인간활동으로 인해 PAHs(다환방향족탄화수소류) 화합물의 오염이 해양환경에서 광범위하게 일어나고 있다. 이러한 PAHs 화합물은 다양한 형태의 유류에서 가장 중요한 화합물이며, 화석연료와 유류제품 등의 사용으로 인한 연소과정에서 주로 발생된다. 해양환경으로는 다양한 경로를 통해 유입되며, 연안역과 ...
인간활동으로 인해 PAHs(다환방향족탄화수소류) 화합물의 오염이 해양환경에서 광범위하게 일어나고 있다. 이러한 PAHs 화합물은 다양한 형태의 유류에서 가장 중요한 화합물이며, 화석연료와 유류제품 등의 사용으로 인한 연소과정에서 주로 발생된다. 해양환경으로는 다양한 경로를 통해 유입되며, 연안역과 하구역에 있어서는 도시화와 산업활동 중 연소에 의한 대기와 하천 등이 주요 유입경로이다. 유입된 PAHs 화합물은 잠재적으로 해양 수서환경 생물에 대해서 발암성과 돌연변이를 일으키고 있다.
본 연구는 도시화 및 산업화로 인한 PAHs 화합물의 오염이 예상되는 진해만으로 유입되는 하천과 해역의 해수와 해양퇴적물에서 PAHs 화합물을 분석하여 오염실태를 파악하였다. 또한 진해만에서 PAHs 화합물의 거동예측을 평가하기 위해 해수유동모델과 비보존계 Box 모델로 이루어진 PAHs 거동예측 모델을 구축하여 모델의 타당성을 검토하고, 해역에서 PAHs 화합물 농도분포에 영향을 주는 중요인자, 농도 저감방안과 유입부하형태에 따른 영향인자를 평가하기 위해 민감도분석 및 시나리오분석을 행하였다.
진해만에서 PAHs 화합물의 오염실태를 파악하기 위한 조사는 2008년 8월에 행하였다. 하천은 육역에서 유입되는 주요 7개 하천과 덕동하수처리장에서 수시료를 채취하였으며 이와 동시에 PAHs 화합물의 유입부하량을 산정하기 위해 유량을 측정하였다. 해역에서는 9개 정점에서 표･저층수와 해양퇴적물을 채취하였다. 분석한 PAHs 화합물의 항목은 미국 환경보호국(US, EPA)에서 우선적 오염물질로 선정한 16개 화합물을 분석하였다. 검출을 위한 전처리방법은 용존 PAHs 화합물은 액-액 추출법과 부유입자물질과 해양퇴적물 중 PAHs 화합물은 속슬렛 추출법을 이용하였으며, 최종적으로 농축하여 GC-MS 검출기를 이용하여 검출하였다.
진해만에서 PAHs 화합물의 거동예측을 평가하기 위해 해수유동모델과 비보존계 Box 모델로 이루어진 PAHs 거동예측 모델을 구축하였다. 해수유동모델은 이류 및 확산과정 등 물리적인 흐름에 의한 box 경계에서 PAHs 화합물의 수송을 계산하기 위해 도입되었다. 그리고 비보존계 Box 모델은 진해만의 해역을 3개의 box로 구분하고 스텔라프로그램을 이용한 box에서의 PAHs 화합물의 상태변수인 수준변수 및 변화율변수와 보조변수 등을 지정 수식화하여 구축하였다. 모델에서 상태변수로는 용존 PAHs, 부유입자물질 중 PAHs와 식물플랑크톤 체내 PAHs를 고려하였고, 변화율변수는 box 내로 유입되는 하천과 대기로부터의 유입부하, 생물･화학적 과정 그리고 경계를 통한 유･출입 등을 고려하였다.
진해만으로 유입되는 하천과 하수처리장에서 용존 Total PAHs의 농도범위와 평균값은 9.79∼128.25(평균 36.94)ng/L로 나타났으며, 부유입자물질 중 Total PAHs의 농도범위와 평균값은 1,814.34∼8,893.37(평균 4,657.73)㎍/㎏ dry wt.로 나타났다. 용존 Total PAHs와 부유입자물질 중 Total PAHs의 농도분포는 진해만의 주오염원이 있는 마산만으로 유입되는 삼호천에서 유사하게 높은 농도를 나타내었으며, 만 서쪽 해역으로 유입되는 하천들에서 낮은 농도를 나타내었다.
