치되어 이로 인한 광해문제가 심각하다. 특히, 폐석탄광에 비해 광해정도가 심한 폐금속 광산의 광해로 인한 피해가 커다란 사회적 이슈로 대두되고 있다.

광산활동이 중단된 폐금속 광산지역 대부분은 다량의 폐석과 광미가 방치되어 있으며, 이들은 물과 접촉하여 광산배수를 통해 중금속을 포함한 각종 오염물질을 배출한다. 현재 국내에서 파악된 폐금속 광산의 수는 900여개에 이르며 이들에 대한 복구사업이 단계적으로 진행되고 있다(Ministry of Environment, 2003). 그러나, 아직도 대부분의 지역에서 야적광미, 갱구 등이 그대로 방치된 채 지속으로 주변 환경을 오염시키고 있으며(Ministry of Environment, 2003) 특히, 복구 작업이 완료된 일부지역도 현재까지 오염이 지속되고 있어 실질적인 오염영향은 예상보다 더 클 것이다(Jung and Lee, 2001).

폐금속 광산지역 오염조사는 주로 광산주변 지역의 직접적인 토양, 지하수 오염현황(Hwang and Chon, 1995; Jung, 1996; Thompson and Turney, 1996; Dudka and Adriano, 1997; Bain et al., 2001; Kim et al., 2002) 이나 폐광산에 방치된 광미 용출특성에 따른 잠재적 오염영향에 관한 연구 등이 주로 수행되었다(Blowes and Jambor, 1990; Ribet et al., 1995; Blowes et al., 1998; McGregor et al., 1998; Simms et al., 2000; Jung and Lee, 2001). 오염물질의 순환과정은 오염물질의 생성, 이동 및 축적이라는 고리로 연결되며 이는 오염원, 오염경로 및 오염지역 이라는 3요소로 이루어지는 3-way 모형으로 개념화 할 수 있다. 즉, 광산지역의 경우 광미와 폐석은 오염원, 오염토양 및 지하수는 오염지역이 될 것이며, 이 둘을 연결하는 오염경로는 토양수 또는 공기가 될 것이다(Lee and Jung, 2004). 이를 토대로 볼 때, 기존 연구들은 주로 오염원과 오염지역을 다루었으며, 폐금속 광산에서 오염경로 및 오염의 지속가능성에 중요한 역할을 하는 하천의 변화를 대상으로 한 연구는 아직 미비하다.

따라서, 본 연구는 폐금속 광산인 대영광산(일명 대마광산)을 대상으로 광산지역과 주변 환경의 오염을 조사하여 오염특성과 오염원인을 규명하고, 기 발생한 이러한 오염이 향후로도 지속적으로 확산될 가능성이 있는지를 평가하여, 대책수립의 필요 여부를 제시할 목적으로 수행하였다.

연구지역의 지형 및 지질

연구지역은 차령산맥 줄기의 연변부에 위치하여, 비교적 낮은 구릉성 산지들이 북동-남서방향으로 발달되어 있다. 연구지역 남측에는 해발 178 m의 대봉산이 위치하며, 광산개발은 이 대봉산 일대에서 진행되었다. 수계는 이 구릉성 산지의 계곡부를 따라 형성되어 있으며, 연구지역의 주 수계는 소하천인 장전천이다. 장전천은 동측 산계에서 발원하여 연구지역을 동에서 서로 흐르다가 부로들에 이르러 급격하게 방향을 선회하여 북쪽으로 흘러 예당저수지에 이른다. 장전천을 따라 주거지와 농경지가 분포한다. 농경지는 주로 답으로 구성되어있으며, 대부분 경지정리가 수행되었다. 경지정리 시 인근지역에서 토사를 반입해 부분적으로 객토를 수행한 것으로 확인되었으며, 장전천의 일부구간은 개수공사로 인해 곡류하는 자연하천에서 직강화하는 선형변화가 이뤄졌다.

연구지역 일대의 지질은 쥬라기 대동계의 백운사층과 이를 관입한 유구화강편마암, 백악기의 산성암맥, 제4기 충적층으로 구성되어 있다. 이들 층의 기저에는 선캠브리아기의 덕정리편마암층이 분포하나 연구지역 내에서는 확인되지 않는다. 연구지역 동측에서 북동-남서방향으로 발달하는 백운사층은 역암과 사암으로 구성된 하부의 역암대와 사암과 이암 및 실트암의 호층으로 구성된 상부로 크게 구분되며 탄층이 협재하기도 한다. 탄층은 대부분 박층에 연속성이 불량하나 광황이 양호한 일부 구간은 개발되었다. 백운사층의 대체적인 주향 및 경사는 N10~30°E, 35~50°NW이다.

유구화강편마암은 연구지역의 대부분을 차지하고 있으며 백운사층을 관입하고 있다. 주로 석영, 흑운모, 견운모, 사장석들로 구성되어 있으며 뚜렷한 엽상구조를 보여준다. 백악기 산성암은 불국사통에 해당하며, 석영반암과 규장암으로 구성되어있다. 백운사층과 유구화강편마암을 도처에서 관입하며 소규모로 분포한다. 제4기 충적층은 지장천과 지류의 주변에 형성되어있다(Fig. 1).

Fig. 1.

Geological map of the study area.

오염유발 요인

연구지역 내 광산들은 폐광된지 이미 수십년이 경과하여 광산 가행 당시의 원형을 확인하기 불가능한 경우가 많다. 따라서 육안 확인이 가능한 광해유발요인에 대해서는 직접 조사를 실시하였으며, 변형되거나 소멸된 부분에 대해서는 기존 자료나 탐문에 의존하여 당시의 상황을 파악하였다.

