이 글의 목적은 폐수 및 하수 방류수 유기물질 관리지표가 COD에서 TOC로 전환되는 상황에서, 환경담당자가 기준 변화 내용을 정확히 이해하고 실무에서 TOC 지표 전환 관리를 체계적으로 수행할 수 있도록 법·기술·운영 측면의 전략을 정리하는 것이다.
1. TOC 지표 전환의 배경과 법·제도 동향
우리나라 수질관리에서 유기물질 지표는 오랫동안 BOD와 COD(Mn) 중심으로 운영되어 왔으나, 난분해성 유기물 증가와 국제적 추세를 반영하여 총유기탄소(TOC) 기반 관리로 전환하고 있다.
폐수 배출시설의 유기물질 관리지표는 물환경보전법 시행령·시행규칙 개정을 통해 단계적으로 COD에서 TOC로 전환되었으며, 신규 폐수배출시설에는 2020년부터, 기존 시설에는 2022년부터 TOC 배출허용기준이 적용되고 있다.
공공하수·폐수 및 분뇨처리시설의 방류수 유기물질 관리지표 역시 기존 COD에서 TOC로 전환되어 관리되고 있으며, 이는 COD가 난분해성 유기물 등 전체 유기물 총량을 충분히 반영하지 못하는 한계를 보완하기 위한 정책이다.
1.1 BOD, COD, TOC 지표의 기본 개념
BOD는 생물학적 산소요구량으로, 미생물이 유기물을 분해할 때 소비하는 산소량을 측정하는 지표이다.
COD는 화학적 산소요구량으로, 강한 산화제를 이용해 물속 유기물을 산화시키는 데 필요한 산소량을 의미한다.
TOC는 Total Organic Carbon의 약자로, 수중에 존재하는 유기물에 포함된 탄소의 총량을 직접 측정하는 지표이다.
BOD·COD가 ‘산소 요구량’을 간접적으로 측정하는 지표라면, TOC는 유기물량을 탄소 기준으로 직접 정량한다는 특징이 있다.
1.2 TOC 지표 전환이 필요한 이유
- BOD는 분석에 장시간이 소요되고 난분해성 유기물 반영이 제한적이다.
- COD(Mn)는 산화율이 충분히 높지 않아 전체 유기물 총량을 과소평가할 수 있다.
- TOC는 자동분석, 연속측정, 데이터 고도화에 유리하여 TMS(수질자동측정망)와 연계한 실시간 관리에 적합하다.
- 국제적으로 TOC 기반의 유기물 관리 비중이 커지고 있어 수출·국제인증 대응 측면에서도 유리하다.
1.3 현장 실무자가 이해해야 할 핵심 포인트
현장에서 중요한 것은 “지표가 바뀌었다”는 사실 그 자체가 아니라, 같은 방류수 품질을 두고 COD 기준에서 TOC 기준으로 전환되었을 때 허용가능한 운전 여유가 어떻게 달라지는지를 계량적으로 이해하는 것이다.
따라서 다음 세 가지 질문에 답할 수 있어야 한다.
- 우리 시설 방류수의 TOC–COD 상관관계는 어느 정도인지
- 현 기준 COD 대비 TOC 기준에서 여유율(마진)이 얼마나 되는지
- TOC 기준을 만족하기 위해 공정 개선 또는 운전조건 조정이 필요한지
2. TOC·COD·BOD 지표 비교와 상관관계 이해
TOC 지표 전환을 관리하려면 먼저 TOC와 기존 지표 간 상관관계를 이해해야 한다.
2.1 지표별 특성 비교
| 지표 | 측정원리 | 장점 | 단점 | 주요 사용용도 |
|---|---|---|---|---|
| BOD | 미생물 분해 시 산소 소비량 측정 | 생태영향과 연계성이 높다 | 분석시간이 길고 재현성이 떨어질 수 있다 | 하천·호소 수질평가, 하수처리 효율평가 |
| COD(Mn) | 망간계 산화제를 이용한 화학적 산화 | 분석이 비교적 간편하다 | 산화율이 낮아 난분해성 유기물 반영이 제한적이다 | 전통적 폐수 방류수 기준, 하천 수질지표 |
| TOC | 고온연소 또는 UV 산화 후 CO₂로 전환된 탄소량 측정 | 유기탄소를 직접 정량하고 자동화에 유리하다 | 초기 장비 투자와 유지관리 부담이 존재한다 | 방류수 기준, 공정수/초순수 관리, 실시간 모니터링 |
2.2 TOC와 기존 지표의 상관관계
여러 연구에서 TOC와 COD, BOD 간 상관관계가 높게 나타나는 것으로 보고되며, 특히 산업폐수의 경우 TOC와 COD(Mn) 간 상관계수가 0.95 이상으로 매우 높게 나타난 사례가 보고되어 있다.