진해만으로 유입되는 하천 유입부하량은 용존 PAHs의 경우, 범위와 평균은 0.06∼12.05(평균 1.86)g/day로 산정되었으며 부유입자물질 중 PAHs는 0.12∼16.00(평균 2.41)g/day로 산정되었다. 용존 PAHs의 유입부하량과 부유입자물질 중 PAHs의 유입부하량 모두 유량이 많은 덕동하수처리장의 유입부하량이 총 유입부하량의 80% 이상을 차지하면서 가장 큰 유입부하량을 나타내었다.
진해만 해역의 해수 중 용존 PAHs 화합물의 Total PAHs의 농도범위와 평균값은 표층수에서 18.53∼32.08(평균 23.81)ng/L를 보였으며, 저층수에서는 39.65∼67.01(평균 52.81)ng/L로 나타나 표층수보다는 저층수에서 다소 높은 농도범위와 평균값을 나타내었다. 표층수의 농도분포는 진해만으로 유입되는 주요 도시하천이 있는 마산만에 있는 정점들에서 높은 농도로 나타났으며, 저층수는 만 남쪽입구 수로해역에 있는 정점들에서 높은 농도를 보였다.
진해만 해양퇴적물 중 Total PAHs의 농도범위와 평균값은 113.95∼553.09(평균 247.84)㎍/㎏ dry wt.를 나타내었으며, 해역들 중 가장 큰 오염이 예상되는 마산만 보다는 진해만 서쪽 내만인 진동만과 고현만이 위치한 정점들에서 상대적으로 높은 농도를 보였다. 이들 결과는 타 연구결과와 생물학적 영향에 대한 기준인 ER-L(Effect Range-Low)과 ER-M(Effect Range-Median) 보다는 낮은 농도로 해역에 있어서 PAHs 오염정도는 심하지 않은 것으로 나타났다.
PAHs 화합물의 조성비와 이성체 비를 이용한 해양퇴적물에서 PAHs 화합물의 기원을 조사한 결과, 진해만 연안주변 환경에서 도심지역의 자동차, 가정용 난방 등과 공업지역에서 산업활동 과정 중 화석연료와 원유제품 사용에 따른 연소기원이 큰 부분을 차지하였으며 일부 유류기원도 다소 나타났다.
하천수, 해수와 해양퇴적물에서 PAHs 화합물의 벤젠고리 형태별 조성비는 해양환경 매질에 따라 다른 조성비를 보였다. 이러한 결과는 PAHs 화합물의 물리･화학적 특성 등에 의해 나타나는 것으로 다수의 타 연구결과들에서와 유사한 결과를 보여주고 있다.
구축된 PAHs 거동예측모델을 시뮬레이션 한 결과, 모델의 상태변수인 용존 PAHs, 부유입자물질 중 PAHs, 식물플랑크톤 체내 PAHs는 비교적 빠른 단계에서 안정화 되었다. 안정화 된 모델에서 얻은 용존 PAHs의 계산치 농도와 실측치 농도의 상대오차는 A box에서 -2.00%, B box에서 -9.70%와 C box에서 18.7%로 모델의 재현성이 양호한 것으로 검토되어 거동예측에 매우 유용함을 확인할 수 있었다.
PAHs 거동예측 모델의 민감도 분석을 통해 진해만으로 유입된 PAHs 화합물의 해수 내 거동에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 용존 PAHs의 경우 흡착･탈착계수와 광분해계수이며, 부유입자물질 중 PAHs는 흡착계수와 침강속도 그리고 식물플랑크톤 체내 PAHs는 흡수율과 분비율 등으로 이들 인자에 대한 정밀한 검토가 필요할 것으로 판단된다.
진해만 해역에서 PAHs 화합물의 관리방안을 검토하기 위하여 구축된 모델을 이용하여 유입형태에 따른 유입부하량 삭감 시나리오 분석을 행한 결과, 수서환경 생물에 대한 'safe' 농도수준을 만족하는 수질환경기준치를 달성하기 위한 저감방안은 하천과 대기로부터 유입부하를 30% 삭감하였을 경우로 나타났다. 그리고 진해만 전체 해역에서 PAHs 화합물의 농도분포에 영향을 주는 유입부하 형태는 대기로 나타났으며, 지역적으로는 B box가 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 PAHs 화합물의 주 오염원들이 산재하고 A box는 다른 box에 비해 대기 유입부하에 의한 영향에 이어 하천 유입부하에 의한 영향을 다소 크게 받는 것으로 나타났다.