대영광산은 주로 강석골에서 개발되었으며, 큰덕골과 고개동 인근에서도 개발흔적을 확인할 수 있다. 주 광해유발요인은 광물찌꺼기 적치장 1개소, 폐석장 10개소(이 중 침출수 발생 1개소), 갱구 22개소(이 중 갱내수가 유출되는 갱구 1개소, 갱내수가 고여있는 갱구 1개소) 등 이다. 이 외에 수갱 주변 및 폐석장에 소규모 시설물과 지하에 채굴공동이 남아있다(Fig. 2).

Fig. 2.

Distribution of factors triggering contamination.

광물찌꺼기 적치장

연구지역에서는 광산개발 시기 등에 따라 총 3지점에서 선광을 수행하였다고 하나 시설이 남아있는 선광장은 없다. 선광장1은 연구지역 내 주선광장으로 현재의 마을회관 부지에 위치하였다. 50톤 처리용량의 선광시설과 정화시설을 갖추고 있었다. 선광 후 광물찌꺼기는 마을회관 하부(현재 논으로 사용)에 적치하였다. 광물찌꺼기 적치장은 다량의 광물찌꺼기가 적치(6,200 m²×2.4 m≒15,000 m³)되어 있다. 현지조사 및 과거 항공사진 검토결과, 1990년 전후로 부지정지를 실시하고 약 20 cm 내외의 복토를 수행하여 농경지로 활용하고 있다(Fig. 3). 2005년도에는 지자체에서 하천변에 옹벽을 설치하는 등 광물찌꺼기 유실방지조치를 취하였다. 복토층이 일부 유실되었으며, 그 하부로 광물찌꺼기를 육안으로 식별할 수 있고, 노출된 광물찌꺼기는 배수로를 따라 하부지역 수계로 유실되고 있다. 선광장2 및 선광장3에서도 소규모의 선광이 수행된 것으로 확인되나, 선광장 부지 주변에 광물찌꺼기를 적치한 장소는 확인되지 않는다.

Fig. 3.

Status of tailing areas used for farmland.

갱내수 및 침출수

연구지역에는 석탄광 관련갱구 1개소를 포함하여 총 22개의 갱구가 분포한다. 이 중 1개소의 갱구에서 소량의 갱내수가 유출(약 10 t/day)되고 있으며, 1개소의 갱구에는 갱내수가 고여 있다. 갱내수에 의한 yellow boy 및 백화현상은 관찰되지 않는다. 또한 연구지역에는 총 10개소의 폐석장이 분포한다. 이 중 폐석장 1개소에서 웅덩이에 고여 있는 침출수를 확인할 수 있다. 이 웅덩이는 갈수기에 농업용수로 활용하기위해 조성되었으며, 관로를 통해 하천변으로 소량 유출되면서 연장 10 m 정도의 yellow boy 현상을 일으키고 있다.

연구방법

일반적으로 광산지역의 오염원과 오염경로상의 매체, 피오염매체(여기서는 농경지)간의 상호 관계는 매우 복잡하게 얽혀 있다. 폐금속광산지역에서 토양오염을 유발할 수 있는 주 오염원은 광물찌꺼기 적치장, 폐석장, 침출수, 갱내수를 들 수 있다.

광물찌꺼기는 선광을 직접 수행한 금속광산에서 일반적으로 확인되는 핵심적인 광해유발요인으로 그 자체가 갖고 있는 독성으로 인해 주변 환경을 오염시킬 수 있는 잠재성이 매우 크다고 볼 수 있다. 광물찌꺼기는 유실 또는 비산에 의해 인근 농경지로 유입되어 직접 농경지를 오염시킬 수 있다. 또한 강우에 의해 하천으로 유입된 광물찌꺼기는 하천의 범람으로 농경지로 유입되거나, 하상에 퇴적되어 하천퇴적토를 오염시킨다. 유실은 지형적 특성에 의해 지배되므로 주로 하류지역에 영향을 미치나, 비산은 이와 무관하게 상류지역에도 영향을 미치며, 영향범위도 하천의 침수범위를 넘어 더 광범위할 수 있다.

폐석도 광물찌꺼기와 마찬가지로 유실에 의해 주변환경으로 오염을 확산시킬 수 있다. 폐석은 광물찌꺼기에 비해 중금속의 함량은 낮으나, 선별되지 않은 광석광물이 섞여있을 수 있다. 이러한 부분이 풍화작용으로 분해되어 토사화 되면 이동성이 증가하므로 폐석 중의 암괴나 암편에 비해 오염 확산 가능성이 커진다. 침출수는 주로 광물찌꺼기나 폐석 등이 물과 접촉하여 발생한다. 광물찌꺼기나 폐석중에 함유된 유화광물의 풍화로 인해 산성을 띠며 다량의 중금속을 함유할 수 있다.

갱내수는 침출수와 마찬가지로 채굴공동의 벽면에 노출된 유화광물의 풍화로 인해 산성을 띠며 다량의 중금속을 함유할 수 있고, 하천퇴적토는 유실된 광물찌꺼기가 하상에 퇴적되어 오염될 수 있다. 하상에 퇴적된 광물찌꺼기는 홍수 시 또는 농업용수를 양수하는 과정에서 다시 부유하여 농경지로 유입될 수 있다. 또한, 하천수는 침출수 및 갱내수에 의해 오염될 수 있으며, 고농도의 중금속을 함유하는 하천퇴적토로부터 중금속이 용출되어 오염될 수 있으며, 지하수는 갱내수와 동일한 수체를 형성하므로 대수층 내에서의 갱내수 이동에 의해 오염될 수 있으며, 침출수의 침투 또는 지하수면 하부에 분포하는 광물찌꺼기나 폐석으로부터의 용출에 의해서도 오염될 수 있다.

