KR20160108973A - 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 활성탄소섬유를 통해 수중의 이취미 물질을 제거함과 함께 활성탄소섬유의 공극 내에 담지된 수분 또는 재생약품을 효과적으로 배출시킴으로써 활성탄소섬유의 흡착능 및 재생효율을 향상시킬 수 있는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치는 이동수단; 및 상기 이동수단에 선택적으로 탈장착되는 활성탄소섬유 흡착장치를 포함하여 이루어지며, 상기 활성탄소섬유 흡착장치는, 원수에 포함되어 있는 이취미 물질의 흡착, 제거 공간을 제공하는 흡착반응조와, 상기 흡착반응조 내에 구비되어 이취미 물질을 흡착하는 활성탄소섬유 흡착층과, 상기 흡착반응조 내에 구비되어 상기 활성탄소섬유 흡착층을 압밀하는 압밀판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치 및 방법{Apparatus for water treatment combined vehicle using activated carbon fiber}
본 발명은 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 활성탄소섬유를 통해 수중의 이취미 물질을 제거함과 함께 활성탄소섬유의 공극 내에 담지된 수분 또는 재생약품을 효과적으로 배출시킴으로써 활성탄소섬유의 흡착능 및 재생효율을 향상시킬 수 있는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치 및 방법에 관한 것이다.
부영양화로 인한 녹조는 저수지, 하천에 질소와 인 등의 영양염류 유입이 증가하여 일어나는 현상으로 조도가 높고 수온이 높은 여름철에 급격히 발생한다. 국내 저수지에서는 Microcystis, Anabaena, Oscillatoria 등의 남조류가 주요 우점종으로 발견되는데, 이들 남조류는 Geosmin, 2-methylisoborneol(2-MIB) 등의 악취유발물질을 합성함과 함께 microcystin, nodularin 등의 간장독(hepatotoxin) 또는 anatoxin 등의 신경독(neurotoxin)을 생성하여 보건상의 문제를 일으킬 수 있다. 특히, Geosmin과 2-MIB는 흙내, 곰팡내, 풀냄새 등을 야기하는 이취미 물질로서 일반적인 정수처리과정에서 잘 제거되지 않기 때문에 수돗물에 냄새를 유발하는 원인이 된다.
정수처리장으로 유입되는 이취미 물질을 제거하기 위한 방법으로, 막여과공정(한국공개특허 제2014-144933호) 또는 자외선, 과산화수소, 오존 등을 이용한 고도산화공정(Rosenfeldt et al. UV and UV/H2O2 treatment of methylisoborneland geosmin in water, Journal of Water Supply, 2005, Vol. 54, 423-434쪽)이 사용되고 있으나, 이들 방법은 분리막 또는 산화제 투입에 높은 비용과 에너지가 소모되는 단점이 있다. 또한, 녹조로 인한 이취미 물질의 유입이 연중 연속적으로 일어나는 것이 아니라 간헐적으로 발생한다는 점을 고려하면 정수장에 이취미 물질의 처리를 위한 별도의 장치를 설치하는 것은 경제성이 떨어지는 면이 있다.
최근에는, 기존 정수처리공정에 이용되는 입상 활성탄 여과지를 이용하여 이취미 물질을 제거하는 기술(한국등록특허 제1426704호)이 제시된 바 있다. 그러나, 입상 활성탄(GAC, granular activated carbon)을 사용하는 경우 이취미 물질의 흡착속도가 느려 처리대상수가 대용량인 경우 적합하지 않다. 이취미 물질의 활성탄으로의 흡착 현상을 직접적으로 좌우하며 영향을 미치는 것은 2nm 이하 크기의 미세기공(micropore)인 것으로 알려져 있는데, 입상 활성탄(GAC)의 경우 2nm 이하 크기의 미세기공(micropore) 뿐만 아니라 흡착시 흡착제의 전달 역할을 하는 2∼50nm 크기의 메조기공(mesopore), 50nm 이상의 매크로기공(macropore) 등 다양한 형태의 기공이 발달된 가지형 공극구조(branched pore structure)이어서, 이취미 물질이 매크로기공(macropore)와 메조기공(mesopore)을 거쳐 미세기공(micropore)에 흡착됨에 따라 농도구배 감소로 인해 흡착속도가 떨어진다.
