[논문]공단지역 주변 토양 중 PCBs 농도분포 및 발생원 추정에 관한 연구

박석운; 김경수; 김종국

공단지역 주변 토양 중 PCBs 농도분포 및 발생원 추정에 관한 연구
Concentration Distribution of PCBs in Soil Around Industrial Complex and Relationship with PCBs Sources 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.29 no.5, 2007년, pp.521 - 527

박석운 (전력연구원 환경구조연구소 환경화학분석센터) , 김경수 (청주대학교 환경공학과) , 김종국 (전북대학교 환경공학과)

초록
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PCBs의 오염정도 파악과 발생원 추정을 위해 다양한 발생원이 밀집한 시화 공단지역을 중심으로 8개의 토양시료를 채취 분석하였다. 토양 중 PCBs의 농도는 $2.43\sim274$ ng/g dry($0.116\sim60.5$ pg WHO-TEQ/g dry)의 범위로 검출되었고, 배가스 시료는 $48.6\sim2,872ng/m^3(0.00150\sim15.2ng\;WHO-TEQ/m^3)$의 범위로 조사되었으며, 이는 기존의 연구결과와 비교적 유사한 수준인 것으로 나타났다. 토양 중 PCBs의 동족체분포는 시료마다 다양한 패턴을 보였으나, 동족체 중 이성질체분포는 매우 유사한 경향을 나타내었다. 토양시료에 대한 발생원 추정을 위해 주성분분석을 수행한 결과 누적부하량이 95.7%인 주성분 1, 2를 추출할 수 있었다. 또한 Aroclors와 배출가스의 이성질체패턴 비교결과를 토대로 토양시료의 주성분분석 결과를 해석한 결과, 연소공정보다는 제품 PCBs에 의한 영향이 많은 것으로 추정되었고, 토양 중 PCBs의 많은 부분을 기존의 발생원인 제품 PCBs와 연소공정으로 설명할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

To investigate the relationship between PCB sources and concentration level in soil, PCBs concentration of 8 soil samples around Shiwa industrial complex were measured. The concentration of PCBs in soil samples were ranged from 2.43 to 274 ng/g dry (0.116 to 60.5 pg WHO-TEQ/g dry) md off-gas were ranged from 48.6 to $2872ng/m^3(0.00150\sim15.2ng\;WHO-TEQ/m^3)$; these are similar levels with results of previous study in Korea. The homologue patterns in soil samples were varied from sample to sample, but isomer patterns were very similar with each other. The two principal components were extracted by Principal Component Analysis(PCA) of 8 soil samples and cumulative factor loading was 95.7%. As the result of PCA, it could be expected that PCBs in soil samples of this study were more affected by PCB products than combustion process and mostly affected by already-known sources.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

발생원 주변 토양 중 PCBs 오염실태 및 농도분포를 파악하고 발생원을 추정하기 위하여 시화공단지역 토양을 중심으로 연구를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 주성분분석(PCA)을 통해 토양시료와 발생원과의 관계를 규명하고자 하였다. 발생원으로써 변압기 절연유에 사용된 Aroclors(제품)와 본 연구의 배가스(연소공정) 를 PCBs의 발생원으로 사용하였다.
이에 본 연구에서는 발생원 주변 환경매질 증 토양에 대하여 PCBs의 오염실태를 조사하고, 각 발생원을 추정함으로써, 향후 배출량조사, 배출계수 산정 및 발생원 관리를 위한 기초를 마련하고자 하였다.

