서 론

국내에는 과거 광산 개발에 따른 다수의 휴⸱폐광산이 분포하고 있으며, 이로 인한 광해 문제가 지속적으로 발생하고 있다(Jung and Jung, 2006). 국내 휴⸱폐광산은 총 5,475개소로 조사되었으며, 이 중 폐광산은 5,115개소, 휴지광산은 360개소로 보고되었다. 또한, 전체 휴⸱폐광산 중 약 3,300개 광산에서 광해가 발생한 것으로 나타났으며, 광해 유형별로는 산림훼손이 가장 높은 비율(32%)을 차지하였고, 지반침하(21%), 토양오염(17%) 등으로 조사되었다(MOTIE, 2022; Jung, 2003).

특히 토양오염은 광산 개발 과정에서 발생한 비소(As), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb) 및 아연(Zn) 등의 오염물질이 주변 농경지로 확산되면서 농작물 흡수 및 먹이사슬 전이를 통해 인체에 노출될 가능성이 존재한다(McLaughlin et al., 1999; Kwon et al., 2015). 실제 폐광산 지역 주민을 대상으로 한 위해성 평가 결과, 오염된 쌀 섭취가 비소 및 중금속의 주요 노출 경로 중 하나로 나타났으며, 일부 지역에서는 비소에 의한 발암 위해도가 허용범위를 초과하는 사례도 보고된 바 있다(Lee et al., 2007; Kwon et al., 2013; Kwon et al., 2015). 또한 폐광산 지역 주민을 대상으로 건강영향조사를 실시한 결과, 일부 지역 주민에게서 혈중 카드뮴 및 요중 비소 농도가 국제보건기구(World Health Organization, WHO)의 권고기준을 초과한 것으로 나타났다(KEI, 2017).

이러한 피해를 저감시키고자 국내 휴⸱폐광산 지역 농경지의 개량⸱복원사업은 농지법 제21조제1항 및 같은 법 시행령 제22조제1항에 따라 오염특성 및 토지 이용 목적을 고려하여 수행되고 있으며, 화학적 안정화공법과 복토⸱환토 등의 물리적 개량공법을 함께 적용하는 형태가 사용되고 있다. 특히 안정화공법은 오염물질의 용출성과 이동성을 줄여 농작물로의 전이를 감소시키는 것을 목적으로 하며, 복토 공법과 병행 적용함으로써 농경지의 재이용성과 안정성을 확보하도록 제안하고 있다(KOMIR, 2022).

안정화공법에 사용되는 안정화제로는 생석회(quicklime) 및 석회석(limestone)과 같은 석회계 물질, 영가철(zero-valent iron, ZVI) 및 제강슬래그(steel slag)와 같은 Fe 함유 물질, 그리고 광산슬러지(mine sludge)와 같은 물질들이 주로 활용되고 있다(KOMIR, 2022). 특히 석회석은 비교적 저비용으로 확보 가능한 안정화제로 보고되었으며, 제강슬래그는 철강산업 부산물로서 경제성이 높은 재료로 평가되고 있다(Moon et al., 2023; Tozsin and Oztas, 2023). 이러한 이유로 석회석과 제강슬래그는 국내 농경지 오염토양 안정화 연구에서 가장 빈번하게 적용되는 안정화제로 보고되고 있다(Son et al., 2009; Lee et al., 2007).

한편, 기존 안정화 연구에서는 대상 토양의 특성을 고려하여 ｢광해방지기술기준｣에 따라 회분식(batch) 실험, POT시험, 컬럼(column) 실험 및 현장실증시험 등을 수행한 후 안정화제 종류 및 투입비율을 선정하여 현장에 적용하는 방식이 주로 사용되어왔다(Oh et al., 2011; Lee et al., 2011). 그러나 이러한 방법은 실험 수행에 많은 시간과 비용이 요구되며, 실제 현장에서는 신속한 안정화제 선정 및 적용이 어려운 한계가 존재한다. 또한 동일한 오염농도 조건에서도 실험마다 적용 안정화제와 투입비율이 상이하게 나타나 현장 적용을 위한 정량적 기준 마련에 어려움이 있다.

