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문제 정의
- 본 연구에서는 부산시 하천지역의 PCBs의 환경오염실태를 조사하여 향후 국내 PCBs 연구와 대책수립에 기초자료로 활용하고자 한다.
제안 방법
- 2와 같이 낙동강 본류와 합류가 되는 지점에서부터 일정한 간격으로 분할하여 지점을 선정하고 지류와 합류되는 지점에 대해 추가 조사 지점을 선정하여 11개 지점에 대해 조사를 실시하였다. G구 일대의 조사는 Fig. 3에 나타난 바와 같이 주요 하천을 중심으로 하여 하천수와 하천퇴적물, 하천 주변의 농경지 토양에 대해 총 27개 지점에서 조사를 실시하였다.
- PCBs 오염 현황 파악을 위하여 대상지점의 하천수/저질토/표토에 대한 오염 분석을 실시하였다. H천의 경우 상류에 주거지역이 밀집되어있으며, 하류의 경우 S구 일대 공장 밀집지역의 폐수가 지류인 U천을 통해 합류되고 있다.
- PCBs의 현황 파악을 위하여 한국환경공단에서 제공하는 환경정보시스템의 자료를 활용하여 시도 측정망과 환경부 측정망 중 오염이 예상되는 지역을 선정하여 사전조사를 실시하였다. 사전연구에서 공장/산업지대에 대하여 대상물질의 농도가 타 지역에 비해 상대적으로 높은 하천지역(S구 H하천)에 대하여 추가적으로 조사하였으며, 농경지역에 대한 오염을 확인하기 위하여 G구에 지점을 선정하여 2009년 5월부터 7월 까지 조사를 실시하였다.
- S구의 H천에 대한 조사 지점은 Fig. 2와 같이 낙동강 본류와 합류가 되는 지점에서부터 일정한 간격으로 분할하여 지점을 선정하고 지류와 합류되는 지점에 대해 추가 조사 지점을 선정하여 11개 지점에 대해 조사를 실시하였다. G구 일대의 조사는 Fig.
- 각 시료의 추출은 속실렛 및 다층 실리카겔 컬럼을 이용하였으며, 속실렛 추출시 하천수 시료는 톨루엔, 토양/퇴적물의 경우는 염화메틸렌용액을 사용하는 것 외에는 동일한 과정을 거친다. 기기분석은 HP5 컬럼을 이용하여 GC/ECD(HP4890)로 분석을 하였다. 기기 분석을 위한 전처리 과정을 Fig.
- 조사 대상지점에서 검출된 PCBs는 자연 발생적인 것이 아니라 인위적으로 제조된 매우 안정한 화합물로서 환경매질에 의한 자연적 분해의 가능성이 매우 낮다고 판단이 된다. 따라서 본 연구에서는 분석된 대상시료와 상업적으로 사용된 PCBs 제품(Aroclor 1242, 1248, 1254, 1260 및 Kanechlor 300, 400, 500, 600)의 동족체 분포를 입력변수로 하여 주성분분석과 군집분석을 수행하고 Fig. 11, 12에 나타내었다. 군집분석에서 거리는 각 시료간의 유사성을 판단하는 척도이며, 거리가 멀수록 유사성이 멀어진다.
- 모든 시료는 채취한 당일 분석을 위한 전처리를 실시하였으며, 퇴적물 시료와 토양 시료는 건조 후 막자사발을 이용하여 분쇄한 뒤 눈금간격이 1 mm인 체에 통과시켜 혼합하여 표준시료로 만든 뒤 갈색 유리병에 넣어 냉암소에 보관하였다. 각 시료의 추출은 속실렛 및 다층 실리카겔 컬럼을 이용하였으며, 속실렛 추출시 하천수 시료는 톨루엔, 토양/퇴적물의 경우는 염화메틸렌용액을 사용하는 것 외에는 동일한 과정을 거친다.
- 발생원이 여러 화학종들에 의한 특정한 분포를 보인다면 다변량 통계기법을 통해 발생원을 추정할 수 있다. 본 연구에서는 조사지점의 이성체 분석값을 이용하여 발생원을 추적하였다(최달순, 2008).
