활성탄 > 자료실

본문 바로가기


WATERTECHONE은 물의 과학을 창조합니다!
자료실
자료실

활성탄

페이지 정보

작성자 최고관리자 작성일19-08-06 18:17 조회1,837회 댓글0건

본문

1. 활성탄 처리

 정수용 활성탄은 주로 나무나 석탄으로 부터 제조되며 나무로부터 제조된 활성탄은 대체로 규칙적인 macropores를 가지고 석탄으로 제조된 활성탄은 불규칙적인 분포의 macropores를 갖는다. 고밀도 야자껍질을 이용한 활성탄은 세공이 작은 micropores를 주로 가지고 있다. 이러한 세공 구조의 차이는 피흡착물질(오염물질) 분자가 흡착 부위로 이동하는데 영향을 준다.

활성탄은 제조원료 및 방법에 따라 흡착능(adsorption capacity) 및 물리화학적 특성이 크게 다르다. 고정상 입상활성탄 흡착탑을 이용하여 정수처리를 할 경우 활성탄 입자의 입도분포에 유의해야 한다. 직경 0.5 mm 이하의 입자가 많은 경우 여과층 사이에 손실수두가 크게 나타나고, 여과노즐의 막힘 현상, 역세척시 활성탄의 손실이 유발될 수 있다.

반면에 입자가 큰 경우는 활성탄 입자의 외부 표면적이 작게되고 입자 내부의 세공 길이가 길어져 흡착대(adsorption zone)가 넓어져 오염물질의 조기 파과(early breakthrough)가 발생한다. 따라서 활성탄 입자의 입도 및 마모를 줄일 수 있는 경도, 밀도, 공극률, 입자의 외부 표면적 등이 흡착탑 설계의 중요한 인자가 된다.


피흡착물질이 활성탄에 흡착되는 속도는 흡착공정설계에 있어서 흡착능 못지않게 중요하다. 일반적으로 다공성 흡착제에 의한 피흡착물질의 제거속도는 물질확산속도에 의해 결정된다. 피흡착물질이 활성탄 입자의 세공 내부까지 확산해가는 경로는 크게 막확산(film transport)과 세공내 확산으로 분류되고, 세공내 확산은 세공확산(pore diffusion)과 세공표면 확산(surface diffusion) 으로 나눌수 있다.


하향류 고정상 입상활성탄 흡착탑의 경우 흡착능이 상대적으로 높고 확산속도가 빠른 피흡착물질은 흡착탑 운전 초기에 흡착탑 상부의 흡착대에서 제거되기 시작하고 흡착능이 상대적으로 낮고 확산속도가 느린 피흡착물질은 운전초기에는 고정상 깊은 지점에서 흡착 경쟁없이 제거되나 상층부가 포화되면서 상층부 흡착대가 하부로 이동하게 되어 흡착능이 상대적으로 큰 물질들은 이미 하부에 흡착되어 있는 흡착능이 보다 작은 물질들을 경쟁에 의해 치환 흡착하게되어 물질에 따른 흡.탈착이 연속적으로 일어난다.

고정상 입상활성탄으로 부터 유출되는 오염물질 농도를 운전시간에 대하여 그렸을 때 이를 '파과곡선(breakthrough curve}'이라 부른다. 처리하고자하는 상수원 특성 배경하에서 선정할 활성탄에 대한 처리목표 오염물질의 파과곡선은 입상활성탄 흡착탑 설계에 있어서 중요한 자료이다.

고도정수처리 공정을 도입할 때 처리목표 물질을 선정하는 가장 기본적인 근거는 현행 및 장래의 음용수질 기준이다. 병원성 세균과 인체에 유해하다고 판단되는 화학물질이 없어야 하며 또한 소비자에게 불쾌감을 줄 수 있는 맛, 냄새, 색도, 탁도 등도 없어야 한다. 이러한 음용수질기준은 세계 각국이 각국이 고유한 법적 규제를 가지고 있으나 중요한 것은 점점 규제 항목수 및 농도를 강화하고 있다는 것이다. 선진국에서는 휘발성 유기화합물질(Volatile organic chemical, VOC), 합성유기화학물질(Synthetic organic chemicals, SOC), 살균부산물질(Disinfection byproducts, DBP) 등의미량 유기오염물질에 대한 규제가 특히 강화되고 있다.