따라서 본 연구에서는 국내 농경지 오염토양의 안정화 사례를 기반으로 비소 단독오염토양, 중금속 오염토양, 비소 및 중금속 복합오염토양에 대한 적용 안정화제 종류와 혼합비율 특성을 분석하고자 하였다. 또한, 안정화 효율, 표준편차 및 표본 수를 동시에 고려한 신뢰구간 하한값(Lower confidence bound, LCB)을 활용하여 안정화제의 적용성과 신뢰성을 평가하였으며, 비소 오염농도 및 중금속 오염지수(Pollution Index, PI)에 따른 안정화제 적용 범위를 도출하여 사전 실내실험의 범위를 최소화하고 현장에서 초기 적용이 가능한 안정화제 적용 기준을 제안하고자 하였다.

연구내용 및 방법

문헌 데이터 수집

본 연구에서는 농경지 오염토양에 적용된 안정화제의 적용 특성 및 혼합비율 경향을 분석하기 위하여 국내 학술논문, 학위논문 및 연구보고서를 대상으로 문헌 데이터를 수집하였다. 문헌 검색은 RISS, DBpia, KISS 및 Google Scholar 등을 활용하여 수행하였으며, “비소”, “중금속”, “안정화”, “농경지” 등의 검색어를 조합하여 자료를 수집하였다. 문헌 검색은 2000년 이후부터 2026년 현재까지 발표된 국내 농경지 오염토양 안정화 관련 문헌을 대상으로 수행하였다.

수집된 문헌 중 대상 토양이 농경지가 아니거나, 안정화제 종류, 혼합비율(wt.%), 오염물질 종류 및 농도, 안정화 효율 산정에 필요한 무처리 대조구와 처리구 결과 등의 정보가 명확하게 제시되지 않은 문헌은 제외하였다. 또한 실제 농경지 오염토양에 적용 가능한 사례를 중심으로 데이터를 구축하였으며, 한 문헌 내에서 안정화제 종류, 혼합비율 또는 대상 오염물질 조건이 다르게 제시된 경우에는 각 조건을 독립적인 데이터로 구분하였다.

수집된 데이터는 오염 특성에 따라 비소 단독오염토양, 중금속 오염토양, 비소 및 중금속 복합오염토양의 3가지 유형으로 구분하였다. 본 연구에서 오염 유형은 각 문헌에 제시된 오염물질 농도와 토양오염우려기준(1지역) 초과 여부를 기준으로 분류하였다. 비소 단독오염토양은 비소 농도만 토양오염우려기준을 초과한 사례로 정의하였으며, 중금속 오염토양은 비소를 제외한 Cd, Cu, Pb 및 Zn 중 하나 이상의 원소가 토양오염우려기준을 초과한 사례로 구분하였다. 비소 및 중금속 복합오염토양은 비소가 토양오염우려기준을 초과하면서 동시에 Cd, Cu, Pb 및 Zn 중 하나 이상의 중금속이 우려기준을 초과한 사례로 분류하였다. 최종적으로 비소 단독오염토양 58건, 중금속 오염토양 17건, 비소 및 중금속 복합오염토양 81건 등 총 156건의 안정화 사례 데이터를 활용하였다.

오염지수(PI) 산정

중금속 오염토양과 비소 및 중금속 복합오염토양의 오염 수준을 각각 정량적으로 비교하기 위하여 오염지수(Pollution Index, PI)를 적용하였다. 본 연구에서 PI는 토양오염우려기준(1지역)을 초과한 원소를 대상으로 개별 오염지수를 산정한 뒤, 이를 평균하여 계산하였다. 개별 오염지수는 각 원소의 오염농도를 해당 원소의 토양오염우려기준으로 나누어 산정하였으며, 최종 PI는 다음 식과 같이 계산하였다.

