대청호 퇴적물 내 다환방향족탄화수소의 분포 특성 및 위해성 기반 우선관리물질 도출 = Distribution Characteristics of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Sediments of Daecheong Lake and Identification of Risk-Based Priority Management Compounds

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent organic pollutants with strong hydrophobicity that tend to accumulate in sediments, requiring long-term management in aquatic environments. This study investigated the distribution characteristics, source structure, and management oriented potential risk features of PAHs in surface sediments of Daecheong Lake by integrating long-term time-series data with sedimentary environmental characteristics. Surface sediment samples were collected from six sites in Daecheong Lake over a ten year period from 2015 to 2024.
The analysis of spatial and temporal distributions showed that total PAH concentrations exhibited site and year specific variations, with accumulation patterns differing according to sediment grain size composition and organic matter characteristics. Correlation analyses indicated that PAH distributions were not governed by a single sedimentary factor but rather reflected the combined influence of combustion derived inputs and sedimentary processes. Temporal variations also differed among sites and individual compounds. Source identification using molecular diagnostic ratios and multivariate statistical analyses revealed that combustion-related sources predominated across the study area, with high molecular weight PAHs exhibiting selective accumulation depending on sedimentary conditions.
To support management oriented prioritization, a screening framework based on predicted no effect concentration (PNEC) values was applied using a STE (Spatial, Temporal, and Extent factor) approach focused on identifying priority control substances. The STE evaluation integrated the spatial extent of occurrence, temporal persistence, and relative magnitude of concentration exceedance compared to reference levels to derive compound specific priority scores. As a result, Naphthalene was identified as the highest-priority control substance due to its persistent and repeated relative exceedance across all sites. Anthracene, Benzo[k]fluoranthene, and Benzo[a]pyrene were also identified as priority substances based on their long-term and spatially extensive exceedance characteristics, whereas other PAHs exhibited relatively limited exceedance patterns.
This study provides a comprehensive interpretation of PAH distribution and source characteristics in the sediments of Daecheong Lake using long-term monitoring data and proposes a management oriented framework for identifying priority control substances based on risk-related information. The STE approach applied in this study is not intended to perform a quantitative ecological risk assessment but rather serves as a decision-support tool for establishing management priorities based on relative exceedance characteristics. The proposed framework can be applied to sediment management strategies for other artificial and natural lakes in freshwater environments.

목차 (Table of Contents)