이들 결과로부터 진해만 해역에서의 PAHs 화합물은 연소과정에 의한 대기로부터의 유입에 의해 영향을 가장 크게 받고 또한 유역 하천으로부터의 유입의 영향을 받고 있음을 알 수 있으며, 해양환경 내의 PAHs 화합물을 관리하기 위해서는 대기 및 하천부하량을 30% 이상 삭감하는 관리방안이 필요할 것으로 나타났다.
인간활동으로 인해 PAHs(다환방향족탄화수소류) 화합물의 오염이 해양환경에서 광범위하게 일어나고 있다. 이러한 PAHs 화합물은 다양한 형태의 유류에서 가장 중요한 화합물이며, 화석연료와 유류제품 등의 사용으로 인한 연소과정에서 주로 발생된다. 해양환경으로는 다양한 경로를 통해 유입되며, 연안역과 하구역에 있어서는 도시화와 산업활동 중 연소에 의한 대기와 하천 등이 주요 유입경로이다. 유입된 PAHs 화합물은 잠재적으로 해양 수서환경 생물에 대해서 발암성과 돌연변이를 일으키고 있다.
본 연구는 도시화 및 산업화로 인한 PAHs 화합물의 오염이 예상되는 진해만으로 유입되는 하천과 해역의 해수와 해양퇴적물에서 PAHs 화합물을 분석하여 오염실태를 파악하였다. 또한 진해만에서 PAHs 화합물의 거동예측을 평가하기 위해 해수유동모델과 비보존계 Box 모델로 이루어진 PAHs 거동예측 모델을 구축하여 모델의 타당성을 검토하고, 해역에서 PAHs 화합물 농도분포에 영향을 주는 중요인자, 농도 저감방안과 유입부하형태에 따른 영향인자를 평가하기 위해 민감도분석 및 시나리오분석을 행하였다.
진해만에서 PAHs 화합물의 오염실태를 파악하기 위한 조사는 2008년 8월에 행하였다. 하천은 육역에서 유입되는 주요 7개 하천과 덕동하수처리장에서 수시료를 채취하였으며 이와 동시에 PAHs 화합물의 유입부하량을 산정하기 위해 유량을 측정하였다. 해역에서는 9개 정점에서 표･저층수와 해양퇴적물을 채취하였다. 분석한 PAHs 화합물의 항목은 미국 환경보호국(US, EPA)에서 우선적 오염물질로 선정한 16개 화합물을 분석하였다. 검출을 위한 전처리방법은 용존 PAHs 화합물은 액-액 추출법과 부유입자물질과 해양퇴적물 중 PAHs 화합물은 속슬렛 추출법을 이용하였으며, 최종적으로 농축하여 GC-MS 검출기를 이용하여 검출하였다.
진해만에서 PAHs 화합물의 거동예측을 평가하기 위해 해수유동모델과 비보존계 Box 모델로 이루어진 PAHs 거동예측 모델을 구축하였다. 해수유동모델은 이류 및 확산과정 등 물리적인 흐름에 의한 box 경계에서 PAHs 화합물의 수송을 계산하기 위해 도입되었다. 그리고 비보존계 Box 모델은 진해만의 해역을 3개의 box로 구분하고 스텔라프로그램을 이용한 box에서의 PAHs 화합물의 상태변수인 수준변수 및 변화율변수와 보조변수 등을 지정 수식화하여 구축하였다. 모델에서 상태변수로는 용존 PAHs, 부유입자물질 중 PAHs와 식물플랑크톤 체내 PAHs를 고려하였고, 변화율변수는 box 내로 유입되는 하천과 대기로부터의 유입부하, 생물･화학적 과정 그리고 경계를 통한 유･출입 등을 고려하였다.
진해만으로 유입되는 하천과 하수처리장에서 용존 Total PAHs의 농도범위와 평균값은 9.79∼128.25(평균 36.94)ng/L로 나타났으며, 부유입자물질 중 Total PAHs의 농도범위와 평균값은 1,814.34∼8,893.37(평균 4,657.73)㎍/㎏ dry wt.로 나타났다. 용존 Total PAHs와 부유입자물질 중 Total PAHs의 농도분포는 진해만의 주오염원이 있는 마산만으로 유입되는 삼호천에서 유사하게 높은 농도를 나타내었으며, 만 서쪽 해역으로 유입되는 하천들에서 낮은 농도를 나타내었다.