처리목표 물질은 BOD, COD, TOC(DOC), TOX, UV 등 총체적 유기오염물질지표와 개별오염물질로 구분할 수 있다. 기존의 활성탄 흡착공정은 냄새, 맛, 색도 제거 등 심미적 물질제거를 위한 목적이 많았으며 유럽 등의 일부 정수장에서 채택되고 있는 생물입상활성탄(BAC)은 20여년전 주로 생분해 가능한 DOC(BDOC)와 암모니아를 저감하는데 1차목표를 두고 설계되었다. 미국에서는 처리목표에 있어서 총체적 유기오염물질지표 뿐만 아니라 전술한 독성, 발암성, 변이원성을 가지는 VOC, SOC, DBP에 속하는 개별물질에 대하여 우선적으로 고려하는 것이 최근의 실정으로 입상활성탄 처리공정의 최적설계 및 운영도 이러한 수질기준에 의해 영향을 받는다고 할 수 있다.



1) 분말활성탄(Powdered activated carbon, PAC)

정수장에서 분말활성탄은 주로 냄새물질 제거를 위해 사용되어져 왔다. 분말활성탄 흡착공정에서는 활성탄 주입량(g/m3)과 접촉시간이 중요한 설계 및 운전 요소이다. 분말활성탄은 통상 혼화지나 혼화지 이전(착수정, 취수탑)에 투여되나 활성탄을 과량 사용할 때 철관의 부식을 촉진하므로 유의해야 한다.

또한 전염소 처리를 할 경우 염소와 활성탄의 동시 투여는 피해야 한다. 이는 활성탄이 탈염소(dechlorination) 능력이 크므로 양쪽 모두의 기능을 저하시키기 때문이다. 이 경우에는 전염소 투입 이전 지점에 분말활성탄을 투여함으로 소요량 저감, THM을 포함한 염소반응 부산물질(DBP) 생성의 저감효과를 얻을수 있다.

2) 입상활성탄(Granular activated carbon, GAC)

입상활성탄 흡착공정은 하향류 고정상, 상향류 유동상 등이 주로 채택된다. 주요 공정설계 및 운전요소는 공상체류시간 (EBCT), 선유속(linear velocity), 상용적, 처리용량, 활성탄층 두께 등이다. 원수수질과 음용수 기준을 고려하여 처리목표물질을 선정하고, 최적 활성탄 선정을 위한 처리목표물질의 흡착능 및 파과곡선 등에 대한 데이터를 실험으로 얻어 다음 표의 주요 설계 요소를 결정한다.

맛, 냄새 제거를 위한 입상활성탄 흡착공정은 4-5년까지 재생없이 운전된 예가 있으나 독성물질 제거를 위해서는 물질에 따라 다르겠지만 주기적인 재생(1-2 개월에서 최대 1년)이 필요하고 이것이 경제성에 큰 영향을 미친다.

3) 생물입상활성탄(Biological activated carbon, BAC)

입상활성탄 입자표면에 미생물이 성장하는 것은 충분히 예상되는 현상이다. 대부분의 원수에는 미생물의 영양분이 될 수 있는 유기, 무기물질과 미생물군이 포함되어 있고 활성탄 입자 표면은 미생물 부착에 아주 적당하다. 특히 전오존처리(preozonation) 후에는 용존유기물질이 산화되어 생분해성이 증가하며 산화된 용존 유기물은 극성이 증가하여 흡착능은 약간 감소할 수 있으나 오존에 의한 산화와 생분해까지 고려하면 전체적인 DOC(BDOC) 제거율은 증가하게 된다.

BAC에서는 암모니아성 질소가 질산화되어 NO3-로 변환되나 제거율은 저온일 때 낮아지므로 계절적으로 처리목표 달성여부를 신중히 고려해야 한다. 유럽에서는 DOC 와 암모니아성 질소 제거를 목적으로 설계되었다. BAC는 재생없이 수년동안 운전되는 것이 보통이므로 정상상태에 도달시 미생물에 의한 부분적 재생, 흡착 등으로 DOC가 최고 50%까지 제거된 보고가 있다. BAC의 장점은 이와같이 재생주기가 길어 교체비용절감이 크다.

댓글목록

등록된 댓글이 없습니다.