전문가 기고 


“유기물 기준 설정 체계 따라 TOC 기준 설정 필요”


2012년 난분해성 유기물 관리 강화 위해 하천·호소 환경기준에 TOC 기준 적용
EU, 도시 하수·폐수처리시설 BOD와 TOC 상관성 있는 경우 TOC 사용 허용


▲ 유 순 주 국립환경과학원 물환경공학연구과장
물환경 유기물 관리 변화 따른 규제기준 설정 방안

유기물은 수질오염 원인물질 중 하나이다. 수중에서 유기물 농도가 높아지면 미생물의 증식이 활발해지면서 수중의 용존산소량을 낮추기 때문에 수질이 악화된다.

유기물은 단백질, 탄수화물, 지방과 휴믹(humic)물질 등 여러 가지 물질로 구성되어 있어 이를 개별적으로 측정해 농도를 구하는 것은 효율적이지 않아 산소요구량(BOD5, CODMn, CODCr)과 같은 유기물 지표를 사용해 농도를 간접적으로 판단하고 있다.

공공수역 CODMn 농도 다소 증가

우리나라는 물환경 유기물 관리를 위해 생분해성 유기물질과 난분해성 유기물질로 유기물을 구분하여 각각 BOD5와 CODMn를 사용한다. 유기물 관리를 위한 물환경 정책 목표로서의 수질환경기준은 1978년 「환경보전법」시행령이 제정되는 초기에는 하천·호소에 BOD를, 해역에는 CODMn를 각각 적용했으나, 2009년 이후부터 하천과 호소에 BOD와 CODMn를 동시 적용하고 호소에는 CODMn를 적용하고 있다.

또, 하천과 호소의 기준 등급을 7개로 구분하고 하천과 호소의 특성을 고려해 기준을 다르게 설정했으나, 2012년에 난분해성 유기물 관리를 위해 TOC를 추가하면서 하천과 호소의 기준을 등급에 따라 동일하게 설정했다. 환경기준 달성을 위해 폐수배출허용기준 등과 같은 규제기준은 BOD와 CODMn를 정하고 있는 반면, 아직까지 TOC(총유기탄소)는 설정되어 있지 않다.

 
과거 공공수역의 수질관리 정책은 도시화·산업화 과정에서 발생하는 유기물질, 특히 BOD로 대변되는 생물학적으로 분해 가능한 유기오염물질을 중점 관리함으로써 생활환경을 깨끗하게 유지하고 생태계의 건전성을 확보하는 것을 주요 목표로 추진되어 왔다.

따라서 전반적으로 환경기초시설의 운영 등이 BOD 중심으로 이루어져 BOD 개선 효과는 있으나 난분해성 유기물질의 관리를 위한 COD 개선 효과는 미미한 실정이다.

실제로 공공수역의 수질관리를 위해 주요 수질환경정책을 추진하면서 공공수역 BOD5 농도는 점차 감소하고 있으나, 산업의 발달과 생활환경의 변화에 따른 화학물질 사용량이 증가하고 비점오염원 등으로부터 난분해성 오염물질이 유입되면서 CODMn 농도는 다소 증가하는 것으로 보고된다.

CODMn, 유기물 판정 저평가 우려

이러한 상황에서 공공수역에서의 난분해성 유기물질 관리를 위해 CODMn 중심의 관리에 점차 관심이 모아졌다. 하지만 CODMn는 유기물질의 산화력이 낮아 유기물질 오염의 근본적인 원인규명이 어려워 발생원 관리 대책 마련에 어려움이 따를 수 있다는 문제가 지속적으로 지적되어 왔다.

기존 문헌에서도 찾아볼 수 있듯이 산소요구량으로 측정하는 지표는 유기화합물질의 구조에 따라 미생물 분해가 어렵거나, 산화제의 산화력 차이로 물질별 이론적 산소요구량에 비해 낮거나 다르게 나타날 수 있다.