진해만으로 유입되는 하천 유입부하량은 용존 PAHs의 경우, 범위와 평균은 0.06∼12.05(평균 1.86)g/day로 산정되었으며 부유입자물질 중 PAHs는 0.12∼16.00(평균 2.41)g/day로 산정되었다. 용존 PAHs의 유입부하량과 부유입자물질 중 PAHs의 유입부하량 모두 유량이 많은 덕동하수처리장의 유입부하량이 총 유입부하량의 80% 이상을 차지하면서 가장 큰 유입부하량을 나타내었다.
진해만 해역의 해수 중 용존 PAHs 화합물의 Total PAHs의 농도범위와 평균값은 표층수에서 18.53∼32.08(평균 23.81)ng/L를 보였으며, 저층수에서는 39.65∼67.01(평균 52.81)ng/L로 나타나 표층수보다는 저층수에서 다소 높은 농도범위와 평균값을 나타내었다. 표층수의 농도분포는 진해만으로 유입되는 주요 도시하천이 있는 마산만에 있는 정점들에서 높은 농도로 나타났으며, 저층수는 만 남쪽입구 수로해역에 있는 정점들에서 높은 농도를 보였다.
진해만 해양퇴적물 중 Total PAHs의 농도범위와 평균값은 113.95∼553.09(평균 247.84)㎍/㎏ dry wt.를 나타내었으며, 해역들 중 가장 큰 오염이 예상되는 마산만 보다는 진해만 서쪽 내만인 진동만과 고현만이 위치한 정점들에서 상대적으로 높은 농도를 보였다. 이들 결과는 타 연구결과와 생물학적 영향에 대한 기준인 ER-L(Effect Range-Low)과 ER-M(Effect Range-Median) 보다는 낮은 농도로 해역에 있어서 PAHs 오염정도는 심하지 않은 것으로 나타났다.
PAHs 화합물의 조성비와 이성체 비를 이용한 해양퇴적물에서 PAHs 화합물의 기원을 조사한 결과, 진해만 연안주변 환경에서 도심지역의 자동차, 가정용 난방 등과 공업지역에서 산업활동 과정 중 화석연료와 원유제품 사용에 따른 연소기원이 큰 부분을 차지하였으며 일부 유류기원도 다소 나타났다.
하천수, 해수와 해양퇴적물에서 PAHs 화합물의 벤젠고리 형태별 조성비는 해양환경 매질에 따라 다른 조성비를 보였다. 이러한 결과는 PAHs 화합물의 물리･화학적 특성 등에 의해 나타나는 것으로 다수의 타 연구결과들에서와 유사한 결과를 보여주고 있다.
구축된 PAHs 거동예측모델을 시뮬레이션 한 결과, 모델의 상태변수인 용존 PAHs, 부유입자물질 중 PAHs, 식물플랑크톤 체내 PAHs는 비교적 빠른 단계에서 안정화 되었다. 안정화 된 모델에서 얻은 용존 PAHs의 계산치 농도와 실측치 농도의 상대오차는 A box에서 -2.00%, B box에서 -9.70%와 C box에서 18.7%로 모델의 재현성이 양호한 것으로 검토되어 거동예측에 매우 유용함을 확인할 수 있었다.
PAHs 거동예측 모델의 민감도 분석을 통해 진해만으로 유입된 PAHs 화합물의 해수 내 거동에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 용존 PAHs의 경우 흡착･탈착계수와 광분해계수이며, 부유입자물질 중 PAHs는 흡착계수와 침강속도 그리고 식물플랑크톤 체내 PAHs는 흡수율과 분비율 등으로 이들 인자에 대한 정밀한 검토가 필요할 것으로 판단된다.
진해만 해역에서 PAHs 화합물의 관리방안을 검토하기 위하여 구축된 모델을 이용하여 유입형태에 따른 유입부하량 삭감 시나리오 분석을 행한 결과, 수서환경 생물에 대한 'safe' 농도수준을 만족하는 수질환경기준치를 달성하기 위한 저감방안은 하천과 대기로부터 유입부하를 30% 삭감하였을 경우로 나타났다. 그리고 진해만 전체 해역에서 PAHs 화합물의 농도분포에 영향을 주는 유입부하 형태는 대기로 나타났으며, 지역적으로는 B box가 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 PAHs 화합물의 주 오염원들이 산재하고 A box는 다른 box에 비해 대기 유입부하에 의한 영향에 이어 하천 유입부하에 의한 영향을 다소 크게 받는 것으로 나타났다.