가지형 공극구조를 갖는 입상 활성탄(GAC)에 반해, 2nm 이하 크기의 미세기공이 균일하게 발달되어 있는 분말 활성탄(PAC, powder activated carbon)은 이취미 물질의 흡탈착 속도가 빠른 것으로 알려져 있고, 분말 활성탄(PAC)을 이용한 이취미 물질 제거방법에 대한 특허(한국등록특허 제887106호)가 제시된 바 있다. 그러나, 분말 활성탄은 입상 활성탄에 비해 입경이 작음에 따라 투수성이 낮아 컬럼(column) 형태로 구축하기가 어려워 혼화지 등에 투입되는 형태로 적용되고 있다. 이에 따라, 분말 활성탄 투입에 따른 슬러지 발생량이 급격히 증가하며, 흡착능이 저하된 분말 활성탄을 회수하여 재생하는 것이 용이하지 않아 대량의 분말 활성탄 투입에 따른 운전비용 증가 등의 한계가 있다.
한편, 활성탄소섬유(ACF, activated carbon fiber)는 2nm 이하 크기의 미세기공이 균일하게 발달되어 있는 것으로 알려져 있고, 입상 활성탄에 비해 흡착용량이 크고 흡탈착 속도가 빠르며 미세기공과 비슷한 크기의 오염물질만을 선택적으로 흡착하는 특성이 우수한 것으로 보고되고 있다. 한국등록특허 제747024호는 이러한 활성탄소섬유의 장점을 활용한 정수처리방법을 제시하고 있다. 한국등록특허 제747024호는 활성탄소섬유를 판넬형 지지체에 고정하여 혼화지 또는 침전지의 웨어에 설치하는 기술을 제시하고 있는데, 활성탄소섬유의 재생에 어려움이 있고 선택적으로 탈착이 가능하지 않음에 따라 활용도가 떨어지는 단점이 있다.
한국공개특허 제2014-144933호 한국등록특허 제1426704호 한국등록특허 제887106호 한국등록특허 제747024호
Rosenfeldt et al. UV and UV/H2O2 treatment of methylisoborneland geosmin in water, Journal of Water Supply, 2005, Vol. 54, 423-434쪽
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 활성탄소섬유를 통해 수중의 이취미 물질을 제거함과 함께 활성탄소섬유의 공극 내에 담지된 수분 또는 재생약품을 효과적으로 배출시킴으로써 활성탄소섬유의 흡착능 및 재생효율을 향상시킬 수 있는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 활성탄소섬유가 컬럼 형태로 장착된 반응조를 차량 등의 이동수단에 결합함으로써 적재적소에 필요에 따라 적용 가능한 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치는 이동수단; 및 상기 이동수단에 선택적으로 탈장착되는 활성탄소섬유 흡착장치를 포함하여 이루어지며, 상기 활성탄소섬유 흡착장치는, 원수에 포함되어 있는 이취미 물질의 흡착, 제거 공간을 제공하는 흡착반응조와, 상기 흡착반응조 내에 구비되어 이취미 물질을 흡착하는 활성탄소섬유 흡착층과, 상기 흡착반응조 내에 구비되어 상기 활성탄소섬유 흡착층을 압밀하는 압밀판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 흡착반응조의 상단부에 원수를 활성탄소섬유 충진층에 균일하게 분배하는 유입수 분배층이 구비된다. 상기 유입수 분배층은 자갈층, 입상 활성탄의 집합체, 제올라이트의 집합체 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 흡착반응조의 하단부에 이취미 물질에 제거된 처리수를 배출하기 위한 유공판이 구비되며, 상기 유공판은 상기 흡착반응조의 수평 단면 형상에 상응하는 형태를 이루며 처리수 배출을 위해 복수의 배출공을 구비한다.
상기 흡착반응조의 상단 일측에 원수를 흡착반응조로 공급하는 원수공급펌프가 구비되고, 상기 흡착반응조의 하단 일측에 재생약품을 흡착반응조로 공급하는 재생약품 공급펌프가 구비된다. 또한, 상기 흡착반응조의 일측에, 이취미 물질이 흡착된 활성탄소섬유를 재생시키기 위한 재생약품을 공급하는 재생약품 공급조가 구비되며, 상기 재생약품은 활성탄소섬유보다 이취미 물질과의 친화력이 강한 유기용매이다.