제안 방법

정제를 진행하였다. 각 시료의 추출액은 황산처리, 실리카겔 컬럼, 알루미나 컬럼 및 활성탄 컬럼을 적절히 병행하여 정제를 수행하였고, 그 농축액을 기기분석에 사용하였다. 모든 시약 및 용매는 '잔류농약 분석용' 또는 TCBs 분석용을 사용하였고, 모든 유리초자는 아세톤과 헥산을 이용하여 미리 세척한 후 사용하였으며 매질별 공시험을 수행하여 외부요인에 기인한 오염을 배제하였다.
각 시료의 추출액은 황산처리, 실리카겔 컬럼, 알루미나 컬럼 및 활성탄 컬럼을 적절히 병행하여 정제를 수행하였고, 그 농축액을 기기분석에 사용하였다. 모든 시약 및 용매는 '잔류농약 분석용' 또는 TCBs 분석용을 사용하였고, 모든 유리초자는 아세톤과 헥산을 이용하여 미리 세척한 후 사용하였으며 매질별 공시험을 수행하여 외부요인에 기인한 오염을 배제하였다.
그러나, 만일 발생원이 여러 화학종들에 의한 특정한 분포를 보인다면 다변량 통계기법을 통해 발생원을 추정할 수 있게 된다. 이때 가능한 많은 화학종을 이용한다면 좀 더 정확한 발생원 추정이 가능하게 되는데, 본 연구에서는 국내에서는 거의 수행된 바가 없었던 토양시료와 발생원의 전이 성체 분석값을 이용하여 주성분분석을 수행하였다.
않기 때문에 PCBs를 분리 . 정량하기 위하여 2종류 이상의 컬럼을 병행하여 사용하나, 본 연구에서는 여러컬럼 증 DB-5MS 컬럼을 사용하여 PCBs 분석을 수행하였다. 분석기기는 HP6890/MAT95XP(Thermo Finnigan)를 사용하였고, 극미량 화합물의 정량 및 검출에 널리 이용되고 있는 EI-SIM(Electron Impack/Selected Ion Monitoring) 법으로 10, 000 이상의 분해능에서 PCBs의 전이성질체 분석을 수행하였다.

대상 데이터

서론에서 언급한 바와 같이 제품 중의 PCBs는 그 사용처가 축전기 및 변압기의 절연유를 비롯하여 매우 다양하기 때문에 이들 제품들을 일일이 구분하는 것은 현실적으로 매우 복잡한 작업이다. 또한, 현재 폐기물공정시험법에서도 Aroclor 표준물질을 이용한 피크패턴법으로 폐기물 증 PCBs를 분석하도록 규정하고 있기 때문에, 본 연구에서는 제품 중 PCBs를 대표하여 Aroclor를 사용하였으며 세부적인 자료는 U.S. EPA의 자료를 이용하였다. 주성분분석은 통계분석 프로그램인 SPSS 10.
관계를 규명하고자 하였다. 발생원으로써 변압기 절연유에 사용된 Aroclors(제품)와 본 연구의 배가스(연소공정) 를 PCBs의 발생원으로 사용하였다. 서론에서 언급한 바와 같이 제품 중의 PCBs는 그 사용처가 축전기 및 변압기의 절연유를 비롯하여 매우 다양하기 때문에 이들 제품들을 일일이 구분하는 것은 현실적으로 매우 복잡한 작업이다.
토양시료는 금속, 기계, 석유화학 및 일부 재활용 관련 시설 등 다양한 소각시설과 산업시설이 밀집해 있는 시화 공단지역을 위주로 반경 5 km 내의 지역을 대표할 수 있도록 채취하였고, 배가스 시료는 도시폐기물 소각시설과 산업폐기물 소각시설을 각각 구분하여 채취하였다. 토양시료는 내분비계장애 물질측정분석 방법(2002)에 따라 채취하였고, 배 가스 시료는 대기오염공정시험방법에 준하여 채취하였다.

데이터처리

EPA의 자료를 이용하였다. 주성분분석은 통계분석 프로그램인 SPSS 10.0 을 사용하였으며 8개 토양시료의 결과 중 1 ~3 CB를 제외한 동족체의 전 이성질체값을 사용하여 수행하였다. Fig.

이론/모형

정량하기 위하여 2종류 이상의 컬럼을 병행하여 사용하나, 본 연구에서는 여러컬럼 증 DB-5MS 컬럼을 사용하여 PCBs 분석을 수행하였다. 분석기기는 HP6890/MAT95XP(Thermo Finnigan)를 사용하였고, 극미량 화합물의 정량 및 검출에 널리 이용되고 있는 EI-SIM(Electron Impack/Selected Ion Monitoring) 법으로 10, 000 이상의 분해능에서 PCBs의 전이성질체 분석을 수행하였다. Table 1에 H/GC/HRMS의 자세한 기기분석 조건을 나타내었다.
채취한 토양시료와 배가스 시료는 내분비계 장애 물질측정분석 방법(2002)과 US EPA Method 1668a에 준하여 전처리 및 정제를 진행하였다. 각 시료의 추출액은 황산처리, 실리카겔 컬럼, 알루미나 컬럼 및 활성탄 컬럼을 적절히 병행하여 정제를 수행하였고, 그 농축액을 기기분석에 사용하였다.
소각시설을 각각 구분하여 채취하였다. 토양시료는 내분비계장애 물질측정분석 방법(2002)에 따라 채취하였고, 배 가스 시료는 대기오염공정시험방법에 준하여 채취하였다.Fig.

