수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

Study on Improvement of the Standard for Activated Carbon using in Drinking Water Treatment

행정간행물 등록번호11-1480523-000412-01 NIER No2008-87-1037

2008국 립 환 경 과 학 원

발 간등 록 번호 NEIR NO RP2012-254

11-1480523-001286-01

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

환경진단연구부 먹는물과

박수정 유순주 김창수 정일록 이연희 안경희

Study on mprovement of the Standard for Activated

Carbon using in Drinking Water Treatment

SJPARK SJYU CSKIM IRCHUNG YHLEE KHAHN

Drinking Water Division

Environmental Diagnostics Research Department

National Institute of Environmental Research

2008

국 립 환 경 과 학 원

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

발 간등 록 번호 NEIR NO RP2012-254

11-1480523-001286-01

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

환경진단연구부 먹는물과

박수정 유순주 김창수 정일록 이연희 안경희

Study on mprovement of the Standard for Activated

Carbon using in Drinking Water Treatment

SJPARK SJYU CSKIM IRCHUNG YHLEE KHAHN

Drinking Water Division

Environmental Diagnostics Research Department

National Institute of Environmental Research

2008

국 립 환 경 과 학 원

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- i -

요 약 문

1 제 목

수처리제 활성탄의 규격기준 개선 연구

2 목 적

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 등의 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

3 연구내용 및 방법

가 국내 외 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부 일본수도협회(JWWA) 및

미국수도협회(AWWA) 규격에서 정하고 있는 항목 기준 및 샘플링 방법 등

에 대해 조사하였다

나 생산현황 및 사용현황 조사

수처리제로 사용되는 입상활성탄의 국내 생산현황은 문헌을 참고하여 주

요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 조사하였다 또한 국내 정수장의 입상

활성탄의 사용현황은 고도정수처리용으로 입상활성탄을 사용하는 21개 정수

장을 대상으로 활성탄 재질 교체주기 및 검사항목 등을 조사하였다

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- ii -

다 흡착성능 분석

국내 정수장에서 사용하는 입상활성탄 신탄을 대상으로 석탄계 3건 야자계

3건을 채취하여 A B C D의 입도범위로 분쇄한 후 비표면적 요오드흡착

력 페놀가 ABS가 및 메틸렌블루탈색력을 분석하였다 이때 분쇄한 활성

탄의 입도범위는 Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75이며 입도의 단위는

이다

4 연구결과

현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시험방법 등

규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내 생산현황 정수장

사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을 비교 분석하였으

며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 환경부와 미국

수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수도협회

는 18항목 중 페놀가 등 9항목의 검사를 구매자의 선택사항으로 규정하고

있다 또한 일본수도협회와 미국수도협회는 활성탄의 규격검사를 위한 시

료 채취방법을 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주기

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- iii -

는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성탄

을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는 14

항목에 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성탄의

입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로 조사

되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한 페놀

가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다

5 연구결과 활용에 대한 건의

입상활성탄의 분쇄입도 변화에 따른 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력의

흡착성능 분석결과를 근거로 하여 수처리제 입상활성탄의 시험방법을 개선

하는 수처리제 규격기준 개정안을 제시하고자 한다

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- iv -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

표 차 례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

그림차례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅵ

Abstract middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

Ⅰ 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 연구 필요성 및 목적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 이론적 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

가 활성탄의 분류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

나 활성탄의 구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

다 활성탄의 세공특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

라 활성탄의 흡착특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

마 흡착등온선 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

바 흡착성능 분석항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

Ⅱ 연구내용 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 활성탄 선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 분쇄입도 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

다 분석항목 및 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- v -

Ⅲ 연구결과 및 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

1 국내 외 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

가 규격개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

나 규격기준 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

라 샘플링 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

가 제조업체 생산현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

나 정수장 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

3 입상활성탄 흡착성능 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

가 비표면적 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

나 요오드흡착력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

다 페놀가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

라 ABS가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

마 메틸렌블루탈색력 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

4 활성탄 시험방법 개선방안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

Ⅳ 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- vi -

표 차 례

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 341 활성탄 시험방법 개선(안) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그 림 차 례

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- vii -

Abstract

In this study the standard and specification of the water treatment chemicals were revised by modifying the test method of granular activated carbon (GAC) used as a water treatment chemical The domestic and overseas specifications of GAC were investigated The domestic production and usage quantity of GAC at drinking water treatment plants (DWTPs) was also investigated The adsorption capacity of GAC was tested at different particle size The 6 kinds of coal- and coconut-base GAC used as a water treatment chemical were pulverized to A to D group whose particle size (unit ) was Alt45 45leBlt53 53leClt63 63leDlt75 respectively The specific surface area iodine uptake phenol value ABS value and methylene blue decolorization were tested and the results are as follows

Ministry of Environment (ME) of Korea listed 14 items as the specification of GAC used as the water treatment chemical Japan water works association (JWWA) and American water works association (AWWA) listed 18 and 9 items respectively as the specification of GAC While all items of the specification of ME and AWWA are mandatory the 9 items in JWWA specification are optional In Korea 16 companies mainly produce GAC as a water treatment chemical and 24300 ton of coal- and coconut-based GACs were produced in 2006 Among 21 DWTPs coconut- and coal-based GACs were used in 52 and 33 of DWTPs respectively In 72 of DWTPs GAC was replaced at every 3 to 4 years 48 of DWTPs have tested 16 specification items at the purchase of GAC Both coal- and coconut-based GACs adsorbed iodine regardless of particle size and specific surface area However phenol value ABS value and methylene blue decolorization increased as the particle size was reduced from 75 to 45 in both GACs Therefore it is considered that the particle size of GAC affected phenol value ABS value and methylene blue decolorization except for specific surface area and iodine uptake

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 1 -

Ⅰ 서 론

1 연구 필요성 및 목적

먹는물관리법에 의하면 水處理劑는 자연 상태의 물을 淨水 또는 消毒하

거나 먹는물 공급시설의 산화방지 등을 위하여 첨가하는 製劑 로 정의되

어 있다 수처리제의 종류와 성능 등에 관한 기준과 성분 규격은 환경부의

경우 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 고시(이하 ldquo수처리제 고시rdquo라

고 한다) 에서 규정하고 있다 또한 수처리제 고시에 규정되어 있는 수처

리제 품목은 응집제 살균 소독제 부식억제제 기타제제(활성탄 포함)이며

그 중 活性炭(Activated carbon)은 나무 톱밥 야자껍질 석탄 등을 탄화하

여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서 수중의 유기물질을 흡착 제거할

목적으로 첨가하는 물질로 정의되고 있다

활성탄은 형태에 따라 분말과 입상으로 구분된다 그리고 여러 가지 활

성탄의 원료는 활성화 과정을 거치면서 내부 표면적이 500 m2g 이상인

다공성 탄소 구조를 갖게 되어 맛과 악취를 유발하는 용존성 유기물질을

흡착할 수 있는 성능이 있다 국내 정수장에서는 물속의 용존 유기물질

맛 냄새 소독부산물 등을 제거하기 위한 고도정수처리 공정에 사용하고

있다

수처리제 고시에 따르면 활성탄의 흡착성능을 나타내는 분석항목으로는

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력 요오드흡착력의 4개 항목이 있다 이러

한 항목을 분석하기 위한 시료조제 방법은 분말활성탄의 경우에는 시료를

분쇄하지 않고 그대로 시험한다 그러나 粒狀活性炭(Granular activated

carbon)은 시료를 분쇄하여 200 mesh체(75 )를 통과한 시료 일정량을 정

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 2 -

밀히 달아 시험하도록 되어 있다 그런데 입상활성탄은 분쇄방법에 따라

체를 통과한 시료의 粒度分布가 달라지는 수가 많으며 이 때문에 검사기

관 간 검사결과가 상이하게 나타나 시료를 의뢰하는 제조업체와 검사를

수행하는 검사기관간의 민원분쟁이 종종 발생되고 있는 실정이다 따라서

본 연구에서는 수처리제로 사용되는 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을

비교 분석하여 현행 환경부 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의

시험방법을 개선하는 규격기준 개정안을 마련하고자 한다

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 3 -

2 이론적 고찰

가 활성탄의 분류

활성탄(活性炭 Activated carbon)은 숯(Char 또는 Charcoal)을 가스 또는

약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로 Van der waals 힘으로 인체에 유해한