PI=1n∑CiSi

여기서 Ci는 토양오염우려기준을 초과한 원소 I의 오염농도, Si는 해당 원소의 토양오염우려기준(1지역), n은 PI 산정에 포함된 기준 초과 원소 수를 의미한다. 중금속 오염토양의 PI는 비소를 제외한 중금속 중 토양오염우려기준을 초과한 원소를 대상으로 산정하였다. 비소 및 중금속 복합오염토양의 PI는 비소가 토양오염우려기준을 초과하면서 중금속 중 토양오염우려기준을 초과한 중금속 원소를 함께 포함하여 산정하였다. 비소 단독오염토양의 경우에는 PI를 적용하지 않고 비소 농도(mg/kg)를 기준으로 안정화제 혼합비율 경향을 분석하였다.

안정화제 성능 평가 방법

안정화제의 적용 효율은 각 문헌에서 제시된 안정화 효율(%) 데이터를 기반으로 수집하였으며, 안정화 효율이 직접 제시되지 않은 경우에는 무처리 대비 저감률을 안정화 효율(%)로 환산한여 분석하였다. 다만, 문헌 기반 자료의 특성상 각 연구에서 적용한 추출법, 용출시험, 평가항목 및 실험 조건이 완전히 동일하지 않기 때문에 안정화 효율의 절대값을 직접 비교하는 데에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 안정화 효율을 특정 안정화제의 절대적 성능값으로 해석하기보다는, 국내 농경지 오염토양 안정화 사례에서 보고된 적용 경향을 정량화하고, 반복적인 사전 실내실험의 범위를 최소화하기 위한 초기 안정화제 선정 지표로 활용하였다.

또한 기존 문헌 사례는 안정화제 종류 및 실험 조건에 따라 효율 편차가 크게 나타나는 특성이 있으므로, 단순 평균값만으로는 안정화제 성능을 비교하는 데에 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 데이터의 분산과 표본 수를 동시에 고려하기 위하여 95% 신뢰구간의 하한값(Lower Confidence Bound, LCB)을 적용하여 안정화제의 성능을 평가하였다. LCB score는 평균 안정화 효율에서 표준오차에 기반한 불확실성 범위를 차감한 값으로, 평균 효율이 높더라도 문헌 간 편차가 크거나 표본 수가 적을 경우 낮은 값으로 산정된다. 반대로 평균 효율이 다소 낮더라도 사례 수가 충분하고 편차가 작을 경우 상대적으로 안정적인 평가값을 나타낼 수 있다. 따라서 LCB score는 단순 평균 효율보다 안정화 효율의 안정성과 자료의 신뢰성을 함께 고려할 수 있는 보수적 평가 지표로 해석하였다. LCB score는 다음 식과 같이 계산하였다.

LCB score = x¯-1.96×s/n

여기서 x¯는 평균 효율(mean efficiency), s는 표준편차(standard deviation), n은 표본 수(sample size)를 의미한다. 산정된 LCB score 값을 기준으로 안정화제의 효율성과 신뢰성을 동시에 고려하여 최종 안정화제 후보를 선정하였다.

안정화제 혼합비율 선정 방법

안정화제 혼합비율의 적용 경향을 분석하기 위하여 비소 농도 및 중금속 오염지수(PI)에 따른 안정화제 혼합비율(wt.%) 데이터를 회귀분석하였다. 비소 단독오염토양의 경우 비소 농도 증가에 따른 안정화제 혼합비율 변화를 분석하였으며, 중금속 오염토양과 비소 및 중금속 복합오염토양의 경우 각각의 오염 유형에 대해 산정된 PI 증가에 따른 안정화제 혼합비율을 분석하였다.