농경지는 광물찌꺼기나 폐석의 유입, 오염된 갱내수, 하천수 및 지하수를 농업용수로 활용하는 과정에서 오염될 수 있으며, 광물찌꺼기나 폐석의 유실에 의해 발생하는 오염은 주로 오염원 인접지역에 한정되나 오염정도는 매우 심할 수 있다. 홍수에 의해 광물찌꺼기가 유입된 경우 오염범위가 상대적으로 넓으며, 유속이 빠르고 수위강하가 신속하게 일어난 경우에는 뜬짐의 퇴적이 고르지 않아 오염도의 편차가 국부적으로 심하게 나타날 수 있다. 고농도로 오염된 농경지 토양은 그 자체가 또 다시 오염원으로 작용하여 오염원소의 확산이나 용‧배수 과정에서 오염 미립자가 이동함으로써 주변을 오염시킬 수 있다. 또한, 오염된 갱내수, 하천수 및 지하수에 의한 농경지 오염은 광물찌꺼기에 의한 오염에 비해 보통 장기간에 걸쳐 누적되어 나타난다.

본 연구에서는 폐광산에서 오염이 발생하여 오염경로를 통해 주변 하류로 확산되는 특성을 구하천으로부터의 변천 및 현재의 하천과 지하수흐름 등을 고려하여 분석해 보았다(Fig. 4).

Fig. 4.

Contamination diffusion pathways from the abandoned mine.

오염확산경로 설정

예비조사·분석 결과에서 나타난 오염특성, 지형특성, 광해유발요인의 관리이력 등으로 볼 때, 연구지역의 주 오염경로는 광물찌꺼기가 직접 유실되어 농경지로 유입되거나 하천을 따라 이동하다가 범람에 의해 농경지로 유입된 것으로 판단된다(Fig. 5).

Fig. 5.

Location of soil and water samples collected during the preliminary investigation.

연구지역의 광물찌꺼기 적치장은 하천에 인접하여 있으므로 하천으로 유실되기 쉬운 지형적 조건을 갖고 있다. 폐광 이후 광물찌꺼기는 야적된 상태로 방치되었으며, 현재와 같이 하천변에 옹벽으로 유실방지를 하기 전에는 다량의 광물찌꺼기가 유실되었을 것으로 추정된다. 광물찌꺼기의 As 함량이 매우 높게 나타났으며, 하류수계의 하천퇴적토와 농경지 토양에서도 기준치 이상의 As가 검출되었다. 따라서 광물찌꺼기 적치장이나 선광장 부지 주변으로 농경지가 분포하므로 직접 유실에 의한 영향도 있을 것으로 판단된다.

예비분석 결과

연구지역에 대해 오염원(광물찌꺼기 적치장 및 폐석장), 오염경로상의 매체(하천퇴적토), 피오염매체(농경지)에 대하여 9점의 토양시료를 채취하여 As 및 중금속(Cd, Cu, Pb, Zn)에 대해 토양오염공정시험법으로 분석을 실시하였다(Table 1).

Table 1. Results of preliminary soil sample analysis (unit mg/kg)

오염원인 광물찌꺼기는 As 및 Pb이 대책기준(2지역)을 초과하는 것으로 나타났다. 폐석장 표토 시료는 기준(2지역) 이내로 분석되었다. 광물찌꺼기 적치장에 인접한 수계에서 채취한 하천퇴적토에서 As가 대책기준(2지역)을 초과하였으며, 약 700 m 이격한 지점에서는 As가 우려기준(2지역)을 초과하였다. 농경지 토양에서는 4개 시료 중 광물찌꺼기 적치장의 하류수계에 인접한 2개 시료에서 As가 우려기준(1지역)을 초과하였다. 선광장2 부지에서 채취한 시료는 우려기준 이내로 확인되는데, 이러한 분석결과로 볼 때 선광장2에서는 선광작업이 활발히 이뤄지지는 않은 것으로 판단된다. 큰덕골에서도 갱구가 확인되는 등 광산개발의 흔적이 남아있으나 하류지역에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 판단된다. 농경지 토양 S3는 여타의 시료에 비해 Zn의 함량이 매우 높게 나타난다. 이는 해당 농경지에 송전용 고압철탑이 설치되어있기 때문으로 판단되며, 광산활동과는 무관한 인위적 시설물에 의해 나타난 현상이므로 논의에서 제외하였다.

오염확산경로 검증방법

오염원→오염경로상의 매체→피오염매체에 이르는 일련의 오염확산 경로를 따라 해당 매체에 대한 조사를 실시하고 오염유무 및 오염특성을 상호 비교하는 방법으로 검증을 수행하였다. 폐광산지역에서 통상적으로 오염원으로 분류되는 매체라 할지라도 항상 오염원으로 작용하는 것은 아니므로 일차적으로 오염원의 오염유무 및 오염특성을 파악할 필요가 있다. 또한 오염원으로부터 발원한 오염물질은 다양한 경로를 통하여 주변으로 확산된다. 따라서 오염경로로 추정되는 매체에 대해서도 오염유무를 파악하여 오염경로로 작용하는지를 판단해야한다. 또한 오염특성을 오염원과 비교‧검토하여 실제로 오염원의 영향을 받았는지 아니면 여타의 다른 오염원의 영향을 받고 있는지를 평가할 필요가 있다.

