2.1. 환경시료 채취지점 선정 및 샘플링

2015년 6월에 실시한 샘플링은 시화호 내부의 위치에 따 른 중금속 경향성을 확인하기 위해 Fig. 1과 같이 공단유입 지천의 시작부분부터 배수갑문까지 시화호 내부를 5등분한 후 수심이 6 m 이상 되는 지점을 수질시료 채취 지점으로 선정하였다. 어패류의 채취 지점은 수질시료 채취 지점을 기준으로 선정하였으며, F1 및 F4 어류시료 채취지점의 경 우는 W1 및 W4 수질시료 채취지점에서 삼각망설치가 가 능한 지점으로 이동하여 실시하였다. 본 논문에서는 수질시 료의 경우 W1 ~ W5로, 패류시료의 경우 S1 ~ S5로, 어류시 료의 경우 F1 ~ F5로 표기하여 명명하였다.

Fig. 1. Sampling points at Shihwa Lake.

수질시료 준비 및 채취는 Standard methods 3030 및 수 질환경공정시험법 ES 04130.1c를 참고하였으며, 조력발전 소 운전시 만조와 간조에 의한 희석을 고려하여 2회 채수 하였다(^{APHA, 2005}; ^{ME, 2015}). 패류시료는 각 채취 지점 에서 직접 채취하였으며, 어류시료의 경우 삼각망을 설치하 고 3일이 경과 후에 회수하여 사용하였다.

2.2. 측정 중금속 선정

본 연구에서는 기존에 연구된 수질자료를 참고로 하여 국+내에서 지정하고 있는 특정수질 유해물질에 속하는 중 금속 6종(Cu, Pb, As, Hg, Cd, Cr)과 국제기구인 IARC (International agency for research on cancer) 및 USEPA (United states environmental protection agency)의 IRIS (Intergrated risk information system)에서 발암물질로 규정 하고 있는 중금속 3종(Ni, Zn, Mn)을 추가한 총 9종의 중 금속에 대하여 오염 현황을 확인하고자 하였다(^{WHO, 2015}, ^{EPA, 2015}).

2.3. 측정 중금속 분석

수질시료 및 어패류 시료에 대한 중금속 농도는 ICP-MS (Perkin Elmer, Elan DRCII, USA)와 자동 수은 분석기 (Milistone, DMA-80, USA)를 이용하여 분석하였다. 수질시 료의 경우 높은 염농도로 인하여 측정이 가능한 염농도까지 희석을 실시하여 측정하였다. 3종의 중금속(Cd, Cu, Pb)의 경우는 전처리 과정에서 ICP-MS의 검출한계 이하로 측정 되었기 때문에, 희석과정이 필요없는 MIBK/APDC 추출법 을 이용해 원자 흡광 분광 광도계(Perkin Elmer, AAnalyst- 700-spectrometer, USA)로 분석을 수행하였다(^{Brooks et al., 1967}).

3.1. 시화호 내 수질의 중금속 농도

분석결과 간조와 만조 때의 중금속 농도는 유의할만한 수준은 아니였으며, Table 1의 시화호 내부 수질 분석 결과 를 해양생태계 보호 단기 기준과 비교하였을 때 Ni와 Zn 의 경우 전 지점에서, Hg의 경우에는 W2 지점에서, Cu은 W1 지점에서 단기 기준을 초과하였다.

국내의 해양환경관리법에서 지정한 해양생태계 보호 장 기 기준과 비교하였을 때에는 Ni은 모든 지점에서 기준에 비해 최소 1.2배 이상 높게 검출되었다. Zn은 W2 지점에 서 장기 기준에 비해 최소 1.6배 이상 높은 값을 나타내었 으며, 그 외 지점에서는 기준보다 낮게 측정되었다. 나머지 6종(Cr, As, Hg, Cu, Cd, Pb)의 경우에는 모든 지점에서 장기 기준보다 낮게 측정되었다(^{MOF, 2015}).

지점별 중금속 농도의 경향성을 확인해보았을 때, Fig. 2 에 나타난 바와 같이 모든 중금속이 인근지역에서 시화호 로 유입되는 지천의 시작부분인 W1 및 W2에서 가장 높게 나타났으며, 조력발전소 및 배수갑문이 존재하는 W4 및 W5 지점으로 갈수록 낮아지는 경향이 나타났다. 특히 Mn 과 Cu의 경우에는 그 경향성이 뚜렷하였으며, Mn은 W1 지점에서 221.55 μg/L인 것에 비해 W5 지점에서 42.3 μg/L 로 나타나 5.2배 이상 차이가 나는 것으로 확인되었는데, 이는 Mn에 대한 수질 기준이 존재하지 않아 Mn이 미처리 된 폐수가 인근하천을 통해 유입된 것으로 판단된다.

Fig. 2. Concentration of heavy metals in water by sampling points (SPME: Short-term standard for protection of marine ecosystem).