각종 유기물을 흡착 제거하는 성질이 있는 탄소로 정의할 수 있다 활성탄은

표면에 산화기(Oxide group)와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기

가 없어서 물을 싫어하는 비극성 즉 소수성이다 따라서 전처리 공정에서 수

분을 일부러 제거하지 않아도 흡착에 큰 영향을 미치지 않으며 큰 내부표면

때문에 비극성분자와 약한 극성 유기분자를 많이 흡착한다

활성탄을 분류하면 첫째 물리적 형상에 따라 각각 분말상 입상 섬유상활

성탄으로 구분할 수 있으며 입상활성탄은 다시 모양이 각각 다른 파쇄활성

탄과 일정한 모양을 가진 원주형조립활성탄 구형조립활성탄으로 나누어진다

둘째 원료에 따라 식물계(목재 톱밥 야자각) 석탄계(갈탄 유연탄 무연탄)

석유계(석유 Cokes Oil carbon) 폐기물질(합성수지 Pulp) 등으로 구분된다

셋째 활성화 방법에 따라 가스 활성화탄(수증기 CO2 Air) 약품 활성화탄

(염화아연 인산 황산) 등으로 나눌 수 있다

활성탄의 제조공정은 원료의 전처리 탄화 활성화 및 제품의 후처리로 구

분할 수 있는데 그 중 가장 중요한 공정은 탄화공정과 활성화공정이다 탄화

공정은 유기질 원료를 약 500 정도로 가열하면 탈수 탈산 등의 분해가 일

어나서 표면산소결합이 끊어져 표면산소가 물 일산화탄소 이산화탄소 등의

형태로 방출되고 휘발성분은 거의 제거되는 공정으로 고정탄소가 많이 남게

된다 활성화공정은 700~1000의 온도 범위에서 일어나는 탄소의 산화반응

으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세 세공구조를 발달시키는 공정

이며 수증기 이산화탄소 공기 등 산화성 가스를 이용한 가스 활성화법과 염

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 4 -

화아연 인산 황산 등 각종 탈수성 무기 약품을 이용한 약품 활성화법으로

구분되는데 주로 가스 활성화법이 널리 사용되고 있다 그 이유는 약품 활성

화법에서 사용되는 무기약품으로 인한 장치의 부식과 2차 환경오염 그리고

복잡한 제조공정 등의 단점 때문이다(박영태 2007)

나 활성탄의 구조

활성탄은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화한 무정형

탄소(amorphous carbon) 또는 미정형 탄소로 불리어지며 구조는 흑연

(graphite)과 비슷하다 흑연은 여러 개의 방향족 고리로 되어 있는 층면 격

자들로 이루어져 있고 網平面이 각각 독립해 있는 2차원의 거대 분자로 되

어 있다 활성탄을 포함한 무정형탄소는 흑연에 비해 구조의 완전성이 결여

되어 있다 그림 121에서와 같이 활성탄의 결정구조를 살펴보면 망평면이

평행한 동일 간격으로 되어 있어 흑연결정과 구조상으로는 유사하나 그 層

平面은 異間隔으로 되어 있다 즉 층이 불규칙적으로 쌓여 있는 불완전한 상

태에 있는데 이러한 배열은 Biscoe와 Warren에 의해 亂層구조(Turbostratic

structure)라고 불리어지고 있다(이수연 2003)

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 5 -

(a) 흑연의 층구조 (b) 무정형탄소의 난층구조

그림 121 흑연의 층구조와 무정형탄소의 난층구조

다 활성탄의 세공특성

활성탄은 내부에 10～100000 Å(1 ～10 )의 세공이 무수히 존재하

고 이 세공벽의 총면적 즉 비표면적이 500～1500 m2g으로 높은 표면적

을 가진 대표적인 흡착제로 다른 흡착제에는 볼 수 없는 큰 내부 표면적

을 갖는다 활성탄의 큰 흡착량은 주로 이와 같은 특이한 세공구조에 기인

한다 그러나 활성탄은 표면적이 같아도 흡착량에 큰 차이가 발생할 수 있

는데 이는 세공의 형상이나 세공분포가 다르고 표면의 화학적 성질이 다

르기 때문이다

활성탄의 흡착능력을 결정하는 세공구조에 관한 중요한 인자로는 세공용

적(pore volume) 또는 세공도(porosity) 비표면적(specific surface area)

세공구조(pore distribution) 등이 있다 1985년 IUPAC(International Union

of Pure and Chemistry)에서 규정한 세공직경에 관한 분류는 다음과 같다

(Miller 1980)

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 6 -

1) 20 Å 이하(micro pore) 이 세공직경 영역은 흡착에 관여하는 세공

중에서 微細孔에 속한다

2) 20～500 Å(meso pore) 다공성 고체에 있어서 흡착은 이 세공직경

영역 및 그 이하의 세공에 의해 좌우되어 흡착에 관여하는 세공의 중

간에 속한다

3) 500 Å 이상(macro pore) 이 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입자

내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission) 확산

(diffusion) 또는 전달孔(transport-pore)이라 한다

라 활성탄의 흡착특성

활성탄의 흡착과정은 다음과 같은 3단계로 구분할 수 있다(Ruthven 1984)

① 벌크 유체내의 흡착질이 흡착제의 경계층 계면으로 확산(External diffusion)

② 흡착질이 유체 경계막을 지나 흡착제 거대세공을 경유하여 중간세공을 통

해 확산(Internal diffusion)

③ 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 물리적 결합 또는 화학적으로 채

워짐(Physical or Chemical adsorption)

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦은 반면 3단계는 속도가 매우 빠

른 것으로 알려져 있다 일반적으로 물리적 흡착에서 3단계의 흡착속도는 빨

라서 세공표면에서 흡착평형이 형성되므로 총괄흡착속도는 ①과 ②의 과정에

달려 있다

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 7 -

(1) 기상흡착과 액상흡착

활성탄은 특성상 기상흡착과 액상흡착 2가지로 크게 구분되며 다음과 같은

특성을 갖는다 기상흡착 특성은 온도가 상승할수록 흡착량은 감소하며 흡착

질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다 또한 비점 또는 임

계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉬우며 2가지 성분의 혼합가스의 경쟁

흡착에 있어서 단독 흡착 시 강하게 흡착되는 성분 쪽이 더욱 강하게 흡착된

다 그러나 이때 각 기체의 흡착량은 혼합가스 내와 같은 분압에서 단독으로

흡착시켰을 때보다도 적다 그리고 액상흡착에서는 활성탄이 본질적으로 소

수성 물질이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다 일반적으로 물에

대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되는 경향이 있으며 용해도가 큰 물질은

물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이 강하므로 그만큼 흡착이

어려워진다 약전해질의 유기물은 이온화하고 있을 때보다도 분자상태에 있

을 때 일반적으로 흡착량이 크다 폐수의 pH를 2～3까지 내리고 흡착시키면

유기물 제거율이 증가하는 경향이 있는데 이는 폐수중의 유기산이 pH가 낮

은 영역에서 적게 이온화하기 때문이다 또한 방향족 화합물은 지방족 화합

물에 비해 잘 흡착된다(최동훈 2001)

(2) 물리적 흡착과 화학적 흡착

흡착은 흡착형태에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류하며 물리적

흡착을 지배하는 것은 비교적 약한 Van der waals 힘이고 화학적 흡착을

지배하는 것은 강한 이온결합 또는 공유결합이다

물리적 흡착인 경우는 흡착제 표면과 흡착질간의 전자의 공유를 갖지 않기

때문에 흡착질은 소위 분자간의 인력에 의해 흡착제 표면 가까이에 일시적으

로 붙잡힌 상태에 있다 이렇게 약하게 흡착된 분자는 용액의 농도변화나 그

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 8 -

다지 높지 않은 온도와 저압에서 수증기 등으로 짧은 시간에 흡착질이 쉽게

탈착 재생이 가능하기 때문에 가역적(reversible)이며 대부분 기상흡착이 이

에 해당한다 반면에 화학적 흡착은 흡착제와 흡착질 간에 전자의 이동이 일

어나며 그 결과 화학적 화합물이 형성되기 때문에 비가역적(irreversible)이

며 흡착질을 탈착시키기 위해서는 고온(약 850)에서 장시간 접촉이 필요하

며 대부분 액상흡착이 이에 해당한다 유기물 흡착은 물리 화학적 흡착이

동시에 일어나는 일이 많다(久保輝一郞 外 1979)

