Mineralogical Composition and Heavy Metal Concentrations in the Sediments of the Kumho River

금호강 하상 퇴적물의 광물성분 및 중금속 분포

  • Kim, Byoung-Ki (Department of Geology, Kyungpook National University) ;
  • Nam, Eun-Kyoung (Department of Geology, Kyungpook National University) ;
  • Jung, Do-Hwan (Department of Geology, Kyungpook National University) ;
  • Lee, Ji-Eun (Department of Geology, Kyungpook National University) ;
  • Kim, Yeong-Kyoo (Department of Geology, Kyungpook National University)
  • Published : 2006.12.31

Abstract

This study has been carried out to reveal the mineralogical compositions, the concentrations of heavy metals, and related factors in the sediments of the Kumho River which is the main tributary of the Nakdong River. Even though this river flows in a short distance, it runs through different geology and industrial areas and can be a good candidate to study different geological and anthropogenic factors affecting the concentrations of heavy metals in the sediment. The major rock-forming minerals were quartz and albite. Minor amount of orthoclase, microcline, and amphybole were also identified. Clay minerals including illite, chlorite, kaolinite were associated with those minerals. In the downstream, no noticeable changes in species and amount of minerals were observed, indicating there is almost no influence on the mineralogical compositions from rock types. The concentrations of heavy metals in the sediments are in the order of Zn > Pb > Cu > Ni > Cr > Co > Cd. Following the downstream, the concentrations of heavy metals generally increase, except Pb. The regional increase of the heavy metal content is well correlated with the location of the tributary. Without changes in mineral compositions, the main factors controlling the heavy metal contents are the locations of pollutant sources. Except Pb and Ni, most of the concentrations of heavy metals were thought to be enriched by the past pollutant sources.

본 연구는 낙동강의 주요 지류인 금호강에 대하여 하상퇴적물의 광물학적 성분을 밝히고 이와 더불어 퇴적물에 포함된 중금속의 농도를 파악하여 이에 미치는 영향 등을 알아보고자 수행되었다. 금호강의 경우 유하거리가 짧지만 유하하는 동안 암상 및 산업지대의 변화가 뚜렷하여 퇴적물내 중금속의 농도에 영향을 미치는 지질학적 및 산업활동에 의한 요인들을 알아보기에는 좋은 연구대상이다. 하천퇴적물을 이루고 있는 광물로는 석영, 알바이트 사장석 등이 주요 조암광물을 이루고 있었으며 이외 정장석, 미사장석, 각석섬 등이 소량으로 동정되었다. 점토광물로는 일라이트, 녹니석, 카올리나이트 등이 같이 산출되었다. 상류에서 하류로 가면서 화산암에서 퇴적암으로 암상이 변하지만 전체적인 광물의 종이나 양에 있어서는 뚜렷한 변화를 보이지 않고 있어 모암의 영향은 거의 없는 것으로 보인다. 중금속의 경우 함유량에 있어서 Zn > Pb > Cu > Ni > Cr > Co > Cd의 순서로 나타났다. 상류에서 하류로 가면서 시료채취지점별로 농도의 증감을 보이며 Pb를 제외하고는 전체적으로 증가하는 것으로 나타났다. 부분적인 농도의 증가는 오염원으로부터 유출된 중금속을 포함하는 지천의 영향을 주로 받는 것으로 나타났으며 광물의 성분의 변화가 없음에도 이러한 변화를 보이는 것은 대체로 광물의 영향보다는 오염원의 영향이 더 큰 것으로 보인다. Pb와 Ni의 경우를 제외하고는 과거의 오염원에 의하여 현재까지 퇴적물에 부화되어 있는 것으로 판단된다.

