입상활성탄은 먹는 물에서의 유기물질, 소독부산물 전구물질, 맛·냄새물질 등의 흡착제거에 널리 사용되고 있다. 입상활성탄 세공구조는 작고 비극성 화학물질의 흡착에 유용하지만, 흡착능력의 한계가 있으므로 소각, 매립, 또는 열적으로 재생하여 이용할 수 있다. 입상활성탄 처리는 단순히 흡착능력만을 평가할 경우 매우 우수할 수 있으나 염소소독전 최종처리수로서 여과능력까지 평가할 경우에는 세균의 안전성과 밀접한 관계가 있는 탁도와 입자수까지도 고려해야 한다. 특히 부착세균에 의해 유기물 제거효과가 탁월한 ...
입상활성탄은 먹는 물에서의 유기물질, 소독부산물 전구물질, 맛·냄새물질 등의 흡착제거에 널리 사용되고 있다. 입상활성탄 세공구조는 작고 비극성 화학물질의 흡착에 유용하지만, 흡착능력의 한계가 있으므로 소각, 매립, 또는 열적으로 재생하여 이용할 수 있다. 입상활성탄 처리는 단순히 흡착능력만을 평가할 경우 매우 우수할 수 있으나 염소소독전 최종처리수로서 여과능력까지 평가할 경우에는 세균의 안전성과 밀접한 관계가 있는 탁도와 입자수까지도 고려해야 한다. 특히 부착세균에 의해 유기물 제거효과가 탁월한 생물활성탄으로 운영될 경우 누출될 수 있는 세균군집에 대한 대책마련도 필요하다. 따라서 입상활성탄 공정을 운영하면서 주기적으로 입상활성탄의 물성특성(비표면적, 세공용적, 입도분포, 경도, 요오드 흡착력 등), 수질특성(TOC, 부착세균, 탁도, 입자수 등)을 평가하여 입상활성탄 공정의 효율적인 운영관리방안을 마련해야 한다. 입상활성탄 공정의 주기적인 물성특성 분석결과와 수질적인 면에서의 유기물질인 TOC, 탁도, 입자, 부착세균에 대한 결과는 입상활성탄지의 역세척에 대한 주기와 방법결정에 중요인자로 사용될 수 있으며 입상활성탄의 재생이나 교체시 기초데이터로도 활용될 수 있다. 입상활성탄 최적운영관리에 있어서 정확한 운영인자가 마련된 후에는 운영인자에 의한 입상활성탄 재생이나 교체주기를 결정해야 한다. 입상활성탄의 흡착능력이 소모되어 만족스러운 수처리 목표값을 얻지 못할 때는 교체나 재생이 필요하게 되는데 교체시는 비용이 매우 고가이고 폐입상활성탄이라는 폐기물 발생에 대한 추가비용이 발생한다. 따라서 입상활성탄 재생이 교체보다 경제적일 수 있는데 이는 입상활성탄의 재생효율을 높여 신탄과 유사하거나 또는 그 이상의 능력을 가진 품질을 만드는 것이 가장 중요하다. 본 연구에서는 G 정수센터내 입상활성탄 실증플랜트 운영을 통하여 최적운영관리를 위한 운영인자를 선정하고 운영기간별 입상활성탄의 운영인자에 대한 상호관계를 분석하였으며 향후 입상활성탄 재생 결정시 최적의 재생방법 및 재생효율향상방안 마련을 위해 연구한 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였다. 입상활성탄 처리수에서의 입자누출 저감을 위한 입상활성탄/모래 운영결과 역세직후 처리수에 대한 입자누출이 입상활성탄 단독일 때에 비해 모래를 포설한 경우가 더 효과적임을 알 수 있었다. 즉 입상활성탄만 운영하였을 경우 역세직후 최대 입자수가 1200개/mL 이상이었으며 100개/mL 이하로 안정되는데 30분 가량이 소요되었다. 반면 모래를 포설한 경우 최대 입자수가 400개/mL 이하이었으며 15분 이내에 입자수가 100개/mL 이하로 안정되어 실제 입상활성탄 단독인 경우에 비해 약 1/2이상의 시간을 단축시키는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 실제 정수장 운영에 있어서 수질 안전성 확보를 위한 경제적인 방안으로 중요한 의미를 갖는다. 