혼합비율 분석 단계에서는 실제 문헌 사례의 적용 범위를 고려하여 80% 신뢰구간 상한값과 하한값 범위(LCB~UCB)를 활용하였다. 여기서 사용한 신뢰구간의 상한값(Upper Confidence Bound, UCB)은 평균 혼합비율에 표준오차 기반의 불확실성 범위를 더하여 산정하였다. 이는 특정 사례에 의해 적용 범위가 과도하게 넓어지는 것을 방지하고, 현장에 활용이 가능한 현실적인 혼합 범위를 설정하기 위하여 선정하였다. 또한, 대부분의 데이터가 실험 사례인 것을 감안하여 현장 적용성을 고려해 과도한 안정화제 사용을 최소화하고, 실제 농경지 복원 현장에서 활용이 가능한 수준으로 혼합비율을 단순화하였다. 이를 바탕으로 오염 수준별 안정화제 적용 구간을 단계적으로 설정하였으며, 최종적으로 비소 농도 및 PI를 기반으로 한 안정화제 적용 기준을 제안하였으며, 안정화제 및 혼합비율 선정 평가 절차는 Fig. 1과 같다.

Fig. 1.

Flowchart for stabilizer selection and mixing ratio evaluation.

결과 및 고찰

비소 단독오염토양의 안정화제 적용 사례

비소 단독오염토양을 대상으로 안정화제 적용 사례를 분석한 결과, 전체 데이터 항목(n=58) 중 제강슬래그 적용 사례가 가장 높은 비율(41%)을 차지하였다(Lim et al., 2010; Yu et al., 2008; Shin, 2018; Kim, 2020; Kim, 2011; Yang et al., 2026; Gutierrez et al., 2010; Ko et al., 2010; Yun et al., 2016). 석회석 단일 적용 사례는 전체 데이터 항목의 약 14%를 차지하였으며(Lee et al., 2011; Lee et al., 2007; Yun, 2023; Han et al., 2021; Ko et al., 2010), 영가철 적용 사례는 Lim et al.(2010)과 Yu et al.(2008)의 연구에서 확인되었다. 또한 석회석+제강슬래그를 혼합 적용한 사례도 일부 보고되었다(Jin, 2012; Lim et al., 2014; Yun, 2023; Han et al., 2021). 이외에도 Ko et al.(2010)은 Precious Slag Ball(PS Ball), 인회석, Granular Ferric Oxide(GFO), Amorphous Iron Hydroxide(AIH) 및 광산슬러지를 안정화제로 적용하였으며, Yu et al.(2008)의 연구에서는 고로슬래그와 굴패각분말을 활용한 안정화 실험을 수행하였다. 비소 단독오염토양에서의 안정화제 적용 사례 비율은 Fig. 2에 제시하였으며, 대표 문헌 사례는 Table 1에 정리하였다.

Fig. 2.

Case study distributions for stabilizer application by contamination type.

중금속 오염토양의 안정화제 적용 사례

중금속 오염토양의 안정화제 적용 사례를 분석한 결과, 전체 데이터 항목(n=17) 중 석회석과 제강슬래그를 혼합 적용한 사례가 가장 높은 비율(53%)을 차지하였다(Yun et al., 2010; Yu et al., 2009; Yun, 2015; Lee and Lee, 2012). 또한 석회석 단독 적용 사례도 다수 확인되었으며(Yun et al., 2010; Son et al., 2009; Oh et al., 2011), Oh et al.(2011)의 연구에서는 백운석, 제올라이트 및 퇴비를 활용한 안정화 실험도 보고되었다. 중금속 오염 조건에서는 단일 안정화제보다 혼합 안정화제를 적용한 사례 비율이 높게 나타났으며, 이는 다양한 원소들에 대해 복합적인 안정화 과정이 요구되기 때문으로 판단된다. 중금속 오염토양에서의 안정화제 적용 사례 비율은 Fig. 2에 제시하였으며, 대표 문헌 사례는 Table 2에 정리하였다.