상기 활성탄소섬유는 레이온계 활성탄소섬유, 아크릴계 활성탄소섬유, 페놀계 활성탄소섬유, 피치계 활성탄소섬유 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리방법은 이동수단에 흡착반응조가 결합된 이동식 수처리장치를 이용한 수처리방법에 있어서, 상기 흡착반응조 내에 활성탄소섬유 충진층이 구비되며, 이취미 물질이 포함되어 있는 원수를 상기 흡착반응조에 하향류로 공급하며, 이취미 물질이 활성탄소섬유의 공극에 흡착되는 단계; 상기 활성탄소섬유 충진층을 압밀하여 활성탄소섬유의 공극에 담지되어 있는 공극수를 토출시키는 단계; 상기 흡착반응조 내부에 재생약품을 상향류로 공급하여 활성탄소섬유의 공극에 흡착되어 있는 이취미 물질을 탈착시키는 단계; 상기 활성탄소섬유 충진층을 압밀하여 활성탄소섬유의 공극에 잔류하는 재생약품을 토출시키는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 흡착반응조는 이동수단에 의해 필요에 따라 이동 가능하며, 상기 이동수단으로부터 선택적으로 탈장착이 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 활성탄소섬유는 레이온계 활성탄소섬유, 아크릴계 활성탄소섬유, 페놀계 활성탄소섬유, 피치계 활성탄소섬유 중 어느 하나이고, 상기 활성탄소섬유는 탄소계 섬유를 탄화시켜 제조되며, 탄소계 섬유를 탄화시켜 활성탄소섬유로 활성화하는 방법으로, 열분해 공정, 열처리를 이용한 산화 공정, 열화학적 활성화 공정 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
차량 등의 이동수단을 통해 녹조가 발생된 특정 정수장 등에 이동되어 이취미 물질을 제거할 수 있어, 정수장에 이취미 물질을 제거하기 위한 별도의 장치를 설치할 필요가 없어 장치 비용을 최소화할 수 있다.
또한, 활성탄소섬유의 공극에 담지되어 있는 공극수 또는 재생약품을 압밀을 통해 토출, 제거함에 따라, 활성탄소섬유 충진층의 흡착능 및 재생효율을 일정 수준으로 유지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유 흡착장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리방법을 설명하기 위한 참고도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 활성탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 활성탄소섬유와 입상 활성탄의 이취미 물질 특성 성능을 나타낸 실험결과.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유 충진층과 입상 활성탄 충진층의 이취미 물질 특성 성능을 나타낸 실험결과.
본 발명은 활성탄소섬유가 충진된 활성탄소섬유 흡착장치를 차량 등의 이동수단에 결합하여 이취미 물질의 제거가 요구되는 정수장에 선택적으로 적용한 가능한 이동식 수처리장치에 관한 기술을 제시한다. 또한, 활성탄소섬유가 충진된 활성탄소섬유 흡착장치를 이용하여 수중의 이취미 물질을 제거함에 있어서, 활성탄소섬유의 공극에 담지되어 있는 공극수를 배출시킴으로써 활성탄소섬유의 흡착능을 일정 수준으로 유지함과 함께 재생약품을 이용한 활성탄소섬유의 재생시 활성탄소섬유의 공극에 담지되어 있는 재생약품을 배출시킴으로써 활성탄소섬유의 재생효율을 향상시킬 수 있는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치는 이동수단(10)과 활성탄소섬유 흡착장치(20)를 포함하여 이루어진다.
상기 이동수단(10)은 자체 동력 또는 외부의 동력에 의해 이동 가능한 수단으로서, 차량 등으로 구성될 수 있다. 상기 활성탄소섬유 흡착장치(20)는 활성탄소섬유를 이용하여 원수 내의 이취미 물질을 제거하는 역할을 하는 것으로서, 상기 이동수단(10)에 선택적으로 탈장착될 수 있다. 상기 활성탄소섬유 흡착장치(20)는 상기 이동수단(10)에 장착된 상태로 이취미 물질의 제거가 요구되는 특정 정수장으로의 이동이 가능하다.
상기 활성탄소섬유 흡착장치(20)는 세부적으로, 도 2에 도시한 바와 같이 흡착반응조(110)를 구비한다. 상기 흡착반응조(110)는 활성탄소섬유의 구비 공간을 제공하며, 상기 흡착반응조(110) 내에서 활성탄소섬유에 의한 이취미 물질의 흡착 공정이 진행된다.
