[논문]광주지역 토양오염우려지역의 PAHs 농도 특성 연구

윤상훈; 이우진; 임민화; 정연재; 박미애; 전홍대; 박병훈; 서광엽; 배석진; 박정훈

doi:10.7857/jsge.2022.27.2.050

광주지역 토양오염우려지역의 PAHs 농도 특성 연구
Characteristics of PAHs Concentration in Soil Contamination Concerned Area of Gwangju 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.27 no.2, 2022년, pp.50 - 60

윤상훈 (광주광역시보건환경연구원) , 이우진 (광주광역시보건환경연구원) , 임민화 (광주광역시보건환경연구원) , 정연재 (광주광역시보건환경연구원) , 박미애 (광주광역시보건환경연구원) , 전홍대 (광주광역시보건환경연구원) , 박병훈 (광주광역시보건환경연구원) , 서광엽 (광주광역시보건환경연구원) , 배석진 (광주광역시보건환경연구원) , 박정훈 (전남대학교 환경에너지공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The concentration levels and distribution characteristics of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were investigated and evaluated for total 100 soil samples as a part of the survey on soil contamination in Gwangju. The results (median and range) of T-PAHs (sum of 16 PAH concentrations), C-PAHs (sum of carcinogenic PAH concentrations) and T-TEQs (sum of 16 TEQ concentrations) were 20.8 (7.6~1158.1), 2.2 (N.D~509.6), and 0.3 (N.D~424.6) ㎍/kg, respectively. There was a positive correlation between C-PAHs/T-PAHs and T-TEQs/T-PAHs except one point where the concentration of benzo(a)pyrene was high. The ratios of the C-PAHs/T-PAHs were 31.7% for low molecular weight-PAHs and 68.3% for high molecular weight-PAHs, suggesting that PAHs generation mainly arose from combustion sources. The ratio of isomers of individual PAHs, Phe/Ant, Flu/Pyr, Ant/(Ant+Phe), Flu/(Flu+Pyr), and BaA/(BaA+Chr), also confirmed the predominance of PAHs from combustion activities. Statistical tracing of the source of PAHs through principal component analysis indicated that the main sources of combustion were automobile fuel and coal. The overall results of this study suggested HMW-PAHs, T-PAHs, C-PAHs and T-TEQs should be separately evaluated to better assess the toxicity and environmental behavior of individual PAHs.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Location of the sampling sites.
표 Table 1. Concentrations of PAHs in soil by regional groups of soil pollutant investigation
표 Table 2. Comparison of T-PAHs (Total PAHs), C-PAHs (Carcinogenic PAHs) and T-TEQs (Total TEQs) concentration in soil by land use
표 Table 3. Abbreviation and Toxic Equivalent Factor (TEF) of PAHs
그림 Fig. 2. Distribution of LMW (low molecular weight)-PAHs and HMW (high molecular weight)-PAHs by land use.
그림 Fig. 3. Application of molecular indices for evaluation of PAHs contamination sources for soil by land use.
표 Table 4. The rotated factor matrix by principal component analysis
표 Table 5. Pearson correlation coefficients of each PAHs

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

특히 광주지역의 PAHs 주요 발생원 및 특성을 파악하기 위해 PAHs 조성비나 개별 PAHs간 통계분석 등 선행연구에서 발표된 여러 방법들을 적용하고 평가해 보고자 하였다. 이를 통해 지역별 PAHs 발생특성 연구 및 향후 적정한 관리방안 수립을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
이에 본 연구는 정기적으로 수행되는 토양오염실태조사와 연계하여 광주지역 토양오염우려지역을 대상으로 미국환경청(Environmental protection agency, EPA)에서 우선적 오염물질로 관리하고 있는 16종 PAHs의 농도를 파악하고 그 분포 특성을 알아보고자 하였다. 특히 광주지역의 PAHs 주요 발생원 및 특성을 파악하기 위해 PAHs 조성비나 개별 PAHs간 통계분석 등 선행연구에서 발표된 여러 방법들을 적용하고 평가해 보고자 하였다.
이에 본 연구는 정기적으로 수행되는 토양오염실태조사와 연계하여 광주지역 토양오염우려지역을 대상으로 미국환경청(Environmental protection agency, EPA)에서 우선적 오염물질로 관리하고 있는 16종 PAHs의 농도를 파악하고 그 분포 특성을 알아보고자 하였다. 특히 광주지역의 PAHs 주요 발생원 및 특성을 파악하기 위해 PAHs 조성비나 개별 PAHs간 통계분석 등 선행연구에서 발표된 여러 방법들을 적용하고 평가해 보고자 하였다. 이를 통해 지역별 PAHs 발생특성 연구 및 향후 적정한 관리방안 수립을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.