(3) 흡착평형

장시간에 걸쳐 유체(流體)가 고체 표면에 접촉하고 있으면 유체의 특정성

분은 고체 표면에 모이고 유체내부의 농도와 고체표면의 농도가 다른 상태가

된다 이 현상이 흡착이다 이 때 유체의 농도와 고체표면 농도의 관계는 두

상의 화학 포텐셜(potential)이 알맞았을 때 평형을 이루게 되어 흡착 평형관

계가 성립하게 된다 활성탄과 같은 다공질 입자에 있어서는 내부공극의 표

면은 매우 많으며 그 표면에 있어서 농도를 이용하는 대신 활성탄의 단위 중

량당 흡착량과 유체의 농도사이의 관계로서 흡착평형 관계를 표시하는 경우

가 많다(최동훈 2001)

(4) 흡착성능에 영향을 미치는 인자

(가) 세공구조

활성탄의 흡착성능에 영향을 미치는 인자는 활성탄의 3차원 구조 특히 마

이크로 메조 마크로 세공 등의 세공분포이다 중금속 이온이나 유기물의 흡

착량은 그들의 흡착질의 크기와 세공의 크기로 결정한다 흡착질은 분자크기

가 크게 되면 활성탄의 외표면의 메조 세공이나 마크로 세공 등 제한된 영역

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 9 -

에서 밖에 흡착할 수 없게 된다 또한 분자크기가 작아도 활성탄에 산소관능

기가 도입되면 π전자가 표면부근에 편재화하여 외표면에 흡착하기 쉽다

(나) 흡착속도

입상활성탄의 수처리에의 응용은 기상에 응용하는 것에 비해서 그 입경은

적고 05～2 mm의 것이 많이 사용되고 입자경에 의해 입자내의 확산속도와

흡착속도도 달라진다 따라서 실제 장치의 설계에 있어서는 평형흡착의 측

정이외에 회분접촉 및 통수시험에 의해서 흡착속도를 측정할 필요가 있다

입상활성탄의 흡착속도에 대해서는 입자내 확산율속상태의 흡착속도에 대해

서 Boyd 등(GEBoyd et al 1947)의 근사식이 있다

infin

=

=(C-C)=

infin

t=

infin

R

여기서 qinfin 농도 C에서의 평형흡착량 [mgL]

qt t 시간 후의 흡착량 [mgL]

R 활성탄의 반경 [cm]

D i 입자농도에 따른 입자내 유효확산계수 [cm2s]

V 액량 [L]

W 활성탄첨가량 [g]

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 10 -

Co 초기농도 [mgL]

Ct t 시간 후의 농도 [mgL]

유효확산계수는 활성탄의 세공구조와 흡착질에 의해서 정하는 물성치이지만

기상흡착의 경우와 다르고 액상흡착의 경우는 이것을 추산하는 방법이 아직

확립되어 있지 않다 전기의 Boyd 등의 근사식이나 Dryden 등(CEDryden

et al 1954)의 방법을 해석하고 수정 Dryden 법으로서 구하는 방법을 제안

하고 있다 그러나 이러한 방법들은 단일성분계의 경우로서 폐수와 같이 다

성분계가 되면 여러 가지 문제점이 생겨날 수 있을 것으로 추정된다 따라서

용액을 충분히 섞어서 확산이 율속이 되는 조건하에서 흡착속도를 측정하여

흡착속도를 구하는 쪽이 실제적일수도 있다

(다) 수중의 pH

흡착량의 대소는 크게 pH의 영향을 받는다 활성탄이나 목탄이 가진 고유

의 pH는 제조 조건에 따라서 대부분의 경우 결정되고 있다 따라서 처리하

려는 수용액의 pH의 값을 조정하면 좋다 입상활성탄(GAC)을 산화처리한

Oxi-GAC는 pH 2 전 후 산화아연 처리한 경우(ZnO-GAC)는 2～6의 범위에

서 GAC는 3～6 이상에서 흡착용량이 급증한다 즉 활성탄의 종류나 흡착

시 용액의 pH에 따라 흡착량은 크게 달라진다

마 흡착등온선

처리하고자 하는 물질이 쉽게 흡착되는 물질인지 또는 단위중량의 활성탄

에서 어느 정도의 양을 처리할 수 있는가를 예측하기 위해서는 활성탄의 평

형 흡착량을 알아야만 한다 일정온도에서 활성탄과 피처리수를 접촉시켜 평

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 11 -

형상태에 도달했을 때의 액의 농도와 그 때의 활성탄에 흡착한 물질의 양의

관계를 나타낸 것을 흡착등온선이라 한다 흡착등온선은 형태에 따라 몇 가

지 종류로 분류할 수 있다 그 중에서 대표적인 것으로 Freundlich형

Langmuir형 Henry형 등이 있으며 보통 Freundlich 흡착등온식이 많이 사용

되고 있다(井出哲夫 1976)

(1) Henry 형

기-액의 평형관계를 나타내는 Henry의 법칙과 마찬가지로 흡착량이 액의

농도에 비례하는 경우의 흡착평형 관계를 Henry 형이라 한다

q = HC

여기서 q = 흡착량 C = 평형농도 H = 정수

이 형의 평형관계는 직선평형이라고도 하며 Henry 형의 등온선은 저농도의

미량유기물의 흡착에 적용할 수 있다

(2) Langmuir 형

흡착제 표면과 흡착되는 기체 분자와의 결합력은 약한 화학흡착에 의한 것

이라고 생각하여 Langmuir는 흡착제에 흡착되는 피흡착 물질의 양과 기체

압력과의 관계를 이론적으로 도입하였다 즉 흡착의 결합력이 작용하는 것

은 가능한 한 단분자층의 두께 정도로 보고 이들 이상에서는 흡착이 일어나

지 않는다는 모델에 근거하여 도입한 것으로 Langmuir 흡착은 단분자층 흡

착이라고도 한다

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 12 -

액상의 농도 C 와 흡착량 q 와의 관계를 Langmuir 식으로 나타내면

q =

(1)

여기서 a 최대 흡착량에 관한 정수 b 흡착 에너지에 관한 정수

=

sdot +

(2)

위의 식을 다시 정리하면 (2)와 같이 되고 Langmuir형 흡착평형이 성립되는

경우에는 1q 과 1C 을 종축과 횡축으로 하여

연결하면 오른쪽 그림과 같은 직선이 얻어진다 1q

액의 농도가 충분히 적을 때에는 bC≪1이 되므

로 식 (1)의 분모의 bC 를 생략하여 (3)과 같이

표기한다 1C

q = abC (3)

식 (3)은 q가 C에 비례하는 Henry 식과 같은 형태가 되므로 저농도에서는

Henry 형과 유사하다

반대로 농도가 큰 범위에서는 bC≫1 이 되어 식 (1)은 다음 식과 유사하다

q = a (4)

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 13 -

이것은 액의 농도가 증가하면 흡착량은 일정의 극한치에 가까워짐을 의미한

다 극한치는 단분자층 흡착의 최대 흡착량이 되므로 이 값을 Qo로 두면 식

(1)은 다음과 같이 표기된다

q =

(5)

식 (3)과 식 (4)에 의해 저농도에서 흡착량이 농도에 비례하고 고농도가 되

면 일정한 값에 근사한 것을 고려하면 중간의 액농도 절편에서 흡착량은 다

음과 같은 식으로 표기된다

q = kCm (6)

(3) BET 형

Langmuir의 단분자 모델에 대해 Brunauer Emmett와 Teller 등은 흡착제

표면에 분자가 계속적으로 쌓여서 무한히 흡착할 수 있다는 다분자층 흡착모

델을 고려하여 식 (1)과 같이 흡착등온식을 도입했다

q =

(1)