다만 상관관계가 높다고 하더라도 산업별, 공정별, 계절별 특성에 따라 회귀식 계수는 달라지므로, 일률적인 환산식을 그대로 적용하는 것은 위험하다.
2.3 현장에서 활용할 수 있는 실무적 상관분석 절차
- 최소 3~6개월 이상 동일 시료에 대해 COD와 TOC를 동시에 측정한다.
- 계절, 생산량, 원수수질이 크게 변하는 사업장은 1년 이상 데이터를 확보한다.
- 산포도를 그리고 단순선형회귀(예: TOC = a × COD + b)를 구한다.
- R² 값, 잔차분포, 극단값(outlier)을 검토하여 실제 관리에 사용할 수 있는지 판단한다.
- 반복 측정자료가 충분하다면 운전조건별(저부하/고부하, 우천/건기 등)로 그룹을 나누어 개별 회귀식을 도출한다.
주의 : 공공기관 또는 타 산업단지에서 제시하는 “TOC 환산식”을 그대로 가져다 쓰는 것은 매우 위험하다. 반드시 해당 시설 자체 데이터를 기반으로 회귀식을 도출하고, 이 회귀식은 내부 관리 참고용으로만 활용해야 한다.
3. TOC 방류수 기준과 내부 관리기준 설계
지표 전환 관리의 핵심은 “법적 TOC 기준”과 “현 시설의 실제 방류수 TOC 수준” 그리고 “안전여유(여유율)”를 수치로 도출하는 것이다.
3.1 법적 TOC 기준의 개요
산업단지 공공폐수처리시설 등 일부 시설의 경우, 종전 COD(Mn) 40 mg/L 기준이 TOC 25 mg/L 수준으로 전환되는 등 유기물질 기준이 재설계되고 있다.
구체적인 기준값은 업종, 처리방식, 방류수역에 따라 다르므로 반드시 최신 물환경보전법 시행규칙, 하수도법 시행규칙, 관련 고시를 확인해야 한다.
3.2 내부 관리기준 설정 원칙
내부 관리기준은 단순히 법 기준의 일정 비율로 정하는 것이 아니라, 다음 요소를 모두 고려해 설정해야 한다.
- 법적 기준값과 과거 실측값의 분포
- 계절별·부하별 변동폭
- 측정 불확도와 분석 오차
- 운전 변경 시 응답속도(공정동특성)
실무에서는 다음과 같이 단계적으로 접근하는 것이 안전하다.
- 최근 1~2년 방류수 TOC 데이터의 월별 평균과 표준편차를 산출한다.
- 최악 조건(상위 95~99백분위수)을 확인한다.
- 법 기준 대비 최소 20~30% 이상의 여유가 확보되도록 목표치를 설정한다.
- 공정 개선 전·후를 비교해 목표치를 단계적으로 강화한다.
3.3 내부 관리기준 계산 예시
# TOC 내부 관리기준 설정 예시 (단순 예제)
법적기준 = 20.0 # mg/L, 관련 규정에서 확인
최소안전율 = 0.7 # 법적 기준의 70% 수준으로 관리
내부관리기준 = 법적기준 * 최소안전율
print(내부관리기준) # 14.0 mg/L
추가적으로, 과거 데이터의 상위 95% 값과 비교하여 더 엄격한 값을 선택한다.
주의 : 위 계산은 내부 목표치 설정을 설명하기 위한 단순 예시일 뿐이며, 실제 기준 설정 시에는 업종별 배출허용기준, 공정별 특성, 계절변동, 민원리스크 등을 종합적으로 고려해야 한다.
