1. TOC의 중요성
폐수 속에는 수많은 유기물이 섞여 있습니다.
이 유기물은 하천에 방류되면 용존산소(DO)를 고갈시키고 수질오염과 악취를 유발합니다.
전통적으로 BOD(생화학적 산소요구량)나 COD(화학적 산소요구량)로 유기물 오염 정도를 평가했지만 이들은 측정 시간이 길거나
(BOD는 5일) 산화 불완전 문제 등이 있었습니다.
여기서 등장한 지표가 바로 TOC(Total Organic Carbon, 총유기탄소)입니다.
TOC는 폐수 속 유기물이 포함하고 있는 탄소(C)의 양을 직접 측정해 빠르고 신뢰성 있게 수질을 평가합니다.
TOC는 “폐수 속 유기물의 총량을 보여주는 체중계”라고 할 수 있습니다.
2. TOC의 정의와 원리
2.1 TOC란?
- TC (Total Carbon) = 총탄소 (유기+무기)
- IC (Inorganic Carbon) = 무기탄소 (탄산염, 중탄산염, 이산화탄소 등)
- TOC (Total Organic Carbon) = TC – IC
총유기탄소량 = 전체 탄소 – 무기탄소입니다.
2.2 측정 원리
- 폐수 속 유기물을 산화시켜 → CO₂로 전환
- 발생한 CO₂를 검출기로 측정
- CO₂ 농도를 탄소량으로 환산 → TOC 값 계산
3. TOC 측정 방법의 종류
3.1 고온 연소법 (High-Temperature Combustion Method)
- 원리: 시료를 680~1000℃의 고온에서 연소 → 촉매 반응으로 유기물을 완전히 CO₂로 산화
- 검출기: NDIR(비분산적외선검출기) 사용
- 특징:
- 정확도 가장 높음
- 다양한 매트릭스 적용 가능
- 장비 가격·운영비 다소 높음
3.2 습식 산화법 (UV-Persulfate Method)
- 원리: 자외선(UV)과 과황산염을 이용해 유기물 산화 → CO₂ 발생
- 특징:
- 장비 단순, 유지비 저렴
- 일부 난분해성 유기물 산화 불완전 가능
3.3 차분법 (Difference Method)
- 방법: TC와 IC를 각각 측정 후, 차이값으로 TOC 계산
- 장점: 빠르고 단순
- 단점: TC, IC 모두 정확히 측정해야 오차 ↓
4. 측정 절차 (예시: 고온 연소법 기준)
- 시료 채수: 폐수 시료 채취, 현장 보존(산 추가)
- 전처리: 필요 시 여과(SS가 많으면 clogging 우려)
- 주입: 시료를 장비 주입 포트에 투입
- 산화: 고온의 연소관에서 촉매 산화 → CO₂ 발생
- 검출: NDIR 센서로 CO₂ 정량
- 보정: 표준용액(칼륨프탈레이트, 옥살산 등)으로 교정
- 계산: TOC = TC – IC
5. 표준 방법 및 관련 규격
- 국내: 환경부 「수질오염공정시험기준」
- ES 04332.1c: 고온 연소법
- ES 04332.2: 자외선/과황산법
- 국제:
- ISO 8245 (Water quality — Guidelines for the determination of TOC)
- EPA 415.1 (TOC by combustion or wet oxidation)
6. TOC와 다른 지표와의 비교
| 지표 | 의미 | 측정시간 | 한계 | 활용도 |
| BOD | 미생물 산소 요구량 | 5일 | 시간 오래 걸림 | 법적 수질기준 |
| COD | 화학적 산화량 | 2~3시간 | 산화 불완전 문제 | 국내 법적 지표 |
| TOC | 총 유기탄소량 | 수 분~수십 분 | 초기 장비비↑ | 실시간 모니터링, 대체 지표 |
TOC는 BOD·COD의 대체지표로 점점 확대 적용 중입니다.
7. TOC 측정 장비
- 고온 연소형 TOC 분석기
- 대표 브랜드: Shimadzu, Hach, Analytik Jena 등
- 고가이지만 신뢰성 높음
- UV-과황산형 TOC 분석기
- 중소규모 연구실에서 선호
- 설치비·운영비 낮음
- 온라인 TOC 모니터링 센서
- 하수처리장, 공공수 처리시설에서 실시간 제어 가능
- SCADA와 연동 가능
8. 활용 사례
- 하수처리장: BOD 대신 TOC 모니터링으로 운영 효율 개선
- 산업폐수: 반도체·제약 산업에서 초순수 품질 관리
- 음용수 관리: 정수장에서 원수 내 유기물 평가
- ESG/탄소중립 관리: 유기물 저감과 에너지 효율 분석 지표
9. 비유로 이해하는 TOC
TOC 측정은 마치 사람의 체지방 측정과 비슷합니다.
- 체중계(BOD)는 시간이 오래 걸리고
- 혈액검사(COD)는 화학 반응에 따라 결과가 달라지지만
- **체지방 측정기(TOC)**는 바로 전체 유기물 양을 빠르게 보여줍니다.
TOC는 폐수 속 유기물 건강검진 지표라 할 수 있습니다.
10. 최신 동향과 미래 전망
- 스마트 수질 모니터링: AI + TOC 센서 → 실시간 수질 예측
- 자동화 폐수처리: TOC 신호 기반 자동 약품 주입 시스템
- 규제 변화: 유럽·일본에서는 COD 대신 TOC를 법적 지표로 전환 중
- 친환경 트렌드: 저비용 센서 개발, IoT 기반 모니터링 확산
11. 핵심 요점
TOC 측정법은 이제 단순한 연구용 지표가 아니라 공공폐수처리시설·산업현장·정수장까지 널리 쓰이는 핵심 수질관리 도구입니다.
- 빠르고 정확하다
- 자동화·실시간 모니터링 가능하다
- 국제적으로 COD·BOD 대체 지표로 확대 중이다
앞으로 TOC는 수질 관리의 표준 지표로 자리 잡을 가능성이 높습니다.
12. 현장 이야기
여름철 2차 침전지 이끼를 효율적으로 걷어내기 위해 강자흡식펌프를 이동식으로 만들었습니다.
강자흡식펌프는 큰 이물질도 이송시킬 수 있는 힘이 있는 펌프입니다.
이틀에 걸쳐 만들었지만........
물이 있어야 펌핑이 되는데 물이 부족하여 실패하였습니다.
지금은 다른 용도로 사용하고 있습니다.
이번 글에서는 폐수 TOC 측정 원리와 방법에 대해 알아보았습니다.
현장에서 일하시는 분들이나 관련 공부를 하시는 분들에게 도움이 되길 바랍니다.