여기서 Cs 포화농도 Vm Am 단분자층흡착일 때의 최대흡착량과 흡착에

너지에 관한 정수이다 식 (1)은 통상 BET 식으로 이야기하며 이것을 정

리하면 아래와 같은 식이 얻어진다

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 14 -

=

+

(2)

BET 식에서 평형관계를 나타내는 경우에는 종축에 [Cq(Cs-C)]를 횡축에

(CCs)로 선을 그으면 직선관계가 얻어진다 C가 Cs에 비하여 무시할 수 있

을 정도로 적을 때 Am = bCs(gt1)가 되면 식 (1)은 다음과 같이 표기할 수

있다

q =

(3)

식 (3)은 Langmuir 형과 같은 형태이다 BET식은 활성탄의 물성을 나타내

는 비표면적의 계산에 자주 이용되어진다

(4) Freundlich 형

수처리에 활성탄흡착을 이용할 때의 평형관계는 다음의 Freundlich 식으로

표현되는 경우가 가장 많다 Freundlich 식은 원래 경험적으로 구해진 실험식

이다

q = kC (1)

(1)의 양변에 대수를 취하면 (2)와 같이 된다

log q = log k +log C (2)

Freundlich 형의 흡착평형이 적합한 경우에는 양대수 log에 농도와 평형흡착

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 15 -

량의 관계를 선으로 그으면 직선이 얻어진다 C = 1에서 q로부터 k가 또는

직선의 기울기로부터 (1)의 정수 1n을 구한다 1n은 흡착지수이다

오른쪽 그림과 같이 직선의 기울기가 (a)와

같이 적을 때는 저농도에서 고농도에 걸쳐 (a)

잘 흡착한다 (c)는 고농도에서 흡착량이 큰 log q

것에 비하여 저농도 영역에서의 흡착량이 (b) (c)

현저하게 적고 (b)와 같이 중도에서 꺽어

지는 형으로 등온선이 얻어지는 경우도 있다 log C

일반적으로 1n이 01～05 이면 흡착이 효과적이나 1n이 2 이상의 물질은

흡착이 어렵다

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 16 -

바 흡착성능 분석 항목

활성탄은 생산자와 사용자의 관점에서 흡착성질을 판단하기 위해 선정되는

분석항목이 달라지지만 여기서는 중요한 것으로 판단되는 몇 가지 항목에 대

해 설명하기로 한다 먼저 요오드흡착력은 탄소의 내부표면적을 나타내는 단

순하고 신속한 분석으로 BET 비표면적과 상관성이 높다 메틸렌블루탈색력

은 메틸렌블루와 유사한 큰 분자에 대한 흡착용량을 나타내는 항목으로 색소

와 같은 큰 분자에 대한 신속한 성능시험이다 페놀가는 페놀의 농도를 10

mgL로부터 1 mgL까지 감소시킬 때 필요한 활성탄의 양을 구하는 것이다

충전밀도는 세공과 입자들 사이 공간을 포함하여 공기 중에서 시료의 단위용

적의 질량으로 정의된다 충전용적의 설계나 필요한 활성탄의 종류를 결정하

는데 매우 유용하다 입도는 흐름특성 여과능력 흡착동력학 등에 영향을 주

기 때문에 중요한 성질이다 활성탄의 흡착속도는 입자크기의 역수에 비례한

다 회분함량은 활성화도에 비례하여 증가한다 그리고 이것은 활성탄을 제조

하는데 사용한 원료를 추적하는데 사용된다 예를 들면 야자각 활성탄은 1～

3 wt 회분을 함유하고 석탄계 활성탄은 6～20 wt 회분을 가진다 활성

탄의 pH 분석은 활성탄이 첨가한 액체의 pH를 변화시킬 수 있는 무기 및

표면그룹을 가지고 있기 때문이다 일반적으로 식물성계는 10 이상 석탄계는

9 이상이다

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 17 -

환경부 JWWA 일본 AWWA 미국

수처리제 고시 2007 JWWA A114 2006ANSIAWWA

B604-05 2006

Ⅱ 연구내용 및 방법

1 국내 외 입상활성탄 규격 조사

국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 표 211과 같이 환경부 일본수도

협회(이하 ldquoJWWArdquo라 한다) 및 미국수도협회(이하 ldquoAWWArdquo라 한다)의 규

격개요 규격항목 및 기준 흡착성능분석을 위한 시료조제 방법 및 샘플링 방

법에 대해 각각 조사하였다

표 211 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격

2 입상활성탄 생산 및 사용현황 조사

입상활성탄의 생산현황은 국내 주요 16개 제조업체의 2006년 생산량을 문

헌을 통해 조사하였다 입상활성탄의 사용현황은 수처리제로 입상활성탄을

사용하는 정수장을 대상으로 2006년～2007년의 현황을 조사하였다 이를 위

하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 협조를 받았으며 고도정수처리를

위해 입상활성탄을 사용하고 있는 21개 정수장에 대하여 취수원 활성탄 재

질 교체주기 검사항목 등의 현황을 조사하였다

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 18 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

가 활성탄 선정

본 연구의 주요 내용인 수처리제 입상활성탄의 입도범위별 흡착성능 분석

을 위해서 본 연구에서는 국내정수장에서 고도정수처리용으로 사용하고 있

는 입상활성탄 중 석탄계 3건 야자계 3건을 분석 시료로 사용하였다

시료는 정수장 사용현황 조사를 근거로 1) 2007년 1월 이후 입상활성탄을

구매하였고 2) 입상활성탄 신탄을 보유하고 있으며 3) 입상활성탄의 제조회

사가 중복되지 않는 정수장을 선정하여 채취하였다

나 분쇄입도 및 방법

채취한 활성탄의 분쇄입도별 흡착성능을 분석하기 위하여 6건의 시료를

Grinder(Model Pulverisette2 독일)로 분쇄 후 KS A5101-1에서 규정하는

75 63 53 45 4종류의 금속망체(청계상사 한국)를 그림 231과

같이 눈금 간격이 작은 체부터 겹쳐 쌓아 시료를 맨 윗부분의 체 위에 넣고

뚜껑을 덮은 후 체진탕기(Model RX-29 미국)에 부착하여 20분간 체 가름

하였다 이런 방법으로 활성탄 시료 1건당 A ~ D 4개 범위의 시료를 조제하

여 총 24건의 시료를 분석에 사용하였다

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 19 -

그림 231 입상활성탄 분쇄입도 범위

다 분석항목 및 방법

입상활성탄의 흡착성능을 분석하기 위하여 본 연구에서는 수처리제 고시

에 규정되어 있는 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력(이하 ldquoMB탈색력rdquo이라