일반적으로 BOD5와 CODMn의 산화율은 각각 20∼40%, 30∼60%로 알려져 있으며, 특히 BOD5는 독성물질에 대한 영향을 많이 받는다. 한편, 곧은 사슬 지방족탄화수소나 벤젠, 톨루엔, 피리딘과 같은 방향족탄화수소 화합물 등 산화시키기 어려운 난분해성 유기화합물을 다량 포함할 경우에는 CODMn의 산화율이 현저하게 떨어질 수 있다.

개별물질로 글루코스를 비롯한 15개 유기화합물의 산화율을 조사한 결과에서도 TOC(90.7%)>CODCr(88.8%)> BOD(54.4%)>CODMn(30.8%)의 순으로 BOD와 CODMn의 산화율이 매우 낮게 나타나고 있어 BOD, CODMn으로는 충분한 유기물을 판정하는 데 저평가될 우려가 있다.

이에 CODMn 기준을 CODCr으로 전환하자는 의견이 오랜 기간 꾸준히 제기되어 왔다. 1997년에 환경단체, 국회 등에서 환경기준의 선진화를 위해 유기물질의 산화력이 높고 미국, 유럽에서 적용하는 COD크롬법(CODCr)으로 전환해야 한다는 요청이 있었다.

내년부터 하천·호소 CODMn 미적용

하지만 축적된 CODMn과 CODCr과의 연계성을 확보할 만한 CODCr 자료가 축적되지 않았을 뿐만 아니라, 유기물 농도가 낮은 하천과 호소의 경우 CODCr에 비해 CODMn이 더 재현성이 크기 때문에 CODCr의 전환은 더 이상 진전되지 못했다.

또한, BOD5와 CODCr는 신속·정확한 측정이 어려우므로 난분해성 유기화합물을 포함하는 시료의 지표로 이용하기에는 근본적인 원인 규명과 관리대책 마련에 한계가 있다는 의견이 꾸준히 제기되었다.

측정장비 기술의 발달로 2000년부터 유기물질의 측정방법을 미량 유기물질까지 분석이 가능한 동시에 신속한 총유기탄소(TOC)로 전환하자는 의견이 제기돼 많은 공감을 받았으며, 이후 2012년에는 난분해성 유기물 관리 강화를 위한 하천·호소의 환경기준에 TOC 기준을 동일하게 추가 설정하게 됐다. 나아가 2016년부터는 하천과 호소에 CODMn를 적용하지 않을 예정이다.

유럽·미국 대부분 CODCr법 적용

따라서 현재는 TOC 환경기준이 설정됨에 따라 이를 달성하기 위한 규제기준의 설정이 필요한 시점이다. 외국의 경우 우리나라와 유사한 일본을 제외하고 유럽이나 미국은 대부분 CODCr을 적용하고 있기 때문에 규제기준으로 TOC를 설정한 국가를 찾기 어렵다.

대신 이들 국가는 수은 등의 2차 오염물질 발생, 분석방법 및 분석시간에 따른 노동력 소요 등 CODCr법이 갖고 있는 제한에 대한 대안으로 TOC를 병행 사용할 수 있도록 하고 있다.

 구체적으로 유럽연합(EU)의 경우 도시 하·폐수처리 시설에서 BOD와 TOC와 상관성이 있는 경우 TOC를 사용할 수 있다. 독일은 폐수법에서 57개 업종에 대한 규제치를 설정하고 있는데 TOC의 4배가 CODCr을 초과하지 않으면 기준을 만족하는 것으로 간주하는 조항이 있다.

▲ 유럽연합(EU)은 도시 하·폐수처리 시설에서 BOD와 TOC의 상관성이 있는 경우 TOC 사용을 허용하고 있다.