데이터처리

PAHs 발생원을 분석하는 또다른 방법은 측정자료의 통계적 해석방법으로 이를 위해 SPSS 프로그램을 이용한 주성분 분석을 실시하였다. 주성분분석은 원자료로부터 유의미한 정보를 추출하기 위해 차원을 축소시키는 분석 방법으로, 가장 널리 이용되는 배리맥스 회전(Varimax rotation)을 통해 주성분의 축간에 직각이면서 자료의 변량에 대한 설명력을 가능한 최대화하였다.
본 연구에서는 PAHs 발생기원에 대한 통계학적 해석을 위해 다량의 상관관계가 있는 다차원의 데이터를 저차원의 데이터로 요약하여 주는 주성분분석(Principal component analysis, PCA)과 개별 PAHs, 총 PAHs, 발암성 PAHs 등의 상관성을 알아보기 위해 Pearson’s correlation 도 수행하였다

이론/모형

인체위해성이 큰 PAHs 분포 특성을 알아보기 위해 Nisbet and LaGoy(1992)가 제시한 독성 등 가계 수(TEFs)에 개별 PAHs 농도를 곱하여 산출한 독성등가농도(TEQs)를 Table 3에 나타내었다. Noh et al.

성능/효과

대부분 C-PAHs/T-PAHs 분율이 높으면 T-TEQs/T-PAHs 분율 도 높았으나 BaP의 농도가 높았던 1개 지점은 C-PAHs/T- PAHs의 분율보다 T-TEQs/T-PAHs 분율이 높았고 이를 통해 오염도 및 인체위해도에 대한 보다 합리적인 평가를 위해 TEQ 분석이 필요한 것으로 판단되었다. 광주지역 토양 중 PAHs의 발생원에 대한 분석결과, 환별 PAHs 농도비율이 LMW-PAHs 31.7%, HMW-PAHs 68.3%로 PAHs 생성이 연소기원에 의한 것임을 알 수 있었고, 개별 PAHs 중 이성질체간 Phe/Ant, Flu/Pyr, Ant/(Ant+ Phe), Flu/(Flu+Pyr), BaA/(BaA+Chr)의 비율분석 결과 전반적으로 연소기원이 우세하였다. 주성분분석을 통한 통계학적 PAHs 발생원 추적 역시 자동차 연료와 석탄의 연소기 원인 것으로 나타나, 광주지역은 연소기원에 의해 PAHs가 주로 생성된 것으로 판단된다.
6)g/kg이었다. 대부분 C-PAHs/T-PAHs 분율이 높으면 T-TEQs/T-PAHs 분율 도 높았으나 BaP의 농도가 높았던 1개 지점은 C-PAHs/T- PAHs의 분율보다 T-TEQs/T-PAHs 분율이 높았고 이를 통해 오염도 및 인체위해도에 대한 보다 합리적인 평가를 위해 TEQ 분석이 필요한 것으로 판단되었다. 광주지역 토양 중 PAHs의 발생원에 대한 분석결과, 환별 PAHs 농도비율이 LMW-PAHs 31.
조사결과(중앙값 및 농도범위)는 T-PAHs(PAHs 16종 농도의 합)는 20.8(7.6~1158.1)g/kg, C-PAHs(발암성 PAHs 6종 농도의 합)는 2.2(N.D~509.6)g/kg, T-TEQs (총 독성등가농도)는 0.3(N.D~424.6)g/kg이었다. 대부분 C-PAHs/T-PAHs 분율이 높으면 T-TEQs/T-PAHs 분율 도 높았으나 BaP의 농도가 높았던 1개 지점은 C-PAHs/T- PAHs의 분율보다 T-TEQs/T-PAHs 분율이 높았고 이를 통해 오염도 및 인체위해도에 대한 보다 합리적인 평가를 위해 TEQ 분석이 필요한 것으로 판단되었다.
3%로 PAHs 생성이 연소기원에 의한 것임을 알 수 있었고, 개별 PAHs 중 이성질체간 Phe/Ant, Flu/Pyr, Ant/(Ant+ Phe), Flu/(Flu+Pyr), BaA/(BaA+Chr)의 비율분석 결과 전반적으로 연소기원이 우세하였다. 주성분분석을 통한 통계학적 PAHs 발생원 추적 역시 자동차 연료와 석탄의 연소기 원인 것으로 나타나, 광주지역은 연소기원에 의해 PAHs가 주로 생성된 것으로 판단된다. 마지막으로 PAHs 항목별 상관성 분석결과, 우리나라에서는 BaP만이 토양오염기준을 통해 관리되고 있지만 개별 PAHs의 독성 및 환경 중 거동 등을 고려하여 고분자 PAHs, 총 PAHs, 발암성 PAHs 및 총 TEQs 농도에 대해서도 지속적인 조사 및 법적 검토가 필요한 것으로 판단된다.