- 연구기간동안 측정된 결과를 토대로 H천과 G구 일대의 PCBs 오염분포도를 작성하여 분포를 비교하였다. H천의 경우 하천수, 표토, 퇴적물의 오염분포가 비슷한 양상을 보이며, A-1 ~ A-3 지점에서 오염도가 높고, A-4 ~ A-8 지점의 농도는 비슷한 수준으로 유지되고 있는 것으로 나타났다.
- 하천수의 경우 용기에 의한 오염을 막기 위해 유리병에 채취하였다. 퇴적물 시료는 각 지점에 대하여 그랩 시료채취기를 이용하여 표면 퇴적물을 채취하였으며, 토양의 경우 공정시험법에 준하여 채취한 후 두 시료 모두 폴리에틸렌 용기에 담아 운반하였다.
대상 데이터
- 검출된 이성체는 주로 PCB 28, 52, 101, 138, 153, 180이었으며, 각각 염소가 3, 4, 5, 6, 6, 7개 연결된 이성체이다. 본 연구에서 확인된 이성체의 분포패턴을 Fig.
- PCBs의 현황 파악을 위하여 한국환경공단에서 제공하는 환경정보시스템의 자료를 활용하여 시도 측정망과 환경부 측정망 중 오염이 예상되는 지역을 선정하여 사전조사를 실시하였다. 사전연구에서 공장/산업지대에 대하여 대상물질의 농도가 타 지역에 비해 상대적으로 높은 하천지역(S구 H하천)에 대하여 추가적으로 조사하였으며, 농경지역에 대한 오염을 확인하기 위하여 G구에 지점을 선정하여 2009년 5월부터 7월 까지 조사를 실시하였다.
데이터처리
- 대상지역의 샘플은 각 지점에 대해 매체별로 3개의 sample을 채취하여 분석시 평균값을 이용하였다. 전 시료의 채취 및 보관은 USEPA의 “Methods for collection, storage, and manipulation of sediments for chemical and toxicological analyses : Technical manual”에 준하여 실시하였다.
- ). 방법검출한계 확인은 크로마토그램에서 대상물질의 신호대잡음비(S/N ratio)가 2.5에 해당되는 이론적인 산출농도와 비교하여 확인하였으며, 검출한계값은 0.1 ug/Kg 이었다.
- 일반적으로 Aroclor나 Kanechlor 등 PCB 제품은 특정 염소화 동족체의 비율만이 높으며, 소각로의 배가스에서는 8CB ~ 9CB의 고염소화 동족체의 비율이 높다(김경수 등, 2005). 이러한 동족체 비율의 확인을 명확히 하고, 분석대상 시료와 PCBs 제품과의 관련성을 확인하기 위하여 통계적 기법을 사용하였다. 조사 대상지점에서 검출된 PCBs는 자연 발생적인 것이 아니라 인위적으로 제조된 매우 안정한 화합물로서 환경매질에 의한 자연적 분해의 가능성이 매우 낮다고 판단이 된다.
- 회수율 실험은 각 매질별로 표준시료를 조제 하여 내부표준물질인 DF-IS-J를 주입한 후 분석을 시행하였으며, 분석시 회수율은 83 ~ 112%였다(Table 1.). 방법검출한계 확인은 크로마토그램에서 대상물질의 신호대잡음비(S/N ratio)가 2.
이론/모형
- 4에 나타내었다. 기기분석을 통한 대상물질의 정성/정량 및 이성체 분석은 Aroclor 1242, 1248, 1254, 1260를 이용한 피크패턴법 및 PCB 28, 52, 101, 138, 153, 180을 이용한 개별 이성체 정량법을 사용하였다.
- 오염발생원을 추적하기 위하여 통계적 해석 방법을 이용하였다. 통계적 수법 중 주성분분석(Principal Component Analysis: PCA)과 군집분석(Cluster Analysis)은 환경역학적인 측면에서 널리 이용되는 통계적 수법이다.
- 전 시료의 채취 및 보관은 USEPA의 “Methods for collection, storage, and manipulation of sediments for chemical and toxicological analyses : Technical manual”에 준하여 실시하였다.
