형광 3D-EEMs를 이용한 시화호유역 하천 및 공단폐수의 유기물 특성 분석

• Published in: Daehan hwan'gyeong gonghag hoeji Vol. 31; no. 9; pp. 803 - 810
• Main Authors: 이미경(Mi Kyung Lee), 최광순(Kwang Soon Choi), 김세원(Sea Won Kim), 김동섭(Dong Sup Kim)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한환경공학회 2009
• Subjects: 단백질계물질; Protein-Like substances; 3D-EEMs; DOM; 형광; 휴믹계물질; Humic-Like substances; Fluorescence
• ISSN: 1225-5025; 2383-7810

This study is conducted to examine spatial variations of Dissolved Organic Matter (DOM) in stream and waste waters of the different watershed areas (agricultural, residential, and industrial complex area) by using fluorescence 3D-EEMs (3 Dimensional Excitation Emission Matrix Spectroscopy). Furthermore, the research investigates the changes of DOM characterization by synchronous and 3D-EEMs during a rainfall event. The characterizations of DOM obtained by 3D-EEMs show two noticeable peaks at humic and protein-like regions. Humic-like substances (HLS) are found in rural and urban areas, and humic and protein-like substances (PLS) are shown in industrial area. According to the fluorescence peak $T_1:C_1$ ratios, it is observed that high amount of HLS was discharged from Banweol Industrial Complex (3TG). Additionally, linear relationships (Regression rate, $r^2$=0.65, $r^2$=0.66) have been shown between PLS (peak $T_1,\;B_1$) and biochemical oxygen demand (BOD), which indicates the impact of sewage. For the rainfall event (30 mm), no remarkable difference of DOM was found at rural area except increment of fluorescence intensity comparing dry period. In contrast, HLS at urban area is highly discharged within 30 minutes from the beginning of rainfall. Also, there are high influences of HLS and PLS within 20 minutes at industrial complex (4TG). Fluorescence 3D-EEMs has not only verifies a watershed of DOM origination but also monitors diffuse and point source impacts. 본 연구에서는 유역특성이 뚜렷이 구분되는 시화호 유역(농촌, 도심지역, 공단지역)의 하천수 및 공단폐수를 대상으로 형광 3D-EEMs (3-Dimensional Excitation Emission Matrix Spectroscopy)를 이용하여 DOM (Dissolved Organic Matter)의 공간적 분포 특성을 파악하였다. 또한, 강우시 synchronous와 3D-EEMs를 이용하여 시간에 따른 DOM의 변화 특성을 보았다. 3D-EEMs로 부터 나타난 주요 DOM 물질은 휴믹계물질(Humic Like Substances, HLS)과 단백질계물질(Protein Like Substances, PLS)로 농촌 및 도심유역에서는 HLS가 주로 분포하였으며, 공단유역에서는 HLS 뿐만 아니라, PLS도 높게 나타났다. 각 지점별 DOM의 형광 peak $T_1:C_1$ ratio로 부터 반월공단(3TG)에서 난분해성 휴믹계 물질이 매우 높은 것으로 나타났다. 또한, 조사지점의 PLS 물질(peak $T_1$, peak $B_1$)과 BOD 농도가 직선의 상관성($r^2$=0.65, $r^2$=0.66)을 보여, 이러한 원인은 하수 유입 등에 의한 영향으로 보인다. 강우시(Rainfall, 30 mm) 시간에 따른 DOM의 모니터링 결과, 농촌유역에서는 HLS와 PLS가 비강우시와 비교하여 형광세기만 높아졌을 뿐, 구성 물질 의 변화 특성은 보이지 않았다. 한편, 도심유역에서는 HLS의 강우 초기 30분 내에 유출이 높은 것으로 나타났으며, 공단유역(4TG)에서도 강우 초기 20분 내에 HLS와 PLS의 유출이 매우 높게 나타났다. 본 연구로부터 형광 3D-EEMs는 유역의 DOM 기원을 밝히고, 비점오염원 및 하 폐수를 모니터링 하는데 있어 유용한 tool로 적용될 수 있음을 제시한다.