유기물과 BOD, COD의 의미와 처리 기술

유기물이란 무엇인가: 폐수 속 유기물의 정체와 영향

유기물은 자연계와 인공 환경 속에서 매우 다양한 형태로 존재하며, 폐수 처리 공정에서 가장 우선적으로 고려되는 핵심 오염물질이다. 일반적으로 유기물은 탄소(C)를 기본 골격으로 하는 화합물로서, 폐수 속에는 식품물 찌꺼기, 생물체 분해산물, 세제, 공업 화학물 등 다양한 기원이 있다. 유기물이 폐수 속에 과도하게 포함되면 수질 악화는 물론, 하천이나 호수 같은 수생 생태계의 산소 고갈을 유발하게 되며, 이는 곧 물고기 떼죽음이나 악취 발생 등 심각한 환경 문제로 이어질 수 있다.

특히 도시 생활하수나 식품 가공공장의 폐수에는 유기물이 풍부하게 포함되어 있는데, 이들은 미생물에 의해 분해되며 동시에 산소를 소비한다. 이 산소 소비량을 정량적으로 측정하는 것이 바로 BOD와 COD다. 하지만 유기물은 단순히 양만 많은 것이 문제가 아니라, 그 분해 가능성, 독성, 분자 구조 등에 따라 처리의 난이도와 방식이 크게 달라진다. 예를 들어, 단순한 탄수화물은 쉽게 분해되지만 방향족 화합물이나 페놀류는 생물학적으로 분해가 어려워 고도 처리가 필요하다.

따라서 유기물의 종류를 파악하는 것이 폐수처리의 첫걸음이며, 이를 위해 총유기탄소(TOC), 총질소(TN), 총인(TP) 등의 보조지표도 함께 분석하게 된다. 유기물 제거는 단순한 오염 제거 이상의 의미를 지닌다. 이는 지속가능한 수자원 관리, 수질 생태계 회복, 그리고 자원 재이용의 기본 토대를 이루는 핵심 과정이기 때문이다.

 

BOD와 COD의 차이: 유기물 평가의 핵심 지표

 

BOD(Biochemical Oxygen Demand, 생화학적 산소요구량)와 COD(Chemical Oxygen Demand, 화학적 산소요구량)는 모두 유기물의 양을 간접적으로 측정하는 대표적인 수질 오염 지표이다. 하지만 이 둘은 그 원리와 측정 방식, 의미하는 바에서 상당히 다르다. BOD는 폐수 속 유기물이 미생물에 의해 분해될 때 소비되는 산소의 양을 나타내며, 일반적으로 20℃에서 5일 동안 측정된다. 이는 분해 가능한 유기물의 양을 반영하기 때문에, 생물학적 처리 과정에서 중요한 지표로 활용된다.

반면 COD는 유기물이 강한 산화제(보통 과망간산칼륨 또는 중크롬산칼륨)에 의해 산화될 때 소비되는 산소량을 의미한다. COD는 유기물이 화학적으로 산화 가능한 총량을 측정하기 때문에, 분해되지 않는 유기물까지 포함해 좀 더 포괄적인 수치를 제공한다. 예를 들어, 석유류나 합성 고분자 물질은 BOD로는 거의 측정되지 않지만, COD에서는 반영된다.

이처럼 BOD와 COD는 유기물 제거 수준을 가늠할 수 있는 중요한 척도이며, 두 수치를 비교하여 폐수의 성격을 추정할 수 있다. 일반적으로 BOD/COD 비율이 높을수록 생물학적 처리가 유리하고, 낮을수록 화학적 또는 물리적 처리가 필요하다는 뜻이다. BOD가 낮고 COD가 높은 폐수는 난분해성 유기물이 많다는 신호로 해석할 수 있으며, 이에 따라 처리 전략도 달라진다.

결국 BOD와 COD는 단순한 수치가 아니라, 폐수 속 유기물의 본질과 처리 가능성을 판단하는 기초적 도구로서, 환경공학 전반에 걸쳐 매우 중요하게 활용된다.