가장 일반적인 오염경로 중의 하나인 하천은 경지정리 등의 과정에서 선형이 변형되는 경우가 많으므로 현재의 하천뿐만 아니라 구 하천에 대해서도 조사를 실시하여 현재와 과거의 상황을 동시에 추적할 필요가 있다. 피오염매체인 농경지는 오염원 및 하천과 같은 주 오염경로 주변의 오염양상을 정확히 파악할 필요가 있다. 아울러 이와 같은 영향이 미칠 개연성이 적은 지역과 비교‧검토하는 방식으로 오염원인을 파악할 수 있다.

분석결과 및 토의

오염원 분석

광물찌꺼기

광물찌꺼기의 적치가 확실하게 확인되는 광물찌꺼기 적치장을 대상으로 2점의 시료를 채취하였다. 광물찌꺼기 적치장이 농경지로 활용 중이므로 토양오염기준은 1지역 기준을 적용하였다. 시료분석 결과, 주 오염원소는 As와 Pb으로 확인되었다. As가 3,424.41~3,803.61 mg/kg, Pb이 1,536.43~1,921.54 mg/kg으로 모두 대책기준을 초과하는 고농도 오염을 보였다.

갱내수 및 침출수

갱내수는 대부분의 분석항목에서 검출한계 미만이며, 검출된 일부 항목도 ｢오염물질 배출허용기준｣ 미만으로 확인되었다. 침출수는 As가 ｢오염물질 배출허용기준｣을 초과하는 것으로 확인되었다.

Table 2. Results of tailing sample analysis (unit mg/kg)

Table 3. Results of analysis of mine water and leachate (unit mg/L)

오염경로상의 매체

하천퇴적토

현 하천퇴적토는 광물찌꺼기 적치장을 기점으로 하류방향으로 2 km 이내에서 약 500 m 당 1점씩 4점을 채취하였으며, 적치장의 상류지역에 해당하는 강석골에서 2점, 큰덕골에서 1점, 선광장2 인근에서 1점 등 총 8점을 채취하였다. 시료의 분석은 토양오염공정시험기준(환경부 고시 제 2009-255호)에 의거하여 수행하였으며, 오염기준은 토양환경보전법의 토양오염기준 중 ‘2지역(임야, 하천 등)’ 기준을 적용하였다. 연구지역의 하천퇴적토는 광물찌꺼기 적치장에서부터 하류수계를 따라 약 700 m 지점까지 토양오염우려기준 이상의 오염도를 보인다(Fig. 6). 오염원소는 모두 As이며, 광물찌꺼기 적치장 직하류 지점에서는 194.57 mg/kg의 고농도 오염이 확인되었다. 광물찌꺼기 적치장의 상류에 해당하는 강석골과 큰덕골, 선광장2 인접지점에서은 오염기준이하로 확인되었다(Table 4).

Fig. 6.

Location of soil and water samples.

Table 4. Results of analysis of soil from river deposits in present stream (unit mg/L)

구 하천의 오염현황을 파악하기 위해 구 하천 선형을 따라 시료를 채취하였다. 구 하천의 선형은 개수공사 전의 항공사진을 참고하였으므로 정확도가 다소 떨어질 수는 있으나, 일부 구간에서는 하천 선형의 변화를 뚜렷하게 확인할 수 있었다. 구 하천은 매립하여 농경지를 조성하였으므로 구 하천의 하상에 퇴적된 하천퇴적토를 채취하기 위해서 깊이별 시료를 채취하였다. 깊이별 시료는 매뉴얼 지오프로브를 활용하여 2~3 m 구간까지 채취하였으며, 1 m 간격으로 구분하여 구간별로 각 1점의 시료를 채취하여 6지점에 총 13점을 채취하였다. 깊이별 시료를 채취한 지점은 현재는 농경지이나 현 하천과의 오염특성을 비교분석하기 위해서 동일하게 2지역 기준을 적용하였다.

구 하천에 대한 깊이별 시료 분석결과, 주 오염원소는 현 하천과 마찬가지로 As로 확인되었으며, 대부분의 시료가 기준이상 또는 기준대비 70%이상의 As를 함유하는 것으로 나타났다(Table 5). 현재 광물찌꺼기 적치장은 국부적으로 광물찌꺼기가 노출되어있고, 표토층이 고농도로 오염된 것으로 보아 현 수계에서 발생한 하천퇴적토 오염은 광물찌꺼기 적치장에서 유실된 광물찌꺼기의 영향으로 판단된다.

Table 5. Results of analysis of soil from river deposits in old stream (unit mg/L)

구 하천에 대한 조사결과, 현 하천에 비해 오염도가 높게 나타나 광산 가행 당시 및 폐광 후 상당기간 광물찌꺼기는 야적상태로 방치되어있어 상당한 유실이 진행되었을 것으로 추정된다. 현재는 적치장 상부 복토와 적치장과 접한 하천변에 옹벽을 설치하여 오염확산 방지조치를 함에 따라 하천으로의 광물찌꺼기 유입은 과거에 비해 현저히 감소한 것으로 판단된다.

하천수

하천수 시료는 하천퇴적토와 동일한 지점에서 총 8점을 채취하였다. 하천수는 모든 시료가 대부분의 분석항목에서 검출한계 미만의 분석결과가 나왔으며 ｢사람의 건강보호기준｣ 미만으로 확인되었다(Table 6).