수질시료의 측정 결과를 Table 1에 나타나 있는 2010년 도에 측정된 시화호 내 중금속 농도 측정값과 비교하였을 때, Mn의 경우에는 2.2배 높게 측정되었으나, Mn을 제외 한 다른 중금속 항목은 최소 1.3배에서 최대 657.1배 낮게 측정되었다(^{Woo et al., 2012}). Cu, Cd 및 Hg의 경우 2010 년 조사결과가 검량한계 이하로 측정되어 비교할 수 없었 다. 결과들을 종합해 보면 조력발전소가 가동되기 전인 2010년의 중금속 측정결과와 비교하여 상당부분 수질이 개 선된 것으로 보여진다.

시화호의 오염정도를 비교·판단하기 위하여 국내 연안의 해수 중금속 농도와 비교하였을 때, 국내 연안 해수의 중 금속 평균 농도 대비 Cu, Cd, Pb 및 Mn을 제외한 5종의 중금속이 최소 5.8배에서 최대 55.0배 이상 높은 것으로 나 타났다(^{MOF, 2001}; ^{Kim et al., 2015}). 시화호와 같이 특별 관리해역 연안오염총량관리구역으로 지정되어있는 마산만 과 비교해 보았을 때, 측정된 5개 항목중 Cd, Cu 및 Pb은 낮게 측정되었으나, Zn과 Ni은 각각 22.9배, 16.9배로 나타 나 공단을 포함한 지역의 비교에서도 중금속 농도가 높은 것으로 나타났다(^{Kwon, 2004}). 또한 시화호와 마찬가지로 방조제로 인해 외해로의 원활한 해수의 유통이 막혀있어 폐 쇄적인 지형을 가지고 있는 새만금 수역의 오염정도와 비교 하였을 때, 특정 중금속에 대한 오염이 심각한 것으로 나타 났다. 측정이 되지 않은 Cr 및 As를 제외한 7종의 중금속 들 중 새만금 대비 Cd 및 Pb은 낮은 수준이었으나, Hg (1,057.7배), Zn(143.5배), Ni(17.7배), Mn(1.5배) 및 Cu(1.4 배)는 상대적으로 높은 농도로 검출되었다(^{Kim et al., 2010}). 높게 측정된 중금속들 중 Zn 및 Ni은 타 연구에서 진행되 었던 시화호 주변 유입지천의 퇴적물 중금속 분석결과와 종합해보았을 때, 주변의 시화·반월공단에 밀집해 있는 업 체들에서 배출된 폐수에 의한 영향으로 판단되었다(^{Jeong et al., 2015}).

3.2. 어류의 중금속 농도

어류 시료 채취 결과 모든 지점에서는 점농어(Lateolabrax maculatus)가, F5 지점에서는 조피볼락(Sebastes schlegeli) 및 전어(Konosirus punctatus)가 추가로 포획되었다. 모든 지점 에서 공통으로 포획된 점농어에 대한 중금속 농도를 Table 2와 같이 분석한 결과, 국내 수산물 중금속 기준인 Pb, Cd 및 Hg을 살펴보았을 때 근육 조직의 경우는 기준을 초과 하지 않는 것으로 나타났다(어류 기준 Pb: 500 μg/kg, Cd: 200 μg/kg, Hg: 500 μg/kg).

지점에 따른 중금속별 경향성을 확인하였을 때 Mn이 F1 지점에서 F3 지점으로 갈수록 높아지는 경향을 보였지만 이외의 중금속은 특별한 경향성을 보이지 않았으며, 이유로 는 패류와는 달리 호수 전체를 돌아다니는 어류의 특성에 의한 것으로 판단된다.

점농어의 부위 별 중금속의 농도차이를 비교하였을 때, 모든 중금속에 대해서 근육 조직보다 간 조직에서 높게 나타나는 것으로 확인되었다. 특히 Cu의 경우는 근육에서 평균 332.7 μg/kg로 나타났으나, Table 3과 같이 간의 경 우에는 46,823 μg/kg로 나타나 최대 140.7배 이상 높은 것 으로 확인되었다. 또한 Zn의 경우에는 근육에서 8,564 μg/kg으로 높게 나타났으나 간에서는 34,776 μg/kg이 검출 되었으며, 이 외의 다른 중금속들은 Cd 92.3배, Mn 6.1배, Pb 4.4배, Cr 4.1배, As 1.7배, Ni 1.7배, Hg 1.3배의 순서 로 나타나 중금속 축적이 상당부분 진행된 것을 확인할 수 있었다.

