모공단 하천수, 저니토 및 붕어중 polychlorinated biphenyls(PCBs)의 오염 및 생물농축현상에 관한 연구

Abstract

[한글]

전 세계에서 다양한 환경 매체를 통해 광범위하게 검출되고 있는 대표적 환경오염물질(environmental pollutants)인 polychlorinated biphenyls(이하 PCBs)는 biphenyl에 1-10개의 염소가 치환된 대표적 방향족 염소 화합물(C^^12 H^^10 -nCl^^n ; n=l∼10)로서 이론적으로 209종의 congener가 존재 가능하다.

PCBs는 변압기 및 콘덴서등 화재가 발생하기 쉬운 전기 관련 제품의 절연유로서 널리 사용되어 왔으며 열매체, 윤활유, 가소제 및 도료의 첨가제등으로써 종래 광범위하게 사용되어 왔다. 그러나 PCBs는 매우 안정한 염소화합물이기 때문에 자연계에서 쉽게 분해되지 않으며 소수성화합물로서 환경시료 및 생물체내에 쉽게 농축되는 것으로 알려져 있다.

이처럼 PCBs가 심각한 환경오염물질로 밝혀짐에 따라 PCBs는 전 세계적으로 1970년대부터 생산이 전면 금지되었으며 종래 PCBs를 전량 수입하여 사용하던 우리나라도 1983년부터 그 수입을 전면 금지하였다. 그러나 PCBs는 이러한 조치에도 불구하고 비록 그 사용량이 감소하고 있기는 하나 여전히 사용되고 있는 것으로 추정되며 아직도 다양한 환경시료에서 검출되고 있다.

본 연구에서는 모공단 하천수, 저니토 및 붕어시료중 PCBs외 잔류량을 GC/MSD를 사용하여 분석함으로써 모공단 하천 수중 생태계중 PCBs의 오염도를 평가하고자 하였으며 나아가 PCBs의 생물농축현상에 대해 고찰해 보고자 하였다. 그 결과 얻은 결론은 다음과 같다.

1. 모공단 하천수, 저니토 및 붕어시료중 PCBs를 GC/MSD를 사용하여 분석한 결과 PCBs는 전 시료에서 검출되었으며 본 연구에서 검출된 하천수 및 저니토에서의 total PCBs 평균잔류농도(mean±S.D.)는 0.1069±0.0179㎍/L 및 0.9088±0.4623㎎/㎏였으며 체장 6∼8c

m인 붕어군과 체장 13∼l6cm인 붕어군에서의 평균잔류농도는 0.8769±0.0559㎎/㎏ 및 2.4220±0.4222㎎/㎏이였다.

2. 본 연구결과 얻은 저니토에서의 농축계수는 0.85×10**4 이었으며 붕어에서의 생물농축계수는 0.82×10**4 (체장 6∼8cm) 및 2.27×10**4 (체장 13∼l6cm)이였는데 이같은 결과로 부터 PCBs가 저니토 및 붕어체내에 쉽게 농축됨을 알 수 있었다.

3. 본 연구 결과 나타난 붕어 체장길이에 따른 total PCBs 잔류수준의 차이로 부터 붕어의 성장단계에 따라 PCBs가 더욱 생물농축됨을 알 수 있었다.

4. 붕어중 유지함량과 total PCBs 잔류수준 사이의 관련성에 대한 회귀분석 결과로 부터 유지함량이 증가 할 수록 체내 PCBs의 잔류농도가 증가함을 알 수 있었다(R=0.6192, p<0.05).

5. 본 연구 결과에 의하면 유기물함량등 저니토의 성질이 저니토중 PCBs 잔류수준에 어느정도 영향을 미치기는 하나 저니토중 PCBs 잔류농도에 있어 보다 결정적인 요인은 시료채취위치 즉 PCBs 배출원에 의한 지리적 영향인 것으로 사료된다.

6. Congener-specific analysis에 의해 하천수, 저니토 및 붕어 세종류 시료에서 공통적으로 검출된 대표적 PCBs congener(이하 congener라 한다.)는 52, 95, 101, 99, 87, 110, 115, 149, 153, 138, 180이였다.

7. 본 연구결과 붕어에서 검출된 대표적 congener는 95, 101, 99, 87, 110, 118, 149, 153, 138, 180, 170, 187, 174이였는데 이같은 결과는 생물농축에 대한 congener의 구조적 특징에 있어 「PCBs의 적어도 1개 phenyl ring의 2, 4, 5위치가 염소로 치환된 구조적

특징」이 수중 생태계의 생물축적에 결정적 역할을 한다는 Gagnon(1990)의 주장을 뒷받침하고 있다.

8. 본 연구결과 하천수, 저니토 및 붕어 세종류 시료 모두에서 가장 높게 검출된 polyCBs는 pentaCBs였다. 그러나 하천수에서는 triCBs와 tetraCBs가 비교적 높은 농도로 검출되었던 반면 저니토 및 붕어시료에서는 hexaCBs 및 heptaCBs가 다른 polyCBs에 비go 높은

농도로 검출되었다.