Table 6. Results of stream water analysis (unit mg/L)

지하수

광물찌꺼기가 지하수 수질에 영향을 미치는지를 파악하기 위해 광물찌꺼기 적치장과 선광장2, 3부지에 관측정을 설치하여 수질시료를 채취하였다(Fig. 7). 수질시료는 건기와 우기로 나누어 각 1회씩 채취하였다. 광물찌꺼기 적치장 부지에서 채취한 시료(1, 2차)에서 As, Cd, Pb이 지하수수질기준 중 생활용수, 농·어업용수 및 공업용수 기준을 모두 초과하였다. 또한 선광장2와 선광장3 부지에서 채취한 시료(2차)에서 Pb이 지하수 수질기준 중 생활용수, 농·어업용수 기준을 모두 초과하였다(Table 7). 광물찌꺼기 적치장과 선광장2 및 선광장3 부지에서 지하수 오염이 확인되었으며, 이는 광물찌꺼기나 광물찌꺼기가 혼재하는 토사층에서 As 및 중금속이 용출되어 나타난 현상으로 판단된다.

Fig. 7.

Groundwater sampling site.

Table 7. Results of groundwater analysis (unit mg/L)

피오염 매체(농경지)

농경지 시료분석 결과는 대마광산 토양오염복원 정밀조사 보고서(Mine Reclamation Corporation, 2014)의 자료를 활용하여 분석하였다.

표토시료 분석결과, As, Pb의 오염이 확인되었으며, 이 중 주오염원소는 As로 파악되었다. 토양시료의 평균 수소이온농도(pH)는 5.78으로 약산성으로 나타났다. 총 474개의 토양시료 중 117개(24.7%) 시료에서 토양오염우려기준 이상의 오염이 확인되었으며, 69개(14.6%) 시료에서 토양오염우려기준의 70% 이상의 오염농도로 확인되었다. 오염시료 중 토양오염대책기준 이상은 18개(3.8%), 우려기준 이상은 99개(20.9%)이다. 오염원소를 기준으로 보면, As 116개(96.7%), Pb 4개(3.3%)의 시료에서 토양오염우려기준 이상의 오염도를 보이는 것으로 파악되었다. 심토시료 분석결과, As, Pb, Hg의 오염이 확인되었으며, 이 중 주오염원소는 As로 파악되었다. 토양시료의 평균 수소이온농도(pH)는 5.93으로 약산성으로 나타났다. 총 474개의 토양시료 중 145개(30.6%) 시료에서 토양오염우려기준 이상의 오염이 확인되었으며, 61개(12.9%) 시료에서 토양오염우려기준의 70% 이상의 오염농도로 확인되었다. 오염시료 중 토양오염대책기준 이상은 29개(6.1%), 우려기준 이상은 116개(24.5%)이다. 오염원소를 기준으로 보면, As 143개(94.1%), Pb 8개(5.3%), Hg 1개(0.7%)의 시료에서 토양오염우려기준 이상의 오염도를 보이는 것으로 파악되었다.

심토하부 토양 오염은 깊이별 시료(인력, 시추) 분석결과, As, Cd, Cu, Pb의 오염이 확인되었으며, 이 중 주오염원소는 As로 파악되었다. 토양시료의 평균 수소이온농도(pH)는 6.39로 약산성으로 나타났다. 총 125개(인력 114개, 시추 11개)의 토양시료 중 66개(52.8%) 시료에서 토양오염우려기준 이상의 오염이 확인되었으며, 15개(12.0%) 시료에서 토양오염우려기준의 70% 이상의 오염농도로 확인되었다. 오염시료 중 토양오염대책기준 이상은 26개(20.8%), 우려기준 이상은 40개(32.0%)이다. 오염원소를 기준으로 보면 As 66개(85.7%), Pb 9개(11.7%), Cd 1개(1.3%), Cu 1개(1.3%)의 시료에서 토양오염우려기준 이상의 오염도를 보이는 것으로 파악되었다.

오염경로 분석

농경지의 주 오염원소는 As로 광물찌꺼기나 하천퇴적토의 주 오염원소와 동일하다. 대책기준 이상의 오염은 주로 광물찌꺼기 적치장에 인접한 농경지에서 집중적으로 확인되며, 하천에 인접한 구간의 농경지가 하천에서 이격된 농경지보다 상대적으로 오염도가 높게 나타난다. 이러한 오염특성으로 볼 때, 연구지역의 농경지 오염은 광물찌꺼기 적치장에 인접한 주변지역으로 광물찌꺼기가 직접 유실되면서 발생하는 경로와 유실된 광물찌꺼기가 하천을 따라 이동하다가 범람에 의해 농경지로 유입되면서 발생하는 경로를 주 경로로 하여 확산되는 것으로 판단된다.

광산개발은 큰덕골 지역, 고개동 지역, 강소골 지역에서 진행되었다. 이 중 큰덕골과 고개동 지역은 주 오염원인 광물찌꺼기 적치장을 기준으로 할 때 상류지역에 해당한다. 강소골 지역은 광산개발이 가장 활발했던 지역으로 광물찌꺼기 적치장 외에 선광장3 등의 오염원이 분포한다. 강소골 지역과 그 하류지역은 광물찌꺼기 적치장을 기준으로 반경 500 m이내 지역, 500~1,000 m 지역, 1,000 m이상 지역으로 구분하였다(Table 8).