• <목 차>
• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 이론적 배경 3
• 2.1 환경요인과 퇴적물 오염의 상호작용 3
• 2.2 다환방향족탄화수소(PAHs)의 물리·화학적 특성 4
• 2.3 PAHs에 대한 국내·외 선행연구 동향 8
• 2.3.1 국내 연구 동향 8
• 2.3.2 국외 연구 동향 및 시사점 12
• Ⅲ. 재료 및 방법 13
• 3.1 연구지역 13
• 3.2 시료채취 및 분석 방법 15
• 3.3. 평가 방법 18
• 3.3.1 경향 분석 18
• 3.3.2 분자 진단비(Diagnostic Ratios, DRs) 19
• 3.3.3 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA) 20
• 3.3.4 군집 분석(Cluster Analysis) 20
• 3.3.5 상관관계분석 21
• 3.3.6 우선관리물질 도출 방법 22
• Ⅳ. 연구 결과 및 고찰 26
• 4.1 대청호 퇴적환경의 물리·화학적 특성 26
• 4.1.1 저층수 환경 특성 26
• 4.1.2 입도 분포 특성 30
• 4.1.3 유기물 분포 특성 32
• 4.1.4 유기물(LOI 및 TOC)의 시간적 변화 특성 34
• 4.2 PAHs의 시·공간적 특성 35
• 4.2.1 총 PAHs 분석 결과 35
• 4.2.2 PAHs의 물질별 분석 결과 38
• 4.2.2.1 나프탈렌(Naphthalene) 분석 결과 38
• 4.2.2.2 아세나프틸렌(Acenaphthylene) 분석 결과 41
• 4.2.2.3 아세나프텐(Acenaphthene) 분석 결과 43
• 4.2.2.4 플루오렌(Fluorene) 분석 결과 46
• 4.2.2.5 페난트렌(Phenanthrene) 분석 결과 48
• 4.2.2.6 안트라센(Anthracene) 분석 결과 51
• 4.2.2.7 플루오란텐(Fluoranthene) 분석 결과 53
• 4.2.2.8 피렌(Pyrene) 분석 결과 56
• 4.2.2.9 벤조[a]안트라센(Benzo[a]anthracene) 분석 결과 58
• 4.2.2.10 크리센(Chrysene) 분석 결과 61
• 4.2.2.11 벤조[b]플루오란텐(Benzo[b]fluoranthene) 분석 결과 63
• 4.2.2.12 벤조[k]플루오란텐(Benzo[k]fluoranthene) 분석 결과 66
• 4.2.2.13 벤조[a]피렌(Benzo[a]pyrene) 분석 결과 68
• 4.2.2.14 인데노[1,2,3-c,d]피렌(Indeno[1,2,3-c,d]pyrene) 분석 결과 71
• 4.2.2.15 디벤조[a,h]안트라센(Dibenzo[a,h]anthracene) 분석 결과 73
• 4.2.2.16 벤조[g,h,i]페릴렌(Benzo[g,h,i]perylene) 분석 결과 76
• 4.2.3 PAHs의 시간적 경향 분석 78
• 4.2.3.1 Σ16PAHs의 시간적 경향 분석 78
• 4.2.3.2 추동(CD) 지점의 개별 PAH 성분별 시간적 경향 79
• 4.2.3.3 댐앞(Dam) 지점의 개별 PAH 성분별 시간적 경향 81
• 4.2.3.4 문의(ME) 지점의 개별 PAH 성분별 시간적 경향 82
• 4.2.3.5 장계(JG) 지점의 개별 PAH 성분별 시간적 경향 83
• 4.2.3.6 회남(HN) 지점의 개별 PAH 성분별 시간적 경향 84
• 4.2.3.7 추소(CS) 지점의 개별 PAH 성분별 시간적 경향 86
• 4.3 다환방향족탄화수소(PAHs) 기원 추정 88
• 4.3.1 분자 진단비를 활용한 기원 분석 결과 88
• 4.3.1.1 추동 지점의 연도별 기원 분석 결과 89
• 4.3.1.2 댐앞 지점의 연도별 기원 분석 결과 89
• 4.3.1.3 문의 지점의 연도별 기원 분석 결과 90
• 4.3.1.4 장계 지점의 연도별 기원 분석 결과 91
• 4.3.1.5 회남 지점의 연도별 기원 분석 결과 92
• 4.3.1.6 추소 지점의 연도별 기원 분석 결과 93
• 4.3.1.7 DR 값에 따른 PAH 기원 분석 종합 결과 94
• 4.4 다변량 통계 기법을 활용한 PAHs의 분포 특성 96
• 4.4.1 주성분 분석을 통한 PAHs 분포 구조 및 지배 요인 97
• 4.4.2 군집분석(Cluster analysis)에 따른 퇴적물 내 PAHs 분포 특성 100
• 4.4.3 환경인자들과 PAHs 간 상관관계 분석 결과 102
• 4.4.4 PCA, Cluster, Spearman 통합 해석 103
• 4.5 STE(Spatial, Temporal and Extent factor) 평가 결과 105
• 4.5.1 공간적 지표(Fspatial) 분석 결과 105
• 4.5.2 시간적 지표(Ftemporal) 분석 결과 107
• 4.5.3 초과 지표(Fextent) 분석 결과 109
• 4.5.4 STE 종합 평가 111
• Ⅴ. 결론 114