4. TOC 지표 전환 관리 절차(실무 단계별 로드맵)
4.1 1단계: 현황 진단
- 방류수 COD, BOD, TOC 최근 데이터를 모두 수집한다.
- 지표 전환 이전 기간에 COD만 측정했다면, 향후 최소 6개월 이상 TOC를 병행 측정한다.
- 방류수뿐만 아니라 공정 중간지점(생물반응조 유출, 2차 침전지 유출 등) TOC도 정기 측정해 공정별 분해·제거 특성을 파악한다.
- 자동측정기기(TMS)를 사용 중인 경우, 실험실 측정값과의 상관관계 및 편차를 검증한다.
4.2 2단계: 데이터 분석 및 상관식 구축
- TOC–COD, TOC–BOD 산포도를 작성한다.
- 최소자승법을 이용해 단순선형회귀 또는 다중회귀식을 도출한다.
- 우천/건기, 저부하/고부하, 비정상 운전기간을 구분하여 각각 분석한다.
- R², RMSE 등을 통해 회귀식의 신뢰도를 평가한다.
- 극단값은 사고, 시운전, 공정 이상 등과 연관지어 원인을 기록한다.
4.3 3단계: 공정 및 운전조건 재설계
TOC 기준을 안정적으로 만족하려면 단순히 시료 희석이나 일시적인 조정이 아니라 공정 설계와 운전조건을 구조적으로 조정해야 한다.
- 전처리 강화: 응집·침전, 유분제거, pH 조정 등으로 유입부하 변동을 줄인다.
- 생물처리 최적화: SRT, MLSS, DO, 반응조 체류시간(HRT) 등을 조정하여 난분해성 유기물 제거율을 높인다.
- 고도처리 도입: 필요시 활성탄, 막여과, 고도산화공정(AOP) 등을 검토한다.
- 부하평준화: 조정조와 균등조를 활용하여 시간대별 부하 피크를 완화한다.
4.4 4단계: 표준운전절차(SOP) 및 비상대응체계 정비
- 운전·분석·기록 절차서에 COD 중심 표현을 TOC 기준 표현으로 모두 변경한다.
- TOC 경보값 설정, 경보 발생 시 조치내용, 보고체계를 문서화한다.
- 정기점검, 자가측정, 공인기관 측정, TMS 자료 간 데이터 일치성 검토 절차를 명시한다.
- 지표 전환 초기에는 월 1회 이상 TOC 데이터 검토회의를 운영하는 것이 바람직하다.
5. TOC 시험·분석 및 장비 관리
5.1 수질오염공정시험기준의 TOC 측정 개요
수질오염공정시험기준에 따르면, 총유기탄소는 적정량의 시료를 산화성 촉매가 충전된 고온 연소로에 주입하여 유기탄소를 CO₂로 전환한 후, 이 CO₂를 적절한 검출기로 정량하는 방식으로 측정한다.
또한 비정화성 유기탄소(NPOC)법을 적용하는 경우, 시료의 pH를 2 이하로 조정하고 일정 시간 폭기하여 무기성 탄소를 제거한 뒤 유기탄소를 정량한다.
5.2 TOC 분석기의 성능시험과 정도관리
실험실에서 사용하는 TOC 분석기는 검정곡선 작성·검증, 정밀도·정확도 평가 등 성능시험을 정기적으로 수행해야 한다.
- 검정곡선 작성: 최소 5점 이상 농도 범위를 사용하여 직선성을 확인한다.
- 정밀도 평가: 같은 조건에서 반복 측정 시 상대표준편차(RSD)를 확인한다.
- 정확도 평가: 인증표준물질(CRM) 또는 검증시료를 사용해 측정값과 기준값 차이를 평가한다.
- 검출한계(LOD)·정량한계(LOQ) 검증: 저농도 영역에서 반복측정으로 산출한다.
5.3 상대정확도 기준과 최근 개정 방향
수질오염공정시험기준에서는 TOC 상대정확도 적합기준을 주시험법 기준 15% 이하 등으로 규정하고 있으며, 배출기준의 절반 미만 또는 최소배출기준한계 이하 구간에 대한 완화 규정이 추가되는 등 일부 개정이 이루어지고 있다.
실무적으로는 다음 기준을 최소한의 목표로 삼는 것이 바람직하다.