성능/효과

1) 토양 중 PCBs의 농도분포는 2.43 ~274 ng/g dry의 범위로 나타났고, 배가스 시료는 48.6-2, 872 ng/n?으로 나타났다. WHO-TEQ 농도로 환산할 경우 토양은 0.
2) 토양 중 PCBs의 동족체분포는 시료마다 조금씩 다른 패턴을 보이고 있었으나, 크게 두 분류로 나눌 수 있었다. 그러나 동족체 중 이성질체 분포는 서로 매우 유사한 패턴을 보이고 있어 PCBs의 환경 중 거동을 해석하는데 중요한 단서가 될 것으로 판단된다.
3) PCBs의 주된 발생원으로 알려진 제품 PCBs와 연소공정을 대표하는 소각로 배가스 시료를 사용하여 토양 중 PCBs 에 대한 주성분분석 결과를 해석한 결과, 명확한 정량적인 의미가 포함되지는 않았지만 연소공정보다는 제품 PCBs에 의해 영향을 많이 받은 것으로 추정된다.
본 연구의 토양시료 중 PCBs의 동족체별 농도분포 또한 전반적으로 저염소 치환체가 고염소 치환체보다 많은 비율을 차지하고 있는 것으로 나타났다. PCBs의 농도가 상대적으로 고농도인 시료들(HS-8, HS-14, HS-20)은 비교적 상이한 동족체분포를 보이고 있었는데, 특히 PCB#93, 89/90, 99, 110, 118/106, 136, 149/139, 153, 182/187, 180 등의 농도가 상대적으로 높았다. 이들 이성질체들은 배가스 시료와 Aroclor 의 이성질체분포 패턴을 비교한 결과 Arocloi.
있다. 본 연구의 토양시료 중 PCBs의 동족체별 농도분포 또한 전반적으로 저염소 치환체가 고염소 치환체보다 많은 비율을 차지하고 있는 것으로 나타났다. PCBs의 농도가 상대적으로 고농도인 시료들(HS-8, HS-14, HS-20)은 비교적 상이한 동족체분포를 보이고 있었는데, 특히 PCB#93, 89/90, 99, 110, 118/106, 136, 149/139, 153, 182/187, 180 등의 농도가 상대적으로 높았다.
00 ng I-TEQ/n?의 범위로 보고한 바가 있다. 본 연구의 토양시료의 경우 PCBs의 농도가 상대적으로 고농도로 검출된 HS-8, HS-14, HS-20을 제외하면 본 연구의 결과를 I- TEQ 농도로 환산했을 경우 TEQ 농도범위는 0.116~0.983 pg I-TEQ/g dry, 배가스 시료의 경우 0.00140~ 14.4 ng I-TEQ/ mW 범위로써 Chang 등의 결과와 비교적 유사한 것으로 사료된다.
따라서 주성분분석결과의 해석을 연소공정과 제품 중 PCBs 간의 비교에 무게를 둔다면 개별 Aroclor 제품을 구분하는 것은 큰 의미가 없는 것으로 판단된다. 이러한 관점에서 보면 본 연구의 토양시료는 주로 제품 중 PCBs의 영향을 많이 받았으며, 배가스는 발생원으로서의 영향이 거의 없는 것으로 사료된다. 더욱이, Fig.
토양의 경우 PCB#167을 비롯하여 #105, 118의 비율이 높았고 PCB#81은 그 비율이 매우 낮았는데, 이는 Aroclors 와 유사하고 배가스 시료와는 대조되는 것이었다. 이를 종합해보면 토양 중 Co-PCBs는 주로 Aroclors의 영향을 받은 것으로 생각되고, PCB#167과 같이 Aroclors에서의 함유량이 적거나 거의 없는 이성질체를 통해 Aroclors 제품 이외의 발생원을 예상할 수 있었다.
주성분분석 결과 본 연구의 토양시료에 대해서 인자 부하량이 각각 58.1%, 37.6%인 2개의 주성분이 추출되었다. 주성분 1, 2의 누적부하량은 95.

후속연구

6(a)의 주성분 1, 2는 통계적 해석기법을 통해 8개의 토양시료에서 추출한 것으로써 실제 발생원의 profile 이 입력된 결과가 아니기 때문에 정확한 정량적인 의미가 포함되지 않았음을 간과해서는 안 된다. 이러한 부분은 좀 더 많은 수의 시료분석과 이에 대한 심도있는 고찰 및 선형회귀모델과 같은 추가적인 분석기법을 수행한다면 발생 원들과 토양 시료와의 정량적인 관계를 좀 더 명확히 알 수 있고, 기존에 알려진 발생원 이외에 제3의 발생원의 존재에 대한 고찰도 가능할 것으로 판단된다.

