문서번호	수처리연구과-22416
결재일자	2022. 6. 30.
공개여부	부분공개(6)
방침번호

			시 민
주무관		수처리연구과장	수도연구부장
김태균		조우현	06/30
			안재찬
협조	주무관		이준호
	주무관		양윤선

활성탄 흡착탑을 활용한 대기오존 농도 관리방안 중간 연구결과

추진근거	대내(외) 협력 현황			사 업 비
	부서(단체)명	협의내용	협의결과

2022. 6.

서울물연구원

(수처리연구과)

활성탄 흡착탑을 활용한

대기오존농도 관리방안 중간 연구결과

건물 밖 배기구의 대기오존농도를 저감할 수 있는 활성탄 흡착탑 기본설계인자 발굴하여 효율적인 대기오존농도 관리방안을 제시하고자 함

Ⅰ		추 진 배 경

□ 소형생물 제어를 위해 오존접촉조 내 오존주입률 상향 주입

□ **************************************************

□ 배기구를 통해 대기오존농도를 관리하고 있으나 적정 제어방안 필요

□ 활성탄 흡착탑을 활용한 대기오존농도 효율적 관리방안 마련

□ 파일럿 실험과 활성탄 흡착탑 기본 설계인자 산출를 통한 개선안 마련

Ⅱ		추 진 결 과

□ 목적: 서울시 정수장에 적합한 활성탄 흡착탑 적정 설계인자 산출

□ 기간: ’22. 3. ~ ’22. 6.

□ 참여자

□ (활성탄 흡착탑 기본설계 도출) 양윤선, 김태균

□ (모형 흡착탑 제작 및 실험) 이준호, 김덕현, 이광제, 박지현

□ 실험방법

□ 모형 활성탄 흡착탑을 활용한 대기오존농도 분석

□ 송풍기 용량에 따른 적정 활성탄 흡착탑 용량 및 교체주기

□ 중간 연구결과

(1) 모형 활성탄 흡착탑 제작 및 실험

□ 오존 주입률은 3L/min 주입하였으며, 흡착제 500, 1,000 cm3 로 구분   하여 실험을 실시하였음

	< 실험조건 > 1) 오존주입률: 3L/min 2) 초기 대기오존농도: 2.2 mg/L 3) 흡착제 용적 및 체류시간 · 500 cm3 (0.2분) · 1,000 cm3 (0.3분)

그림 1. 모형 흡착탑 실험장치 구성

□ 모형 활성탄 흡착탑 통과 후 대기오존농도 측정결과

- 최대 대기오존농도 2.2 mg/L 를 흡착탑에 주입시 1분 안에 대기오존농도는

0.005 mg/L 미만으로 감소하였으며 3시간 후에도 저감효과 지속

⇒ 대기오존농도는 기준치(0.06 mg/L)의 1/10 이하로 감소

- 활성탄 충진량 500, 1000 cm3 모두 유사한 오존농도를 보였음

< 표 1. 시간에 따른 대기오존농도 변화 >

초기대기 오존농도 (mg/L)	활성탄 충진량 (cm3)	활성탄 통과 후 대기오존농도 (mg/L)
		1분	5분	10분	15분	30분	1hr	3hr
2.2	500	0.0017	0.0014	0.0007	-	0.0009	0.0009	-
	1,000	0.0045	0.0019	0.0015	0.0017	0.0015	-	0.0011

(2) 흡착탑 설계용량 도출

□ 활성탄 흡착탑 적정 설계용량

- 활성탄 10 m3 필요 (기준: 송풍기 500 m3/min)

< 표 2. 활성탄 흡착탑 설계용량 도출인자 >

송풍기 용량 (m3/min)	흡착탑 최소충진 용량(m3)	활성탄 흡착탑 설계용량 (m3)					설계기준	단면적(m2)
		W(m)	L(m)	H(m)	단	설계값 (m3)	접촉시간 1이상(sec)	유효 면적	설계 면적
500	8.3	3.0	2.5	0.45	3	10.1	1.2	17	23

	< 흡착탑 설계기준 >
‣ 활성탄 최소 충진체적(V, m3): 흡착제 접촉시간 1초를 유지하기 위한 충진체적 ‣ 흡착탑 접촉시간(t, sec) : 흡착탑의 흡착제는 활성탄을 사용하였으며, 접촉시간은 1 sec 이상 ‣ 유효단면적(A, m2) : 흡착탑 내 공탑유속을 30m/min (0.5m/sec 미만)으로 선정

(3) 흡착탑 교체주기 검토

□ 활성탄 흡착탑 교체주기 산출: 589일 (14,125 hr)

< 표 3. 활성탄 흡착탑 교체주기 도출인자 >

흡착제 교체주기 (T, hr)	흡착율 (S)	흡착제 충진밀도 (kg/m3)	흡착제 중량 (kg, W)	흡착분율 (분율,F)	대기 오존농도 (mg/L, G)	오존 분자량 (M)	송풍기 (m3/min,Q)
14,125	0.25	500	5,063	0.7	2.0	48	500

	< 활성탄 교체주기 공식 >
‣ 활성탄 교체주기 공식(hr, T) : (3.75 x 105 x S x W ) / (F x G x M x Q) ‣ 흡착제 흡착율: 오존 1g 을 흡착시킬 수 있는 필요한 흡착제는 0.25g ※ 유해위험방지계획서 참조 (안전보건공단)

Ⅲ		향 후 계 획

□ CFD를 활용한 활성탄 흡착탑 해석

□ 흡착탑 대기오존 흐름 해석을 통한 활성탄 내 압력강하(pressure drop) 분석

□ 정수센터 맞춤형 활성탄 흡착탑 설계인자 도출

첨부자료 1. 정수센터별 배오존설비(최대용량, 여유율) 분석결과

구분		고도유량(m3/d)	오존주입률 (mg/L)	배오존설비 (Nm3/h, 예비포함)
				설계값	최대용량	여유율(%)
**		*******	****	***	***	***
**		*********	****	***	***	***
**		*******	****	***	***	***
**		*******	****	***	***	**
**		*******	****	***	***	***
***	**	*******	****	***	***	**
	**	*******	****	***	***	***

구분		배오존설비현황 (열촉매식)
**		***************
**		***************
**		***************
**		***************
**		***************
***	**	***************
	**	***************