Source appointments of polycyclic aromatic hydrocarbons in sediments and biota in Ulsan Bay, South Korea: Application of compound-specific carbon isotope analysis

Abstract

본 연구에서는 한국 울산만 퇴적물(47정점)과 생물(3종) 내 존재하는 기존 및 신규 다환방향족탄화수소(traditional polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs; emerging-PAHs, e-PAHs)의 공간적 분포 특성과 잠재적 기원을 파악하고자 하였다. 2020년에 유입하천 11정점과 울산만 퇴적물 36정점, 그리고 3종의 생물(지중해담치, 굴, 부착조류)시료를 채취하였으며, t-PAHs 15종과 e-PAHs 9종을 GC-MSD를 이용하여 정량 분석하였다. 또한 PAHs의 조성비와 PMF 모델, GC-IRMS를 이용한 개별 화합물 탄소 안정동위원소 분석을 통해 PAHs의 기원을 추정하였다. PAHs 농도는 유입하천 정점에서 430-16,000 ng g-1 OC (평균 4,300 ng g-1 OC)을 보였으며 울산만 퇴적물에서 120-7,700 ng g-1 OC (평균 1,200 ng g-1 OC) 의 농도를 보였다. 생물 시료 내 PAHs 농도는 지중해담치에서 260 ng g-1 lw, 굴에서 210 ng g-1 lw, 부착조류에서 630 ng g-1 dw을 보였으며, 지중해담치와 굴에서는 저분자량 PAHs (2-3ring PAHs)가 각각 67%, 68%로 우세하였으나, 부착초류에서는 고분자량 PAHs (4-6ring PAHs)가 59%로 우세하였다. PAHs의 조성비를 이용하여 기원을 파악하였을 때 굴과 지중해담치는 petroleum 기원으로 파악되었으며 부착조류와 울산만 퇴적물, 유입하천 정점에서는 화석연료기원으로 파악되었다. Positive matrix factorization model (PMF 모델)을 이용하여 PAHs의 기원을 파악한 결과 배출수 정점은 Vehicle emission과 화석연료기원, petroleum 기원이 각각 39%, 31%로 나타났으며 울산만 퇴적물은 각각 29%, 28%, 41%로 나타났다. 울산만 생물 시료(지중해담치, 굴, 부착 조류)의 PMF 모델 분석 결과 petroleum 기원이 85%로 높은 비중을 차지하고 있었다. 개별 화합물 탄소 안정동위원소 분석 결과 δ13CPhenanthrene은 유입하천 정점에서 -¬25.01- -¬22.73‰(평균 -¬24.59‰)으로 화석연료의 연소기원으로 파악되었으며 울산만 퇴적물과 지중해담치에서 각각 평균 ¬-24.58‰, -¬25.12‰로 화석연료 연소기원으로 파악되었다. δ13CPyrene과 δ13CBaA를 이용한 안정동위원소비를 이용하여 기원을 분석하였을 때 울산만 내 주된 PAHs 기원은 화석연료 연소가 주된 기원으로 파악되었다. 본 연구 결과, 울산만 내 PAHs 오염은 주변 공업단지로부터 기인한 것으로 파악되며 개별화합물 탄소 안정동위원소 분석을 이용한 PAHs의 기원 파악 기법은 생물 분해로 인한 PAHs 조성의 변화와 분석 시료의 매질 효과를 배제하여 기존의 기원 파악 방법 보다 정확한 초기 기원을 파악할 수 있을 것으로 생각된다.