비소 및 중금속 복합오염토양의 안정화제 적용 사례

비소 및 중금속 복합오염토양의 경우, 석회석과 제강슬래그를 혼합 적용한 사례가 가장 높은 비율을 차지하는 것으로 나타났으며, 전체 데이터 항목(n=81) 중 약 30%를 차지하였다(Son et al., 2009; Yun et al., 2011a; Choi, 2024; Yun, 2011; Kim, 2025; Yun, 2015). 석회석 단독 적용 사례는 데이터의 약 16%를 차지하였으며(Kim et al., 2014; Yang et al., 2021; Lee et al., 2008; Yun et al., 2011b), Lee and Cho(2009)와 Kim et al.(2014)에서 영가철의 적용에 대해 평가하였다. 또한, Yang et al.(2021)과 Lee et al. (2008) 및 Son(2010)은 생석회를 안정화제로 적용하였으며, 광산슬러지를 적용한 경우는 Lee and Cho(2009)와 Yang et al.(2021)의 연구가 있었다. 이외에 Lee and Cho(2009)는 제올라이트에 대한 안정화 실험을 수행하였으며, Kim et al.(2014)의 연구에서는 커피찌꺼기를 안정화제로 적용한 사례가 보고되었다. 안정화제 적용 사례 비율은 Fig. 2에 제시하였으며, 대표 문헌 사례는 Table 3에 정리하였다.

비소 단독오염토양 안정화제 선정

비소 단독오염토양의 안정화제 데이터 분석 결과, 영가철(ZVI)은 평균 효율 56%, LCB score 36점으로 가장 높은 평가값을 나타내는 것으로 확인되었다. 그러나 영가철의 적용 사례 수는 5건으로 제한적이며, 기존 연구에서도 영가철은 높은 반응성을 갖는 장점이 있으나 높은 비용으로 인한 현장 적용성 측면에서 추가 검토가 필요한 것으로 보고된 바 있다(Komárek, 2024). 제강슬래그(Steel Slag)의 경우 평균 효율은 45%, LCB score는 34점으로 영가철보다 다소 낮게 나타났으나, 총 24건의 적용 사례가 확보되어 가장 높은 적용 빈도를 보였으며, 데이터 수를 고려할 때 비교적 안정적인 적용성을 나타내는 것으로 확인되었다. 이는 제강슬래그에 포함된 철(Fe), 칼슘(Ca) 등이 비소의 흡착 및 공침 반응에 기여할 수 있기 때문으로 판단된다(Son et al., 2009). 또한 석회석(Limestone)은 평균 효율 52%, LCB score 25점을 나타냈으며, 일부 사례에서는 높은 안정화 효율이 확인되었으나 데이터 편차가 비교적 크게 나타나 대표 안정화제로 선정하기에는 한계가 있었다. 석회석과 제강슬래그 혼합 안정화제의 경우 적용 사례는 존재하였으나 상대적으로 낮은 LCB score인 16점으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서는 평균 안정화 효율, LCB score, 적용 사례 수, 현장 적용 가능성을 종합적으로 고려하여 비소 단독오염 토양의 최종 안정화제 후보로 제강슬래그를 선정하였다(Table 4).

중금속 오염토양 안정화제 선정

중금속 오염토양의 안정화제 데이터 분석 결과, 석회석과 제강슬래그를 혼합 적용한 안정화제가 평균 효율 69%, LCB score 49점으로 가장 우수한 성능을 나타내는 것으로 확인되었다. 이는 석회계 안정화제가 토양 pH를 증가시켜 중금속의 침전 및 흡착 반응을 유도할 수 있기 때문으로 판단된다. 다만 석회석 단독 안정화제의 경우 평균 효율 64%, LCB score 38점으로 비교적 높은 안정화 성능을 나타냈으나, 적용 사례 수가 4건으로 제한적이고 혼합 안정화제에 비해 LCB score가 낮게 나타났다. 따라서 본 연구에서는 안정화 효율, LCB score, 적용 사례 수 및 복합오염 조건에서의 적용성을 종합적으로 고려하여, 중금속 오염토양의 최종 안정화제로 석회석과 제강슬래그의 혼합 안정화제를 선정하였다(Table 5).

