활성탄의 재생 기술..

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1.개요

활성탄이라는 것은 코코넛 껍질이나, 석탄, 나무 등을 고온으로 탄화시켜 만든 활성탄 내부

의 무수한 세공들을 이용하여 흡착 가능한 물질들을 흡착 제거할 수 있는 것으로서, 인간 생

활과 밀접한 분야에서 다양하게 사용되고 있다. 이러한 활성탄 이용기술의 최대 장점은 흡착

가능한 물질을 쉽게 흡착한다는 것과 재생해서 다시 쓸 수 있다는 것이라 할 수 있다. 이기

술동향러한 특성은 활성탄의 이용 범위를 확대시킬 수 있는 촉진제가 되었고, 결국 여러 분

야에서 핵심 요소 기술로 사용되고 있다. 활성탄의 장점을 크게 부각시킬 수 있는 재생 기술

들로는 여러 가지가 있으나 열재생(Thermal Regeneration)이 가장 많이 사용되고 있다. 그러

나, 최근에는 열재생에 따른 대기오염 문제와 재생수율(再生收率)의 저하, 운전비용의 증대

등으로 이화학적 재생기술을 이용하는 사례가 증가하고 있으며, 이를 위한 신 재생공정의 개

발이 이루어지고 있다.

2.이화학적 재생이론

활성탄 재생기술의 개발은 과다한 재생비용으로 실용화가 어려운 활성탄 시설의 보급 및 적

용에 새로운 전환점이 될 수 있다. 실제 정수장 등지에서 사용된 활성탄의 In Line/On Site

또는 Off Line/On Site Regeneration 기술의 현장적용이 시급함에 비해 열재생 기술의 발달

은 한계에 부딪혀 미약하며, 국내에서의 도입은 설치 및 운전비용이 높고 고도의 운전 기술

이 요구되는 등 여러 가지 문제점을 안고 있다. 이러한 점을 보완하기 위한 이화학적 재생

기술의 이론적 배경은 활성탄의 흡착 Mechanism을 역이용한 탈착 Mechanism을 활용하는 것이

다. 활성탄의 흡착능에 영향을 주는 인자로는 피흡착물질과 활성탄의 종류에 따라 다르며,

활성탄의 물리화학적 성질(표면적, 입자 내부구조, 세공내 표면의 화학적 특성등)외에도 피

흡착물질의 용해도, 극성, 수소이온농도, 이온화율, 피흡착물질의 수, 분자크기, 농도, 분자

의 구조와 표면장력, 온도 및 공존 물질의 농도 등이 흡착능에 큰 영향을 준다. 여기서, 이

화학적 재생 기술은 흡˙탈착에 결정적인 역할을 하는 pH, Solvent, 온도 등을 조합하여 재

생효율을 극대화 할 수 있도록 한 것이다. 즉, 이화학적 재생조건으로 NaOH 2%, Ethanol 20

%, 온도 100℃ 정도로 설정하고 재생효율을 높이는 최적조건을 도출하게된다.

3.이화학적 재생기술 특성

지금까지 사용되고 있는 활성탄 재생기술은 활성탄 제조과정과 유사한 고온(900~1000℃) 재

생로에 의한 방법이며, 현장에 재생시설을 갖출 경우 전체 시설비 및 유지관리비가 40~50%

이상 소요되고 Off Site에서 위탁 재생하는 경우도 신 활성탄 가격의 70% 내외가 소요된다.

우리 나라와 같이 활성탄 재생 Service가 어렵고 운전 및 유지관리 기술이나 인력이 부족한

실정에서는 열 재생을 대체할 경제적이고 운전이 쉬운 재생공정의 개발이 필요하며, 이를 위

한 이화학적 재생기술의 Prototype을 그림1과 같이 구성할 수 있다. 그림1은 물과 Solvent

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그림1.활성탄 이화학적 재생공정의 Prototype

(Ethanol) 20~50%, NaOH 2~4%를 재생활성탄과 적절히 혼합하여 100℃ 이하의 온도조건에서

재생하는 공정을 나타내고 있다. 이러한 신 재생공정의 운전은 그림2에서와 같이 재생반응과 탈

착, 세정, 회수의 과정으로 이루어진 다. 이 공정에 의한 재생효과는 활성탄 신탄에 비해 83~97%

의 회복율을 나타내며, 재생방법 이 간단하고 운전이 용이하고, 재생탄의 손실이 적고 기존 흡착

시설에 추가가 쉬울 뿐 아니라 경제성에서도 신탄의 10%, 열재생의 15~20% 정도 소요되는 등

여러 가지 장점을 가지고 있다.

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그림2.활성탄 신재생공정의 운전방법

4.결언

활성탄의 국내 시장규모는 1996년 현재 약 58,000m⒂/yr 정도로 해마다 10% 이상 증가하고

있으며, 외국의 시장규모도 약 1,168,000m⒂/yr(1994년) 으로 활성탄의 사용량은 늘어가고

있다. 최근 국내에서 활성탄을 이용한 고도정수시설의 도입으로 활성탄 사용량이 증대되고

있는 상황에서 정수장외에도 하˙폐수처리장, 대기오염 방지시설 등에서 사용되는 기존의 열

재생 방법은 여러 가지 문제점으로 한계가 있으며, 우리 나라 뿐 아니라 세계 각지에서도 열

재생 방법에 비해 경제적이고 유지관리가 쉬운 재생기술의 개발과 보급은 필요한 실정이다.

이러한 측면에서 이화학적 재생기술은 활성탄의 재생효율에서도 탁월하고, 시설이 간단하며

유지관리가 쉬울 뿐 아니라 비용 면에 있어서도 신탄과 열재생공정에 비해 10~20% 수준이고

비교적 저온(100℃ 이하)에서 운영되며, 대기오염 물질이 발생하지 않는 등 상용화 가능성이

매우 높다고 볼 수 있다.♧

■자료:

-고도정수 실용화기술개발, G-7 보고서, pp.385~447, 1997.

-활성탄의 이화학적 재생기술 및 공정, 건설신기술지정 제109호, 1998.

■자료제공:오현제(환경연구실)

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