Table 8. Levels of contamination in zonal sites (unit mg/kg)

구역별 오염현황 분석

고개동 구역의 주 오염원소는 As이며, 오염원소비로 볼 때 94.1%의 비율을 차지한다. As의 평균함량은 12.45 mg/kg으로 1지역 토양오염 우려기준의 50%에 해당한다. 광물찌꺼기 적치장 인접구역(반경 500 m 이내)의 주 오염원소는 As이며, 오염원소비로 볼 때 90.5%를 차지한다. As의 평균함량은 81.51 mg/kg으로 1지역 토양오염 우려기준의 326%, 대책기준의 109%에 해당할 정도로 높은 함량을 보인다. As 함량의 최대값은 4,190.06 mg/kg이여, 시료채취 지점은 광물찌꺼기 적치장에 조성한 농경지이다. 전체 시료 중 16.3% 가 대책기준을, 37.1%가 우려기준을 초과하였으며, 대책기준을 초과하는 지점은 광물찌꺼기 적치장과 선광장3 주변지역에서 집중적으로 나타난다. 광물찌꺼기 적치장 하류 500~1,000 m 구역의 주 오염원소는 As이며, 중금속은 모든 시료에서 1지역 우려기준의 25%이하의 낮은 함량을 보였다. As의 평균함량은 22.69 mg/kg으로 1지역 토양오염 우려기준의 91%에 해당한다. As 함량의 최대값은 168.53 mg/kg으로, 토양 중에 국부적으로 다량의 광물찌꺼기가 혼입되었음을 시사한다. 전체 시료 중 2.3% 가 대책기준을, 28.7%가 우려기준을 초과한다. 광물찌꺼기 적치장 하류 1,000 m 이상 구역의 주 오염원소는 As이며, 중금속은 모든 시료에서 1지역 우려기준의 26%이하의 낮은 함량을 보였다.

As의 평균함량은 15.87 mg/kg으로 1지역 토양오염 우려기준의 63%에 해당한다. As 함량의 최대값은 169.67 mg/kg으로 토양 중에 국부적으로 다량의 광물찌꺼기가 혼입되었음을 시사한다. 전체 시료 중 1.9%가 대책기준을, 14.8%가 우려기준을 초과한다.

광물찌꺼기 유실과 농경지오염의 상관성 분석

구역별로 오염원소와 오염도 등 오염현황을 상호 비교 분석하는 방법으로 주 오염원인 광물찌꺼기 적치장의 영향 정도를 평가하였다.

연구지역에서 주 오염원소는 As이며, 이는 광물찌꺼기의 주 오염원소가 As인 것과 관련이 있는 것으로 판단된다. 주 오염원인 광물찌꺼기 적치장 상류에 해당하는 큰덕골과 고개동에서도 농경지에서 As오염이 확인되었다. 이들 지역에서도 고농도 오염은 주로 선광장2를 중심으로 나타났다. 선광장과 무관하게 광산개발지역에서도 국부적으로 As 오염이 확인되며, 이는 광화대의 황화광물 중 유비철석(FeAsS) 함량이 높고, 유비철석(FeAsS)은 황철석(FeS2)과 같은 여타의 유화광물에 비해 풍화에 대한 저항성이 낮은 특성 등이 복합적으로 작용한 결과로 판단된다. 구역별 오염도의 비교에서는 주 오염원소인 As의 평균함량을 볼 때, 큰덕골과 고개동 구역은 12.45 mg/kg, 광물찌꺼기 적치장 반경 500 m이내 구역은 81.51 mg/kg, 광물찌꺼기 적치장 하류 500~1,000 m 구역은 22.69 mg/kg, 광물찌꺼기 적치장 하류 1,000 m이상 구역은 15.87 mg/kg으로 분석되었다.

큰덕골과 고개동 구역의 As 함량은 강소골 등 다른 구역과 비교할 때 최저 수준으로 나타났다. 이는 큰덕골과 고개동 구역에서의 광산개발이 강소골에 비해 활발하지 않았으며 따라서 환경적 영향도 크지 않음을 알 수 있다(Fig. 8). 강소골을 포함한 광물찌꺼기 적치장 반경 500 m이내 구역은 As의 평균함량이 1지역 토양오염 대책기준의 3배를 초과할 정도로 다른 구역과 비교할 때 최고 수준의 오염도를 보인다. 이는 강소골에서 광산개발이 활발하게 이뤄졌을 뿐 아니라 선광장3과 광물찌꺼기 적치장의 영향이 크게 작용하여 토양 중에 다량의 광물찌꺼기가 혼입되었기 때문인 것으로 판단된다. 광물찌꺼기 적치장의 하류수계는 오염원으로부터 거리가 멀어질수록 As 함량이 낮아지는 경향을 보인다(Fig. 9).

Fig. 8.

Change in mean As levels at the zonal site.

Fig. 9.

Change in contamination at the zonal site.

구 하천과 현 하천의 오염도 분석

구 하천은 매립하여 농경지를 조성하였으므로, 이들 농경지의 하부에는 구 하천 하상의 하천퇴적토가 그대로 보존되어 있다. 따라서, 구 하천의 하천퇴적토와 현 하천의 하천퇴적토의 오염현황을 비교하면, 주 오염경로인 수계를 따라 진행된 오염 확산의 이력을 파악할 수 있다(Fig. 10). 현 하천지역의 주 오염원소는 As이며, 중금속은 2지역 토양오염기준의 14% 이하로 낮은 함량을 보인다. As의 평균함량은 43.28 mg/kg으로 2지역 토양오염 우려기준의 87% 정도이다. As 함량의 최대값은 194.57 mg/kg으로, 이 지점은 광물찌꺼기 적치장에 인접한 지점으로 광물찌꺼기 유실의 영향을 받고 있는 것으로 판단된다. 전체 시료 중 12.5%가 2지역 대책기준을, 12.5%가 2지역 우려기준을 초과한다.

Fig. 10.

Contaminated farmland near the stream.

