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[기술동향] 활성탄 메디아의 사용 수명 연장을 위한 방법
활성탄은 전 세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 필터용 메디아로서 실제 다양한 방법으로 제조되며 각각의 형태에 따라 최적의 적용분야가 달라진다. 또한 선택한 활성탄 재질에 따라 활성탄의 수명과 성능효과가 달라지며 전처리공정의 설치 여부와 활성탄의 재생 상황에 따라 수명에 영향을 미친다.
즉 훌륭하게 설계된 활성탄 시스템으로 인하여 작업시간, 작업비용을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 보다 향상된 여과 목적을 얻을 수 있다.
활성탄은 필터 목적으로 오랫동안 사용된 물질로 건강에 위해한 물질 및 불유쾌한 냄새제거에 주로 사용된다. 특히, △잔류성 염소물질(residual chlorine, monochlolamine) △유기오염물을 유발시키는 맛·냄새물질 △VOC(Volatile Organic Compounds) △THM(Trihalomethane) 및 기타 다른 종류의 halocarbons △내분비교란물질(endocrine disrupting compounds) △chloramine, hydrogen sulfide, hydrogen peroxide등 화학물질 제거에 효과적이다. 위와 같은 다양한 제거 성능을 갖고 있어 활성탄은 대기오염제거, 음용수처리, 폐수처리, 식품·음료산업, 제약산업 분야에서 정수·정화에 사용된다.
활성탄은 기존 흡착제중에서 단위 면적당 표면 면적이 가장 큰 물질로 carbon 1g으로 1천㎡ 표면 면적을 갖는다. 또 다른 특성은 유입수 오염물 농도가 변화하더라도 동일한 처리기능을 수행하며 일정한 생산수질을 만들어 낸다. 활성탄은 입상활성탄(GAC)에서 carbon block에 이르기까지 여러 형태로 만들어지며 다양한 재질로 제작이 가능하다. 즉 coconut shell 재료와 다양한 종류의 목탄류(coal), 목재(wood) 재질로 만들어지며 코코넛 셀은 미세한 micropore 기공이 많이 분포되어 있는 구조로 지하수원수내 함유된 VOC물질의 흡착능력이 우수하다. 또한, 활성탄은 bituminous나 anthracite coal로부터 만들어 질 수 있다.
목탄류인 숯을 사용한 활성탄은 미세한 micropore 및 중간크기의 mesopore를 모두 가진 폭넓은 기공구조의 활성탄으로 일반적으로 지표수처리와 폐수처리용도로 사용된다. 한편 bituminous와 코코넛 셀로 만들어지는 활성탄은 유기물이나 무기물 형태의 다양한 오염물질들을 제거하는 기능을 가지고 있어 더욱 다양한 분야에서 사용된다. 즉 bitumous coal은 투과용기공(transport pore)과 흡착용 기공(adsorption pore)이 서로 합쳐져 있는 구조로 여러 분야에서 가장 유효한 선택으로 인식되고 있다.
목재 재질로 만들어지는 활성탄은 기공 크기가 큰 macropore가 많이 분포되어 있어 색도를 나타내는 물질 및 휴믹산 같은 크기가 큰 유기물제거에 효과적이다. 그러나 투과용 기공(transport pore)이 많이 존재하며 abrasion resistance가 낮은 것이 특징이다. 이러한 원자재 재료의 다양성은 실제 활성탄 특성에 직접적 영향을 미치게 되어 전체 여과시스템의 효율성에도 커다란 차이를 발생시킨다.
활성탄의 사용수명 연장 위한 여러 가지 방법이 존재하고 있으며 이들 방법은 적용분야에 가장 적합한 활성탄 제품을 선택하거나 활성탄 충진 장치를 정확하게 설치·관리하고 활성탄 처리 앞 공정에서 적절한 전처리 과정을 사용하는 등의 방법이 있다.
첫 번째 적용분야에 적합한 활성탄을 사용해야한다. 예를 들면 wood재질의 carbon을 미량의 VOC물질 제거용으로 지하수 적용에 사용하는 경우 micropore구조를 갖고 있지 않기 때문에 활성탄 사용수명은 매우 짧아질 것이다. 두 번째 활성탄 충진장치등 활성탄 여과탑의 설치와 운영을 효율적으로 한다
잔류염소 물질을 필터링 여과하는 시스템에서 역세정 공정이 주기적으로 실시되도록 설계·설치되면 활성탄 사용수명은 늘어나게 된다. 또한 정확한 설치 방법으로는 carbon을 물 속에서 24시간 침적상태로 유지시켜 물 속에 잔류하고 있는 에어를 제거하여야 하며 다음 공정에 투입 전에 충분한 역세척을 해야 하는 등 과정을 준수하여야 한다. 사용 중 단기간에 문제가 발생되는 활성탄 베드는 이러한 방법으로 운전관리가 되지 않아 발생된 것이며 2기의 활성탄 bed를 직렬로 설치하고 각각의 bed 사이에 운전 상태를 점검함으로서 bed 사용수명을 연장시킬 수 있다.