 

유기물 제거 기술: 기본부터 고도처리까지

폐수 내 유기물 제거를 위한 기술은 오랜 기간 발전해왔으며, 기초적인 물리적 처리부터 고도화된 생물학적·화학적 공정까지 다양하게 존재한다. 가장 기본적인 방식은 물리적 침전과 스크리닝이다. 이들은 크기가 큰 부유물질이나 입자성 유기물을 제거하는 데 효과적이며, 전체 유기물 부하를 줄이는 전처리 단계로 활용된다. 그러나 이 단계만으로는 총 유기물 제거에 한계가 있다.

본격적인 유기물 처리는 보통 활성슬러지법, 고정성 생물막법, SBR(순차식 배치반응기), MBR(막분리 활성슬러지법) 등 생물학적 공정에서 이루어진다. 특히 MBR은 막을 이용해 슬러지를 고농도로 유지할 수 있어 고농도 유기물 제거에 매우 효율적이다. 또한 하수 재이용이 필요한 경우, 병원균까지 제거할 수 있어 매우 유리하다.

한편, 생물학적으로 처리되지 않는 난분해성 유기물을 대상으로는 고급산화공정(AOPs), 오존 처리, UV-과산화수소 병용 방식, 전기응집, 흡착법(활성탄) 등이 사용된다. 예를 들어, 염소계 유기물이나 페놀류는 일반 미생물이 분해하지 못하지만, AOPs는 라디칼을 생성하여 이들을 산화시켜 제거할 수 있다. 이러한 고도 기술은 설치 비용이 다소 높지만, 정밀하고 안전한 폐수 처리를 가능하게 해준다.

최근에는 미세조류를 이용한 유기물 및 영양염류 제거 기술도 연구되고 있으며, 이는 생물학적 처리의 생태학적 확장으로 주목받고 있다. 전체적으로 보면, 유기물 제거 기술은 하나의 방법에 의존하기보다는 다단계, 복합 처리 전략으로 운용되는 경우가 많다. 그 이유는 유기물의 성격이 다양하고 처리수의 수질 기준도 점점 엄격해지고 있기 때문이다.

 

미래의 유기물 처리 방향: 지속 가능성과 자원 순환

폐수 내 유기물을 단순히 제거하는 것에 그치지 않고, 이제는 이를 자원으로 재활용하거나 에너지화하는 기술이 각광받고 있다. 그 대표적인 예가 바로 혐기성 소화공정(anaerobic digestion)이다. 이 공정은 유기물을 분해하는 과정에서 메탄가스를 생성하는데, 이는 바이오가스 형태로 에너지 자원으로 활용할 수 있다. 특히 식품폐수나 농업계 폐수처럼 유기물 농도가 높은 경우, 이 공정은 에너지 회수와 수질 정화를 동시에 달성할 수 있는 지속 가능한 방법이 된다.

또한 퇴비화(composting), 수처리 슬러지를 이용한 고형연료 제조(SRF), 미생물을 활용한 바이오폴리머 생산 등도 유기물 자원화를 실현하는 기술들이다. 이처럼 유기물을 제거의 대상에서 활용 가능한 자원으로 인식하게 되면, 폐수는 더 이상 환경오염의 원인이 아니라 순환경제의 자산으로 탈바꿈할 수 있다.

더 나아가 인공지능과 빅데이터 기술이 접목되면서, 실시간으로 유기물 농도를 분석하고, 처리 공정을 자동으로 조절하는 스마트 수처리 시스템도 빠르게 확산 중이다. 이는 에너지 낭비를 줄이고, 처리 효율을 높이며, 비용 절감에도 기여할 수 있다. 미래의 수처리는 단지 정화에 그치지 않고, 유기물 처리의 최적화와 자원화라는 목표로 확대되고 있는 것이다.

결론적으로, 유기물과 BOD, COD는 단순한 환경공학 용어가 아닌, 수처리 기술과 지속 가능한 미래를 연결하는 다리라고 할 수 있다. 이들의 의미와 기술적 접근을 이해하는 것은 깨끗한 수자원 확보와 환경 보호, 그리고 산업의 책임 있는 성장의 기반이 된다.