참고문헌 (21)

Dale, R. R., Andy, B., B, F., Corren, H., Dale, H., Katharine, K., Marlene, B., Terry, S., William, A. T., Henry, R., Eric, R., Liza, R., 'Concentrations of dioxinlike PCB congeners in unweathered Aroclors by HRGC/ HRMS using EPA Method 1668A,' Chemosphere, 54, 79-87(2004)

상세보기
Guidelines for the identification of PCBs and materials Containing PCBs, First Issue, UNEP Chemicals(1999)
Preparation of a National Environmentally Sound Management Plan for PCBs and PCB-Contaminated Equipment, Basel Convention(2003)
이동수, 잔류성유기오염물질(POPs) 배출원 조사기법 개발(최종보고서), 서울대학교 환경계획연구소, 환경부(2003)
절연유 중 PCBs 세부분석 지침, 국립환경과학원(2004)
PCBs 함유 제품 및 폐기물 중의 PCBs 분석방법 개발, 국립환경과학원(2005)
Knut, B., Andy, S., Jozef, M. P., and Kevin, C. J., 'Towards a global historical emission inventory for selected PCB congeners - a mass balance approach: I. Global production and consumption,' The Science of The Total Environment, 290(1-3), 181-198(2002)

상세보기
여현구, 최민규, 천만영, 선우영, 도시 및 교외지역에서 대기 중 PCBs의 온도의존성을 이용한 발생원 특성, 대한환경공학회지, 24(5), 813-825(2002)

상세보기
김경수, 송병주, 박석운, 김종국, 공단지역 대기 중 PCBs의 오염농도 및 발생원 추정, 대한환경공학회지, 27(4), 385-389(2005)

원문보기 상세보기
서용찬, 이석헌, 김경심, 송병주, 김종국, 한강 수계 중 coplanar-PCBs의 잔류 농도 및 거동 특성 연구, 대한환경공학회지, 26(11), 1225-1231(2004)

상세보기
Harrad, S. J., Sewart, A. P., Alcock, R., Boumphery, R., Burnett, V., Duarte-Davison, R., Halsall, C., Sanders, G., Waterhouse, K., Wild, S. R., and Jones, K. C., 'Polychlorinated biphenyls(PCBs) in the British environment; sinks, sources and temporal trends,' Environ. Pollut, 85, 131-146(1994)

상세보기
IPCS INCHEM/EHC 140, http://www.inchem.org, 2nd Edition(1992)
내분비계장애물질측정분석방법, 국립환경과학원(2002)
Paul, C. H., James, G. Q., Robert, W. C., John, W. K., 'The distribution and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons in Narragansett Bay surface sediments,' Marine Pollution Bulletin, 48, 351-358(2004)

상세보기
Guo, H., Wang, T., Simpson, I. J., Blake, D. R., Yu, X. M., Kwok, Y. H., and Li, Y. S., 'Source contributions to ambient VOCs and CO at a rural in eastern China,' Atmospheric Environment, 38(27), 4551-4560(2004)

상세보기
내분비계장애물질조사연구, 국립환경과학원(2004)
Lovett, A. A., Foxall, C. D., Ball, D. J., and Creaser, C. S., 'The Panteg monitoring project: comparing PCB and dioxin concentrations in the vicinity of industrial facilities,' J. Hazard. Mater., 61(1-3), 175-185(1998)

상세보기
Melissa L. Whitfield Aslund, Barbara A. Zeeb, Allison Rutter, Kenneth J. Reimer, In situ phytoextraction of polychlorinated biphenyl - (PCB) contaminated soil, Science of the Total Environment, 374, 1-2(2007)

상세보기
Chang, Y. S., Kong, S. B., and Michael, G. I., 'PCBs concentrations to the total TEQ released from Korean municipal and industrial waste incinerators,' Chemosphere, 39(15), 2629-2640(1999)

상세보기
Kim, K. S., Yusuke, H., Mika, K., Kouhei, U., and Shigeki, M., 'Detailed PCB congener patterns in incinerator flue gas and commercial PCB formulations(Kanechlor),' Chemosphere, 55(4), 539-553(2004)

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金暻洙, 大氣中PCBの擧動及びMass Balanceに關する硏究, 博士學位論文, 橫浜國立大學院, 環境情報學府 (2004)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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