[활성탄]수처리시 교체주기 산정 및 기초설계
[활성탄]수처리시 교체주기 산정 및 기초설계
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
. 원수의 성상을 충분히 파악해서 활성탄의 흡착특성과 세공분포와 피흡착 물질의 분자량 분포와의 관련성 따위에 관해 검토한다.
. 원수의 부하 경감과 활성탄 흡착공정의 위치 일부를 명확히 한다. 즉 피흡착 물질의 농도가 높은 경우는 다른 처리법에 의해 충분히 감소시킨 후에 활성탄 흡착처리를 행하는 것이 원칙이다.
. 사용목적에 의해 가장 적절한 활성탄의 선택과 사용방법을 행하지 않으면 안 된다. 그러므로 피흡착 물질이 단일성분계인가 다 성분계인가를 명확히 하고 평형흡착량과 용액시험의 결과로부터 활성탄의 수명과 접촉시간 따위의 설정조건을 정한다.
이상에서의 여러 가지 항목을 충분히 고려해서 활성탄 흡착공정을 계획하는 것이 필요하다,
결국, 정확한 흡착장치의 설계인자는 평형흡착, 흡착속도, 컬럼시험 등의 결과로부터 실제로 처리해야 될 용액의 최적 조건을 정하는 것이 필요하다.
2. 설계기준 예
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선속도(Linear Velocity) |
5-20 1/hr |
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공간속도(Space Velocity) |
3-15 m/hr |
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역류세정속도(Backwashing Velocity) |
25-50 m/hr |
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역류세정시간(Backwashing Time) |
5-20 min |
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흡착장치의 전체 높이 대 직경의 비 |
약 2 : 1 |
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활성탄층 높이(Bed Height)와 직경의 비 |
약 1 : 1-4 : 1 |
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접촉시간(Contact Time) |
10-40 min |
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* 컬럼시험에 의한 파과곡선을 작성, 일련의 접근방식으로서 결정하는 것이 가장 바람직하다. * 흡착장치 전에 전처리 여과시설을 두는 것이 활성탄의 흡착능력을 향상시킨다. | |
3. 용어설명
. 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 용량으로 나눈 값. 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 크기를 결정하는 중요한 인자이다. 즉 "BH=LV × CT"로 구할 수 있다.
4. 흡착탑 설계연습(예)
. 처리량(Flow Rate, Q) : 9,000㎥/day(=375㎥/hr) = 375㎥/hr ÷ 2sets = 187.5㎥/hr
. 선속도(Linear Velocity, LV) : 13m/hr
. 흡착탑 수(Filter Q'ty) : 2sets
. 직경(Filter Diameter, D) : 187.5㎥/hr ÷ 13m/hr = 14.42 ㎡
: D = √(4A ÷ π) = √(4×14.42÷3.14) = 4.3m
. 면적(Filter Area, A) : A = πD^2 ÷ 4 = (3.14 × 4.3^2) ÷ 4 = 14.5㎡
. 활성탄 층고(Bed Height, BH) : 4.3m(직경과의 비 1:1 적용)
. 접촉시간(Contact Time, CT) : BH/LV = 4.3m/13m/hr = 20분
. 공간속도(Space Velocity, SV) : LV/BH = 13m/hr/4.3m = 3 (1/hr)
. 역세수 소요량 : Q2 = A × 역세속도 = 14.5㎡ × 30m/hr = 435㎥/hr
역세시간을 10분으로 할 경우 = 435㎥/hr × 1hr/60분 × 10분 = 72.5㎥/분
. 흡착탑 규격(Filter Size)
Activated Carbon : 4300mm
Sand : 100mm
Gravel : 200mm
Free Board : 1300mm
Total Height : 5900mm
(주1) Bed Expansion 30% 일 경우
(주2) 기타 여재 지지층을 포함한 구조
5. 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
M = [(20-10)mg/ℓ] / 470mg-COD/AC-g = 0.021 AC-g/폐수-ℓ (= 0.021 AC-kg/폐수-㎥)
Q = 9,000㎥/Day ÷ 2(AC Filter 2 Sets) = 4,500㎥/Day/Sets
1Set당 활성탄 필요량 = 4,500㎥/Day × 0.021 kg/㎥ = 94.5 AC-kg/Day
. 활성탄의 수명
[방법1] 교체주기를 300일로 유지관리 하기 위해 고정할 경우
1Set당 필요한 활성탄 수량은
AC Vol(Ton) = 94.5kg/Day × 300Day = 28.35 Ton/Set
AC Vol(㎥) = 28.35 Ton ÷ 0.45 Ton/㎥ (충진밀도) = 63 ㎥/Set
[방법2] 설계에 의해 흡착탑 규격을 먼저 고정할 경우
1Set당 필요한 활성탄 소요량은
AC Vol(㎥) = A × BH = 14.5㎥ × 4.3m = 62.4 ㎥
AC Vol(Ton) = 62.4㎥ × 0.45 Ton/㎥(충진밀도) = 28.08 Ton/Set
따라서 활성탄 수명은
28.08 Ton-AC ÷ 94.5 kg-AC/Day = 297 Day 이다.
출처 : 삼천리활성탄소주식회사