구 하천지역의 주 오염원소는 As이며, 중금속은 2지역 토양오염기준의 16%이하로 낮은 함량을 보인다. As의 평균함량은 70.12 mg/kg으로 2지역 토양오염 우려기준의 140%에 해당한다. As 함량의 최대값은 155.23 mg/kg으로 이 지점은 하천퇴적토에 광물찌꺼기가 다량 혼입되어 있는 것으로 판단된다. 전체 시료 중 7.6% 가 2지역 대책기준을, 46.2%가 2지역 우려기준을 초과한다(Table 9).

Table 9. Contamination conditions of the present/old river and farmland with-in the stream catchment (unit mg/kg)

구 하천과 현 하천 오염도 비교

해당구간 구 하천의 As 평균함량은 70.12 mg/kg이며, 현 하천의 As 평균함량은 27.14 mg/kg이다. 하천 선형 개량과 광물찌꺼기 유실방지 옹벽이 설치가 같은 시기에 이뤄졌으므로 구 하천을 매립한 이 후 현 하천을 통해서는 대규모 광물찌꺼기 유실이 발생하지 않아 상대적으로 오염도가 낮아진 것으로 판단된다(Fig. 11).

Fig. 11.

Comparison of contamination in present and old stream.

Fig. 12.

Contamination pathways in the study area.

오염경로 분석에 대한 토의

연구지역의 오염경로를 분석한 결과 연구지역은 광물찌꺼기를 핵심 오염원으로 하여 비교적 단순한 경로를 통해 피오염 매체인 농경지 토양을 오염시킨 것으로 판단된다.

오염원소를 보면 오염원인 광물찌꺼기가 고농도의 As를 함유하고 있으며, 오염원의 영향을 받는 주변의 매체(하천퇴적토, 지하수, 농경지 등)에서도 공통적으로 As 오염이 확인되고 있다. 이러한 As 오염은 광물찌꺼기 적치장과의 지형적 상관성이나 이격거리에 따라 오염정도가 달라지는 특성을 나타낸다. 즉 광물찌꺼기 적치장의 상류지역은 하류지역에 비해 오염정도가 낮으며, 광물찌꺼기 적치장의 하류지역에서는 광물찌꺼기 적치장과의 거리가 멀어질수록 오염도가 낮아지는 경향을 보인다. 특히 광물찌꺼기 적치장 주변에서 고농도 오염이 집중적으로 나타나고 있다. 이러한 특성으로 볼 때, 연구지역의 주 오염경로 중의 하나는 광물찌꺼기의 유실로 볼 수 있다.

광물찌꺼기 적치장 하류수계를 따라 As 오염이 확인되었으며, 이러한 현상은 현 하천보다는 구 하천에서 상대적으로 높게 나타나고 있다. 이는 광물찌꺼기 적치장에 대한 유실방지시설을 설치하기 전에 구 하천으로 다량의 광물찌꺼기가 유실되었음을 의미한다. 또한 광물찌꺼기 적치장의 하류수계 농경지에서 하천 범람 시에 영향을 상대적으로 더 받게되는 하천변 50 m 이내의 농경지 오염도가 50 m 이상의 농경지에 비해 높게 나타났다. 이러한 특성으로 볼 때, 유실된 광물찌꺼기가 하천을 따라 이동하다가 범람에 의해 농경지로 유입되면서 오염이 발생하는 경로도 주 오염경로로 판단된다. 따라서 연구지역의 주 오염경로는 광물찌꺼기의 유실과 유실된 광물찌꺼기가 하천을 따라 이동하다가 범람에 의해 농경지로 유입되는 경로 등 두가지로 볼 수 있다. 또한 고농도로 오염된 농경지는 그 자체가 오염원으로 작용하여 주변 농경지로 오염이 확산될 수 있다.

오염원에 의한 오염지속가능성

광산개발 당시 주 오염원은 선광장1 및 광물찌꺼기 적치장과 선광장3이었다. 폐광 이 후로는 선광 행위가 종료되었으므로 야적상태로 방치된 광물찌꺼기가 주 오염원으로 작용하였다. 현재는 유실방지시설이 설치되어 과거와 같은 대규모 유실은 발생하지 않는다. 다만 노출된 광물찌꺼기나 오염된 적치장 표토층에서 소규모 유실이 발생하여 국부적으로 하천퇴적토를 오염시키고 있다. 그러나 현재의 유실규모는 과거와 같이 범람에 의해 농경지를 오염시킬 수 있는 정도의 수준은 아니다. 다만 광물찌꺼기 적치장의 복토층을 보완하여 확실한 피복이 이뤄지도록 한다면 현재 발생하는 소규모 유실도 방지되고 하천퇴적토의 오염도 억제할 수 있을 것으로 판단된다.

오염경로상의 매체에 의한 오염지속가능성

하천퇴적토는 광물찌꺼기 적치장의 인접구역에서 제한적으로 오염되어 있으며, 적치장 상부의 복토층에 대한 보완 등을 통해 소규모 유실을 방지해 준다면 시간이 경과함에 따라 자연적으로 저감될 것으로 예상된다. 하천수는 전 구간에서 비오염 상태이므로 농업용수 등으로 활용을 해도 오염을 확산시킬 우려가 없다. 선광장과 광물찌꺼기 적치장의 지하수는 As 또는 Pb에 의한 오염이 확인되는데 이는 광물찌꺼기의 용출에 의한 것으로 판단다. 그러나, 광산개발과 무관한 이 지역 일대의 지하수는 음용수나 생활용수로 사용 가능한 정도의 수질인 것으로 볼 때, 광산개발지역 오염원에서 나타나는 국부적 현상으로 판단된다.