- 상대정확도(주시험법 대비) 15% 이하 확보
- 중복 측정 시 상대편차(RPD) 10% 이하 목표
- 공인기관 분석결과와의 비교 시, ±10% 이내 편차를 유지하는 것을 권장한다.
주의 : TOC 분석기의 교정·점검 기록, 검정곡선, 성능시험 결과는 지도·점검 및 정도관리 평가 시 핵심 근거자료가 되므로, 최소 3년 이상 체계적으로 보관해야 한다.
5.4 시료 채취·보존 시 유의사항
- 채취 용기는 유리 또는 고품질 플라스틱을 사용하고, 사용 전 충분히 세척한다.
- 채취 후 가능한 한 빠른 시간 내 분석을 수행하고, 필요 시 냉암소 보관한다.
- 강알칼리 또는 강산성 시료는 중화 과정에서 CO₂ 발생 등으로 측정값에 영향을 줄 수 있으므로, 공정시험기준의 절차를 준수한다.
- 부유물질 함량이 높은 시료는 교반 후 균질화하여 대표 시료가 되도록 한다.
6. TOC 지표 전환과 행정·법적 리스크 관리
6.1 지도점검 및 행정처분 리스크
- TOC 기준 도입 초기에는 지자체 및 환경청의 지도·점검이 집중될 가능성이 크다.
- 동일 기간 COD 기준은 만족하였으나 TOC 기준을 초과한 사례에 대해 행정처분이 발생할 수 있으므로, 과도기에는 보수적인 운전을 유지해야 한다.
- 자가측정 결과와 공인측정 결과 간 불일치가 반복될 경우, 분석체계 전반(시료채취, 전처리, 장비 교정)을 재점검해야 한다.
6.2 계약·보고 체계 정비
- 운영대행 계약서, 수탁처리 계약서에 기재된 “COD 기준”을 “TOC 기준”으로 변경하고, 기준값과 위반 시 책임범위를 명확히 한다.
- 환경영향평가서, 변경관리(MOC) 문서, 배출허용기준 검토자료도 TOC 기준을 반영해 갱신한다.
- 민원 대응용 자료(브로슈어, 홈페이지, 설명자료)에도 TOC 지표 전환 내용을 이해하기 쉽게 정리해 두는 것이 좋다.
6.3 내부 교육 및 역량 강화
- 환경기술인, 운영 인력, 분석 인력 모두를 대상으로 TOC 원리, 기준, 운전 영향에 대한 교육을 실시한다.
- 분석 담당자 교육에서는 공정시험기준, 장비 매뉴얼, 정도관리 요령을 함께 다룬다.
- 운전 담당자 교육에서는 공정조절 인자(SRT, MLSS, HRT, 재순환률 등)와 TOC 제거율의 관계를 사례 중심으로 설명한다.
7. 데이터 관리 및 수질기록 체계 구축
7.1 TOC 중심 수질기록 양식 설계
TOC 지표 전환 이후에는 운영일지, 방류수 기록, 월간 보고서 등 모든 양식이 TOC 기준 중심으로 재구성되어야 한다.
| 일자 | 시간 | 유량(m³/d) | TOC(mg/L) | 내부관리기준(mg/L) | 비고(비정상운전, 우천 등) |
|---|---|---|---|---|---|
| 2025-06-01 | 10:00 | 5,000 | 11.2 | 14.0 | 정상운전 |
| 2025-06-01 | 16:00 | 5,300 | 13.8 | 14.0 | 우천, 유입 부하 상승 |
7.2 TMS 데이터와 실험실 데이터의 통합 관리
- TMS(수질자동측정기기)가 설치된 사업장은 TMS TOC값과 실험실 TOC값을 동일 시간대 기준으로 매칭하여 비교표를 작성한다.
- 일정 기간 동안 편차를 분석해 보정계수 적용 여부를 검토한다.
- 통합 그래프(시간대별 유량·TOC·경보)를 작성해 운전 상태를 직관적으로 파악할 수 있도록 한다.
주의 : 지도·점검 시 “TMS 실시간 데이터”와 “자가측정·공인측정 결과”가 서로 상반되는 경우, 데이터 신뢰도 자체에 대한 지적을 받을 수 있다. 최소 분기 1회 이상 세 자료의 일치성을 점검하고, 이력을 문서화해 두는 것이 안전하다.