한다) 요오드흡착력 4항목과 비표면적을 분석항목으로 선정하였다 분석시

료는 채취한 시료가 일정기간 보관되어 있었던 상태이므로 수분흡착의 우

려가 있어 분쇄 후 115 plusmn 5로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조

하고 데시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방냉하여 사용하였다 분석방법

은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력은 수처리제 고시의 ldquo활성탄rdquo

시험방법을 따랐고 비표면적은 Quantachrome Instruments의 비표면적 분

석기(Model QuadrasorbTM SI)를 이용하여 분석하였다

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 20 -

Ⅲ 연구결과 및 고찰

1 국내 외 입상활성탄 규격

수처리제 입상활성탄의 규격기준 개선을 위한 기초연구로서 국내의 환경

부 수처리제 고시 일본의 JWWA 규격 및 미국의 AWWA 규격을 각각 조

사한 결과는 다음과 같다

가 규격개요

환경부 수처리제 고시에서는 활성탄의 형태에 따라 분말과 입상으로 구분

하여 각각에 대한 흡착성능과 불순물 등의 항목에 대한 규격기준과 시험방법

을 규정하고 있다

JWWA 규격에서는 활성탄의 주성분 샘플링방법 규격기준 및 시험방법이

규정되어 있으며 특히 타 규격에서 정의하지 않은 활성탄의 주성분과 활성

화 방법을 규정하고 있다 이는 활성탄 원재료의 원산지나 제조방법의 영향

을 고려한 것이다 활성탄의 원재료는 석탄 석유 등의 광물계와 야자탄 목

질탄 등의 식물계로 정의하고 활성화 방법은 위생상의 안전성을 높이기 위

하여 수증기활성화 방법으로 한정하고 있다

AWWA 규격에서는 기본적인 의무검사 규격 시험방법 활성탄 저장과 처

리방법 샘플링 포장 및 배송방법 활성탄 구매 시 구매자가 공급자에게 제

시해야 하는 사항 및 거부절차 입상활성탄 여과재 설치방법 등을 상세히 규

정하고 있다

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 21 -

나 규격기준

환경부 수처리제 고시에서는 규격기준으로 14개 항목이 있으며 물성시험

불순물시험 항목 등으로 규격을 구분하고 있지는 않다 그러나 다른 규격과

비교하여 구분해 보면 물성시험 항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡

착력 체잔류물 건조감량 성상 확인시험 등 8항목 불순물항목은 염화물

납 비소 카드뮴 아연 pH 등 6개 항목이다

JWWA에서는 수도용 입상활성탄의 규격기준을 크게 활성탄의 품질(物性

과 浸出性)과 치수로 구분하여 18개 항목이 설정되어 있다 물성시험을 위한

항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 pH 염화물이온 전기전

도율 강열잔분 경도 충진밀도 등 10개 이다 침출성 항목은 맛 臭氣 색도

탁도 철 및 그 화합물 망간 및 그 화합물이 규정되어 있고 카드뮴 등 정수

처리 성능에 영향을 미치지 않는 항목은 생략되었다 참고로 침출성 시험은

먼저 침출용액을 조제하여 입상활성탄이 충진된 칼럼에 침출용액을 넣어 침

출시킨 후 그 침출액을 분석하는 것으로 침출용액의 조제방법은 JWWA Z

108에 따른다 치수를 나타내는 규격 항목은 균등계수 유효입경이 있으며

입상활성탄은 입경이 150 이상인 것으로 규정하고 있다 특히 이 18개 항

목 중에서 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착성능 강열잔분 경도 충진

밀도 유효입경 및 균등계수는 활성탄의 사용목적에 따라 사용자가 필요하다

고 생각되는 항목을 선택하여 검사할 수 있도록 규정하였다 이와 같이 규정

한 이유는 입상활성탄 원재료의 종류 및 제조방법 그리고 제거하고자 하는

물질에 따라서 정수처리 효과가 달라지기 때문에 구매자가 입상활성탄을 구

입할 때 원수수질 처리프로세스 통수조건 제거 대상물질 등 제반 정수처리

여건을 고려하여 선택할 수 있도록 한 것이다

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 22 -

AWWA는 정수처리용 입상활성탄의 기본적인 의무 검사항목으로서 물리

적 특성에 관한 9개 항목과 불순물을 규정하고 있다 물리적 특성 검사항목

중 흡착성능 항목은 요오드값이며 기준은 500 mgg이상이나 구매자가 활성

탄 구매 시 더 높은 요오드값을 요구할 수도 있도록 규정하고 있다 또한 구

매자는 색깔 맛 냄새 특정유기물질의 제거를 위해 요오드 값 이외의 검사

도 납품업자에게 요구할 수 있도록 하는 등 구매자에게 선택권을 부여한 특

징이 있다 Surrogate test는 특정조건에서 입상활성탄의 성능을 평가하기 위

해 개발된 것으로 흡착이 잘 되는 물질을 고농도 용액으로 조제하여 검사에

소요되는 시간을 줄이도록 하였다 Surrogate test 항목에는 요오드값(Iodine

number) 탄닌값(tannin value) 아세톡심 흡착(acetoxime adsorption) 검사

등이 있다 요오드값은 탄소의 전체 표면적을 나타낸다 아세톡심값은 휘발성

유기 탄소 등의 저분자 유기화합물 제거능력을 나타내며 탄닌값은 천연유기

물질(Natural organic matter)을 비롯한 여타 고분자 물질의 제거능력을 나타

낸다 불순물에 대한 규격에서는 불순물에 대한 항목 및 기준을 세부적으로

규정하고 있지는 않다 다만 입상활성탄으로 정수처리된 물을 사용하는 사람

들의 건강을 해치거나 해를 가할 수 있는 불순물질을 포함하여서는 안되며

이러한 물질은 안전한 음용수법 및 여타 연방정부 주정부 지방당국에서 정

하는 기준을 준수해야 하는 것으로 규정하고 있다 그 이유는 미국에서는 식

수에 사용하거나 식수와 관련해 사용하는 모든 물질에 대한 통제권을 각 주

정부가 독립적으로 갖고 있고 각 지방당국은 주정부보다 더욱 엄격한 의무

를 부과할 수 있기 때문이다

이상의 결과를 비교하여 살펴보면 수처리제 고시의 경우는 분말과 입상활

성탄의 규격기준 항목이 동일하나 JWWA AWWA의 규격에서는 입상활성

탄의 경우 분말활성탄 규격에는 규정되어 있지 않은 경도 충진밀도 회분

유효입경 균등계수 등의 항목이 추가로 규정되어 있다 따라서 수처리제 고

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 23 -

시의 입상활성탄 규격도 기초 실험을 바탕으로 경도 충진밀도 회분 유효입

경 등의 항목 추가에 대해 향후 단계적인 검토가 필요할 것으로 판단된다

국내 외 입상활성탄 규격기준은 표 311에 제시하였다

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 24 -

구 분 단위 환경부 JWWA AWWA

요오드흡착력 mgg ge 950 ge 900 ge 500

메틸렌블루탈색력 mLg ge 150 ge 150

건조감량 le 5

체잔류물 2380 le0500 ge95

최대크기체le 25최소크기체le 5

페놀가 le 25 le 25

ABS가 le 50 le 50성상 흑색알갱이염화물 le 05 le 05비소 mgkg le 2납 mgkg le 10카드뮴 mgkg le 1아연 mgkg le 50pH 4 ~ 11 4 ~ 8

