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Assessment of Heavy Metal Contamination in Soils from Street Garages in Dar es Salaam Using EDXRF

본 연구는 EDXRF 분석을 활용하여 다르에스살람의 일랄라, 테메케, 키논도니 지역 전역의 비공식 노상 정비소 주변 토양에서 구리, 아연, 납을 중심으로 한 상당한 중금속 오염을 밝혀냈으며, 이는 국지적 핫스팟과 개선된 폐기물 관리 및 모니터링의 시급한 필요성을 강조한다.

원저자: Aloyce P. Kinemelo, Pius W. Shirima, Furaha M. Chuma, Hellen E. Kiyengo

게시일 2026-07-15

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CC BY 4.0

원저자: Aloyce P. Kinemelo, Pius W. Shirima, Furaha M. Chuma, Hellen E. Kiyengo

원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. ✨ 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기

다르에스살람을 길거리에 개방형 작업장들이 늘어선 북적이는 도시라고 상상해 보세요. 이 작업장들은 평범한 곳이 아닙니다. 자동차를 지면 위에서 바로 수리하고, 도색하고, 기름을 치는 비공식 노상 정비소들입니다. 이제 이 정비소들 아래의 토양을 단순한 흙이 아니라, 수년 동안 '금속 수프'를 빨아들여 온 거대하고 보이지 않는 스펀지라고 상상해 보세요.

이 연구는 과학자들이 그 스펀지가 무엇을 흡수했는지 보기 위해 초강력 "금속 탐지" 손전등(EDXRF라고 불리는)을 사용한 탐정 이야기와 같습니다. 그들은 도시 전체를 단순히 훑어본 것이 아니라, 일랄라(Ilala), 테메케(Temeke), 키논도니(Kinondoni)라는 세 개의 특정 구역으로 줌인했습니다. 그들은 이 정비 구역에서 38개의 흙 한 움큼을 채취했으며, 이를 기준점(마치 진흙 묻은 장화와 깨끗한 양말을 비교하는 것과 같은)으로 사용하기 위해 인근 지역에서 세 움큼의 "깨끗한" 흙을 함께 가져왔습니다.

핵심 폭로: 토양이 중금속으로 가득 차 있다
주요 결과는 이 정비소들의 토양이 구리, 아연, 납을 중심으로 중금속으로 완전히 꽉 차 있다는 것입니다. 이는 살짝 뿌려진 수준이 아니라, 폭우가 쏟아진 수준입니다.

구리: 평균 함량은 314.19 mg/kg이었으나, 일부 지점에서는 3,868.37 mg/kg까지 치솟았습니다.
아연: 이 분야의 주인공은 아연이었습니다. 평균은 1,229.00 mg/kg이었지만, 테메케의 한 오일 교체 구역에서는 무려 10,521.81 mg/kg이라는 엄청난 수치가 나왔습니다. 이는 마치 모래 놀이터에서 금광을 발견한 것과 같습니다.
납: 평균은 200.59 mg/kg이었으며, 일랄라에서 최고치는 1,707.91 mg/kg을 기록했습니다.

과학자들은 한 가지 용의자를 명확히 제외했습니다. 바로 카드뮴입니다. 그들은 카드뮴을 찾으려 노력했지만, 검출 한계인 6.60 mg/kg 위로는 어디에서도 발견되지 않았습니다. 즉, 토양이 구리, 아연, 납으로 더러워져 있기는 하지만, 카드뮴 파티는 아니라는 뜻입니다.

엉망진창이 된 이유와 그 위치
연구는 정비소에서 수행되는 작업의 종류가 금속 수프의 '맛'을 바꾼다고 제안합니다.

도장 작업장: 이곳들은 구리와 납의 핫스팟이었습니다. 가장 높은 구리 수치(3,868.37 mg/kg)와 가장 높은 납 수치(1,707.91 mg/kg)는 모두 일ال라의 도장 관련 현장에서 나왔습니다. 마치 페인트 통이 반짝이는 독성 먼지의 흔적을 남긴 것과 같습니다.
오일 교체 구역: 이곳들은 아연의 왕이었습니다. 엄청난 10,521.81 mg/kg의 수치는 테메케의 오일 교체 현장에서 나왔습니다. 폐유와 필터가 그 아연 급증의 주요 원인인 것으로 보입니다.

이웃 구역들은 서로 다를까?
여러분은 "혹시 일알라가 테메케보다 더 더러운 것 아닐까?"라고 생각할 수도 있습니다. 과학자들은 세 구역 간의 차이가 실제적인 것인지 아니면 단순한 무작위 소음인지 확인하기 위해 통계 테스트(Kruskal-Wallis test)를 실시했습니다. 결과는 어땠을까요? 세 구역 사이에는 통계적으로 유의미한 차이가 없었습니다 (구리는 0.094, 아연은 0.513, 납은 0.052의 p-값).

