4. 세공구조

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근본적으로 흡착은 흡착제 표면에 피흡착질 분자가 축적되는 것이며 흡착될 수 있는 물질의 양은 흡착제의 비표면적 크기에 달려 있다. 이러한 관계에서 내부표면적이 흡착이 이루어지는 동안 외부표면적은 단지 2차적인 역할만 할 뿐이다.

활성탄의 세공은 복잡한 그물망구조를 나타내며 거대한 내부표면적을 이루고 있는 모세관을 가지고 있다. 그림1은 활성탄 세공구조를 보여주고 있다.

[그림1] 활성탄의 세공구조                   [그림2] 활성탄의 세공분포

일반적인 활성탄은 500□1500□/g의 내부표면적을 갖고 있다. 활성탄의 세공구조에 있어서 세공특성은 Micro-, Transitional -, Macro-Pore로 구분된다.

20□ 이하의 직경을 갖는 Pore을 Micro-Pore라 하고, 흡착이 일차적으로 일어나는 20□1000□의 직경을 갖는 Pore를 Transitional-Pore라 한다. 반면 직경이 1000□ 이상인 Macro-Pore는 실제적인 흡착공정에서 단지 2차적인 중요성을 갖을 뿐이다. 주로 이러한 Macro-Pore는 액체로부터 용질을 흡착하기 위한 통로로서 제공된다.

5. 파과곡선 (Break Through Curve)

활성탄 흡착탑 설계를 위해서는 수많은 흡착 가능한 물질을 포함하고 있는 원수를 흡착탑에 통과 한 후 유출수의 오염물질 농도가 어느 시점에서 설계기준 또는 허용기준치를 초과할 것이냐에 대한 정보가 필요하다. 이러한 정보는 통상 Pilot-Scale의 실험조사에 의해 얻어지고 있다.

특히 활성탄 흡착시설의 설치 및 유지관리비가 상당히 고가인 관계로 효율적인 설계, 운전이 필수적이며 따라서 Full Scale의 Plant를 건설하기 전에 계절에 따른 원수수질의 정확한 파악을 위해서라도 2□3년 간에 걸친 Pilot Study는 당연시 되고 있는 실정이다. 이러한 Pilot Study의 시간, 노력 및 비용을 최소화 하기 위해 매우 유익한 것은 수학적 예측 모델을 이용하여 Column Test를 여러 가지 경우에 대하여 Simulation하는 것이다. Break Through Curve는 각 시스템의 물리화학적 특성 즉 평형관계와 물질이동속도에 의해 영향을 받는다. 다음 그림3에서의 파과곡선은 흡착탑의 출구에서의 유출농도를 시간에 따라 표시한 것이다.

일반적으로 출구농도가 입구농도의 약 10）가 되는 점 A를 파과점(Break Point)이라 하며 파과점 이후 출구농도는 급격히 증가하여 종말점 B에 도달하게 된다. 결국 활성탄의 수명은 유량, 피흡착질의 종류 및 농도, 충진 된 활성탄의 양과 종류등에 따라 달라지며 같은 운전 조건일 경우 초기활성탄(신탄)의 흡착력에 크게 좌우됨을 알 수 있다.

[그림3] 시간에 따른 활성탄의 파과곡선

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