후속연구

주성분분석을 통한 통계학적 PAHs 발생원 추적 역시 자동차 연료와 석탄의 연소기 원인 것으로 나타나, 광주지역은 연소기원에 의해 PAHs가 주로 생성된 것으로 판단된다. 마지막으로 PAHs 항목별 상관성 분석결과, 우리나라에서는 BaP만이 토양오염기준을 통해 관리되고 있지만 개별 PAHs의 독성 및 환경 중 거동 등을 고려하여 고분자 PAHs, 총 PAHs, 발암성 PAHs 및 총 TEQs 농도에 대해서도 지속적인 조사 및 법적 검토가 필요한 것으로 판단된다.
또한 우리나라에서 토양오염과 관련되어 기준이 설정되어 있고 발암성이 가장 강한 BaP는 Chr, BaA, InP, BghiP와 강한 상관성을 나타내고 있다. 이들 항목들은 서로 화학적 특성 및 발생 기원 역시 유사하다는 특징이 있으므로 BaP뿐만 아니라 Chr, BaA, InP, BghiP를 포함한 HMW-PAHs 및 T-PAHs, C-PAHs, T-TEQ에 대해서도 토양오염 관련 기준을 설정하여 관리할 필요가 있다고 판단된다. Noh et al.

참고문헌 (30)

Baumard, P., Budzinski, H., Garrigues, P., Dizer, H., and Hansen, P., 1999, Polycyclic aromatic hydrocarbons in recent sediment and mussels (Mytilus edulis) from the Western Baltic Sea: occurrence, bioavailability and seasonal variations, Mar. Envrion. Res., 47(1), 17-47.
Choi, Y.J., Yoo, E.H., and Kim, M.H., 2012, Characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) distribution in Busan soils, Annu. Rep. of Busan Met. City Ins. Of Health and Environ., 22(1), 216-234.
Iwano, S., Ichikawa, M., Takizawa, S., Hashimoto, H., and Miyamoto, Y., 2010, Identification of AhR-regulated gene involved in PAH-induced immunotoxicity using a highly-sensitive DNA chip, 3D-Gene TM human immunity and metabolic syndrome 9k, Toxicology in Vitro, 24(1), 85-91.
IPCS (International Programme on Chemical Safety), 1998, Environmental Health Criteria 202, Selected non-heterocyclic polycyclic aromatic hydrocarbons.
Jin, D.R., Cho, H.S., Kim, K.H., Park, J.H., and Huh, I.A., 2019, Assessment of polycyclic aromatic hydrocarbons pollutant in lake and reservoir sediments in Korea, J Environ Anal Health Toxicol, 22(4), 258-267.
Jin, Y.K., Lee, M.G., and Kam, S.K., 2006, Distirbution characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in soils in Jeju City of Jeju Island, Korea, J. Envrion. Sci. Int., 15(5), 405-415.
Juan, C.C., Emillen, P., Charles, B., Michel, K., and Jose, A.C., 1989, Determination of hydrocarbon source using n-alkane and polyaromatic hydrocarbon distribution indexes. Case study: Rio de la plata esturary, Argentina, Environ. Sci. Technol., 23(7), 888-894.
Kameda, Y., Shirai, J., Komai, T., Nakanishi, J., and Masunaga, S., 2005, Atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons size distribution, estimation of their risk and their depositions to human respiratory tract, Sci. Total Environ., 340(1-3), 71-80.
Kim, S.J., Chung, Y.H., and Ok, G., 2000, Concentration levels and distribution characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) at soils in Changwon City, J. Korea Soc. Envrion. Anal., 3(3), 171-175.
Kim, T.S. and Shin, S.K., 2001, Analytical methods and release of polycyclic aromatic hydrocarbons in environments, Anal. Sci and Technol., 14(4), 1047-1074.
Lee, D.W., 2001, Contamination levels of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) in soils at Ulsan City, MS Thesis, Graduate School of Industry, Pukyong national University, p.45.
Lee, W.S., Park, S.Y., Kim, P.J., Jeon, S.B., An, K.H., and Choi, Y.S., 2010, Pollution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in seawater and marine sediments from anmyundo coastal area after oil spill, J. Environ. Sci., 19(12), 1421-1430.
Luo, X., Chen, S.J., Mai, B.X., Sheng, G.Y., Fu, J.M., and Zeng, E.Y., 2008, Distribution source apportionment and transport of PAHs in sediments from the Pearl river delta and the Northern South China sea, Arch. Environ Contam Toxicol, 55(1), 11-20.