F5 지점에서 포획된 점농어, 조피볼락 및 전어에 대해 어종별로 근육 조직 내 중금속 농도를 비교하였다. 그 결 과 Table 4와 같이 점농어의 As 농도가 1,421 μg/kg로 조 피볼락과 전어에 비해 최대 2.7배 높게 나타났으며, 조피볼 락은 Cr, Pb, Hg 및 Cd가 다른 표본에 비해 최대 7.0배 높 게 측정되었다. 전어의 경우 Mn, Ni, Cu 및 Zn이 다른 표 본에 비해 최대 5.4배 높게 나타났는데, 특히 점농어 및 조 피볼락의 Mn 농도는 유사하게 나타났으나 전어의 Mn 농 도가 약 5.3배 높게 검출되었다. 어종의 특성상 점농어와 조피볼락은 표층 쪽에서 먹이활동을 하지만, 전어의 경우는 호수 바닥의 뻘과 플랑크톤을 같이 섭취하는 관계로 중금 속 함유량이 높은 호수 퇴적물의 흡수가 많아 중금속의 농 도가 높게 나타난 것으로 판단되었다(^{NFRD, 2017}).

시화호내의 어류의 중금속 축적 정도를 확인하기 위하여 국내연안(포항, 군산, 통영)에서 포획된 어종별 중금속 측정 값과 비교를 실시하였다. 분석이 실시된 7종의 중금속의 농도를 비교해본 결과, 조피볼락의 경우는 Cr 2.2배, Ni 1.9배, Pb 1.2배, Mn 1.1배, Zn 0.7배, Cu 0.4배 및 Cd 0.4 배가 차이가 났다. 전어의 경우는 Mn 153.5배, Cr 1.7배, Zn 1.1배, Ni 0.9배, Cu 0.6배, Pb 0.1배 및 Cd 0.1배의 차 이를 보였다(^{Mok et al., 2009}). 앞선 결과들을 종합해 보았 을 때, 국내연안(포항, 군산, 통영)에서 포획된 어종과 비교 하여 Cr 및 Mn의 중금속 축적이 상당부분 진행된 것이 확 인되었다.

3.3. 패류의 중금속 농도

시화호 내부에서 채취된 패류의 시료 채취 결과는 S1 ~ S4 지점에서는 참소라(Batillus cornutus)가, S5의 지점에서 는 진주담치(Mytilus edulis)가 채취되었다. Table 5에 나타 난 중금속 분석 결과를 국내 수산물 중금속 기준에 대해 비교하였을 때, 기준 항목이 존재하는 Pb, Cd 및 Hg에 대 해서 모두 기준을 초과하지 않는 것으로 확인되었다(패류 기준 Pb: 2,000 μg/kg, Cd: 2,000 μg/kg, Hg: 500 μg/kg). 그러나 국내연안(포항, 군산, 통영)에서 서식중인 생물종의 중금속 측정 결과와 비교하였을 때는 참소라의 경우 Cd 14.7배 Cu 9.0배, Mn 5.3배, Zn 3.6배, Ni 2.0배, Cr 1.8배 및 Pb 0.8배의 차이가 났다. 진주담치의 경우 Mn은 4.9배, Ni은 3.6배, Cr 2.2배, Cd 1.3배, Cu 1.1배, Zn 0.8배 및 Pb 0.7배의 차이가 났다(^{Mok et al., 2010}). 결과를 종합해보았 을 때, 참소라는 Cd, Cu, Mn 및 Zn가 진주담치는 Mn 및 Ni이 남해안과 비교하여 축적이 심각한 것으로 보여진다.

지점에 따른 농도변화를 살펴보았을 때, 한 자리에서 생 애를 보내는 패류의 특성상 특정 중금속에 대해 채취지점 에 따른 일정한 경향성을 나타내었다. Fig. 3에 보이는 바 와 같이 Cu 및 Zn의 경우, 공단에 가까운 S1 지점에서 조 력발전소 근처인 S4 지점으로 갈수록 점차 농도가 낮아지 는 경향을 보였으며, 특히 Zn의 경우에는 S1 지점에서 152,661 μg/kg로 높게 측정되었으나, S4 지점에서는 58,472 μg/kg로 2.6배 낮아지는 경향성을 보였다.

Fig. 3. Concentration of heavy metals in shellfishes by sampling points.

수질시료와 패류의 채취지점에 따른 경향성을 종합해보 았을 때, 9종의 중금속들 중 3종의 중금속(As, Cu, Zn)은 패류에서 공단과 가까운 지점(W1 및 W2)에서 조력발전소 및 배수갑문 지점(W4 및 W5)으로 갈수록 중금속 농도가 낮아지는 경향성을 보였다. 수질시료의 경향성과 일치하는 것으로, 조사시점(2015년) 이전부터 공단에서의 지속적인 오염원의 유입에 의한 장기간 중금속 노출이 진행된 것으 로 판단된다. 그러나 Mn의 경우는 앞선 3종의 중금속과는 반대로 조력발전소 및 배수갑문 지점(W4 및 W5)에서 공 단과 가까운 지점(W1 및 W2)으로 갈수록 중금속 농도가 높아지는 경향성을 보여 공단으로부터의 오염원 유입이 아 닌 외해로 부터의 유입으로 인한 영향으로 보여진다.