Keywords

References

  1. 고인석, 이용태, 김종근 (1994) 경상분지 백악기 상부경상누층군 사암의 퇴적변질. 석유지질학회, 2, 19-31
  2. 김영규, 김경미, 정희진, 강희동, 김완, 도시홍, 김도성 (2005) 울진원전 근해 해저 퇴적물의 구성성분 및 방사성 Cs 흡착 특성. 자원환경지질, 38, 689-697
  3. 문지원, 이상훈, 문희수 (2000) 안양천 바닥 퇴적물의 지구화학적 특성에 따른 하천수 오염영향. 자원환경지질, 33, 205-215
  4. 양경린, 이철, 박찬묵, 서기림, 김락배, 이인종, 정혜순 (1975) 낙동강 중류 수계의 화학적 수질조사 연구. 한국육수학회지, 8, 23-35
  5. 이수남 (1985) 대구시 주요 하천수의 중금속 오염조사 연구. 영남대학교 이학석사학위논문, 28p
  6. 이성은, 김규한, 이진수, 전효택 (2002) 탄천의 하상 퇴적물과 하천수내 주요 용존이온과 중금속의 수리지구화학적 특성과 오염. 자원환경지질, 35, 25-41
  7. Blanchard, G. Maunaye, M. and Martin, G. (1984) Removal of heavy metals from waters by means of natural zeolites. Water Res., 18, 1501-1507 https://doi.org/10.1016/0043-1354(84)90124-6
  8. Cremers, A., Elsen, A., de Peters, P. and Maes A. (1988) Quantitative analysis of radiocesium retention in soils. Nature. 335, 247-249 https://doi.org/10.1038/335247a0
  9. Demirak, A., Yilmaz, F., Levent Tuna, A. and Ozdemir, N. (2006) Heavy metals in water, sediment and tissues of Leuciscus cephalus from a stream in sourthwestern Turkey. Chemosphere, 63, 1451-1458 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.09.033
  10. Evans, D.W., Alberts, J.J. and Clark, R.A. III (1983) Reversible ion-exchange fixation of cesium-137 leading to mobilization from reservoir sediments. Geochim. Cosmochim. Acta, 47, 1041-1049 https://doi.org/10.1016/0016-7037(83)90234-X
  11. Filgueiras A.V., Lavilla, I. and Bendicho, C. (2004) Evaluation of distribution, mobility and binding behaviour of heavy metals in surficial sediments of Louro River (Galicia, Spain) using chemometric analysis: a case study. Sci. Total Environ., 330, 115-129 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2004.03.038
  12. Francis, C.W. and Brinkley, F.S. (1976) Preferential adsorption of $^{137}Cs$ to micaceous minerals in contaminated freshwater sediment. Nature. 260, 511-513 https://doi.org/10.1038/260511a0
  13. Helios Rybicka, E., Calmano, W., and Breeger, A. (1995) Heavy Metals sorption/desorption on competing clay minerals; an experimental study. App. Clay Sci. 9, 369-38l https://doi.org/10.1016/0169-1317(94)00030-T
  14. Hochella Jr., M., Moore, J.N., Putnis, C.V., Putnis, A., Kasama, T. and Eberl, D.D. (2005) Direct observarion of heavy metal-mineral association from the Clark Fork River Superfund Complex: Implications for metal transport and bioavailability. Geochim. Cosmochim. Acta, 69, 1651-1663 https://doi.org/10.1016/j.gca.2004.07.038
  15. Kim, J.W. (1988) A study on the heavy metal concentration in sediments of stream in Incheon. Soogsil University MS thesis, 36p
  16. Kim, Y., Kirkpatrick, R.J. and Cygan, R.T. (1996) $^{133}Cs$ NMR study of cesium on the surfaces of kaolinite and illite. Geochim. Cosmochim. Acta, 60, 4059-4074 https://doi.org/10.1016/S0016-7037(96)00257-8
  17. Lee, J.H. (1986) Studies on the heavy metal from soil and radish around the Geumo river basin. Yeungnam University MS thesis, 19p
  18. Merengo, E., Gennaro, M.C., Robotti, E., Rossanigo, P., Rinaudo, C. and Roz-Gastaldi, M. (2006) Investigation of anthropic effects connected with metal ions concentration, organic matter and grain size in Eormida river sediments. Anal. Chim. Acta, 560, 172-183 https://doi.org/10.1016/j.aca.2005.11.086
  19. No, J.S. (1988) The distribution of heavy metal in soils and in native plants of the Gumho river. Yeungnam University MS thesis, 28p
  20. Norra, S., Lanka-Panditha, M., Kramar, U. and Stuben, D. (2006) Mineralogical and geochemical patterns of urban surface soils, the example of Pforzheim, Germany. Appl. Geochem., 21, 2064-2081 https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2006.06.014
  21. Olivares-Rieumont, S., de laRosa, D., Limo, L., Graham, D.W., A1essadro, K.D., Borroto, J., Martinez, F. and Sanchez, J. (2005) Assessment of heavy metal levels in Almendares River sediments-Hawana City, Cuba. Water Res., 39, 3945-3953 https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.07.011
  22. Ra J.K. (1986) Pollution of heavy metals on the sediments of the lower Nac-dong river. Yeungnam University MS thesis, 36p
  23. Sawhney B.L. (1972) Selectivity sorption and fixation of cations by clay minerals : A Review. Clays Clay Miner., 20, 93-100 https://doi.org/10.1346/CCMN.1972.0200208
  24. Singh, K.P., Mohan, D., Singh, V.K. and Malik, A. (2005) Studies on distribution and fractionation of heavy metals in Gomti river sediments-atributary of the Ganes, Inida. J. Hydrol., 312, 14-27 https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2005.01.021
  25. Wendling L.A, Harsh, J.B., Palmer, C.D., Hamilton, M.A. and Flury, M. (2004) Cesium sorption to illite as affected by oxalate. Clays Clay Miner., 52, 375-381 https://doi.org/10.1346/CCMN.2004.0520312