4.
흡착장치의 설계 및 교체주기
4-1. 계획
활성탄 흡착장치 계획은 기존 설비장치와 장래 계획 또는 건설하는 완전히 새로운 장치와의 관련성 및 신뢰성이 있어야 하며 그 밖에도 효율이 좋은 처리장치로서 언제나 고품질의 처리 수를 얻을 수 있어야 한다.
그러기 위해서는
1)
원수의 성상을 충분히 파악해서 활성탄의 흡착특성과 세공분포와 피흡착 물질의 분자량 분포와의 관련성 따위에 관해 검토한다.
2) 원수의 부하 경감과 활성탄 흡착공정의 위치 일부를 명확히 한다. 즉 피흡착 물질의 농도가 높을 경우는 다른 처리법에 의해 충분히 감소시킨 후에 활성탄 흡착처리를 행하는 것이 원칙이다.
3) 사용목적에 의해 가장 적절한 활성탄의 선택과 사용방법을 행하지 않으면 안된다. 그러므로 피흡착 물질이 단일성분계인가 다 성분계 인가를 명확히 하고 평형 흡착량과 용액시험의 결과로부터 활성탄의 수명과 접촉시간 따위의 설정조건을 정한다.
이상에서의 여러 가지 항목을 충분히 고려해서 활성탄 흡착공정을 계획하는 것이 필요하다.
4-2. 설 계
활성탄의 허용 부하는 원수의 변동, 오염물질의 제거량, 생물의 작용 및 수량의 부하에 의한 영향이 크다. 입상활성탄을 사용하는 경우는 입자 지름의 영향이 크고 운전방식에 의해 다르지만 일반적으로 고정층에서 8x30 Mesh, 유동층에서 12x40
mesh, 그 밖의 방식에서는 12x30 Mesh가 많이 사용되고 있다.
흡착장치의 설계인자는 평형흡착, 흡착속도, 컬럼시험 등의 결과로부터 실제로 처리해야 될 용액의 최적 조건을 정하는 것이 필요하다.
4-3. 종 류
동력의 요구 형태에 따라서 중력식, 가압식이 있으며 흡착장치 형태에 따라 고정상(Fixed Bed) 하향류 또는 상향류, 유동상(Expanded Bed) 상향류로 구분한다.
4-4. 설계기준 예
◇ 선속도(Linear Velocity) :
5∼20 m/hr
◇ 공간속도(Space Velocity) :
3∼15 1/hr
◇ 역류세정속도(Backwashing Velocity) :
25∼50 m/hr
◇ 역류세정시간(Backwashing Time) : 5∼20분
◇ 흡착장치의 전체 높이 대 직경의 비 :
약 2 : 1
◇ 활성탄층 높이(Bed Height)와 직경의 비 : 약 1:1∼4:1
◇ 접촉시간(Contact Time) :
10∼40분
◇ 활성탄 소요량은 처리 대상 폐수로 Column Test에 의한 파과곡선을 작성한 다음, 일련의 접근방식으로서 결정하는 것이 가장 바람직 하다.
◇ 흡착장치 전에 전처리 여과시설을 두는 것이 활성탄의 흡착능력을 향상시킨다.
4-5. 용어설명
1) 접촉시간(Contact Time, CT) : 활성탄의 충진량을 처리수량으로 나눈 값
2) 선속도(Linear Velocity, LV) : 활성탄과 물의 접촉을 나타내는 것으로 처리수량을 흡착장치 단면적으로 나눈 값
3) 공간속도(Space Velocity, SV) : 활성탄층을 통과하는 1시간당 처리수량을 활성탄 용량으로 나눈값. 즉, 1시간에 충진된 활성탄량의 몇 배의 물을 흘려보내는가 하는 통수량이다.
공간속도와 선속도 사이의 관계는 "SV(1/hr) = LV(m/hr) ÷ BH(m)"이다.
4) 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 크기를 결정하는데 중요한 인자이다. 즉, "BH = LV x CT"으로 구할 수 있다.
4-6. 흡착탑 설계
1) 처리량(Flow Rate,
Q) : 18,900㎥/day (787.5 ㎥/hr)
= 787.5 ㎥/hr ÷ 4sets = 196.9 ㎥/hr
2) 선속도(Linear
Velocity, LV) : 13 m/hr
3) 수량(Filter
Q'ty) : 4 sets
4) 직경(Filter
Diameter, D) : 196.9 ㎥/hr ÷ 13 m/hr = 15.15 ㎡
: D = √(4A ÷π) = √(4x15.15 ÷3.14)
= φ 4.4 m ≒ φ 4.5 m
5) 면적(Filter Area,
A) : A = π ÷ 4 = ( π x 4. ) ÷ 4
= 15.89 ㎡ ≒ 15.9 ㎡
6) 활성탄 층고(Bed Height, BH) : 4.7m
7) 접촉시간(Contact
Time, CT) : BH / LV = 4.7m/13 m/hr = 21분
8) 공간속도(Space
Velocity, SV) : LV / BH = 13 m/hr/4.7m = 2.77 1/hr
9) 역세수 소요량 :
Q2= A x 역세속도 = 15.9㎡ x 30m/hr = 477㎥/hr
역세시간을 10분으로 할 경우
= 477㎥/hr x 1hr/60분 x 10분
= 79.5㎥/분
10) 흡착탑 규격(Filter Size)
Activated
Carbon 4,700 mm
Sand 100 mm
Gravel 200 mm
Free
Board 1,400 mm
∴ Total Height = 6,400 mm
※ Bed Expansion 30% 일 경우, 기타 여재 지지층을 포함한 구조
Click!! Pressure
Drop, Bed Expansion
Data
4-7. 교체주기
1) 활성탄의 평형흡착 시험
Ci - Ce
◆ Qe
= ------------------
M
Ci : 유입농도(Influent Water COD
Consistency)
Ce : 유출농도(Effluent Water COD
Consistency)
Qe : 평형 흡착량(Equilibrium Adsorption of COD-g / AC-g)
= 0.42 COD-g / AC-g(Experimental Factor)
M : 활성탄 시료량
2) 활성탄 소요량 산출
(20 - 10) mg/ℓ
◆ M
=
------------------------- =
0.0238 g-AC /ℓ-폐수
420 mg-COD/g
◆ Q =
18,900 ㎥/Day ÷4 (AC Filter 4 Sets)
= 4,725 ㎥ / Day / Sets
∴ 1Set당 활성탄 필요량 = 4,725 ㎥/Day x 0.0238 kg/㎥
= 112.45 kg/Day
3) 활성탄의 수명
◆ 활성탄 수명(Life Time) = 10 개월
∴ 필요한 활성탄 수량(1 Set) = 112.45
kg/Day x 300 Day
= 33.74 Ton
◆ 활성탄의 충전밀도 : 0.45 Ton/㎥
∴ 필요한 활성탄 수량(1 Set) = 33.74 Ton ÷0.45 Ton/㎥
= 74.9 ㎥/Set ≒ 75 ㎥/Set
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