또한 입상활성탄 처리수에 탈리 부착세균 포함시 염소소독에 어려움이 따르므로 입상활성탄 운영지표로서 부착세균과 처리수에서의 세균관리가 반드시 필요하다. 이러한 세균들이 역세직후 초기 누출입자에 포함되어 있을 가능성이 있으므로 이에 대한 해결책으로는 몇가지 방법이 있다. 즉 입상활성탄지에 시동방수시설을 설치하여 역세직후 처리수 탁도가 0.1 NTU이하가 될 때까지 처리수를 모래여과지로 내보내거나, 입상활성탄 하단에 유효경이 0.5~0.6mm인 모래를 20~30cm 정도 포설하거나 일본 동경도 방식과 같이 후단에 모래여과지를 운영하여 세균에 대한 안전성을 확보하는 것도 바람직할 것이다. 운영기간별 입상활성탄 층별(상,중,하) 표면물성상태를 분석한 결과, 5년 경과된 GAC의 경우 입자가 매우 작아지고 마모가 상당히 진행되어 세공용적이 0.40～0.57 cc/g으로 1년 미만 GAC(0.50～0.74cc/g)와 차이를 보였으나, 유기물질(TOC) 제거는 여전히 1.0 mg/L이하를 유지하고 있어 생물활성탄으로서의 기능을 지속적으로 수행하고 있는 것으로 판단되며 세공용적이 감소함에 따라 TOC 제거율도 감소하는 것으로 나타났다. 입상활성탄 입자는 입상활성탄지로부터 유출되어 먹는 물에 포함될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 입상활성탄 입자들 표면에 부착세균 군집이 존재시 염소소독 효과가 저하된다는 사실을 확인하였다. 그동안 입상활성탄 운영관리에는 처리수에서의 TOC, 맛·냄새물질, THMs, UV254 등 유기물질과 물성항목으로 요오드 흡착력을 주로 이용하여 왔다. 그러나 최종 처리수로서 입상활성탄지 운영인자는 처리수에서의 유기물질 항목 이외의 누출 입자로서 분탄, 부착세균을 반드시 평가하여 수질의 안전성을 확보해야 하며, 입자성 물질 누출에 대한 대책으로 시동방수나 입상활성탄 하부나 후단에 여과공정 추가를 검토할 필요가 있다. 또한 물성항목으로는 유기물질 처리와의 상관성이 있는 비표면적, 세공용적을 평가하고 입상활성탄 재생과 관련하여 무기물 축적농도를 평가할 수 있는 회분을 주기적으로 평가하여 재생이나 교체 결정시 기초자료로 활용해야 할 것이다. 재생방법별 물성비교결과에서는 열재생(스팀)>열재생(프로판+스팀)≒열재생(메탄+스팀)>이화학재생(에탄올) 순으로 나타났다. 열재생한 입상활성탄을 대상으로 한 급속소형컬럼 시험결과, TOC 파과기준(유출/유입농도=0.6)까지의 도달기간으로 비교시 신탄이 약 570일인데 비해 재생탄은 재생조건(온도, 스팀 주입량)에 따라 900℃, 0.5g H2O/g GAC(470일) > 800℃, 0.5g H2O/g GAC(약320일)> 900℃, 1.0g H2O/g GAC(약220일) ≒ 800, 1.0 g H2O/g GAC(약220일)인 순으로 나타났다. 또한 입상활성탄 체적당 누적 통수량을 나타내는 Bed Volume의 경우 TOC 파과기준(유출/유입농도=0.6)으로 하였을 때, 스팀주입량이 0.5 g H2O/g GAC인 경우가 1.0 g H2O/g GAC 보다 더 오랫동안 운영되는 것을 알 수 있다. 대체로 입상활성탄으로 제거가 용이한 Geosmin은 모든 경우에 250일이 경과하여도 신탄과 유사하게 10 ng/L이하를 유지하였다. 