Analyses of Synchronous Fluorescence Spectra of Dissolved Organic Matter for Tracing Upstream Pollution Sources in Rivers

Fluorescence measurements of dissolved organic matter(DOM) have the superior advantages over other analysis tools for applying to water quality management. A preliminary study was conducted to test the feasibility of applying synchronous fluorescence measurements for tracing and monitoring pollution sources in a small stream located in an upstream area of the Sooyoung watershed in Busan. The water quality of the small stream is affected by leachate from sawdust pile and discharge of untreated sewage. The sampling sites included an upstream site, two pipes discharging untreated sewage, leachate from sawdust, and a downstream site. Of the five field samples, the leachate was distinguished from the other samples by a high peak at a lower wavelength range and a blunt peak at 350nm, suggesting that synchronous fluorescence can be used as a discrimination tool for monitoring the pollution. The efficacy of various indices derived from the spectral features to discriminate the pollution source was tested for well-defined mixture of the sawdust leachate and the upstream stream by comparing (1)the difference between measured values and those predicted based on mass balance and the characteristics of the two samples and (2)the linear correlations between index values and mass ratios of the sample mixtures. Of various discrimination indices selected, fluorescence intensities at 276 nm$({\Delta}\lambda=30nm)$and 347 nm$({\Delta}\lambda=60nm)$ were suggested as promising potential discrimination indices for the sawdust pollution source. Despite the limited number of samples and the study area, this study illustrates the evaluation process that should be followed to develop rapid, low-cost discrimination indices to monitor pollution sources based on end member mixing analyses.

상류 오염원 추적을 위한 용존 유기물질 Synchronous 형광스펙트럼 분석 연구

형광측정법은 자연유기물질을 간편하고 신속하게 분석함으로써 타 분석법에 비해 현장에서 실시간으로 수질관리에 활용할 수 있는 월등한 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 버섯배지용 톱밥 침출수와 생활하수의 영향을 받는 부산지역 수영천 상류 소하천에서 채집한 제한된 수의 대표시료를 대상으로 synchronous 형광스펙트럼을 분석하고 오염원 추적 및 감시 모니터링 가능성 여부에 대한 예비 실험을 실시하였다. 형광스펙트럼 분석에는 오염원 상류 하천, 생활하수 2개 지점, 톱밥 침출수, 하류지점 하천의 5가지 현장 시료를 사용하였다. 사용된 시료 중에서 톱밥 침출수는 다른 시료와 뚜렷한 형광 스펙트럼 차이를 보여 synchronous 형광 스펙트럼 측정을 통해 톱밥 침출수에 의한 오염 추적 및 감시가 가능함을 보여 주었다. Synchronous 형광 스펙트럼에서 적용 가능한 오염원 식별지표(discrimination index)로는 ${\Delta}\lambda=30nm$의 경우 276 nm와 350 nm에서의 형광세기, 275 nm와 285 nm에서의 형광세기 1차 미분 값이 선택되었고, ${\Delta}\lambda=60nm$의 경우 239 nm, 275 nm, 347 nm에서의 형광세기와 315 nm에서의 형광세기 1차 미분 값이 포함되었다. 다양한 혼합비율을 가진 톱밥 침출수와 상류 하천수 혼합 시료를 사용하여 선택된 식별지표의 민감도를 다음의 두 가지 기준을 바탕으로 비교하였다 - (1)실측치와 두 시료 간 혼합 비율에서 예측되는 지표 값과의 차이와 (2)식별 지표와 혼합 비율 사이의 일차 상관관계 정도. 그 결과 276 nm(${\Delta}\lambda=30nm$ 조건)와 347 nm(${\Delta}\lambda=60nm$ 조건)에서의 형광 세기가 현장에서 톱밥 침출수 오염을 식별하는 가장 이상적인 식별지표로 밝혀졌다. 비록 이 연구가 제한된 대표시료와 오염원 종류에 국한되었지만 여기에 사용된 식별지표 평가 과정 및 구체적인 실험방법은 향후 형광측정을 이용한 실시간 오염원 추적 연구에 중요한 기초자료를 제공할 것으로 기대한다.