이는 평균 수치는 다르게 보일지라도, 오염이 매우 불규칙하고 "핫스팟"이 많기 때문에 어느 한 구역이 확실히 더 나쁘다고 단정 지을 수 없음을 의미합니다. 오염은 국지적이지 균일하지 않습니다. 이는 마치 누군가 구슬 병을 떨어뜨려서 방 하나가 엉망이 된 것을 보고, 집 전체가 지저지스럽다고 비난할 수 없는 것과 같습니다. 그 방 때문에 집 전체를 탓할 수는 없으니까요.

"오염 점수"
깨끗한 대조 시료와 비교하여 토양의 질이 얼마나 악화되었는지 측정하기 위해, 연구진은 "오염 부하 지수(PLI)"를 계산했습니다. 이것을 "더러움 점수"라고 생각하면 됩니다.

점수가 1이면 토양이 깨끗한 대조군과 동일함을 의미합니다.
점수가 1보다 높으면 토양이 악화되었음을 의미합니다.

세 구역 모두 1보다 훨씬 높은 점수를 기록했습니다:

일알라: 4.38
테메케: 2.84
키논도니: 4.91

이는 각 지역의 깨끗한 지점과 비교했을 때, 정비소 토양이 상당히 퇴화되었음을 시사합니다.

얼마나 확신할 수 있는가?
저자들은 이것이 인간 건강 위험에 대한 최종 판결이 아니라 "스크리닝(선별)" 평가임을 신중하게 밝히고 있습니다. 그들은 보정된 기계를 사용하여 금속을 직접 측정했으며, 기계가 정확하게 읽고 있는지 확인하기 위해 표준 참조 토양(NIST SRM 2711a)을 사용하여 수치를 조정했습니다. 그러나 몇 가지 한계를 인정합니다:

각 구역당 하나의 깨끗한 대조 샘플만 사용했으므로, 도시 전체의 자연적 배경을 지도화하기에는 부족합니다.
금속이 실제로 식물이나 사람에게 섭취될 수 있는 상태인지(생물학적 가용성)는 테스트하지 않았으며, 단지 얼마나 존재하는지만 측정했습니다.
금속이 자연적으로 지표에서 온 것인지 인간에 의해 버려진 것인지 구분하는 방법을 찾지 못했습니다. 다만 패턴상 후자일 가능성이 매우 높습니다.

결론
이 연구는 이러한 비공식 정비소들이 국지적인 중금속 오염 "핫스팟"을 만들고 있다고 결론짓습니다. 토양은 단순히 더러운 것이 아니라, 자동차를 도색하느냐 오일을 교체하느냐에 따라 특정 금속들이 집중되어 있습니다. 저자들은 이를 해결하기 위해 폐기물 관리(예: 기름이 땅에 닿기 전에 받는 것)를 개선하고, 특정 핫스팟을 정화하며, 정기적인 모니터링을 통해 토양을 면밀히 관찰해야 한다고 제안합니다. 이는 정비소들이 도시의 자동차를 계속 달리게 해주지만, 그 아래 지면에는 무거운 금속의 발자국을 남기고 있다는 명확한 신호입니다.

기술 요약: 다르에스살람 거리 정비소의 토양 내 중금속 오염 평가

문제 제기
탄자니아 다르에스살람의 비공식 거리 정비소들은 용접, 도장, 오일 교체, 배터리 점검과 같은 차량 수리 활동을 수행한다. 이러한 작업 과정에서 사용된 윤활유, 페인트 잔해, 고철 등 금속을 함유한 폐기물이 비포장 지면에 직접 배출되는 경우가 빈번하다. 구리(Cu), 아연(Zn), 납(Pb)과 같은 중금속은 도시 토양에 축적되어 토양 생물과 인류 건강에 위험을 초래하는 것으로 알려져 있으나, 다르에스살람의 이러한 특정 비공식 정비소 환경 내에서의 구체적인 분포와 오염 규모는 종합적으로 정량화되지 않았다. 본 연구는 이러한 특정 인위적 핫스팟 내 중금속 축적의 정도를 지역 배경 농도와 비교하여 평가해야 할 필요성을 다룬다.

연구 방법
본 연구는 다르에스살람의 일랄라(Ilala), 테메케(Temeke), 키논도니(Kinondoni) 세 개 구역을 대상으로 수행되었다.

시료 채취: 건기에 총 41개의 토양 시료를 채취하였다. 여기에는 38개의 복합 정비소 토양 시료(각 지점당 0~10cm 깊이의 표층 하부 시료 5개를 결합)와 정비소 운영 지역에서 떨어진 곳에서 수집된 3개의 구별 참조 대조군 시료가 포함된다. 정비소 시료는 활동 유형(도장 관련 구역 및 오일 교체 구역)에 따라 층화되었다.
분석 기술: 시료를 공기 건조한 후 60°C에서 오븐 건조하고, 0.5mm 체로 걸러낸 뒤 셀룰로오스 결합제를 사용하여 펠릿 형태로 압착하였다. 원소 농도는 탄자니아 원자력 위원회(TAEC) XRF 실험실의 편광 에너지 분산형 X선 형광 분석법(PE-EDXRF)을 사용하여 결정하였다.
품질 보증: 분석 과정에서는 인증 표준 물질(CRM)인 NIST SRM 2711a (Montana II Soil)를 활용하였다. CRM 분석을 통해 도출된 보정 계수를 원시 시료 데이터에 적용하였다. 절차적 검출 한계(LOD)는 전체 절차 블랭크(full-procedure blanks)를 사용하여 설정하였다.
통계 분석: 데이터의 분포가 왜곡되어 있으므로 기술 통계(평균, 중앙값, 범위)를 사용하여 데이터를 분석하였다. 구역 간 차이를 탐색하기 위해 비모수 검정인 크루스칼-월리스(Kruskal-Wallis) 테스트를 사용하였다. 오염 계수(CF)와 오염 부하 지수(PLI)는 $CF = C_n / C_{ref}$ (여기서 $C_n$ 은 정비소 토양 평균, $C_{ref}$ 는 지역 대조군 농도) 공식을 사용하여 Cu, Zn, Pb에 대해 계산하였다.