농경지오염토양에 의한 오염지속가능성

선광장3과 광물찌꺼기 적치장 주변의 농경지는 광물찌꺼기의 직접 유실에 의해 오염이 발생하였고 하천 주변 농경지는 하천을 따라 이동하던 광물찌꺼기가 범람에 의해 유입되면서 오염이 발생하였다. 일부 농경지는 대책기준을 초과하는 고농도 오염이 나타나고 있으며, 이들 농경지의 토양에는 다량의 광물찌꺼기가 혼입되어있는 것으로 판단된다. 고농도 오염토양은 용출에 의해 중금속 이온을 주변 농경지로 확산시킬 수 있으며, 용배수 과정에서 오염된 미립자가 주변 농경지로 이동하여 오염을 확산시킬 수 있다. 또한 오염된 작토층을 통해 As 및 중금속이 식물로 전이될 수 있다. 따라서, 오염 농경지는 오염토양을 제거하거나 피복하여 오염 미립자의 이동을 차단하고 아울러 안전한 작토층을 조성해 줌으로써 As 및 중금속의 식물 전이를 방지해줘야 한다.

결 론

대영광산(일명 대마광산)은 함금은석영맥을 주 대상으로 채광한 금‧은광산으로, 광산개발은 일제 강점기에 시작되었으며 1989년 광업권이 소멸되었다. 주 광해유발요인은 광물찌꺼기 적치장 1개소, 폐석장 10개소(이 중 침출수 발생 1개소), 갱구 22개소(이 중 갱내수가 유출되는 갱구 1개소, 갱내수가 고여 있는 갱구 1개소) 등 이다. 광물찌꺼기 적치장의 주 오염원소는 As와 Pb이다. 특히 As의 경우 3,424.41~3,803.61 mg/kg로 1지역 대책기준(75 mg/kg)의 45배 이상으로 As에 의한 오염이 매우 심각한 것으로 파악되었다.

하천퇴적토는 광물찌꺼기 적치장 하류지점부터 약 700 m 지점까지 2지역 토양오염우려기준 이상의 오염이 확인된다. 토양오염대책기준 이상의 고농도 오염은 광물찌꺼기 적치장 직하류 지점에서만 확인되며, 이격거리가 증가할수록 오염도가 감소하는 경향을 보인다. 구 하천에 대한 조사결과, 현 하천에 비해 오염도가 높게 나타났다. 광산 가행 당시 및 폐광 후 상당기간 광물찌꺼기는 야적상태로 방치되어있어 상당한 유실이 진행되었을 것으로 추정된다. 현재는 적치장 상부 복토와 적치장과 접한 하천변에 옹벽을 설치하여 오염확산 방지조치를 함에 따라 하천으로의 광물찌꺼기 유입은 과거에 비해 현저히 감소한 것으로 판단된다. 하천수는 폐석장 침출수 유출지점, 하천퇴적토가 2지역 토양오염 대책기준을 초과한 광물찌꺼기 적치장 인접지점을 포함하여 모든 지점에서 수질기준 이내로 확인되었다.

폐금속광산에서의 오염확산은 오염원, 오염경로상의 매체 및 피오염 매체의 상호관계 속에서 매우 다양한 경로로 진행되나, 연구지역은 광물찌꺼기를 핵심 오염원으로 하여 비교적 단순한 경로를 통해 피오염 매체인 농경지 토양을 오염시킨 것으로 판단된다. 오염원소를 보면 오염원인 광물찌꺼기가 고농도의 As를 함유하고 있으며, 오염원의 영향을 받는 주변의 매체(하천퇴적토, 지하수, 농경지 등)에서도 공통적으로 As 오염이 확인되고 있다. 이러한 As 오염은 광물찌꺼기 적치장과의 지형적 상관성이나 이격거리에 따라 오염정도가 달라지는 특성을 나타낸다. 즉 광물찌꺼기 적치장의 상류지역은 하류지역에 비해 오염정도가 낮으며, 광물찌꺼기 적치장의 하류지역에서는 광물찌꺼기 적치장과의 거리가 멀어질수록 오염도가 낮아지는 경향을 보인다. 특히 광물찌꺼기 적치장 주변에서 고농도 오염이 집중적으로 나타나고 있다. 이러한 특성으로 볼 때, 연구지역의 주 오염경로 중의 하나는 광물찌꺼기의 유실로 볼 수 있다.

광물찌꺼기 적치장 하류수계를 따라 As 오염이 확인되었으며, 이러한 현상은 현 하천보다는 구 하천에서 상대적으로 높게 나타나고 있다. 이는 광물찌꺼기 적치장에 대한 유실방지시설을 설치하기 전에 구 하천으로 다량의 광물찌꺼기가 유실되었음을 의미한다. 또한 광물찌꺼기 적치장의 하류수계 농경지에서 하천 범람 시에 영향을 상대적으로 더 받게 되는 하천변 50 m 이내의 농경지 오염도가 50 m 이상의 농경지에 비해 높게 나타났다. 이러한 특성으로 볼 때, 유실된 광물찌꺼기가 하천을 따라 이동하다가 범람에 의해 농경지로 유입되면서 오염이 발생하는 경로도 주 오염경로로 판단된다.

결론적으로, 연구지역의 주 오염경로는 광물찌꺼기의 유실과 유실된 광물찌꺼기가 하천을 따라 이동하다가 범람에 의해 농경지로 유입되는 경로 등 두 경로로 볼 수 있다. 따라서 다량의 광물찌꺼기가 혼입되어 고농도로 오염된 농경지는 그 자체가 오염원으로 작용하여 주변 농경지로 오염이 확산시킬 개연성이 있다.