이들 결과로부터 진해만 해역에서의 PAHs 화합물은 연소과정에 의한 대기로부터의 유입에 의해 영향을 가장 크게 받고 또한 유역 하천으로부터의 유입의 영향을 받고 있음을 알 수 있으며, 해양환경 내의 PAHs 화합물을 관리하기 위해서는 대기 및 하천부하량을 30% 이상 삭감하는 관리방안이 필요할 것으로 나타났다.
The pollution of PAHs(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) is taking place extensively in the marine environment. The PAHs compounds are the most important component in various oil products and occur mainly as a result of anthropogenic activities. These compounds may enter into the marine environment i...
The pollution of PAHs(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) is taking place extensively in the marine environment. The PAHs compounds are the most important component in various oil products and occur mainly as a result of anthropogenic activities. These compounds may enter into the marine environment in a number of way and those in coastal estuary of urbanization and industrial activities region is mainly introduced into marine environment via atmosphere or river. The PAHs compounds in marine environment are potentially causing carcinogenic and mutagenic to aquatic organism.
This study is conducted to predict the behavior of PAHs in Jinhae bay where is expected to be contaminated area of PAHs by urbanization and industrialization. First of all, a field investigation is carried out to evaluate pollution of PAHs in seawater, sea sediment and riverine water that discharged into the Jinhae bay. And, sensitive and scenario analysis of the model is performed to assess the transport and fate of PAHs in Jinhae bay by using behavior prediction model that is consisted of ocean hydrodynamics model and non-conservative system box model.
In this study, the field investigation to evaluate the pollution of PAHs in Jinhae bay is carried out in August, 2008. The inflow water which is discharged into Jinhae bay is collected from seven main rivers and Deokdong WWTP(Wastewater Treatment Plant), and the flow rate is estimated to calculate the loading flux of PAHs at the same time. The surface and bottom seawater, and sea sediments are collected from nine stations of Jinhae bay. Analyzed PAHs is 16 PAHs that is selected as priority pollutants by EPA(US, Environmental Pretection Agency).
In case of the pre-treatment method for detection, liquid-liquid extraction method is used for dissolved PAHs in water sample and soxhlet extraction method is used for PAHs in SPM(Suspended Particulate Matter) and sea sediments. And GC-MS is used for detection of PAHs.
To assess the behavior prediction of PAHs in Jinhae bay, the PAHs behavior prediction model which is consisted of ocean hydrodynamics model and non-conservative system box model have been established. The ocean hydrodynamics model is adopted to calculate the transportation of PAHs at the box boundary from physical flow such as advection or diffusion processes, etc. The non-conservative system box model constructed numerically by using STELLA program is simulated in three boxes of Jinhae bay. For the state variable in the model, dissolved PAHs, PAHs in SPM and PAHs in phytoplankton is considered, while the loading flux of the river and atmosphere entered into the box, biological & chemical process of PAHs in box and the inflow or outflow through boundary of box is considered for the rate variable. .
The range and mean of dissolved total PAHs concentrations in the river and Duckdong WWTP that are entered into Jinhae bay were shown to be 9.79∼128.25(mean 36.94)ng/L, while the range and mean of total PAHs concentrations in SPM is shown to be 1,814.34∼8,893.37(mean 4,657.73)㎍/㎏ dry wt.. The dissolved total PAHs and total PAHs in SPM have shown high concentrations in the Samhocheon enter into the Masan bay where the main contaminated area of Jinhae bay, while is shown to be low concentrations at rivers where enter into the west area of the bay.
For the loading flux of river and Duckdong WWTP, the range and mean of dissolved total PAHs are calculated as 0.06∼12.05(mean 1.86)g/day, and total PAH in SPM calculated as 0.12∼16.00(mean 2.41)g/day. Duckdong WWTP is shown to be the greatest loading flux taking up more 80% for total loading flux by the flow rate.
In seawater of Jinhae bay, the range and mean of dissolved total PAHs concentrations is shown to be 18.53∼32.08(mean 23.81)ng/L at the surface water, 39.65∼67.01(mean 52.81)ng/L at the bottom water. It is shown to be high concentrations of range and mean value at the bottom water than the surface water. The concentration in the surface water is shown to be high concentrations in stations of Masan bay where main rivers enter into Jinhae bay while that in the bottom water is shown to be high concentrations in the south waterway of the bay.
