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좋은 활성탄을 사도 성능이 안 나오는 이유

1편에서 활성탄이 어떤 원리로 오염물질을 잡는지, 원료에 따라 어떻게 달라지는지 살펴봤습니다.

그런데 좋은 활성탄을 골랐다고 해서 성능이 자동으로 나오는 것은 아닙니다. 

현장에서 "제품은 문제없는데 왜 효과가 없지?"라는 상황이 생기는 이유는 대부분 사용 방식에 있습니다.

2편에서는 활성탄효능을 제대로 끌어내기 위한 실무 기준을 정리합니다.

스펙시트에서 무엇을 봐야 할까

활성탄을 고를 때 확인하는 주요 항목은 다음과 같습니다.

여기서 요오드값이 가장 많이 언급됩니다. 요오드를 얼마나 흡착하는지 측정해 표면적을 간접적으로 추정하는 지표입니다. 다만 요오드는 아주 작은 분자여서, 요오드값이 높다고 큰 분자까지 잘 잡는다는 보장은 없습니다. 1편에서 설명한 기공 크기 차이 때문입니다.

경도도 중요합니다. 활성탄이 부서지면 가루가 생기고, 이 가루가 배관을 막거나 압력 손실을 키웁니다. 오래 쓰거나 재생해서 반복 사용할 계획이라면 경도가 높은 제품이 유리합니다.

물을 처리할 때 지켜야 할 기준

물 처리에서 가장 중요한 것은 접촉 시간입니다.

물이 활성탄층을 통과하는 데 걸리는 시간을 EBCT(공탑 접촉 시간)라고 합니다. 

일반적으로 용기 하나당 최소 10분 이상이 필요합니다. 오염물질이 활성탄 기공 안쪽까지 들어가 달라붙으려면 시간이 걸리기 때문입니다.

활성탄 입자가 클수록, 액체가 끈적할수록 더 긴 접촉 시간이 필요합니다.

전처리도 놓치면 안 됩니다. 물속에 떠다니는 부유물질이 활성탄 기공 입구를 막아버리면, 아무리 좋은 활성탄이라도 제 역할을 못 합니다. 그래서 활성탄 앞단에 5~10마이크로미터 필터를 두는 것이 권장됩니다.

관리 기준을 정리하면 다음과 같습니다.

유속 관리도 필요합니다. 너무 느리면 물이 한쪽 길로만 흐르는 채널링이 생겨 활성탄 대부분이 놀게 됩니다. 반대로 너무 빠르면 압력 손실이 커지고 접촉 시간이 부족해집니다.

공기를 처리할 때는 기준이 다릅니다

같은 활성탄이라도 공기를 처리할 때는 기준이 달라집니다.

접촉 시간이 훨씬 짧아도 됩니다. 기체는 액체보다 분자가 훨씬 빠르게 움직이기 때문에 흡착 반응이 빠릅니다. 일반적으로 3초 이상이면 높은 제거율을 얻을 수 있습니다. 물 처리가 10분 이상 필요한 것과 큰 차이입니다.

습도 관리가 훨씬 중요합니다. 1편에서 설명했듯 상대습도가 50%를 넘으면 물 분자가 기공을 먼저 차지해 VOC 흡착 효율이 떨어집니다. 습한 공기를 처리해야 한다면 앞단에 제습 설비를 두는 것을 검토해야 합니다.

활성탄층의 모양도 영향을 줍니다. 활성탄을 채운 통의 길이와 지름 비율(L/D)이 3에서 5 사이일 때 효율과 압력 손실의 균형이 가장 좋습니다. 통이 너무 길고 좁으면 공기 흐름은 좋아지지만 팬이 더 세게 돌아야 해 전기 요금이 올라갑니다.

온도 상승에 주의해야 합니다. 흡착은 열을 내는 반응입니다. 물 처리에서는 물이 열을 식혀주지만, 공기 처리에서는 그럴 수 없어 활성탄층 온도가 올라갈 수 있습니다. 공기 중 VOC 농도가 1,000ppmv를 넘는 조건은 권장되지 않습니다. 특히 케톤이나 알데하이드처럼 공기 중 산소와 반응해 추가로 열을 내는 물질은 유입 농도를 제한해야 합니다.

물 처리와 공기 처리, 한눈에 비교

다 쓴 활성탄은 어떻게 처리할까

활성탄은 언젠가 포화됩니다. 기공이 오염물질로 가득 차 더 이상 흡착하지 못하는 상태입니다. 이때 교체가 필요합니다.

사용한 활성탄은 매립이나 소각으로 처리할 수도 있지만, 더 친환경적이고 경제적인 방법이 재생(Reactivation)입니다.

재생은 오염물질이 붙은 활성탄을 고온 로에 넣어 오염물질을 떼어내고 태워 없애는 동시에, 새로운 기공 표면을 다시 만들어내는 공정입니다. 처음 활성탄을 만들 때의 활성화 과정과 비슷한 조건에서 이루어집니다. 재생을 마친 활성탄은 같은 공정이나 다른 공정에서 다시 쓸 수 있습니다.

다만 조건이 있습니다. 재생 로 안은 매우 가혹한 환경이어서, 충분한 경도와 밀도를 가진 입상 활성탄만 견딜 수 있습니다. 분말 활성탄은 재생이 어렵습니다.

안전상 반드시 알아야 할 두 가지

활성탄은 잘 설계된 시스템에서 쓰면 안전한 소재입니다. 다만 두 가지는 꼭 알아두어야 합니다.

첫째, 젖은 활성탄은 공기 중 산소를 흡수합니다.

밀폐되거나 반밀폐된 탱크나 용기 안에서는 산소 농도가 위험 수준까지 떨어질 수 있습니다. 작업자가 활성탄이 들어 있는 용기에 들어가야 한다면, 반드시 산소 농도를 측정하고 밀폐 공간 작업 절차를 따라야 합니다. 이 부분은 실제 사고로 이어질 수 있는 사안이므로 각별한 주의가 필요합니다.

둘째, 고농도 VOC는 온도 상승을 유발할 수 있습니다.

앞서 언급했듯 흡착은 열을 내는 반응입니다. 공기 중 VOC 농도가 높으면 활성탄층 온도가 올라갈 수 있습니다. 유입 공기를 질소로 희석하거나 활성탄을 미리 적셔 온도를 관리할 수 있습니다. 가스 농도는 폭발 하한계(LEL)의 25% 미만으로 유지하는 것이 원칙입니다.

고농도 유기물이나 반응성 물질(특정 케톤, 알데하이드, 카복실산)을 다룬다면 활성탄 공급사와 사전에 상의하는 것이 안전합니다.

2편 정리

활성탄효능을 제대로 끌어내려면 제품 선택만으로는 부족합니다. 물 처리는 10분 이상의 접촉 시간과 사전 여과가, 공기 처리는 3초 이상의 접촉 시간과 습도 관리가 핵심입니다.

젖은 활성탄의 산소 흡수와 고농도 VOC의 온도 상승은 반드시 숙지해야 할 안전 사항입니다.

처리 대상 물질, 농도, 유량, 온도와 습도 조건을 정리해 두면 적합한 활성탄 사양을 훨씬 빠르게 좁힐 수 있습니다.

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