상기 활성탄소섬유는 상기 흡착반응조(110) 내에 충진되는 형태 즉, 활성탄소섬유 충진층(120)의 형태로 구비되며, 비표면적 1,000m2/g 이상, 기공률 50% 이상, 겉보기밀도 0.5g/m3 이하, 평균기공크기 3nm 이하의 특성을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 특성을 갖는 활성탄소섬유로 레이온계 활성탄소섬유, 아크릴계 활성탄소섬유, 페놀계 활성탄소섬유, 피치계 활성탄소섬유 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 이들 활성탄소섬유의 제조방법에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다.
한편, 상기 흡착반응조(110) 내에 있어서, 상기 활성탄소섬유 충진층(120)의 하부에는 압밀판(130)이 구비된다. 상기 압밀판(130)은 흡착반응조(110)의 수평 단면 형상에 상응하는 형태로 구성되며, 상기 흡착반응조(110) 내에서 수직 이동이 가능하여 상기 활성탄소섬유 충진층(120)을 선택적으로 압밀하는 역할을 한다. 즉, 상기 압밀판(130)을 상부로 이동시키면 활성탄소섬유 충진층(120)은 압밀되며, 상기 압밀판(130)을 흡착반응조(110)의 하단으로 원위치시키면 활성탄소섬유 충진층(120)의 압밀 상태는 해제된다. 상기 압밀판(130)을 통해 활성탄소섬유 충진층(120)을 압밀시킴으로써 활성탄소섬유의 공극 내에 담지되어 있는 공극수 또는 재생약품을 토출시킬 수 있다. 수중의 이취미 물질은 활성탄소섬유의 공극에 흡착되는데, 반복적인 공정에 의해 활성탄소섬유의 공극에 이취미 물질이 축적되면 활성탄소섬유의 흡착능이 저하된다. 또한, 본 발명에 따른 활성탄소섬유의 재생공정에 있어서 재생약품이 활성탄소섬유의 공극에 담지된 상태를 유지하게 되면 활성탄소섬유의 흡착능 및 재생효율이 저하된다. 본 발명에서는, 상기 압밀판(130)을 통해 활성탄소섬유의 공극 내에 담지되어 있는 공극수 또는 재생약품의 토출이 가능함에 따라 활성탄소섬유의 흡착능 및 재생효율을 일정 수준으로 유지할 수 있게 된다. 한편, 상기 압밀판에는 압밀시 물이 이동되는 통수공(도시하지 않음)이 구비된다.
상기 흡착반응조(110)의 상단부에는 유입수 분배층(140)이 구비된다. 상기 유입수 분배층(140)은 이취미 물질을 포함하는 원수를 활성탄소섬유 충진층(120)에 균일하게 분배하는 역할을 하며, 자갈층으로 구성하거나 입상 활성탄의 집합체 또는 제올라이트의 집합체 등으로 구성할 수도 있다.
또한, 상기 흡착반응조(110)의 하단부에는 이취미 물질에 제거된 처리수를 배출하기 위한 유공판(150)이 구비된다. 상기 유공판(150)은 상기 압밀판(130)과 마찬가지로 상기 흡착반응조(110)의 수평 단면에 상응하는 형상을 이루며, 처리수 배출을 위해 다수의 배출공(도시하지 않음)을 구비한다. 상기 유공판(150)의 하부에는 처리수가 이동되는 처리수 이송관(160)이 구비된다. 상기 유공판(150)과 처리수 이송관(160)의 구성을 자갈층으로 대체하는 것도 가능하다.
상기의 구성요소 이외에 상기 흡착반응조(110)의 상단 일측에는 원수를 흡착반응조(110)로 공급하는 원수공급펌프(170)가 구비되고, 상기 흡착반응조(110)의 하단 일측에는 재생약품을 흡착반응조(110)로 공급하는 재생약품 공급펌프(180)가 구비된다. 또한, 이취미 물질이 흡착된 활성탄소섬유를 재생시키기 위한 재생약품을 공급하는 재생약품 공급조(도시하지 않음)가 흡착반응조(110)의 일측에 구비될 수 있다. 상기 재생약품은 활성탄소섬유의 공극에 흡착된 이취미 물질을 탈착시키는 역할을 하는 것으로서, 활성탄소섬유보다 친화력이 강한 유기용매가 사용될 수 있다. 상기 유기용매로는 벤젠, 아세톤, 메탄올 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 한편, 상기 재생약품 공급펌프(180)과 재생약품 공급조는 상술한 바와 같이 흡착반응조(110)의 일측에 구비될 수 있으며, 다른 실시예로 정수장 등에 미리 설치된 재생약품 공급펌프 및 재생약품 공급조가 재생약품 공급을 위한 설비로 이용될 수도 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치의 동작 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 3에 도시한 바와 같이 활성탄소섬유 흡착장치(20)가 탑재된 이동수단(10)을 이취미 물질의 제거가 요구되는 특정 위치 예를 들어, 특정 정수장으로 이동시킨다(S301).