TOC, 총유기물 나타내는 적정 지표

스위스는 도시폐수 기준에서 BOD와 TOC를 적용하고 있으며, 상관 관계가 입증된 경우 DOC도 적용 가능하다. 미국 또한 BOD와 TOC의 상관 관계가 있을 경우 TOC를 사용할 수 있도록 해 BOD 또는 CODCr을 대체할 수 있는 항목으로 탄력적으로 TOC를 확대 적용하고 있다. 이와 같이 우리나라의 경우 CODMn 대신에 CODCr으로 전환하지 않고 TOC로 전환하는 데에는 이유가 있는 것이다.

산업폐수는 공공수역의 수질과는 달리 다양한 유기물뿐만 아니라 난분해성 유기물질을 고농도로 다양하게 함유하고 있고, 업종별·처리공정별 수질 특성이 매우 다양하게 나타나기 때문에 기존 유기화합물 지표와 TOC의 관계는 더 복잡할 것으로 판단된다.

그러나 이에 관련된 자료나 연구는 많지 않으므로 미지의 유기화합물질을 함유하는 산업폐수를 대상으로 TOC 기준을 설정할 수 있는 국내 자료의 확보가 필요하다. 실제 폐수배출시설에 대한 조사 결과에서 총유기탄소에 대한 평균 산화율은 CODCr 106.6%, CODMn 53.1%, BOD 21.3%로 나타났다.

이는 CODMn와 BOD로는 유기물을 50% 미만으로 산화시켜 유기물 총량이 저평가 될 수 있고, 총유기탄소량에 대한 CODCr의 산화율이 100% 정도로 TOC가 총유기물을 나타내는 적정한 지표임을 알 수 있다. 

▲ 산업폐수는 공공수역 수질과 달리 난분해성 유기물질 고농도로 함유하고 있고, 업종별·처리공정별 수질 특성이 매우 다양하게 나타나기 때문에 기존 유기화합물 지표와 TOC의 관계는 더 복잡하다.

따라서 이들 결과를 토대로 TOC 규제기준을 마련해야 하는데, 유해물질이 아닌 일반오염물질로서 배출허용기준을 설정하는 데는 많은 논의가 필요하다.

배출허용기준의 경우 미국, 유럽은 업종별로 설정하고 있기 때문에 업종별 최적가용기법을 근거로 한 최대 배출기준을 설정한 후 허가 시스템을 통해 지역 및 경제성 등 적용 특성을 고려, 최종적으로 배출허용기준을 설정하는 시스템으로 운영하고 있다.

유기물 기준 설정 체계 새로 검토 필요

하지만 국내의 경우 지역과 규모별로는 구분하고 있으나 업종별로는 구분 없이 일률적인 기준을 적용하고 있어 기준 설정 체계가 다르다.

기존 BOD, COD, T-N(총질소)과 같은 일반 수질오염물질의 기준은 오래 전에 설정되어 기준 설정 방법에 대한 논리가 명확하지 않을 수 있으므로 유기물 기준 설정 체계를 새롭개 검토할 필요가 있다.

한편, 여기에는 현실적인 문제가 존재한다. 산업폐수의 경우 업체별 수질에 대한 정보가 공식적으로 수집되지 않아 자료를 확보하는 것이 어렵기 때문에 기준 설정 및 적정성을 평가하는 데 난항을 겪을 수 있다.

폐수배출시설에 대한 충분한 조사결과를 토대로 외국과 유사한 기술에 근거한 방식과 기존 유기물 항목과의 상관성이 있는 항목을 대상으로 설정하고, 기존의 해당 항목 기준별 분포도를 고려해 설정하는 방식을 상호 비교를 통한 유기물 기준 설정 체계에 따라 TOC 기준을 설정해야 한다.

이렇게 마련된 유기물 기준 설정 체계는 기존 유기물에 대한 기준의 적정성을 평가하는 데 활용될 수 있으며, 유해물질의 기준 설정 체계와 함께 폐수배출허용기준의 설정 체계를 온전히 갖출 수 있을 것으로 기대된다. 
 

[『워터저널』 2015년 6월호에 게재]

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