상세보기
Mari, M., Harrison, R.M., Schuhmacher, M., Domingo, J., and Pongpiachan, S., 2010, Inferences over the sources and processes affecting polycyclic aromatic hydrocarbons in the atmosphere derived from measured data, Sci. Total Environ., 408(11), 2387-2393.

상세보기
MOE (Ministry of Environment), 2017, Instruction of soil pollutant investigation.
MOE (Ministry of Environment), 2018, Standard methods for soil contamination.
Nam, J.J., Song, B.H., Eom, K.C., Lee, S.H., and Smith, A., 2003, Distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in agricultural soils in South Korea, Chemosphere, 50(10), 1281-1289.

상세보기
NIER (National Institute of Environment Research), 2007, Establishment of the soil quality standards for organic pollutant(II).
Nisbet, I.C. and LaGoy, P.K., 1992, Toxic Equivalency Factors (TEFs) for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), Reg. Tox. and Pharm., 16(3), 290-300.
Noh, H.J., Yoon, J.K., Yun, D.G., Yu, S.J., Kim, T.S., and Lee, J.Y., 2014, The Influence of land use on the concentration levels and distribution characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Korea, J. Soil Groundw. Environ., 19(6), 59-71.
Park, S.H., Lee, W.B., Kim, S.U., and Kim, J.O., 2016, Characterization and emission sources of PAHs for industrial complex soils in Jeollanamdo, J. Soil Groundw. Environ., 21(3), 49-57.
Peterson, C.H., Rice, S.D., Short, J.W., Esler, D., Bodkin, J.L., Ballachey, B.E., and Irons, D.B., 2003, Long-term ecosystem response to the Exxon Valdezoil spill, Science, 302(5653), 2082-2086.

상세보기
Ray, S., Khillare, P.S., Agarwal, T., and Shridhar, V., 2008, Assessment of PAHs in soil around the international airport in Delhi, India, J. Hazard. Mater., 156(1-3), 9-16.
Saunders, C.R., Ramesh, A., and Shockley, D.C., 2002, Modulation of neurotoxic behavior in F-344 rats by temporal disposition of Benzo(a)pyrene, Toxicology Letters, 129(1-2), 33-45.
Sofowote, U.M., McCarry, B.E., and Marvin, C.H., 2008, Source apportionment of PAH in Hamilton Harbour suspended sediments: comparison of two factor analysis methods, Environ. Sci. Technol., 42(16), 6007-6014.

상세보기
Nielsen, T., 1996, Traffic contribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in the center of a large city, Atmos. Environ., 30(20), 3481-3490.

상세보기
White, P.A., 2002, The genotoxicity of priority polycyclic aromatic hydrocarbons in complex mixture, Mutation Research, 515(1-2), 85-98.
WHO (World Health Organization), 1998, EHC 202: Polycyclic aromatic hydrocarbons, selected non-hydrocyclic.
Yunker, M.B., Macdonald, R.W., Vingarzan, R., Mitchell, R.J., Goyette, D., and Sylvestre, S., 2002, PAHs in the Fraser River Basin: a critical appraisal of PAH ratios as indicators of PAH source and composition, Org. Geochem., 33(4), 489-515.

상세보기
Zhang, Y., Guo, C.S., Xu, J., Tian, Y.Z., Shi, G.L., and Feng, Y.C., 2012, Potential source contributions and risk assessment of PAHs in sediments form Taihu Lake, China: comparison of three receptor models, Water Res., 46(9), 3065-3073.

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증