이와 같은 상태에서, 활성탄소섬유 흡착장치(20)를 이용한 이취미 물질 제거공정이 진행된다. 활성탄소섬유 흡착장치(20)는 이동수단(10) 상에 수직 또는 수평 방향으로 탑재되며, 수평 방향으로 탑재되는 경우 활성탄소섬유 흡착장치(20)를 이동수단(10)으로부터 탈착하여 수직 방향으로 거치한 후 이취미 물질 제거공정을 진행하며(도 1의 (b) 참조), 수직 방향으로 탑재되는 경우 이동수단(10)으로부터 탈착하지 않은 채로 이취미 물질을 제거공정을 진행할 수 있다.
이취미 물질 제거공정은 다음과 같이 진행된다. 이취미 물질이 포함되어 있는 원수가 유입수 분배층(140)을 거쳐 흡착반응조(110)의 활성탄소섬유 충진층(120)에 하향류로 공급되면(도 4a 참조), 원수 내의 이취미 물질은 활성탄소섬유의 공극에 흡착된다(S302). 상기 활성탄소섬유 충진층(120)에 의해 이취미 물질이 제거된 처리수는 유공판(150) 및 처리수 이송관(160)을 거쳐 정수장 등으로 배출된다.
이취미 물질 제거공정이 완료된 상태에서 활성탄소섬유 재생공정이 진행된다. 먼저, 원수의 공급을 차단한 상태에서 압밀판(130)을 상부로 이동시켜 활성탄소섬유 충진층(120)을 압밀한다(S303). 상기 압밀판(130)에 의한 압밀로 인해 활성탄소섬유의 공극에 담지되어 있는 공극수가 토출되며, 토출된 공극수는 처리수 이송관(160)을 통해 외부로 배출된다(도 4b 참조). 이와 같은 활성탄소섬유 충진층(120)의 압밀은 상술한 이취미 물질 제거공정에서 진행할 수도 있다. 즉, 이취미 물질 제거공정이 진행되는 과정에서, 일정 시간 간격으로 압밀판(130)을 이용하여 활성탄소섬유 충진층(120)을 압밀함으로써 활성탄소섬유의 공극수가 토출되도록 할 수 있다.
활성탄소섬유의 공극수가 제거된 상태에서, 상기 흡착반응조(110)에 재생약품을 상향류로 공급한다(S304). 구체적으로, 재생약품 공급펌프(180)를 이용하여 재생약품 공급조의 재생약품을 처리수 이송관(160) 및 유공판(150)을 거쳐 흡착반응조(110) 내부에 상향류로 공급한다(도 4c 참조). 재생약품이 흡착반응조(110) 내의 활성탄소섬유 충진층(120)에 공급되면, 재생약품은 활성탄소섬유의 공극에 흡착되어 있는 이취미 물질을 탈착된다. 전술한 바와 같이 재생약품은 활성탄소섬유보다 이취미 물질과의 친화력이 강하기 때문에 활성탄소섬유의 공극에 흡착된 이취미 물질은 재생약품과의 반응에 의해 탈착된다.