주요 결과

농도 수준: 38개의 정비소 토양 시료는 매우 가변적인 농도를 나타냈다.
- 구리 (Cu): 구역별 평균은 183.99 mg/kg (키논도니)에서 549.01 mg/kg (일랄라) 사이였다. 최대 농도는 일랄라의 도장 관련 지점에서 3,868.37 mg/kg이었다.
- 아연 (Zn): 구역별 평균은 796.68 mg/kg (키논도니)에서 1,878.70 mg/kg (테메케) 사이였다. 최대 농도는 테메케의 오일 교체 지점에서 10,521.81 mg/kg이었다.
- 납 (Pb): 구역별 평균은 107.95 mg/kg (테메케)에서 294.09 mg/kg (일랄라) 사이였다. 최대 농도는 일랄라의 도장 관련 지점에서 1,707.91 mg/kg이었다.
- 카드뮴 (Cd): 모든 정비소 토양 시료에서 절차적 검출 한계인 6.60 mg/kg 이상으로 검출되지 않았다.
활동 유형별 경향: 도장 관련 구역은 일반적으로 더 높은 평균 Cu 및 Pb 농도를 보였으며, 오일 교체 구역은 더 높은 평균 Zn 농도를 보였다.
통계적 비교: 탐색적 크루스칼-월리스 테스트 결과, 세 구역 간의 금속 분포에서 통계적으로 유의미한 차이가 발견되지 않았다 (p ≥ 0.052). 이는 구역 단위의 경향성보다 구역 내 변동성과 국지적 핫스팟이 더 두드러짐을 의미한다.
오염 부하: 세 구역 모두 각각의 지역 대조군과 비교했을 때 PLI 값이 1보다 높게 나타났으며, 이는 토양 질의 저하를 나타낸다. PLI 값은 4.38 (일랄라), 2.84 (테메케), 4.91 (키논도니)였다.

주요 기여

기초 데이터: 본 연구는 다르에스살람의 비공식 정비소 토양 내 중금속 농도(특히 Cu, Zn, Pb)에 대한 최초의 구역별 기초 평가를 제공한다.
방법론적 엄밀성: 이 연구는 개발도상국의 이질적인 토양 매질에 대해 엄격한 CRM 기반 보정과 전체 절차 품질 관리를 적용한 PE-EDXRF의 활용을 입증한다.
공간적 이질성: 본 연구는 오염이 균일하지 않으며, 광범위한 구역 단위의 균일성이 아니라 특정 정비 활동(예: 도장 vs 오일 교체)과 관련된 국지적 핫스팟에 의해 특징지어진다는 점을 강조한다.
스크리닝 지표: 본 연구는 구역별 오염 계수와 오염 부하 지수를 설정하여 즉각적인 주의가 필요한 지역을 식별할 수 있는 스크리닝 수준의 도구를 제공한다.

의의 및 주장
저자들은 본 연구 결과가 비공식 정비소 토양 내 중금속 농도가 높다는 증거를 제공하며, 이는 폐기물 격리, 핫스팟 정화 및 정기적인 모니터링의 필요성을 뒷받힘한다고 주장한다. 본 연구는 자신의 결과를 확정적인 건강 위해성 평가가 아닌 스크리닝 수준의 지표로 명시적으로 규정한다.

본 논문은 데이터가 지역 대조군 대비 높은 금속 농도의 존재를 확인해주지만, 다음과 같은 사항은 수행하지 않았음을 겸허히 밝힌다:

인간 노출 경로 또는 생물학적 이용 가능성 확립.
추가적인 오염원 규명 증거 없이 특정 폐기물 발생원 특정.
모든 원소에 대한 지질학적 기원과 인위적 기원의 구분.
(구역당 단일 대조 샘플 사용으로 인한) 완전한 지역 지질 화학적 배경 데이터셋 제공.

결과적으로, 저자들은 본 연구 결과가 폐유 및 페인트 잔해의 분리, 작업 구역의 포장, 표적 토양 정화와 같은 실질적인 개입을 지원한다고 결론짓는다. 동시에, 견고한 건강 위해성 결론을 도출하기 위해서는 향후 더 큰 규모의 배경 데이터셋, 계절별 샘-플링 및 독립적인 검증이 필요함을 강조한다.

기술 요약: 다르에스살람 거리 정비소의 토양 내 중금속 오염 평가

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