Identification of Soil Pollution and Human Health Risk Assessments of Soil Heavy Metals in Abandoned Mine Area in the Republic of Korea

Abstract

Soil contamination by heavy metals is a severe environmental problem worldwide. Increases in toxic heavy metal levels in soil environments due to anthropogenic activities are major environmental concerns because this not only leads to a decrease in agricultural productivity but also to an increase in risks to terrestrial organisms. Despite efforts to remediate and stabilize mining areas, over 30% of the mines in the Republic of Korea have remained abandoned over the last century. Pollution identification and human health risk assessments were carried out in this study to evaluate risks associated with the soils at the Daeyang Yeongseong mine, which has been abandoned since 1980. Based on land use, the soils were classified as abandoned, agricultural, or forest soils. The Igeo values obtained from the ecological risk assessment indicated that the soils were extremely contaminated with respect to Cd, and the ERI results revealed that all sites were Cd-contaminated. As contamination was found in 34.8% of the total area, and Pb contamination was found in 18.6% of the total area, and most of the contamination occurred around the mine. The human health risk assessment indicated that in both children and adults, the noncancerous risk from As in the mine soils exceeded the limit (HI>1), and the noncancerous risk to children from Cd in the mine soils was high relative to the other regions. Other than Ni, all carcinogens exceeded the limit (1x10-4) for children in one section. In the case of adults, the As limit was exceeded in the soils surrounding the mine. The fields near the mine posed potential cancer risks to the local population because the As levels exceeded the allowable limit for cancer risk in children and adults. Observations revealed that the weathering of mine debris resulted in the release of heavy metals into the surrounding soils, and soil erosion accompanied by water movement accelerated the increase in the contamination levels and the total affected area. The contamination levels detected in this study were significantly higher than in a previous study, implying the possibility of heavy metal release to nearby drinking water reservoirs. These findings can help scientists understand and prevent risks from heavy metals in abandoned areas, and it is critical to develop remediation and stabilization plans to reduce risks from heavy metals present in crops, soil, and water.

중금속의 토양 오염은 전 세계적으로 심각한 환경 문제이다. 인위적인 활동에 의한 토양 환경의 독성 중금속 농도의 증가는 오염이 농업 생산성의 감소뿐만 아니라 육지 생물의 위험 증가를 초래하기 때문에 주요한 환경 문제 중 하나이다. 광구의 교정조치와 안정화를 위한 노력에도 불구하고, 대한민국의 광산의 30% 이상이 지난 세기 동안 버려져 있었다. 본 연구에서는 1980년 이후 방치된 대양영성광산의 토양위험도를 평가하기 위해 오염도 파악과 인체건강위험도 평가를 수행하였다. 따라서 토지이용에 따라 토양은 폐광산 토양, 농업 토양, 산림 토양으로 구분되었다. 생태위험도 결과에 따르면, Igeo 값은 Cd가 극도로 오염되었음을 나타낸다. ERI 결과에 따르면 Cd는 전체 면적의 34.8%에서, As는 전체 면적의 18.6%에서 오염되었으며, 대부분의 오염은 광산 주변에서 발생하였다. 인간건강위험평가는 어린이와 성인 모두 광산토양의 비소로 인한 암 발생 위험이 한계치(HI>1)보다 높았으며, Cd로 인한 암 발생 위험이 다른 모든 지역보다 어린이에서 더 높은 것으로 나타났다. Ni을 제외한 모든 발암물질은 어린이 기준치(1x10-4)를 초과하는 구간이 있었다. 성인의 경우 광산을 둘러싼 토양과 마찬가지로 As 한계를 초과했다. 광산 근처 밭에서의 비소가 어린이와 성인의 암 위험 허용 한도를 초과하기 때문에 광산 근처의 밭에 사는 지역 주민들 역시 암 위험을 초래할 가능성이 높다. 광산 잔해의 풍화로 중금속이 주변 토양으로 방출되고, 물 이동에 따른 토양 침식으로 오염 수준의 증가가 가속화한 걸로 관측되었다. 오염도는 이전 연구보다 상당히 높아 인근 식수 저수지로 중금속이 방출될 가능성이 있음을 시사했다. 이러한 연구결과는 과학자들이 폐광산 지역의 중금속 위험을 이해하고 예방하는 데 도움이 될 수 있으며, 농작물, 토양, 물의 중금속 위험을 줄이기 위한 교정조치 및 안정화 계획을 개발하는 것이 중요하다는 것을 시사한다.