2-MIB의 흡착효율은 재생온도 800℃와 900℃에서 스팀주입량을 0.5 g H2O/g GAC로 하였을 때가 1.0 g H2O/g GAC을 주입했을 경우보다 신탄과 유사한 결과를 나타내었다. 따라서 입상활성탄을 고온에서 적정 스팀으로 재생처리함으로써 mesopore의 발달로 분자크기가 큰 2-MIB(5.4Åx5.8Åx5.5Å) 흡착이 유리했을 것으로 판단된다. 습식시험을 통한 Ca 및 Al 산세척 감소효과를 비교한 결과, Ca은 산세척후 재생시는 약 58%, Al은 염산 0.5% 주입시보다 2.0% 주입시 약 2.3배나 더 제거되어 재생전에 저농도의 산세척으로도 신탄과 유사한 수준으로 무기물을 충분히 제거할 수 있는 것으로 나타났다. 메탄이나 프로판을 이용한 열재생시 이론적으로는 매우 효율적일 수 있지만 실제 경제성이나 검댕발생, 취급에 대한 위험성 등의 이유로 적용에 어려움이 따르며 이화학 재생 또한 경제적 시설임에도 불구하고 현장에서 운영되고 있는 사례가 극히 적으므로 이러한 문제를 보완할 수 있는 기술개발이 필요하다. 따라서 연소가스보다 덜 유해하고 더 경제적이며 신탄 흡착성능의 75~90%를 회복할 수 있는 스팀을 이용한 열재생이 가장 바람직할 것으로 판단된다. 또 다른 관점에서 입상활성탄 재생은 재생시설 건설이라는 경제적인 문제, 시설운영과 관련한 위탁관리문제, 폐기물 소각시설에 해당되므로 혐오시설로 인한 주민의견수렴 등 여러 가지 어려운 문제점이 있을 수 있다. 따라서 활성탄지 층 상부의 약 10% 정도를 삭취하여 신탄으로 교체함으로써 기존 부착세균도 유지하고 상층부의 경도가 약해진 부분을 제거하여 역세척 직후 누출입자 문제도 어느 정도 해결할 수 있을 것으로 판단되며, 경제적인 면에서도 전면교체나 재생비용에 비해 훨씬 더 저렴할 수 있다. 주요어 : 오존, 입상활성탄, 생물활성탄, 입상활성탄/모래, 운영인자, 소독부산물 전구물질, 맛·냄새물질, 총유기탄소, 부착세균, 탁도, 입자수, 비표면적, 세공용적, 재생, 급속소형컬럼시험, 산세척
입상활성탄은 먹는 물에서의 유기물질, 소독부산물 전구물질, 맛·냄새물질 등의 흡착제거에 널리 사용되고 있다. 입상활성탄 세공구조는 작고 비극성 화학물질의 흡착에 유용하지만, 흡착능력의 한계가 있으므로 소각, 매립, 또는 열적으로 재생하여 이용할 수 있다. 입상활성탄 처리는 단순히 흡착능력만을 평가할 경우 매우 우수할 수 있으나 염소소독전 최종처리수로서 여과능력까지 평가할 경우에는 세균의 안전성과 밀접한 관계가 있는 탁도와 입자수까지도 고려해야 한다. 특히 부착세균에 의해 유기물 제거효과가 탁월한 생물활성탄으로 운영될 경우 누출될 수 있는 세균군집에 대한 대책마련도 필요하다. 따라서 입상활성탄 공정을 운영하면서 주기적으로 입상활성탄의 물성특성(비표면적, 세공용적, 입도분포, 경도, 요오드 흡착력 등), 수질특성(TOC, 부착세균, 탁도, 입자수 등)을 평가하여 입상활성탄 공정의 효율적인 운영관리방안을 마련해야 한다. 입상활성탄 공정의 주기적인 물성특성 분석결과와 수질적인 면에서의 유기물질인 TOC, 탁도, 입자, 부착세균에 대한 결과는 입상활성탄지의 역세척에 대한 주기와 방법결정에 중요인자로 사용될 수 있으며 입상활성탄의 재생이나 교체시 기초데이터로도 활용될 수 있다. 