Phthalates and their alternatives in sludge and coastal sediment from Korea : Occurrence, emission, and distribution

Abstract

프탈레이트(phthalates)는 대표적인 내분비계 장애물질로 야생동물과 인간에게 다양한 독성 영향을 일으킨다. 다양한 제품에 사용된 프탈레이트의 규제가 시작되면서 프탈레이트의 대체제로서 비프탈레이트계 가소제(non–phthalate plasticizers, NPPs)가 산업 시장에 도입되고 있으며, 이들 대체제의 생산 및 소비량은 급격히 증가하고 있는 것으로 보고되고 있다. 야생동물과 인간에 대한 프탈레이트의 다양한 독성에도 불구하고 하수처리장 슬러지와 환경에 대한 프탈레이트 및 대체제의 발생과 오염에 대한 연구는 부족하다. 본 연구에서는 우리나라 전역에 분포하는 40개 하수처리장에서 채취한 슬러지와 36개 전국 연안의 50개 정점에서 채취한 퇴적물에 대하여 프탈레이트와 비프탈레이트계 가소제에 대한 오염도 및 분포와 배출량을 조사하고 생태학적 위해도를 평가하였다. 프탈레이트 중 DEHP가 모든 시료에서 가장 높은 농도를 나타내었고 대체제 중에서는 DEHT와 DEHA가 우세하게 나타났다. 이러한 오염패턴은 이들 물질이 우리나라에서 널리 사용되고 있음을 시사한다. 하수처리장의 종류(생활하수, 산업하수)에 따른 프탈레이트 및 대체제의 오염 패턴은 다르게 나타났으며, 이는 가정과 산업에서 사용되고 있는 프탈레이트 및 대체제의 사용패턴이 다르다는 것을 암시한다. 프탈레이트 및 대체제의 공간 분포는 전통적인 잔류성유기오염물질(POPs)인 PCBs, DDTs 등과는 다르게 나타났으며, 프탈레이트와 대체제의 오염은 주로 동해안에서 집중되는 것으로 조사되었다. 특히, 항구에서 수집된 퇴적물 중 프탈레이트 및 대체제의 농도가 다른 연안 퇴적물보다 높게 검출되었으며, 이는 활발한 선박 활동이 오염원일 가능성을 시사한다. 각 물질 간 상관관계를 분석한 결과, 프탈레이트 대체제는 고분자량 프탈레이트와 유의한 상관관계를 보였으며, 이는 비프탈레이트계 가소제가 주로 고분자량 프탈레이트의 대체제로서 우선적으로 사용됨을 암시한다. 하수처리장을 통한 프탈레이트 및 대체제의 총 배출량은 산업 하수처리장보다 생활 하수처리장에서 더 높게 나타났으며, 우리나라 환경 내 프탈레이트 및 대체제의 주 배출원은 생활하수 기여가 더 높은 것임을 시사한다. 본 연구에서 채취된 50 개의 연안 퇴적물 시료 중 약 10–30%가 DEHP 농도의 생물학적으로 영향을 일으키는 임계값(threshold value)을 초과하였고, 이는 연안 환경 내 저서 생물에 프탈레이트 노출에 의한 잠재적인 위해가 있음을 암시한다. 본 연구는 우리나라 수서 환경 중 프탈레이트 및 대체제의 발생원에 근거한 거동을 이해하기 위한 기초적인 정보를 제공한다.; Phthalates are representative endocrine disrupting chemicals (EDCs) to cause various adverse health effects to wildlife and humans. Due to strong regulation on phthalates in many commercial products, non-phthalate plasticizers (NPPs) are recently introduced into industrial market. Despite toxicological effects of phthalates to wildlife and humans, few studies have conducted on the occurrence of phthalates and NPPs in sludge from wastewater treatment plants (WWTPs) and the aquatic environment. In this study, 40 sludge and 50 coastal sediment samples were analyzed to investigate occurrence, distribution, compositional profiles, and emission flux of phthalates and NPPs. Di(2-ethylhexyl)phthalate (DEHP) was found as a dominant compound for sludge and sediment samples. Predominant NPPs in sludge and sediment were di(2-ethylhexyl)adipate (DEHA) and di(2-ethylhexyl)terephthalate (DEHT), respectively, suggesting widespread usage of both compounds in Korean market. The compositional profiles of phthalates and NPPs were different according to the types of WWTPs (e.g., domestic and industrial wastewater). This finding implies the differences in the consumption patterns of both chemical groups between industry and household activities. Unlike the spatial distribution of legacy persistent organic pollutants (POPs; e.g., PCBs and DDTs) in Korean coastal waters, the concentrations of phthalates and NPPs were higher in the eastern parts than in southern and western parts of Korean coasts. Significantly higher concentrations of phthalates and NPPs were found in sediments collected from commercial harbors than those measured in sediments from the other coastal zones. This implies the possibility of shipping activities as contamination source for phthalates and NPPs in coastal environment. The concentrations of NPPs was significantly correlated with those of high-molecular-weight (HMW) phthalates in sludge, indicating that NPPs have been preferentially replaced by HMW phthalates. Total emission flux of phthalates and NPPs via domestic WWTPs was higher than those measured for industrial WWTPs, suggesting that the household activities could be more contributable to the total emission of these compounds into the environment. Approximately 10–30% of sediment samples (total number=50) collected from Korean coastal waters exceeded threshold values for DEHP, implying that potential risks to benthic organisms in coastal environment of Korea. This study provides valuable information for understanding environmental fate of phthalates and their alternatives in aquatic environment with focusing on source activities in Korea.