확인시험 적합할 것

충진밀도 gmL ge 04경도 ge 90

유효입경 mm 03 ~ 13 03 ~ 20균등계수 12 ~ 20 le 21강열잔분 le 10전기전도율 le 10

맛 異常없을것취기 異常없을것

색도 度 le 05탁도 度 le 02

망간 및 그 화합물 mgL le 0005철 및 그 화합물 mgL le 003

수분 〈 8수용성 회분 〈 4겉보기밀도 gcc ge 020마모저항 ge 70

Nonwettable le 5

표 311 국내 외 수처리제 입상활성탄 규격기준 비교

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 25 -

다 흡착성능 분석을 위한 시료조제 방법

수처리제 고시에서는 페놀가 ABS가 MB탈색력 요오드흡착력 분석을 위

한 시료의 경우 입상활성탄을 적당량 채취하여 잘 분쇄하고 KS 200호체(75

)를 통과한 시료를 대상으로 하고 있다 그런데 이 경우 분석자의 분쇄방

법에 따라서 시료입자의 입도분포가 달라지는 경우가 발생될 수 있다

JWWA 규격은 입상활성탄 적당량을 JIS Z 8801-1에 규정하는 망체 45

(체 틀의 치수 체 면에서 위의 안지름 75 )를 90 이상 통과할 때까지

분쇄하고 115 plusmn 5 로 조절한 항온건조기 중에서 약 3시간 건조한 후 데

시케이터(건조제 실리카겔) 안에서 방랭한 것을 사용하도록 되어있다

AWWA 규격의 요오드값 시료조제 방법은 ASTM D4607-94 규격기준 시

험방법에 규정되어 있는 것처럼 입상활성탄을 325 mesh(43 ) screen (US

sieve series)을 60 이상 통과하고 100 mesh(147 ) screen을 95 이상

통과할 때까지 분쇄하여 사용한다 또한 아세톡심 시험용 시료는 입상활성탄

을 325 mesh 체를 95 통과할 때까지 분쇄하도록 규정되어 있다

라 샘플링 방법

수처리제 고시에서는 입상활성탄 시료의 샘플링 방법에 대한 별도의 규정

이 설정되어 있지 않다 그래서 정수장에서 수처리용으로 입상활성탄을 구매

하여 규격검사를 실시할 때 샘플링이 정수장별로 상이하게 실시되고 있다

따라서 향후 샘플링 방법 마련을 위하여 검토가 필요할 것으로 판단된다

JWWA 규격에서 시료의 채취방법은 JIS A 1201 방법에 따라 필요량을 채

취하며 그 양은 입상활성탄 약 10 m3 마다 약 1 kg을 채취한다 채취한 시료

는 잘 혼합한 후 試料分取器法 또는 四分法에 따라서 시료의 양을 줄여 채취

한다 다만 소량의 경우에는 약 1 kg이 되도록 채취한다 시료에는 제조자

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 26 -

제조공정 활성화방법 채취 년 월 일 그 외 필요사항을 기재한다 試料分取

器法은 채취한 시료를 잘 혼합한 후 시료분취용기에 시료를 넣어 시료를 2

분할하여 한쪽을 남긴다 그리고 남겨진 시료에 대해 이러한 조작을 반복하

여 필요량을 분취하는 방법이다 四分法은 채취한 시료를 잘 혼합하여 이것

을 원뿔형태로 쌓아올린 후 원뿔을 평평하게 만든다 이것을 부채꼴로 4등분

하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘 혼합하여 부채꼴로 평

평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 12의 양이 된다 다시 이

것을 부채꼴로 4등분하여 인접하지 않는 2개를 선택한다 선택한 2개를 잘

혼합하여 부채꼴로 평평하게 만든다 이 때 혼합된 시료는 최초 시료의 14

의 양이 된다 필요한 양이 얻어질 때까지 이 조작을 되풀이 한다

AWWA 규격에서 시료채취방법은 Mechanical sampling과 Package

sampling 방법이 있다 Mechanical sampling은 입상활성탄을 컨베이어나 엘

리베이터 혹은 벌크로 수송하는 경우에 실시하는 방법이다 Package

sampling은 활성탄을 주머니(bag)에 담아 최종 목적지까지 운반한 경우 코어

샘플러(Core sampler)를 사용하여 대표 표본을 채취하는 방법이다 각 주머

니의 대표 표본을 채취하고 서로 혼합하여 복합시료(Composite sample)를

만든다 시료의 최소량은 10 파운드(45 kg)이며 시료를 채취할 주머니의 수

는 표 312에 명시되어 있다 이 때 시료 채취는 지름이 34 inch(19 ) 이

상의 샘플링튜브(Sampling tube)를 사용하고 샘플링튜브를 최대한 연장시켜

대표표본을 채취하도록 한다 샘플링튜브를 사용할 때는 입자가 파쇄 될 수

있으므로 주의한다 채취된 복합시료는 방수되는 보관용기에 담아 밀폐한다

각각의 시료 보관용기에는 라벨을 붙이고 시료채취 담당자가 각각의 라벨에

서명한다 복합시료는 다음과 같은 방법으로 분류한다

1) 전체시료를 완전히 혼합한 후 1 파운드(045 ) 시료 3개로 나눈다

2) 시료 리플러(riffler)에 시료를 붓는다

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 27 -

로트의 크기(수송한 bag의 수)

최소 샘플 크기(샘플 bag의 수)

2～8 2

9～15 3

16～25 5

26～50 8

51～90 13

91～150 20

151～280 32

281～500 50

501～1200 80

1201～3200 125

3201～10000 200

10001～35000 315

35001～150000 500

3) 1)에서 나눈 시료에 대해 같은 절차를 반복하여 1 파운드(045 ) 시료

3개를 만든다

표 312 활성탄 Bag에 대한 샘플링

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 28 -

2 입상활성탄 생산 및 사용현황

가 제조업체 생산현황

국내에서 수처리제 입상활성탄을 생산하는 주요 제조업체는 16개사로 이

들 업체에서 생산하는 입상활성탄의 주원료는 야자각과 석탄이며 연간 총

생산능력은 2006년도 기준으로 24300 톤이었다 이 중 연간 1500 톤 이상의

생산 능력을 가진 업체는 신기화학 등 8개사이고 연간 1500 톤 미만의 생산

능력을 가진 업체는 (주)우성테크 등 8개사로 조사되었다(박영태 2007) 원료

는 주로 중국 인도네시아 말레이시아 등에서 수입하여 국내 업체에서 탄화

및 활성화 과정을 거쳐 생산하고 있다

나 정수장 사용현황

정수장 사용현황은 국내 정수장에서 고도정수처리 용도로 사용되는 입상활

성탄의 재질 교체주기 검사항목 및 정수장의 취수원 등에 관한 2007년 현황

을 조사하였다 이를 위하여 16개 특 광역시 및 한국수자원공사의 관할 정수

장을 대상으로 상기 항목들에 대한 자료를 협조 받아 결과를 정리하였다

조사결과를 살펴보면 국내 정수장 중 고도정수처리를 위해 입상활성탄을

사용하고 있는 정수장은 총 21개 정수장이었다 이들 정수장의 취수원을 살

펴보면 하천표류수가 약 70 이상을 차지하고 있고 호소수와 하천복류수가

각각 15로 나타났다

입상활성탄의 재질별 사용현황을 살펴보면 야자계를 사용하는 정수장이

52로 가장 많았으며 석탄계를 사용하는 정수장은 33 석탄계과 야자계를

함께 사용하는 정수장은 10였으며 목탄계는 1개 정수장에서만 사용하고

있었다 그 결과는 그림 321과 같다

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 29 -

그림 321 국내 정수장의 입상활성탄 재질별 사용현황

또한 정수장별 입상활성탄의 교체주기를 살펴보면 그림 322와 같이 교체

주기가 3년인 정수장이 39 4년인 정수장이 33 2년인 정수장이 11 그

리고 5년 이상인 정수장은 17를 차지하였다 이러한 입상활성탄의 교체주

기는 주로 활성탄 처리공정 시공 당시에 시공사가 제시한 교체주기를 따르고

있었고 일부 정수장에서는 요오드흡착력의 결과를 검토하여 교체시기를 결

정하는 것으로 조사되었다

그림 322 국내 정수장의 입상활성탄 교체주기

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 30 -

정수장에서 입상활성탄 구입 시 활성탄의 검사항목을 살펴보면 수처리제

고시 규격 14항목과 충전밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정

수장이 48로 가장 많았다 그리고 수처리제 고시 14개 항목만 검사하거나

균등계수 회분 등 6개 항목을 추가하여 검사하는 정수장은 각각 19였으며

유효입경 등 7항목을 추가하여 21개 항목을 검사하는 정수장은 14였다 그

결과는 그림 323과 같다

그림 323 국내 정수장의 입상활성탄 품질검사 항목

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 31 -

3 입상활성탄 흡착성능 분석

수처리제 입상활성탄의 흡착성능 분석항목은 페놀가 ABS가 MB탈색력

및 요오드흡착력이며 페놀가와 ABS가는 그 수치가 적을수록 MB탈색력

과 요오드흡착력은 그 수치가 클수록 흡착력이 크다

페놀가는 페놀 등 수도에서 장해가 되는 방향족계로 저분자의 유기화합

물 및 곰팡이냄새 물질의 흡착성능 평가에 적합하고 그 값이 적을수록 고

성능임을 나타낸다 ABS가는 합성세제로 사용되고 있는 음이온계면활성제

의 흡착성능 지표로서 그 값이 적을수록 고성능인 것을 나타낸다 또한 휴

민 등 트리할로메탄의 전구물질이나 농약의 흡착성능에 대한 지표가 된다

MB탈색력은 물의 着色물질 着臭물질 농약 등 비교적 큰 분자의 유기화

합물에 대한 흡착성능의 지표를 나타내므로 수치가 클수록 고성능인 것을

나타낸다 요오드흡착력은 활성탄의 비표면적과 상관이 있으므로 비표면적

의 대체지표로서 이용되고 있고 수치가 클수록 고성능임을 나타낸다 이상

의 흡착성능 항목은 상기에서 기술한 물질 외에 벤젠 톨루엔 에틸렌 등

의 방향족유기물 유기염소화합물류의 흡착성능 평가에도 유효하다

본 결과는 수처리제로 사용되는 입상활성탄 신탄을 야자계 석탄계로 구분

하고 이들 시료를 각각 A～D의 입도범위로 분쇄하여 비표면적 페놀가

ABS가 MB탈색력 요오드흡착력을 분석한 것이다

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 32 -

가 비표면적

본 실험에 사용된 활성탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 활성탄 재질별 비

표면적의 분석결과는 각각 그림 331 그림 332와 같다 야자-1 시료는 입도

범위 D에서 A까지 1128～1078 m2g 이었고 야자-2 시료는 입도범위 D에

서 A까지 1252～1344 m2g 야자-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1210～