비소 및 중금속 복합오염토양 안정화제 선정

비소 및 중금속 복합오염토양의 안정화제 데이터 분석 결과, 석회석과 제강슬래그 혼합 안정화제가 평균 효율 71%, LCB score 60점으로 가장 높은 안정화 성능을 나타내는 것으로 확인되었으며, 이는 석회석과 제강슬래그가 각각 pH 증가에 따른 중금속 침전과 철 기반 물질에 의한 비소 흡착 반응에 유리하기 때문으로 판단된다. 반면, 생석회(Quicklime)의 경우 평균 효율 69%, LCB score 56점으로 높은 안정화 성능을 나타냈으나, 적용 사례 수가 제한적이며 수분 점촉 시 급격한 발열반응이 발생할 수 있어 현장 작업자 안전 및 시공성 측면에서 적용에 주의가 필요한 것으로 보고되었다(IFC, 2007). 석회석 단독 안정화제는 평균 효율 55%, LCB score 41점으로 나타났으며, 제강슬래그 단독 적용과 광산슬러지의 경우 상대적으로 낮은 LCB score를 보였다. 따라서 본 연구에서 안정화 효율, LCB score, 적용 사례 수, 경제성 및 복합오염 조건에서의 적용성을 종합적으로 고려하여 비소 및 중금속 복합오염토양의 최종 안정화제로 석회석과 제강슬래그 혼합 안정화제를 선정하였다(Table 6).

비소 단독오염토양 안정화제 혼합비율 선정

비소 단독오염토양의 안정화제 적용 기준을 설정하기 위하여 토양오염우려기준(25 mg/kg)을 초과한 사례 중 우려기준의 5배 이내 구간을 대상으로 분석하였다. 이는 극단적인 고농도 사례가 회귀분석 및 적용 기준 설정에 과도한 영향을 미치는 것을 방지하기 위함이다. 이에 따라 비소 단독오염토양의 경우 125 mg/kg 이하 구간을 중심으로 제강슬래그 혼합비율 경향을 해석하였다. 분석 결과, 비소 농도가 증가함에 따라 제강슬래그의 혼합비율도 증가하는 경향을 보였으며, 회귀분석 결과 125 mg/kg 이하 구간에서는 제강슬래그 혼합비율이 약 1~2 wt.% 범위에서 증가하는 형태를 나타냈다. 또한 신뢰수준 80% 기준의 상한과 하한값 범위(LCB~UCB)를 함께 검토한 결과, 일부 고농도 사례에서는 4~5 wt.%의 혼합비율도 확인되었다. 그러나 이러한 사례는 대부분 실험실 규모 조건에서 수행된 결과이며, 본 연구에서는 현장 적용성을 고려하여 비소 농도 구간별 제강슬래그 혼합비율을 2~3 wt.% 범위로 단순화하여 적용 기준으로 선정하였다(Fig. 3).

Fig. 3.

Stabilizer mixing ratio according to As concentration in soils.