In sea sediments of Jinhae bay, the range and mean of total PAHs concentrations is shown to be 113.95∼553.09(mean 247.84)㎍/㎏ dry wt.. The distribution of total PAHs is shown to be high concentrations in stations of Jindong bay and Gohyeon bay in the west inner bay of Jinhae bay rather than Masan bay where the greatest contamination is expected. The total PAHs concentrations in sea sediments of Jinhae bay are lower than the biological effect guidelines and other some results. The degree of PAHs contamination in Jinhae bay is not shown as being serious yet.
The composition ratio of dissolved PAHs by benzene ring number in river water and sea water, those of PAHs in SPM of river and sea sediment are shown to be each other different pattern according to environment media. This results are shown to be the similar pattern by physical and chemical characteristics of PAHs compared to other studies.
The origin pattern of PAHs in sea sediment using composition and isomeric ratio of PAHs seem to be pyrolytic origin from various combustion presses such as use of fossil fuel and oil products in industrial activities as well as automobiles and home heating systems of urban area.
As a result of simulating PAHs prediction model, dissolved PAHs, PAHs in SPM and PAHs in phytoplankton that are state variable of model have been stabilized at a relatively early calculation stage. The relative error for calculated and observed concentration of dissolved PAHs in seawater is evaluated as being satisfactory with -2.00% at A box, -9.70% at B box, 18.7% at C box. This results could be confirmed very useful for the behavior prediction of the model.
The factors that had the greatest influence on concentration variation of each state variable from sensitivity analysis of prediction model are adsorption rate and photolysis rate in dissolved PAHs, while those of PAHs in SPM is shown to be adsorption rate and sinking rate of SPM. In addition, those of PAHs in phytoplankton is shown to be uptake rate and excretion rate.
The reduction plan to accomplish the water quality guidelines for dissolved total PAHs showing 'safe' concentration to aquatic organism in Jinhae bay through scenario analysis of the model was required to reduce of the loading flux from the river and atmosphere up to 30%. And the pattern of loading flux affecting distribution of PAHs in seawater of Jinhae bay is estimated as the loading flux from atmosphere, which is shown to be as having the greatest influence in B box among the boxes. In the other hand, A box where Masan bay having main contamination sources of PAHs is shown to be getting the little high influence loading flux from river compared to other boxes.
In view of these results, the main route of PAHs contamination in Jinhae bay is considered to be the load from the atmosphere by combustion precess. It is assessed that a management plan such as influence loading flux reduction to control the PAHs pollution in Jinhae bay is needed.
The pollution of PAHs(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) is taking place extensively in the marine environment. The PAHs compounds are the most important component in various oil products and occur mainly as a result of anthropogenic activities. These compounds may enter into the marine environment in a number of way and those in coastal estuary of urbanization and industrial activities region is mainly introduced into marine environment via atmosphere or river. The PAHs compounds in marine environment are potentially causing carcinogenic and mutagenic to aquatic organism.
This study is conducted to predict the behavior of PAHs in Jinhae bay where is expected to be contaminated area of PAHs by urbanization and industrialization. First of all, a field investigation is carried out to evaluate pollution of PAHs in seawater, sea sediment and riverine water that discharged into the Jinhae bay. And, sensitive and scenario analysis of the model is performed to assess the transport and fate of PAHs in Jinhae bay by using behavior prediction model that is consisted of ocean hydrodynamics model and non-conservative system box model.
In this study, the field investigation to evaluate the pollution of PAHs in Jinhae bay is carried out in August, 2008. The inflow water which is discharged into Jinhae bay is collected from seven main rivers and Deokdong WWTP(Wastewater Treatment Plant), and the flow rate is estimated to calculate the loading flux of PAHs at the same time. The surface and bottom seawater, and sea sediments are collected from nine stations of Jinhae bay. Analyzed PAHs is 16 PAHs that is selected as priority pollutants by EPA(US, Environmental Pretection Agency).
In case of the pre-treatment method for detection, liquid-liquid extraction method is used for dissolved PAHs in water sample and soxhlet extraction method is used for PAHs in SPM(Suspended Particulate Matter) and sea sediments. And GC-MS is used for detection of PAHs.
