활성탄 교체주기 계산

활성탄(Activated Carbon)은 야자각, 목재류, 갈탄, 무연탄, 유연탄 등의 탄소질을 원료로 제조되는 미세세공이 잘 발달된 무정형 탄소의 집합체로서, 활성화과정 을 통해 분자 크기 정도의 미세세공이 형성되어 큰 내부표면적을 갖는 흡착제이다. 

 

 

 

활성탄 교체주기 계산

 

활성탄 흡착제

활성탄은 식물질(목재, 톱밥, 야자각)이나 석탄질(갈탄, 유연탄, 무연탄) 등을 600~900℃의 고열로 화학적, 물리적 열처리하여 만든 탄소질 물질로 1g당 약1,200㎡ 정도의 내부단면적을 가지고 있다.
가스는 이 내부단면적에 흡착되어 활성탄을 쉽게 벗어나지 못하는데 시간이 지남에 따라 포화가 되면 오염물질은 흡착되지않고 그대로 통과하게 된다.
이것을 파과현상이라고하는데 이때는 활성탄을 교체해야한다.

<그림 1> 활성탄 파과현상(Source: 삼상크린테크 기술 자료)

 

 

활성탄의 흡착력

- 임계온도가 -50℃ 이하이고 비점이 -150℃이하의 가벼운 가스들은 흡착이 되지 않는다. 산소, 질소, 수소, 일산화탄소, 메탄 등이 그렇다.

- 임계온도가 0~150℃ 사이이고 비점이 -100~0℃ 사이의 가스들은 중간정도의 흡착력을 보인다. 에틸렌, 포름알데히드, 암모니아, 염화수소, 황화수소 등이 그렇다.

- 비점이 0℃ 이상의 무거운 가스들은 흡착이 잘되는편이다. 알데히드류, 케톤류, 알코올류, 유기산류, 에테르류, 에스테르류, 질소 및 황화합물, 알킬벤젠류, 할로겐 탄화수소류 등이 그렇다.

- 습도가 50% 이상일 경우 활성탄의 흡착능력이 감소된다.

 

 

수처리시 교체주기산정

● 용어 설명

- 접촉시간(Contact Time, CT) : 활성탄의 충진량을 처리수량으로 나눈 값“CT = AC Vol(㎥) ÷ Q(㎥/hr)”

- 선속도(Linear Velocity, LV) : 활성탄과 물의 접촉을 나타내는 것으로 처리수량을 흡착장치 단면적으로 나눈 값

- 공간속도(Space Velocity, SV) : 활성탄층을 통과하는 1시간당 처리수량을 활성탄 용량으로나눈값. 즉 1시간에 충진된 활성탄량의 몇 배의 물을 흘려보내는가 하는 통수량이다.
* 공간속도와 선속도 사이의 관계는“SV(1/hr) = LV(m/hr) ÷ BH(m)”이다.

- 활성탄 층고(Bed Height, BH) : 활성탄층이 높을 경우, 탄층의 압력손실이 크게 되기 때문에 운전수위를 높게 취할 필요가 있어서 흡착장치의 높이가 커지며, 활성탄층 높이를 낮게하여
- 일정의 접촉시간을 유지하면 흡착탑의 면적이 커진다. 이와 같이 활성탄층 높이는 흡착장치 크기를결정하는 중요한 인자이다. 즉 “BH = LV x CT”로 구할 수 있다.

 

 

● 교체주기

<활성탄의 평형흡착 시험>

• Qe = (Ci - Ce) / M

• Ci = 유입농도(Influent Water COD Consistency)
• Ce = 유출농도(Effluent Water COD Consistency)
• Qe = 평형흡착량(Equilibrium Adsorption of COD-g / AC-g)
• M = 활성탄 시료량
• ※ 실험결과 평형흡착량 Qe = 0.47 COD-g / AC-g

<활성탄 소요량 산출>

• Q = 9,000m² / Day ÷ 2 (AC Filter 2 Sets) = 4,500m² / Day / Sets
• 1Set당 활성탄 필요량 = 4,500m² / Day x 0.021kg / m² = 94.5 AC-kg / Day

<활성탄의 수명>

방법1교체주기를 300일로 유지관리 하기위해 고정할 경우

• 1 Set당 필요한 활성탄 수량은
• AC Vol(Ton) = 94.5kg / Day x 300 Day = 28.35 Ton / Set
• AC Vol(m²) = 28.35 Ton ÷ 0.45 Ton / m² (충진밀도) = 63m² / Set

방법2 설계에 의해 흡착탑 규격을 먼저 고정할 경우

• 1 Set당 필요한 활성탄 소요량은
• AC Vol(m²) = A x BH = 14.5m² x 4.3m = 62.4m²
• AC Vol(Ton) = 62.4m² x 0.45 Ton / m²(충진밀도) = 28.08 Ton / Set

따라서 활성탄 수명은

• 28.08 Ton-AC ÷ 94.5kg - AC / Day = 297 Day 이다.

 

 

가스처리시 교체주기

대기오염물질중 악취배출시설의 방지시설로 활성탄흡착법을 채택하는 경우 활성탄교환주기 계산식이다.

 

1. T(hr) = [(3.74×10^5×S×W/(e×Q×M×G)]

 

* T = 재생 및 교환주기(hr)

* e = 흡착효율(70%=0.7)

* Q = 처리가스량(㎥/분)

* M = 피흡착성분의 평균분자량(g/mol)

* G = 피흡착성분의 농도(ppm)

* S = 활성탄 단위중량당의 흡착량(㎏/㎏-흡착제)

* W = 활성탄의 총중량(㎏)

 

2. T(min) = [¼×10^7×Wc×(a+b x tbp)] / (C ⅔×M×Q)

 

* T = 활성탄 교체주기(min)

* Wc= 사용된 카본의 무게(㎏)

* a,b= 각종 물질등급에 따른 실험계수(아래 표 이용)

* tbp= 오염물질의 끓는점(℃)

* C = 오염물질의 농도

* M = 피흡착물질 분자량

* Q = 배출가스량(㎥/min)

 

 

<활성탄의 교체주기 예시>

 

T(hr) = [(3.74×10^5×S×W/(e×Q×M×G)]

	Input Data 내역	Source
S	활성탄 흡착량 (0.29kg/kg 흡착탑)	흡착탑/흡착제 Catalogue
W	활성탄의 중량 (2,880 kg)	흡착탑 설계자료
F	흡착효율 (70%)	흡착탑/흡착제 Catalogue
Q	처리가스량 (111.92 S㎥/min)	Blower 기기 풍량 or 배관별 풍량계산
M	피흡착제의 평균분자량 (탄화수소 =16 )	다양한 물질이 있겠으나 대표적으로 탄화수소로 지정 (가장 고농도)
G	피흡착 성분의 농도 (THC 약 26.70 ppm)

 

T(hr) = 3.74×10^5 S W/(f Q M G)

         =  3.74×10^5 × 0.29  x2880 / (0.7×111.92×16×18.79)

         = 13262 hr = 552 일

    ▶ 1년 6개월에 1회 교체함

 

Reference : 삼상크린테크 기술 자료