중금속 오염토양 안정화제 혼합비율 선정

중금속 오염토양의 경우, 앞서 산정된 PI를 이용하여 석회석과 제강슬래그 혼합안정화제의 적용 기준을 설정하였다. 본 연구에서는 현장 적용형 매뉴얼의 기본 적용 범위를 토양오염우려기준의 5배인 PI 1~5 구간으로 설정하고, 해당 범위에서 PI 증가에 따른 안정화제 혼합비율 변화를 분석하였다. 분석 결과, 석회석의 혼합비율은 PI 증가에 따라 소폭 증가하는 경향을 보였으나, 제강슬래그의 경우 PI와 혼합비율 사이의 뚜렷한 상관성은 확인되지 않았다. 신뢰수준 80% 기준의 상한과 하한값 범위를 함께 검토한 결과, 석회석의 혼합비율은 주로 3~5 wt.% 범위에서 분포하였으며, 제강슬래그의 혼합비율은 데이터 분산이 커 일정한 증가 경향을 보이지 않았지만 비교적 낮은 제강슬래그 혼합비율에서도 안정화 효율이 확인되었다. 따라서 본 연구에서는 현장 적용성 및 경제성을 고려하여 석회석 혼합비율은 2~3 wt.%, 제강슬래그 혼합비율은 1 wt.% 수준으로 단순화하여 적용 기준으로 선정하였다(Fig. 4).

Fig. 4.

Stabilizer mixing ratio according to pollution index (PI) in heavy metal contaminated soils.

비소 및 중금속 복합오염토양 안정화제 혼합비율 선정

비소와 중금속이 동시에 존재하는 복합오염토양의 경우, 비소를 중금속 오염지수에 포함하여 통합 PI를 이용해 안정화제 적용 기준을 도출하였다. 분석 결과, 석회석과 제강슬래그 모두 오염농도에 따른 혼합비율은 큰 변화 없이 거의 일정하게 유지되는 것으로 확인되었다. 다만, 비소 및 중금속 복합오염의 경우 PI 지수 5 이하의 사례들이 제한적이었으며, 대부분의 데이터가 고농도 조건에 분포하여 오염지수 변화에 따른 유의미한 혼합비율 변화를 확인하는데 한계가 있었다. 따라서, 본 연구에서는 복합오염 조건에 대한 독립적인 적용 기준을 설정하기보다는, 비소 단독오염 및 중금속 오염 조건에서 도출된 결과를 종합적으로 고려하여 안정화제 혼합비율을 선정하였다(Fig. 5).

Fig. 5.

Stabilizer mixing ratio according to pollution index (PI) in As and heavy metal contaminated soils.

안정화제 적용 기준 제안

본 연구에서는 기존 문헌 사례 분석, 안정화제 선정 평가 및 혼합비율 분석 결과를 종합하여 비소 농도와 중금속 오염지수에 따른 안정화제 적용 매뉴얼을 제안하였다(Fig. 6). 매뉴얼은 국내 토양환경보전법에 따라 토양오염우려기준과 토양오염대책기준 1지역에 해당하는 값을 기준으로 구간을 나누어 설정하였다. 비소 농도가 증가할수록 제강슬래그의 혼합비율을 증가시키도록 구성하였으며, 중금속 오염지수가 증가할수록 석회석의 혼합비율을 증가시키도록 설정하였다.

Fig. 6.

Field application guideline for stabilizer application based on As concentration and pollution index (PI).

비소 단독오염일 경우, 제강슬래그를 2~3 wt.% 범위에서 적용하도록 설정하였으며, 중금속 오염의 경우 석회석 2~3 wt.%와 제강슬래그 1 wt.%를 혼합 적용하는 기준을 제안하였다. 비소 및 중금속 복합오염의 경우 중금속 오염 토양에서의 적용 기준에 비소의 오염농도에 따라 제강슬래그를 추가적으로 적용하여 사용하도록 설계하였다.

다만, 본 연구에서 제안한 적용 기준은 문헌 기반 사례 중심으로 오염농도와 안정화제 혼합비율의 관계를 분석하여 도출한 것으로, 토양 pH, 토양 특성, 수분 함량, 유기물 함량 및 토성 등과 같은 다양한 현장 조건을 충분히 반영하지 못한 한계가 존재한다. 따라서 제안된 기준은 안정화제 후보 및 초기 혼합비율 범위 설정을 위한 기초 자료로 활용되어야 하며, 향후 다양한 토양 특성 및 현장 조건을 반영한 추가 연구가 수행된다면 보다 효율적인 안정화제 적용 기준 마련이 가능할 것으로 판단된다.