To assess the behavior prediction of PAHs in Jinhae bay, the PAHs behavior prediction model which is consisted of ocean hydrodynamics model and non-conservative system box model have been established. The ocean hydrodynamics model is adopted to calculate the transportation of PAHs at the box boundary from physical flow such as advection or diffusion processes, etc. The non-conservative system box model constructed numerically by using STELLA program is simulated in three boxes of Jinhae bay. For the state variable in the model, dissolved PAHs, PAHs in SPM and PAHs in phytoplankton is considered, while the loading flux of the river and atmosphere entered into the box, biological & chemical process of PAHs in box and the inflow or outflow through boundary of box is considered for the rate variable. .
The range and mean of dissolved total PAHs concentrations in the river and Duckdong WWTP that are entered into Jinhae bay were shown to be 9.79∼128.25(mean 36.94)ng/L, while the range and mean of total PAHs concentrations in SPM is shown to be 1,814.34∼8,893.37(mean 4,657.73)㎍/㎏ dry wt.. The dissolved total PAHs and total PAHs in SPM have shown high concentrations in the Samhocheon enter into the Masan bay where the main contaminated area of Jinhae bay, while is shown to be low concentrations at rivers where enter into the west area of the bay.
For the loading flux of river and Duckdong WWTP, the range and mean of dissolved total PAHs are calculated as 0.06∼12.05(mean 1.86)g/day, and total PAH in SPM calculated as 0.12∼16.00(mean 2.41)g/day. Duckdong WWTP is shown to be the greatest loading flux taking up more 80% for total loading flux by the flow rate.
In seawater of Jinhae bay, the range and mean of dissolved total PAHs concentrations is shown to be 18.53∼32.08(mean 23.81)ng/L at the surface water, 39.65∼67.01(mean 52.81)ng/L at the bottom water. It is shown to be high concentrations of range and mean value at the bottom water than the surface water. The concentration in the surface water is shown to be high concentrations in stations of Masan bay where main rivers enter into Jinhae bay while that in the bottom water is shown to be high concentrations in the south waterway of the bay.
In sea sediments of Jinhae bay, the range and mean of total PAHs concentrations is shown to be 113.95∼553.09(mean 247.84)㎍/㎏ dry wt.. The distribution of total PAHs is shown to be high concentrations in stations of Jindong bay and Gohyeon bay in the west inner bay of Jinhae bay rather than Masan bay where the greatest contamination is expected. The total PAHs concentrations in sea sediments of Jinhae bay are lower than the biological effect guidelines and other some results. The degree of PAHs contamination in Jinhae bay is not shown as being serious yet.
The composition ratio of dissolved PAHs by benzene ring number in river water and sea water, those of PAHs in SPM of river and sea sediment are shown to be each other different pattern according to environment media. This results are shown to be the similar pattern by physical and chemical characteristics of PAHs compared to other studies.
The origin pattern of PAHs in sea sediment using composition and isomeric ratio of PAHs seem to be pyrolytic origin from various combustion presses such as use of fossil fuel and oil products in industrial activities as well as automobiles and home heating systems of urban area.
As a result of simulating PAHs prediction model, dissolved PAHs, PAHs in SPM and PAHs in phytoplankton that are state variable of model have been stabilized at a relatively early calculation stage. The relative error for calculated and observed concentration of dissolved PAHs in seawater is evaluated as being satisfactory with -2.00% at A box, -9.70% at B box, 18.7% at C box. This results could be confirmed very useful for the behavior prediction of the model.
The factors that had the greatest influence on concentration variation of each state variable from sensitivity analysis of prediction model are adsorption rate and photolysis rate in dissolved PAHs, while those of PAHs in SPM is shown to be adsorption rate and sinking rate of SPM. In addition, those of PAHs in phytoplankton is shown to be uptake rate and excretion rate.
The reduction plan to accomplish the water quality guidelines for dissolved total PAHs showing 'safe' concentration to aquatic organism in Jinhae bay through scenario analysis of the model was required to reduce of the loading flux from the river and atmosphere up to 30%. And the pattern of loading flux affecting distribution of PAHs in seawater of Jinhae bay is estimated as the loading flux from atmosphere, which is shown to be as having the greatest influence in B box among the boxes. In the other hand, A box where Masan bay having main contamination sources of PAHs is shown to be getting the little high influence loading flux from river compared to other boxes.
In view of these results, the main route of PAHs contamination in Jinhae bay is considered to be the load from the atmosphere by combustion precess. It is assessed that a management plan such as influence loading flux reduction to control the PAHs pollution in Jinhae bay is needed.
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