세 번째 전처리 공정을 추가하여 활성탄 수명 연장을 가능하게 하는 시스템을 설치한다
활성탄은 물리적 방법의 필터 역할을 하고 있으나 활성탄을 고형성 입자물질의 여과 목적보다는 용존성 유기물질의 흡착제로서 기능을 갖도록 하는 것이 보다 적절한 공정설계의 경우이다. 일반적으로 활성탄은 10u정도 입자물질 제거하는 기능을 갖고 있으므로 처리하고자 하는 원수가 이보다 큰 입자성 물질이 다량 존재하는 경우 활성탄 베드 이전에 전처리 필터설치는 활성탄의 수명 연장에 도움이 된다.
GAC 활성탄 베드를 다단필터(multi-media filter)나 카트리지 필터(cartridge filter)와 혼용하여 공정 구성하고 사용하는 경우 입자성 물질은 활성탄 베드에 유입이 되지 않으며 결과적으로 이는 흡착기능의 베드로서 사용 될 수 있다. 일반적으로 사용되는 12*40 메쉬 크기의 입상활성탄(GAC)은 12-15u 크기의 입자물질을 제거하므로 GAC 이전 공정에서 이보다 큰 입자물질을 제거시키는 것이 보다 효과적이다.
이외에 활성탄 수명연장에 영향을 미치는 요소로는 mesh size와 water quality가 있다. 메쉬 크기는 활성탄 베드의 압력저하 현상, 여과능력, 효과적인 역세주기, 오염물질의 흡착 성능등 운전조건에 영향을 미치는 입자물질의 사전제거를 위한 기공 크기를 설정하는 기능을 한다.
위와 같은 상황으로 현재 여러 분야에서 다양한 장치 시스템에 활성탄이 사용되고 있다. 그러나 활성탄은 여과공정에 오랫동안 사용되면 결국 흡착기능은 떨어지게 된다. 이 현상은 활성탄의 기공구조가 전체적으로 막혀버려 더 이상 오염물질의 흡착이 이루어지지 않는 경우로 사용수명이 다된 결과로 이 경우 교체를 검토하여야 한다.
이에 대한 대안으로 reactivation이 고려된다. 이는 고온의 열원을 가하여 기존 흡착이 이루어진 유기물 구조를 파괴시키고 활성탄의 흡착기능을 되살리는 방법을 나타낸다. 이러한 과정으로 초기 활성탄의 95%이상 흡착기능을 되살릴 수 있으며 나머지는 새로운 활성탄으로 보충 혼합되어 사용된다. 미국 EPA 규정에 의하면 사용된 활성탄은 재사용 목적으로 사용되기 전 인체유해물질 함유에 대한 조사가 이루어져야 하며 재사용 작업은 NSF 협회의 음용수 인증 규정에 적합해야 한다고 명시하고 있다.
[출처 = WaterTechOnline 2014년 5월호] -
[기술동향] [사우디] LiqTech의 세라믹 멤브레인 채택
덴마크 회사인 LiqTech International에 제안에 따라서 사우디의 수전력부는 지하수에 적용하기 위해 세라믹재질의 평평한 시트 멤브레인을 채택했다. LiqTech사는 또한 남중국해에 대규모 기름 생산 시스템 발주를 예상한다.
5월 15일 회사의 처음 1분기의 결과를 발표했다. CEO Finn Helmer은 " LiqTech사의 평평한 시트 멤브레인에 대한 사우디의 관심은 첫 1분기 동안 증가했다"고 밝혔다.
[원문내용]
Saudi boost for LiqTech ceramic membranes
The Saudi Arabian Ministery of Water & Electricity has announced that ceramic flat-sheet membranes are the technology of choice for groundwater applications, according to Danish company LiqTech International. The company is also expecting orders for large oil production systems in the South China Sea.
Announcing the company\'s first quarter results on 15 May 2014, CEO Finn Helmer said that Saudi Arabia\'s interest in LiqTech flat sheet membranes increased in the first quarter of 2014.Speaking about LiqTech\'s quarterly performance, Helmer said, "Our sales of liquid membrane filters were up 28% in the first quarter this year compared to last year; the highest quarterly sales of liquid membranes since the beginning of 2012."