1281 m2g 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 1187～1210 m

2g

이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 1125～1115 m2g 석탄-3 시

료는 입도범위 D에서 A까지 1155～1113 m2g 이었다 결과적으로 비표면적

은 분쇄입도에 따라 차이가 없었다

이와 함께 활성탄의 재질별 세공구조의 특성을 살펴본 결과 평균세공직경

은 야자계가 188～227 Å 석탄계는 205～222 Å 범위로 석탄계와 야자계가 유사

한 값을 나타냈고 그 중 야자계-3이 188 Å으로 가장 작았다 Micropore 면적과 부

피는 석탄계는 각각 평균 835～876 m2g 0354～0384 ccg의 값을 보였으나 야자계

는 각각 평균 744～1130 m2g 0331～0453 ccg의 값을 나타냈다 이 결과로서 살펴

보면 야자계는 석탄계의 재질에 비해 비표면적 중 micropore 면적의 비율이 높게 나

타나 micropore 구조가 잘 발달되어 있는 것으로 판단된다

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 33 -

그림 331 야자계 입상활성탄 비표면적 분석결과

그림 332 석탄계 입상활성탄 비표면적 분석결과

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 34 -

나 요오드흡착력

요오드흡착력은 활성탄 단위 g당 요오드의 흡착량을 mg으로 나타낸 것으

로 야자계 석탄계 입상활성탄의 분석결과는 각각 그림 333 그림 334와 같

다 야자-1 시료는 입도범위 D에서 A까지 모두 1040 mgg 이었고 야자-2

시료는 입도범위 D에서 A까지 1160～1170 mgg 야자-3 시료는 입도범위

D에서 A까지 1170～1180 mgg 이었다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서 A

까지 모두 1130 mgg 이었고 석탄-2 시료는 입도범위 D에서 A까지 106

0～1070 mgg 석탄-3 시료는 입도범위 D에서 A까지 1080～1070 mgg 이

었다 결과적으로 요오드흡착력도 비표면적과 마찬가지로 분쇄입도에 따른

흡착력의 차이가 없고 비표면적과 높은 상관이 있음을 알 수 있다 그리고

이러한 결과는 요오드가 수중에서 이온화되어 흡착하기 쉽고 활성탄 표면이

수중에서 강한 알카리성을 나타내므로 활성탄표면에 금속수산화물로 침착하

여 처리수중의 요오드가 감소된 것으로 추측된다(北川睦夫 編著 1978)

현재 일부 정수장에서는 흡착성능의 지표로 요오드흡착력 이외에 비표면적

을 자체규격기준으로 선정하여 분석을 하고 있다 그리고 비표면적이 활성탄

의 흡착성능을 판단하는데 중요한 규격기준이므로 규격에 포함되어야 한다는

의견을 제시하기도 한다 그러나 본 연구에서 살펴본 바와 같이 비표면적과

요오드흡착력은 상관관계가 높게 나타나고 있고 비교적 분석이 간단한 요오

드흡착력에 비하여 비표면적 분석은 고가의 장비와 시간이 필요하여 규격으

로의 포함여부는 좀 더 검토가 필요할 것으로 생각된다 다만 요오드흡착력

분석만으로는 micropore 면적 세공용적과 같은 세공의 특성을 상세히 알 수

없으므로 이를 위해서는 비표면적의 분석이 필요할 것으로 판단된다

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 35 -

그림 333 야자계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

그림 334 석탄계 입상활성탄 요오드흡착력 분석결과

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 36 -

다 페놀가

페놀가는 100 L의 페놀용액의 페놀을 90 제거하여 10 L로 하는데

필요한 활성탄의 양을 표시한 것으로 페놀가 수치가 적을수록 흡착성능이

우수함을 나타낸다 야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 페놀가 분석결

과는 각각 그림 335 그림 336과 같다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는

41 D에서는 91로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 22배 흡착이

강하게 나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 23배 흡착이 강했고

야자-3 시료도 입도범위 A가 D보다 2배 강하게 나타났다 석탄-1 시료는 입

도범위 A에서는 22 D에서는 69로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보

다 32배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 2배 석탄-3 시료도 A가 D보다 24배 흡착이 강하