- 전 시료의 채취 및 보관은 USEPA의 “Methods for collection, storage, and manipulation of sediments for chemical and toxicological analyses : Technical manual”에 준하여 실시하였다. 하천수 시료는 수질오염 공정시험법과 먹는물공정시험법, 토양/저질시료의 경우에는 토양오염공정시험법에 준하여 샘플링 및 전처리를 하고 PCBs 분석을 위한 추출/정제 등은 잔류성유기오염물질공정시험법에 준하여 분석을 실시하였다. 모든 시료분석과 관련된 정도관리(QA/QC)는 USEPA(1995)의 “QA/QC guidance for sampling for analysis of sediments, water, and tissues for dredged material evaluations.
성능/효과
- H천의 경우는 주성분 분석에서 거의 대부분 지점의 시료가 하나의 그룹으로 묶였으며, Aroclor 1254, Kanechlor 600과 상관성이 높은 것으로 나타났다.
- 대상지역의 PCBs 동족체 패턴은 대부분 3CB와 6CB의 비율이 높게 나타났으며, 동족체 내 이성체의 패턴은 오염원이 될 수 있는 배출원 중 제품(KC500&600)과 유사한 패턴을 보이고 있었다.
- 과거의 지속적인 오염이 진행된 U천이 H천 하류에서 합류하여 오염이 진행된 것으로 파악된다. 본 연구에 앞서 사전연구를 통해 조사된 U천의 하천수와 퇴적물에서 각각 3.12 ~ 5.06 ug/L와 85.13 ~ 105.61 ug/Kg의 값을 보여 H천 하구 및 주변 지역에 많은 영향을 주는 요인으로 작용하는 것으로 파악되었다.
- 연구결과 H천의 상류 지점에서부터 하류의 낙동강과 합류되는 지점까지 전 지역 표토와 퇴적물에서 PCBs가 검출되어, A-1, 2 지점에서 표토 16.01 ~ 23.51 ug/Kg, 퇴적물 67.30 ~ 76.67 ug/Kg로 나타났다. 특히, PCBs 분석결과 H천 본류에 의한 영향 보다는 H천의 하류 부분에서 합류가 되는 U천의 영향이 큰 것으로 나타나며, H천 및 낙동강으로 유입되는 기타 도심하천의 경우 U천과 같은 공장인근 지역 하천수에 의한 오염원 유입이 큰 것으로 판단된다.
- 일반적으로 대기에서의 PCBs 패턴은 저염소화 동족체의 분포가 높으며, 소각으로 인한 분포패턴은 TEF가 높은 PCB-126과 PCBs-169가 우세하다. 이를 종합할 때, 대상지점의 주오염원이 Aroclor, Kanechlor와 같은 PCBs 제조 물질에 의한 오염의 영향을 받았다고 판단된다.
- 이성질체 구성을 볼 때, Kanechlor 500 & 600의 특징이성체(representative congener) 로 제시한 이성체의 일부 이성체가 확인되었다.
- 이성체 분석을 실시한 결과 H천의 경우 전반적으로 6CB의 분포가 53.66 ~ 71.28 %로 높게 나타났다. G구의 경우는 PCB 28(3CB)이 36.
- 0을 기준으로 하면 총 7개의 그룹으로 구분된다. 토양시료와 퇴적물 시료의 경우 Aroclor 1260 및 Kanechlor 600(6CB: 39%, 7CB: 37 %, 8CB: 12 %)과 결합거리가 가장 짧은 것으로 나타났다.
- 67 ug/Kg로 나타났다. 특히, PCBs 분석결과 H천 본류에 의한 영향 보다는 H천의 하류 부분에서 합류가 되는 U천의 영향이 큰 것으로 나타나며, H천 및 낙동강으로 유입되는 기타 도심하천의 경우 U천과 같은 공장인근 지역 하천수에 의한 오염원 유입이 큰 것으로 판단된다.
후속연구
- 이러한 POPs 규제협약안 마련은 잔류성 유기오염물질의 심각한 위해성에 대한 전 세계적인 공감대를 바탕으로 하고 있다고 볼 수 있으며, 이 협약안의 채택으로 앞으로 국제 사회에서 유해화학물질에 대한 안전관리가 더욱 강화될 것으로 예상된다. 이에 따라 우리나라도 새로운 국제협약에 따른 적절한 대비책 마련이 요청되고 있다고 할 수 있다.
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