활성탄소섬유 공극의 이취미 물질이 재생약품에 의해 탈착된 상태에서, 압밀판(130)을 이용하여 활성탄소섬유 충진층(120)을 압밀하고(S305), 이를 통해 활성탄소섬유의 공극에 잔류하는 재생약품을 토출시키면(도 4d 참조) 활성탄소섬유 재생공정은 완료된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치 및 방법에 대해 설명하였다. 한편, 앞서 활성탄소섬유로 레이온계 활성탄소섬유, 아크릴계 활성탄소섬유, 페놀계 활성탄소섬유, 피치계 활성탄소섬유 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 이들 활성탄소섬유의 제조방법에 대해서는 후술함을 기술하였는데, 활성탄소섬유의 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
활성탄소섬유는 탄소계 섬유를 탄화시켜 제조된다. 탄소계 섬유로는 레이온계 섬유, 아크릴계 섬유, 페놀계 섬유, 피치계 섬유 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 탄소계 섬유를 탄화시켜 활성탄소섬유로 활성화하는 방법으로는, 열분해 공정, 열처리를 이용한 산화 공정, 열화학적 활성화 공정 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
먼저, 열분해 공정을 설명하면, 아르곤 또는 질소 등의 불활성가스 분위기 하에서 600∼900℃의 온도로 탄소계 섬유를 열분해하여 활성탄소섬유를 제조할 수 있다. 또한, 열처리를 이용한 산화 공정은 산소 또는 수증기 등의 산화 분위기 하에서 탄소계 섬유를 산화시켜 활성탄소섬유를 제조하는 방법이며, 열화학적 활성화 공정은 탄소계 섬유를 산, 염기 및 염과 혼합한 상태에서 450∼900℃의 온도를 가하여 탄소계 섬유를 활성탄소섬유로 활성화하는 방법이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 활성탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 5의 활성탄소섬유는 약 10㎛ 내외의 직경을 가지며(도 5의 (a) 참조), 5만배 확대한 사진(도 5의 (b) 참조)에서 수 nm 크기의 공극이 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 평균공극크기는 약 2.7nm이며, 겉보기밀도는 0.15g/cm3, 공극률은 76%로 측정되어 앞서 기술한 활성탄소섬유의 특성 조건을 만족한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 활성탄소섬유 및 활성탄소섬유 충진층의 이취미 물질 흡착성능에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 활성탄소섬유와 입상 활성탄의 이취미 물질 특성 성능을 나타낸 실험결과이다. 구체적으로, 도 6은 이취미 물질인 2-MIB(2-methylisoborneol)가 500ng/L 함유된 처리대상수에 활성탄소섬유와 입상 활성탄을 각각 20mg/L 주입하고 회분식 교반을 실시한 후, 흡착시간에 따른 2-MIB의 제거효율을 나타낸 결과이다. 도 6을 참조하면, 활성탄소섬유가 적용된 경우 2시간 경과 후 약 90%의 2-MIB가 제거된 반면, 입상 활성탄이 적용된 경우는 동일한 시간에 약 30%의 제거효율을 나타냄을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유 충진층과 입상 활성탄 충진층의 이취미 물질 특성 성능을 나타낸 실험결과이다. 구체적으로, 도 7은 2-MIB(2-methylisoborneol)과 Geomin이 500ng/L씩 함유된 처리대상수에 활성탄소섬유 충진층 16g/L, 입상 활성탄 충진층 600g/L을 각각 투입한 상태에서, 다양한 선속도 조건에 따른 이취미 물질 제거효율을 나타낸 결과이다. 도 7을 참조하면, 활성탄소섬유 충진층이 적용된 경우 선속도 240m/day 조건까지 대부분의 이취미 물질(2-MIB 및 Geomin)이 제거된 반면, 입상 활성탄 충진층이 적용된 경우는 선속도가 증가할수록 이취미 물질의 제거효율이 감소하며, 특히 240m/day 조건에서 2-MIB는 약 30%, Geomin는 약 40% 내외로 제거하는 것으로 나타나 처리대상수를 고속으로 처리하기에 입상 활성탄 충진층은 적합하지 않은 것으로 판단된다. 한편, 활성탄소섬유가 효과적으로 성능을 발휘하는 최대 240m/day 선속도 조건은 기존 정수장에서 사용되는 고속모래여과지의 운전 선속도의 약 2배 이상인 수준으로 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다.
이와 함께, 일 1000ton/day 규모의 정수처리장에 이취미 물질이 유입되는 경우, 이를 240m/day의 선속도 조건으로 처리하기 위해 요구되는 흡착반응조의 단면적은 약 4m2로 계산되며, 이와 같은 단면적을 갖는 흡착반응조는 컨테이너 이동 등에 널리 사용되는 트럭 등의 차량에 탑재가 가능한 크기이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치의 실제 이용 가능성은 충분한 것으로 판단된다.