8. 업종·상황별 TOC 지표 전환 대응 전략
8.1 공공하수처리시설
- 생활계 유기물 중심이므로 계절·유량 변동이 크고, 우천 시 유입 희석 효과가 크다.
- TOC 기준 대비 여유가 충분한 경우가 많지만, 우수 유입이 많은 합류식 관거에서는 희석에 따른 농도 변동 폭이 커지므로 주의해야 한다.
- 슬러지 재순환, 반송슬러지율, 탈질·탈인 공정 운전이 TOC 제거에도 영향을 미치므로 전체 질소·인 관리와 함께 최적화해야 한다.
8.2 산업단지 공공폐수처리시설
- 난분해성 유기물, 독성물질, 색도 성분이 혼재되어 TOC 제거가 가장 어려운 유형 중 하나이다.
- 입주업체별 유입 TOC 특성을 파악하고, 고농도 업종에 대해서는 사전처리 강화 또는 유입관리협약을 추진해야 한다.
- 생물처리 공정만으로 TOC 기준 달성이 어려운 경우, 흡착·막여과·고도산화 공정을 단계적으로 도입하는 방안을 검토한다.
8.3 개별 사업장 폐수처리시설
- 소규모 사업장은 TOC 분석 장비 보유가 어려울 수 있으므로, 공인시험기관 또는 위탁분석을 활용해 최소 월 1회 이상 방류수 TOC를 확인해야 한다.
- 유량·생산량 변동이 작다면, 비교적 짧은 기간의 상관분석으로도 COD→TOC 전환 리스크를 평가할 수 있다.
- 신규 공정 도입, 원료 변경, 생산량 증대 시에는 반드시 변경관리(MOC) 차원에서 TOC 영향을 별도로 검토해야 한다.
FAQ
TOC 지표로 전환될 때 가장 먼저 할 일
가장 먼저 할 일은 우리 시설의 방류수에 대해 일정 기간 COD와 TOC를 동시에 측정하여 상관관계를 파악하고, 법적 TOC 기준 대비 여유율을 수치로 계산하는 일이다. 이를 통해 지표 전환 후 기준 초과 가능성이 있는지, 공정 개선이나 운전조건 조정이 필요한지를 객관적으로 판단할 수 있다.
TOC 내부관리기준 설정 방법
TOC 내부관리기준은 법적 기준값에 일정 안전율(예: 70~80%)을 곱해 1차 목표치를 정한 뒤, 과거 데이터의 상위 백분위값과 비교하여 더 엄격한 값을 선택하는 방식으로 설정하는 것이 일반적이다. 이후 공정 개선 결과를 반영해 단계적으로 기준을 강화하면 된다.
소규모 사업장의 TOC 분석 대응 방법
TOC 분석 장비를 직접 도입하기 어려운 소규모 사업장은 공인시험기관 또는 위탁분석을 활용해 최소 월 1회 이상 방류수 TOC를 확인하는 것이 바람직하다. 이때 COD와 TOC를 동시에 의뢰하여 자체 상관관계를 확보해 두면, 향후 지표 전환에 따른 리스크 평가에 큰 도움이 된다.
TOC와 COD 환산식을 그대로 사용해도 되는지 여부
문헌이나 다른 시설에서 제시하는 TOC–COD 환산식은 참고자료일 뿐이며, 그대로 사용할 경우 큰 오차가 발생할 수 있다. 반드시 해당 시설의 실측 데이터를 기반으로 자체 회귀식을 도출하고, 이 회귀식은 내부 관리 참고용으로만 활용하는 것이 안전하다.
TOC 자동측정기(TMS) 설치 필요성
법적으로 TMS 부착대상이 아닌 사업장이라도, 부하변동이 크거나 민원·규제가 강화되는 지역에서는 TOC 자동측정기 도입이 장기적으로 유리할 수 있다. 실시간 데이터 확보를 통해 공정운전 최적화와 조기경보 체계를 구축할 수 있기 때문이다. 다만 설치·유지비용, 인력 역량 등을 함께 고려해 경제성을 판단해야 한다.