문서번호	재료연구과-2148
결재일자	2014.6.19.
공개여부	부분공개
방침번호

						시 민
주무관		재료연구과장		수도연구부장
백영애		윤중섭		06/19 代임헌태
협 조

『입상활성탄 품질별 수처리효율 비교평가』

실험 결과보고

2014. 6.

수도연구부 재료연구과

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『입상활성탄 품질별 수처리효율 비교평가』실험결과보고

활성탄 품질별 흡착능력 및 수처리 효율(맛․냄새, TOC제거)평가

향후 서울시 입상활성탄 재생연구 및 보충탄 구매품질규격 검토시 자료활용

실험기간 : 2014. 5. 9 ~ 5. 16

실험방법 : 품질(요드흡착력 등)이 다른 활성탄 5종 준비후 등온흡착실험, 소형컬럼실험

○ 등온흡착실험(맛․냄새 100ng/L 흡착실험 – Geosmin & 2-MIB mix : 증류수)

맛•냄새물질 흡착실험

⇒ 흡착강도 평가

(각 시료당 5개씩 실험

:GAC 0,2,4,6,8,10mg 주입)

A

B

C

E

D

○ 소형컬럼실험(맛․냄새 100ng/L 흡착실험 – Geosmin & 2-MIB mix : 여과수)

○ 실험대상 활성탄(신탄)

구 분	중국탄				미국탄
	A	B	C	D	※E(구의)
요오드흡착력(mg/g)	776	849	942	1008	1087
MB탈색력(mL/g)	90	100	140	180	210
비표면적(m2/g)	737	806	952	993	1157
세공용적(cc/g)	0.36	0.4	0.47	0.54	0.76
회분(%)	7.0	6.7	5.5	5.7	7.1

※ 당초 중국탄 4종으로 실험계획을 수립하였으나, 구의에 납품되고 있는 미국산(칼곤 F400)을 추가비교대상으로 실험함.

○ 분석항목

- 수질항목 :  수온, pH, TOC, 2-MIB, Geosmin

- 활성탄 품질 : 요오드흡착력, MB탈색력, 비표면적, 세공용적, 회분

실험결과

○ 흡착능 평가결과(등온흡착실험-Freundlich식 적용)

<2-MIB>                                    <Geosmin>

활성탄 구분	2-MIB			Geosmin
	K	1/n	R2	K	1/n	R2
A	2.649	0.507	0.848	2.378	0.741	0.718
B	2.940	0.525	0.951	5.757	0.610	0.906
C	4.161	0.500	0.927	5.219	0.589	0.943
D	5.483	0.442	0.876	5.173	0.596	0.928
E	8.220	0.442	0.943	7.946	0.540	0.940

일정온도에서 활성탄과 피흡착물질을 포함한 물을 접촉시켜 평형상태에 도달했을 때 그 농도에 대한 활성탄량의 관계를 흡착등온선이라 함. 수처리의 경우 등온흡착선은 Freundlich형, Langmuir형 등이 많이 이용되고 있음. 동력학적 상수들에 대해 k값이 크면 단위 활성탄무게당 흡착량이 크며, 1/n이 작으면 흡착력이 강함. Freundlich식에서 1/n 값이 0.1-0.5 범위이면 저농도에서 흡착이 효과적, 1/n 값이 2보다 크면 흡착량이 현저하게 감소함

Q = kC1/n 단, Q:활성탄 단위질량당 흡착량(g/g-AC), C:평형농도 (g/cm3), K:흡착용량상수, 1/n:흡착세기상수

Freundlich 흡착 등온식

- 활성탄 품질별 맛‧냄새의 등온흡착량 상수 K값의 크기는 E>D>C>B>A, 흡착세기는 E>D>C>A>B순으로 E(미국산-칼곤)가 가장 우수한 값을 보였음

※ E의 흡착세기상수 1/n이 2-MIB는 0.442, Geosmin은 0.54로 0.1~0.5범위에 해당됨.

- 대체로 맛‧냄새 흡착에 있어서 요오드흡착력이 1000mg/g이상인 D,E 활성탄에서의 흡착력이 강하였음.

○ 맛‧냄새 및 TOC 제거효율평가결과(소형컬럼실험)

※ 실험조건(여과수)

수온	pH	TOC(mg/L)	인위적 주입농도
			2-MIB(ng/L)	Geosmin(ng/L)
17.6~19.8	7.04~7.23	1.8~2.9	65~108	60~94

<2-MIB>                         <Geosmin>                       <TOC>

경과일	2-MIB(ng/L)						Geosmin(ng/L)						TOC(mg/L)
	SF (spike)	A	B	C	D	E	SF (spike)	A	B	C	D	E	SF (spike)	A	B	C	D	E
1일	103.3	4.7	4.6	0.0	0.0	0.0	94.3	1.4	1.5	0.0	0.0	0.0	2.43	1.79	1.14	1.24	1.17	1.19
2일	108.0	17.2	15.5	3.6	1.5	0.0	89.6	6.0	5.9	1.5	0.0	0.0	2.90	1.65	1.65	1.85	1.39	1.47
4일	99.8	30.4	22.5	9.1	3.8	0.0	76.8	13.9	11.2	3.9	1.4	0.0	2.50	3.42	2.47	1.69	1.17	0.94
5일	70.5	42.1	34.3	13.8	4.9	0.0	67.7	23.3	20.2	7.5	1.9	0.0	1.89	2.06	1.25	1.12	1.54	1.18
6일	74.4	30.9	31.1	14.0	6.2	0.0	64.2	17.5	19.0	7.7	2.4	0.0	1.80	1.77	1.13	1.25	1.24	0.78
7일	64.6	31.0	32.7	17.3	6.7	0.0	60.3	18.5	20.7	10.1	2.4	0.0	1.85	1.62	1.13	1.16	1.14	1.07

- 여과수에 맛‧냄새를 주입하여 연속처리시 7일 경과후 요오드흡착력이 1000mg/g이상이었던 활성탄 D,E는 10ng/L이하의 결과를 나타내었고, A,B,C는 모두 10ng/L이상으로 파과됨.

- 품질이 가장 우수한 E(미국산-칼곤)의 경우 7일 경과후에도 맛‧냄새가 전혀 검출되지 않음.

- TOC의 경우 여과수 1.8~2.9mg/L 처리시, 활성탄 D, E의 평균 제거율이 각각 41, 50%이었으며, A,B,C는 6~38% 제거율을 보여 품질이 우수한 활성탄에서의 유기물 제거효율이 높은 것을 증명함.

- 따라서, 서울시 고도정수처리도입 목적인 맛‧냄새, 유기물질 제거에 적합한 활성탄 구매를 위해서는 엄격한 품질규격설정이 매우 중요함을 확인함.

활용방안 및 향후계획

○ 재생연구과제 보고서 작성시 결과활용

○ 서울시 6개 정수센터 입상활성탄 도입완료시 활성탄별 흡착성능평가를 통한 보충탄 구매기준 마련. 끝.