게 나타났다 결과적으로 페놀의 흡착성능은 야자계 석탄계 모두 입도가 작

아질수록 커짐을 알 수 있다

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 37 -

그림 335 야자계 입상활성탄 페놀가 분석결과

그림 336 석탄계 입상활성탄 페놀가 분석결과

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 38 -

라 ABS가

ABS가는 ABS 50 mgL 용액에 활성탄을 첨가하여 1시간 잘 섞어준 후

ABS를 90 제거하여 잔류 ABS 농도를 05 mgL로 하는데 필요한 활성탄

의 양을 나타내며 ABS가의 수치가 적을수록 흡착력이 크다

야자계 석탄계 입상활성탄의 분쇄입도별 ABS 흡착성능 분석결과는 각각

그림 337 338에 나타내었다 야자-1 시료는 입도범위 A에서는 36 D에서

는 121로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 34배 흡착이 강하게

나타났다 야자-2의 경우 입도범위 A가 D보다 25배 흡착이 강했고 야자-3

시료도 입도범위 A가 D보다 22배 강하게 나타났다

석탄-1 시료는 입도범위 A에서는 29 D에서는 95로 입도범위가 작은 A가

입도범위가 큰 D보다 33배 흡착용량이 강하게 나타났다 석탄-2의 경우는

입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 35배 석탄-3 시료도 A가 D보

다 36배 흡착이 강하게 나타났다 결과적으로 ABS의 흡착성능은 야자계 석

탄계 모두 입도가 작아질수록 커짐을 알 수 있다

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 39 -

그림 337 야자계 입상활성탄 ABS가 분석결과

그림 338 석탄계 입상활성탄 ABS가 분석결과

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 40 -

마 메틸렌블루탈색력

메틸렌블루탈색력(MB탈색력)은 활성탄 1 g으로 Methylene Blue 용액을

탈색시키는 시험으로 소정의 농도까지 탈색 가능한 용액량을 mL로 나타낸

것이며 수치가 클수록 흡착력이 큰 것을 의미한다 야자계 석탄계 입상활성

탄의 분쇄입도별 MB탈색력 분석결과는 각각 그림 339 3310과 같다

야자-1 시료는 입도범위 D에서는 184 mLg A에서는 234 mLg으로 입도

범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 13배 강하게 나타났다 야자-2의 경

우 입도범위 D에서는 191 mLg A에서는 244 mLg으로 입도범위가 작은 A

가 입도범위가 큰 D보다 약 13배 강해서 야자-1과 비슷한 경향을 보였다

야자-3도 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 15배 강하게 나타났

다 석탄-1 시료는 입도범위 D에서는 207 mLg A에서는 279 mLg 으로 야

자계 경우와 마찬가지로 입도범위가 작은 A가 입도범위가 큰 D보다 MB탈

색력이 13배 강했다 또한 석탄-2 시료도 입도범위 D에서는 180 mLg A에

서는 214 mLg으로 입도범위 A가 D 보다 12배 강했고 석탄-3 시료 역시

입도범위 A가 D 보다 12배 크게 나타났다 결과적으로 MB탈색력은 야자

계 석탄계 모두 입도가 작아질수록 탈색력이 커짐을 알 수 있다

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 41 -

그림 339 야자계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

그림 3310 석탄계 입상활성탄 메틸렌블루탈색력 분석결과

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 42 -

4 활성탄 시험방법 개선 방안

본 연구에서 수행한 입상활성탄의 분쇄입도별 흡착성능 분석결과에 따르

면 비표면적과 요오드흡착력은 활성탄의 입도분포에 따라 흡착성능의 차이

가 거의 없는 것으로 나타났다 그러나 페놀가 ABS가 MB탈색력은 입도가

작을수록 흡착성능이 강하게 나타나 분쇄입도에 따라 흡착성능 값이 큰 차이

를 보이는 것으로 조사되었다 현재 입상활성탄의 흡착성능 분석을 위한 시

료조제 방법은 JWWA는 45 의 망체를 90 이상 통과할 때까지 입상활성

탄을 분쇄하여 분석시료로 사용하도록 되어있고 AWWA는 43 를 60 이

상 통과하고 147 를 95 이상 통과할 때까지 분쇄하도록 규정하고 있다

이에 반하여 환경부 수처리제 고시에서는 200 mesh(75 ) 체를 통과한 분

쇄시료를 사용하도록 규정되어 있어 45 의 체를 통과한 분쇄시료와 비교

할 때 흡착평형상태에 도달할 수 있는 접촉시간이 충분하지 않아 흡착성능이

과소평가될 수 있을 것으로 판단된다

실제 수처리제에 사용되는 입상활성탄의 흡착성능은 입상의 상태로 평가하

는 것이 바람직하다 그러나 활성탄과 피흡착물질과의 흡착은 평형상태에 도

달하기까지 장시간을 필요로 하기 때문에 입상활성탄은 분쇄한 후 분말의

형태로 이용하고 있다 그리고 Freundlich 식을 이용하여 입상활성탄의 흡착

성능을 평가할 때는 단시간에 평형에 도달할 수 있도록 325 mech(45 )를

통과하도록 분쇄하여야 함을 강조하고 있다(水処理実験法 1970) 또한 ABS

제거를 목적으로 3년간 수행된 활성탄 파이로트플랜트 실험결과에서는 ABS

제거능이 활성탄의 종류 입도 및 여과속도에 의해 큰 차이가 있었으며 잔류

ABS 농도는 여과속도에 비례하고 활성탄의 입경과도 비례적 관계가 있음이

밝혀졌다(活性炭 基礎と応用 1975) 이 외에도 Snoeyink는 Model simulation

을 이용하여 입상활성탄의 흡착평형과 관련된 주요 요인들을 설명하였으며

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 43 -

다양한 조건에서 평형상태에 도달하는데 필요한 시간을 조사하여 제시한 바

있다 이 조사에서 Snoeyink는 model simulation 결과로서 흡착질이 평형상

태에 도달하는데 필요한 시간(tf)은 입자직경의 제곱(dp2)에 비례하는 것을 확

인하였다 그리고 tf에 영향을 미치는 요소들은 탄소입자의 직경(dp) 흡착물

질 및 탄소특징 등이 있으며 평형에 도달하는데 걸리는 시간은 입자 크기에

영향을 많이 받기 때문에 tf를 감소시키기 위해서는 입상활성탄을 325 mesh

이하로 분쇄하여야 한다고 밝히고 있다(Snoeyink McGraw-Hill Inc 4th

Edition)

따라서 본 연구의 흡착성능 분석결과 및 흡착성능과 관련한 여러 참고문헌

의 내용을 종합하여 볼 때 환경부 수처리제 고시의 활성탄 흡착성능 분석

시험방법을 표 341과 같이 개선하는 것이 바람직할 것으로 판단된다

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 44 -

항목활성탄 시험방법

현 행 개선안

페놀가

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 잘 분쇄하여 KS 200호체(75

)를 통과시킨 시료 02 g(건조중

량으로 환산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시료 현탁액의 조제 이 품목

을 KS 325호체(45 )를 90 이

상 통과할 때까지 분쇄한 후 체를

통과한 시료 02 g(건조중량으로

환산하여)을 (이하 생략)

ABS가9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

9) 페놀가 다) 시험 1) 시료현탁액

의 조제에 따른다

메틸렌블

루탈색력

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 잘 분쇄

하여 KS 200호체(75 )를 통과시

킨 시료 0200 g(건조중량으로 환

산하여)을 (이하 생략)

다) 시험

(1) 시험조작 이 품목을 KS 325

호체(45 )를 90 이상 통과할

때까지 분쇄한 후 체를 통과한 시

료 0200 g(건조중량으로 환산하

여)을 (이하 생략)

요오드

흡착력

나) 시험 이 품목을 잘 분쇄하여

KS 200호체(75 )를 통과시킨 시

료 05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

나) 시험 이 품목을 KS 325호체

(45 )를 90 이상 통과할 때까

지 분쇄한 후 체를 통과한 시료

05 g(건조중량으로 환산하여)을

(이하 생략)

표 341 활성탄 시험방법 개선(안)

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 45 -

Ⅳ 결 론

현행 환경부 수처리제 고시로 규정되어 있는 수처리제 입상활성탄의 시

험방법을 포함한 규격기준을 개선하고자 입상활성탄의 국내 외 규격 국내

생산현황 정수장 사용현황 및 활성탄의 분쇄 입도변화에 따른 흡착성능을

비교 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다

1 국내 외 수처리제 입상활성탄의 규격은 환경부는 14항목 일본수도협회는

18항목 미국수도협회는 9항목에 대해 규격을 정하고 있다 또한 환경부와

미국수도협회는 이들 항목을 의무검사항목으로 규정하고 있으나 일본수

도협회는 18항목 중 페놀가 등 9항목에 대한 검사를 구매자의 선택사항으

로 규정하고 있다

2 국내 수처리제 입상활성탄의 주요 생산업체는 16개사이고 생산되는 활성

탄의 재질은 석탄계와 야자계이며 2006년도 총 생산량은 24300 톤이다

3 국내 21개 정수장에서 사용하는 입상활성탄의 재질을 조사한 결과 야자계

52 석탄계 33가 정수장에서 각각 사용되고 있었고 활성탄의 교체주

기는 3～4년인 정수장이 전체의 72를 차지하였다 또한 정수장에서 활성

탄을 구매할 때 검사하는 항목은 환경부 수처리제 고시에 규정되어 있는

14항목에 충진밀도 경도를 포함하여 총 16개 항목을 검사하는 정수장이

48로 가장 많았다

4 입상활성탄을 분쇄하여 입도별 비표면적과 요오드흡착력을 분석한 결과

석탄계와 야자계활성탄 모두 입도변화에 따른 영향은 없는 것으로 나타났

다 그러나 페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력은 석탄계 야자계 모두 활성

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 46 -

탄의 입도가 75 에서 45 로 작아질수록 흡착성능은 더 커지는 것으로

조사되었다 따라서 활성탄의 입도는 비표면적과 요오드흡착력을 제외한

페놀가 ABS가 메틸렌블루탈색력에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

- 47 -

참고문헌

1 환경부 먹는물관리법 2008

2 환경부 고시 제2007-92호 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준 2007

3 박영태 활성탄 기술 2007

4 이수연 탄소재의 표면특성과 흡착특성에 관한 연구 서울산업대학교

석사 학위논문 2003

5 Miller G W Lange scale application of GAC with ozone pretrearment

VolⅡ in McGuire MJ and Suffet IH(editors) 1980

6 Ruthven D M Principle of adsorption and absorption processes John

Wiley and Sons New York 1984

7 久保輝一郞 外 4人 粉體 丸善株式會社 1979

8 최동훈 석탄을 원료로 한 활성탄제조와 흡착특성에 관한 연구 동아대학교

박사 학위논문 2001

9 GEBoyd AWAdamson LSMyers Jr JACS 69 2836 1947

10 CEDryden WBKay Ind Eng Chem 46 2294 1954

11 井出哲夫 水處理工學 1976

12 JWWA A 114 水道用粒狀活性炭 2006

13 ANSIAWWA B604-05 Granular Activated Carbon 2006

14 水処理実験法日本工業用水協会 1970

15 活性炭 基礎と応用 炭素材料學會 編 1975

16 活性炭水處理技術と管理 北川睦夫 編著 1978

17 Vrenon L Snoeyink Adsorption of organic compounds Water

Quality and Treatment McGraw-Hill Inc 4th Edition

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -

성 명 소 속 직급직위 전 공

박수정 먹는물과 연구사 환경공학

유순주 먹는물과 연구관 도시공학

김창수 먹는물과 과 장 환경공학

정일록 환경진단연구부 부 장 전기환경공학

이연희 먹는물과 연구원 환경화학공학

안경희 먹는물과 연구원 환경공학

- 연구사업 참여자 -