"We have seen significant progress in some of our market development activities," Helmer added. "FMC (the oil equipment and services company) is developing, as planned, their prototype fracking system, and we expect to have the production release before year-end 2014. Given the production release this year, we expect that the first LiqTech liquid membranes will be delivered in third quarter."
"In China, the test in the South China Sea went so well that we will be invited to submit two tenders over the next six months for large production systems," Helmer continued.LiqTech has also seen "good interest" in market areas such as algae concentration, industrial wastewater, pretreatment for reverse-osmosis filtration, and scrubber water.
[출처 = Desalination & Water Reuse/ 2014년 5월 20일] -
[기술동향] 캘리포니아, 새로운 지표수 처리 플랜트 건설
캘리포니아의 Woodland-Davis Clean Water Agency(WDCWA)는 악화된 지하수 제공자를 더 안전하고 믿을 수 있는 지표수 공급자로 대체된 새로운 지역 지표수 처리 플랜트의 건설을 관찰하기 위해 획기적인 행사를 개최했다.
WDCWA는 세계적인 컨설팅과 설계, 건설, 운영 회사인 CH2M HILL 채택했다. CH2M HILL는 2013년 10월 시설의 장기간 운영과 건설 설계를 위한 1억4천100만 달러를 계약했다. 강으로부터 매년 4만5천 acre-feet를 우회시키고 완전하게 하기 위한design-build-operate(DBO)프로젝트의 건설과 운영비용은 적합하게 책정됐다. 또한, 프로젝트는 두 도시와 잠재적인 UC Davis의 고객에게 매일 3천 갤런의 물을 공급한다.
[원문내용]
New CA surface water treatment plant to enhance two cities\' water supplies
California\'s Woodland-Davis Clean Water Agency (WDCWA) hosted a groundbreaking event to observe the start of construction on the new regional surface water treatment plant, which will replace deteriorating groundwater supplies with safe, more reliable surface water supplies from the Sacramento River.
WDCWA awarded CH2M HILL, a global full-service consulting, design, construction, and operations firm, a $141-million contract for the design, construction and long-term operation of the facility in October 2013. The design-build-operate (DBO) project will optimize construction and operation costs for the cities of Woodland and Davis and when complete, divert approximately 45,000 acre-feet of water per year from the river. In addition, the project will supply 30 million gallons of water per day to water customers in the two cities and potentially UC Davis, with future expansion capabilities to 34 mgd.
The surface water treatment system includes construction of a jointly-owned and operated water intake on the Sacramento River, raw water pipelines connecting the intake to a new regional water treatment plant, and separate pipelines delivering treated water to Woodland and Davis. Additional improvements to the cities\' existing water supply systems, including distribution pipelines, water storage tanks, and pump stations, are also included in the project scope. The new regional surface water treatment plant is expected to open in the fall of 2016.
[출처 = Water World/ 2014년 4월 29일] -
[기술동향] [싱가포르] 글로벌 물주간 컨퍼런스, SIWW 올해 6월 개최
싱가포르 글로벌 물주간 컨퍼런스(SIWW, Singapore International Water Week)는 물문제 해결을 위한 글로벌 토론의 장이 될 전망이다. 글로벌 물전문가들이 모여 사업기회를 검토하며 물관련 최신의 혁신기술에 대한 검토가 싱가포르에서 6월1∼5일 사이에 개최될 예정이다.SIWW는 물산업을 육성하고 물관련 기술 개발을 위한 목적으로 싱가포르 정부가 전략적으로 추진하는 프로그램으로 글로벌 물관련 이벤트 중에 가장 알차고 핵심있는 이벤트로 발전되고 있으며 싱가포르 환경부 및 PUB 주관으로 진행되고 있다,SIWW는 통상적인 물관련 컨퍼런스에 추가하여 도시생활 관련한 지속유지의 물 문제 해결 및 효과적인 물관리를 위한 통합적인 주제의 유일한 글로벌 이벤트이다. SIWW 프로그램은 Water Leaders Summit, Water Convention, Water Expo, Business Forum 및 이관요 (싱가포르의 전임 수상) Prize 시상등으로 다양하게 구성된다. 한편 World Cities Summit 및 CleanEnviro Summit 회의도 동시에 개최된다.이번 2014 SIWW는 특별히 Municipal Water, Industrial Water, Integrated City-Environment-Water 및 Future of Water등의 4가지 테마를 주제로 각 주제별로 현재의 현황과 앞으로의 전망을 기초로 전향적인 해결책을 토의하게 된다.이외에 WCA Mayors Forum, Asia-Pacific Infrastructure Mininster Meeting, India Business Forum, China Business Forum, Middle East/North Africa Business Forum 등의 특별한 포럼도 개최예정이다.