9. 본 연구결과 얻은 저니토중 polyCBs의 농축계수 및 붕어중 polyCBs의 생물농축계수로 부터 biphenyl에 치환된 염소의 개수가 증가할수록 더욱 쉽게 저니토 및 생물체내로 농축됨을 알 수 있었다.

이상의 연구결과를 통해 모공단 하천수, 저니토 및 붕어중 PCBs의 잔류량이 조사·평가되었다. 본 연구결과 모공단의 붕어에서 검출된 PCBs량은 Inernational Joint Commission fot the p개tection of predator에서 설정한 물고기중 한계치(limit)인 0.1ppm(wet weight)보다 8.7배(체장 6∼8cm) 및 24.2배(체장 13∼l6cm) 높은 수치였는데 이같은 결과는 공단 하천 수중 생태계가 PCBs에 의해 심각하게 오염되었음을 나타내는 것이라 할 수 있다.

[영문]

Polychlorinated biphenyls(PCBs) are environmental pollutants whose residues are found in almost every components of the global ecosystem. They are halogenated aromatic compounds with the empirical formula C^^12H^^10-nCL^^n(n=1∼10), and are a mixture of possible 209 different chlorinated biphenyl congeners.

PCBs were widely used as dielectric fluids for capacitors and transformers, plasticzers, lubricant inks and paint additives. Once released into the environment, PCBs persist for years because they are so resistant to degradation. In addition to their persistance in the environment, PCBs in ecological food chains undergo biomagnification because of their high degree of lipophilicity.

In 1970s, the worldwide production of PCBs was ceased and the import of PCBs was prohibited in 1983 in Korea. In spite of these actions, many PCBs seems to be still in use. The environmental load of PCBs will continue to be recycled throught air, land, water, and the biosphere for decades to come.

This study was conducted to measure the residual PCBs in scam waters, sediments and crucian carps in a well-known industrial complex by GC/MSD and to discuss the comtamination and the bioaccumulation of PCBs in aquatic ecosystem.

The result of this study are summarised below :

1. PCBs were positively detected in all samples. The mean residue levels of total PCBs(mean±S.D.) in waters, sediments, small crucian carps(6∼8cm in body length) and big crucian carps(13∼l6cm in body length) were 0.1069±0.0179㎍/L, 0.9088±0.4623㎎/㎏, 0.8769±0.0559㎎/㎏ and 2.4220±0.4222㎎/㎏, respectively.

2. The concentration factor of total PCBs in sediments was 0.85×10**4 and the bioconcentration factors in crucian carps were 0.82×10**4(6∼8cm in body length) and 2.27×10**4(13∼l6cm in body length). These result indicate that PCBs have been highly accumulated in aquatic ecosystem.

3. The bioconcentration factor of the big crucian carps(in body length 13∼l6cm) was much higher than that of the small ones. This indicates that PCBs were highly accumulated according to fish development stages.

4. The results of linear regression analysis to set up the relationship between total PCB concentrations and lipid contents of crucian carps revealed that total PCB concentrations increase proportionally with the lipid contents of crucian carps(R=0.6192, p<0.05).

5. The PCBs contamination may, to some extent, be in association with total organic compound(TOC) in sediments. However, the geographical location of the sampling site, i.e., the distance from the PCB source, meigt be one of the most important factor in the varing degree of PCB concentrations in sediments.

6. Congener 52, 95, 101, 99, 87, 110, 118, 149, 153, 138 and 180 were predominent species normally found in waters, sediments and crucian carps.

7. The most abundant congeners present in crucian carps appear to be 95, 101, 99, 87, 110, 118, 149, 153, 138, 180, 170, 187 and 174. This result support the conclusion drawn by Gagnon(1990) who suggested that the chlorine atoms in positions 2, 4 and 5 on at least one phenyl ring of a PCB molecule was a dominent factor causing accumulation of PCBs in aquatic biosphere.

8. The polyCBs which were detected most abundantly in waters, sediments and crucian carps were pentaCBs. The triCBs and tetraCBs were found to be abundant in water. On the other hand, the hexaCBs and heptaCBs were of higher concentration than other polyCBs in sediment and crucian carps.

9. As the number of chlorine atoms in polyCBs increases, the bioconcentration factors of polyCBs increase. This reveals that the more chlorinated substitutions polyCBs have, then, the more persistantly they are accumulated ttrought the ecological food chain.

As was discussed, the concentrations of PCB residues in waters, sediments and crucian carps were estimated. The degree of contamination of crucian carps appeared to be 8.7 and 24.2 times for the small ones and big ones respectively, greater than the limit of 0.1㎎/㎏ wet weight, which has bean set by the International Joint Commission for the protection predators. On the whole, the aquatic ecosystem in the industrial complex examined seems to undergo a significant contamination with PCBs.