10 : 이동수단 20 : 활성탄소섬유 흡착장치
110 : 흡착반응조 120 : 활성탄소섬유 충진층
130 : 압밀판 140 : 유입수 분배층
150 : 유공판 160 : 처리수 이송관
170 : 원수공급펌프 180 : 재생약품 공급펌프

Claims (12)

  1. 이동수단; 및
    상기 이동수단에 선택적으로 탈장착되는 활성탄소섬유 흡착장치를 포함하여 이루어지며,
    상기 활성탄소섬유 흡착장치는,
    원수에 포함되어 있는 이취미 물질의 흡착, 제거 공간을 제공하는 흡착반응조와,
    상기 흡착반응조 내에 구비되어 이취미 물질을 흡착하는 활성탄소섬유 흡착층과,
    상기 흡착반응조 내에 구비되어 상기 활성탄소섬유 흡착층을 압밀하는 압밀판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착반응조의 상단부에 원수를 활성탄소섬유 충진층에 균일하게 분배하는 유입수 분배층이 구비되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 유입수 분배층은 자갈층, 입상 활성탄의 집합체, 제올라이트의 집합체 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착반응조의 하단부에 이취미 물질에 제거된 처리수를 배출하기 위한 유공판이 구비되며, 상기 유공판은 상기 흡착반응조의 수평 단면 형상에 상응하는 형태를 이루며 처리수 배출을 위해 복수의 배출공을 구비하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착반응조의 상단 일측에 원수를 흡착반응조로 공급하는 원수공급펌프가 구비되고, 상기 흡착반응조의 하단 일측에 재생약품을 흡착반응조로 공급하는 재생약품 공급펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 흡착반응조의 일측에, 이취미 물질이 흡착된 활성탄소섬유를 재생시키기 위한 재생약품을 공급하는 재생약품 공급조가 구비되며,
    상기 재생약품은 활성탄소섬유보다 이취미 물질과의 친화력이 강한 유기용매인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 활성탄소섬유는 레이온계 활성탄소섬유, 아크릴계 활성탄소섬유, 페놀계 활성탄소섬유, 피치계 활성탄소섬유 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리장치.
  8. 이동수단에 흡착반응조가 결합된 이동식 수처리장치를 이용한 수처리방법에 있어서,
    상기 흡착반응조 내에 활성탄소섬유 충진층이 구비되며,
    이취미 물질이 포함되어 있는 원수를 상기 흡착반응조에 하향류로 공급하며, 이취미 물질이 활성탄소섬유의 공극에 흡착되는 단계;
    상기 활성탄소섬유 충진층을 압밀하여 활성탄소섬유의 공극에 담지되어 있는 공극수를 토출시키는 단계;
    상기 흡착반응조 내부에 재생약품을 상향류로 공급하여 활성탄소섬유의 공극에 흡착되어 있는 이취미 물질을 탈착시키는 단계;
    상기 활성탄소섬유 충진층을 압밀하여 활성탄소섬유의 공극에 잔류하는 재생약품을 토출시키는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 흡착반응조는 이동수단에 의해 필요에 따라 이동 가능하며, 상기 이동수단으로부터 선택적으로 탈장착이 가능한 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 흡착반응조의 상단부에 원수를 활성탄소섬유 충진층에 균일하게 분배하는 유입수 분배층이 구비되며, 상기 유입수 분배층은 자갈층, 입상 활성탄의 집합체, 제올라이트의 집합체 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 흡착반응조의 하단부에 이취미 물질에 제거된 처리수를 배출하기 위한 유공판이 구비되며, 상기 유공판은 상기 흡착반응조의 수평 단면 형상에 상응하는 형태를 이루며 처리수 배출을 위해 복수의 배출공을 구비하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 흡착반응조의 상단 일측에 원수를 흡착반응조로 공급하는 원수공급펌프가 구비되고, 상기 흡착반응조의 하단 일측에 재생약품을 흡착반응조로 공급하는 재생약품 공급펌프가 구비되며, 상기 흡착반응조의 일측에, 이취미 물질이 흡착된 활성탄소섬유를 재생시키기 위한 재생약품을 공급하는 재생약품 공급조가 구비되며,
    상기 재생약품은 활성탄소섬유보다 이취미 물질과의 친화력이 강한 유기용매인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 활성탄소섬유는 레이온계 활성탄소섬유, 아크릴계 활성탄소섬유, 페놀계 활성탄소섬유, 피치계 활성탄소섬유 중 어느 하나이고,
    상기 활성탄소섬유는 탄소계 섬유를 탄화시켜 제조되며, 탄소계 섬유를 탄화시켜 활성탄소섬유로 활성화하는 방법으로, 열분해 공정, 열처리를 이용한 산화 공정, 열화학적 활성화 공정 중 어느 하나가 이용되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 이동식 수처리방법.
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