올해의 미국 캘리포니아의 Orange County Water District에 수상예정이며 고도의 물재이용 기술을 이용하여 지하수원 관리 및 물재활용을 이룬 성과를 높이 평가하고 있다. 또한 SIWW는 물에 관한 종합적인 글로벌 무역 전시로 국가별로, 기관별로, 업체별로 별도의 부스를 운영하고 있으며 호주, 캐나다, 중국, 독일, 이스라엘, 한국, 일본, 싱가포르, 네덜란드, 스위스, 타이완, 영국, WEF 등이 자체 별도의 독립관을 운영, 한편 덴마크, 프랑스 및 미국도 올해부터 자체 독립부스를 마련하여 참여하고 있다.매우 많은 스폰서 및 파트너사 등이 참여하고 있으며 AECOM, Black&Veatch, CDM Smith, CH2M Hill, Evoqua, Hach, Hyflux, Memstar, Mitsubshi, PWN Technoligies, Suez, Sembcorp, Toray, Trojan, Xylem 및 Veolia Water 등이 포함되어 있다. 참여 국제 기구로는 ANEAS, Asia-Pacific Water Forum, AWWA, 호주 물 협회, WEF, 한국의 워터포럼 및 World Water Council 등이다. 보다 자세한 사항은 www.siww.com.sg를 참조하면 된다.[출처 = WTO / 2014년 4월 15일] -
[기술동향] [미국] 지하수에서 고농도의 미량 원소 검출
미국의 지질 연구소(USGS)의 연구에 따르면, 불소, 비소, 몰리브덴, 붕소와 같은 무기물의 미량 원소가 남부 사막 지역에 공공 공급되는 지하수에서 42%의 고농도로 검출됐다
이 연구는 국가 수자원 통제 이사회의 GAMA 프로그램 중 우선 유역 프로젝트의 일부이다. 국가 어디서든 공공 공급되는 지하수의 미량 원소의 고 농도는 일반적으로 6~28%로 발견되기 때문에 이번 결과는 매우 중요하다. 4가지 원소는 자연적으로 바위, 토양 그리고 원소와 접촉한 물에 존재한다.
[원문내용]
High trace elements more prevalent in CA southern desert groundwater, finds study
According to a recent study by the U.S. Geological Survey (USGS), inorganic trace elements, such as fluoride, arsenic, molybdenum, and boron, were detected at high concentrations in 42 percent of groundwater used for public supply in the southern desert areas, inlcuding Borrego Valley, of the state of California.
The study is part of the State Water Resources Control Board GAMA Program Priority Basin Project, for which the USGS California Water Science Center is the technical lead. These findings are significant because elsewhere in the state, high concentrations of trace elements generally are found in only 6 to 28 percent of the groundwater used for public supply. The four elements are naturally present in rocks, soils and the water that comes in contact with them.
High concentrations generally are the result of natural processes, but human activities may have some influence. Further, high concentrations are considered above the Environmental Protection Agency\'s (EPA) or California Department of Public Health\'s established Maximum Contaminant Levels or other non-regulatory health-based levels for chemical constituents or elements not having MCLs. Moderate concentrations are considered greater than one-tenth the MCL.
"Local water distributors, regional agencies, as well as the U.S. EPA, are aware of the presence of arsenic, fluoride, boron, and other trace elements in groundwater in the desert region, and are actively working to manage local groundwater resources and assure that water delivered to consumers meets water-quality standards," said Dr. Miranda Fram, chief of the USGS Groundwater Ambient Monitoring and Assessment program. "This quantitative assessment of where, what and how much contamination is in the groundwater will help agencies better manage groundwater resources."
Nitrate was detected at high concentrations in less than 3 percent of groundwater used for public supply. Household, commercial, industrial, and agricultural products and pesticides were detected at moderate concentrations in about 5 percent of the groundwater tested.
In cooperation with the SWRCB, the USGS is monitoring and assessing groundwater quality in 120 priority basins and groundwater outside of basins to better understand the natural and human factors affecting groundwater quality in California. The main goals of the GAMA Program Priority Basin Project are to improve comprehensive statewide groundwater monitoring and to increase the availability of groundwater-quality information to the public.
[출처 = Water World/ 2014년 4월 25일]
※ 본 정보는 국가과학기술정보센터(NDSL)에서 제공됩니다.