결 론

본 연구에서는 국내 농경지 오염토양의 안정화제 적용 특성과 혼합비율 경향을 분석하기 위하여 국내 문헌 사례를 기반으로 비소 단일오염토양, 중금속 오염토양(Cd, Cu, Pb 및 Zn), 비소 및 중금속 복합오염토양에 대한 안정화제 적용 사례를 수집, 분석하였다. 또한 안정화 효율, 표준편차 및 표본 수를 동시에 고려한 신뢰구간 하한값(LCB score)을 활용하여 안정화제의 적용성과 신뢰성을 평가하였으며, 비소 농도와 오염지수(PI)를 기반으로 안정화제 적용 기준을 제안하였다.

비소 단독오염토양의 경우 영가철(ZVI)이 높은 안정화 성능을 나타냈으나, 적용 사례 수가 제한적이고 경제성 및 범용적 현장 적용성 측면에서 한계가 있는 것으로 판단되었다. 반면 제강슬래그는 가장 많은 적용 사례가 확보되었으며, 비교적 안정적인 적용성을 나타내는 것으로 확인되었다. 이에 따라 본 연구에서는 안정화 효율, LCB score, 적용 사례 수, 경제성 및 현장 적용성을 종합적으로 고려하여 비소 단독오염토양의 최종 안정화제로 제강슬래그를 선정하였다. 또한 비소 농도 증가에 따라 제강슬래그의 혼합비율이 증가하는 경향을 확인하였으며, 현장 적용성을 고려하여 비소 농도 구간별 제강슬래그 혼합비율을 2~3 wt.% 범위로 제안하였다.

중금속 오염토양의 경우 석회석과 제강슬래그를 혼합 적용한 안정화제가 가장 높은 평가값을 나타냈다. 이는 석회석에 의한 토양 pH 증가 및 중금속 침전 반응과 제강슬래그에 의한 흡착 및 공침 반응이 복합적으로 작용할 수 있기 때문으로 판단된다. 혼합비율 분석 결과, 석회석은 PI 증가에 따라 혼합비율이 소폭 증가하는 경향을 보였으나, 제강슬래그는 PI와 혼합비율 사이의 뚜렷한 상관성이 확인되지 않았다. 다만, 낮은 농도의 혼합비율에서도 일정 수준의 효율이 나타나는 것을 확인하였다. 따라서 중금속 오염토양에서는 현장 적용성 및 경제성을 고려하여 석회석 2~3 wt.%와 제강슬래그 1 wt.% 수준의 혼합 적용 기준을 제안하였다.

비소 및 중금속 복합오염토양의 경우에도 석회석과 제강슬래그 혼합 안정화제가 가장 높은 평가값으로 나타냈다. 다만 PI 5 이하 구간의 사례가 제한적이고 다수의 데이터가 고농도 조건에 집중되어 있어 통합 PI 변화에 따른 혼합비율 경향을 해석하는 데 한계가 있었다. 이에 따라 본 연구에서는 비소 단독오염토양에서 도출된 제강슬래그 적용 기준과 중금속 오염토양에서 도출된 석회석 및 제강슬래그 혼합 적용 기준을 종합적으로 고려하여 비소 및 중금속 복합오염토양의 안정화제 혼합비율 범위를 설정하였다.

본 연구는 국내 농경지 오염토양 안정화 사례를 체계적으로 정리하고, 오염 유형별 안정화제 선정 및 혼합비율 설정을 위한 판단 기준을 제시하였으며, 특히 비소 농도와 오염지수(PI)를 활용하여 현장 조건에서 우선 검토 가능한 안정화제 적용 범위를 제안함으로써, 복원 사업 안정화제 적용의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 향후 현장 토양 특성을 반영한 추가 연구를 통해 본 연구에서 제안한 적용 기준의 적용성을 보완할 필요가 있다.