입상활성탄 최적운영관리에 있어서 정확한 운영인자가 마련된 후에는 운영인자에 의한 입상활성탄 재생이나 교체주기를 결정해야 한다. 입상활성탄의 흡착능력이 소모되어 만족스러운 수처리 목표값을 얻지 못할 때는 교체나 재생이 필요하게 되는데 교체시는 비용이 매우 고가이고 폐입상활성탄이라는 폐기물 발생에 대한 추가비용이 발생한다. 따라서 입상활성탄 재생이 교체보다 경제적일 수 있는데 이는 입상활성탄의 재생효율을 높여 신탄과 유사하거나 또는 그 이상의 능력을 가진 품질을 만드는 것이 가장 중요하다. 본 연구에서는 G 정수센터내 입상활성탄 실증플랜트 운영을 통하여 최적운영관리를 위한 운영인자를 선정하고 운영기간별 입상활성탄의 운영인자에 대한 상호관계를 분석하였으며 향후 입상활성탄 재생 결정시 최적의 재생방법 및 재생효율향상방안 마련을 위해 연구한 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였다. 입상활성탄 처리수에서의 입자누출 저감을 위한 입상활성탄/모래 운영결과 역세직후 처리수에 대한 입자누출이 입상활성탄 단독일 때에 비해 모래를 포설한 경우가 더 효과적임을 알 수 있었다. 즉 입상활성탄만 운영하였을 경우 역세직후 최대 입자수가 1200개/mL 이상이었으며 100개/mL 이하로 안정되는데 30분 가량이 소요되었다. 반면 모래를 포설한 경우 최대 입자수가 400개/mL 이하이었으며 15분 이내에 입자수가 100개/mL 이하로 안정되어 실제 입상활성탄 단독인 경우에 비해 약 1/2이상의 시간을 단축시키는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 실제 정수장 운영에 있어서 수질 안전성 확보를 위한 경제적인 방안으로 중요한 의미를 갖는다. 또한 입상활성탄 처리수에 탈리 부착세균 포함시 염소소독에 어려움이 따르므로 입상활성탄 운영지표로서 부착세균과 처리수에서의 세균관리가 반드시 필요하다. 이러한 세균들이 역세직후 초기 누출입자에 포함되어 있을 가능성이 있으므로 이에 대한 해결책으로는 몇가지 방법이 있다. 즉 입상활성탄지에 시동방수시설을 설치하여 역세직후 처리수 탁도가 0.1 NTU이하가 될 때까지 처리수를 모래여과지로 내보내거나, 입상활성탄 하단에 유효경이 0.5~0.6mm인 모래를 20~30cm 정도 포설하거나 일본 동경도 방식과 같이 후단에 모래여과지를 운영하여 세균에 대한 안전성을 확보하는 것도 바람직할 것이다. 운영기간별 입상활성탄 층별(상,중,하) 표면물성상태를 분석한 결과, 5년 경과된 GAC의 경우 입자가 매우 작아지고 마모가 상당히 진행되어 세공용적이 0.40～0.57 cc/g으로 1년 미만 GAC(0.50～0.74cc/g)와 차이를 보였으나, 유기물질(TOC) 제거는 여전히 1.0 mg/L이하를 유지하고 있어 생물활성탄으로서의 기능을 지속적으로 수행하고 있는 것으로 판단되며 세공용적이 감소함에 따라 TOC 제거율도 감소하는 것으로 나타났다. 입상활성탄 입자는 입상활성탄지로부터 유출되어 먹는 물에 포함될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 입상활성탄 입자들 표면에 부착세균 군집이 존재시 염소소독 효과가 저하된다는 사실을 확인하였다. 그동안 입상활성탄 운영관리에는 처리수에서의 TOC, 맛·냄새물질, THMs, UV254 등 유기물질과 물성항목으로 요오드 흡착력을 주로 이용하여 왔다. 그러나 최종 처리수로서 입상활성탄지 운영인자는 처리수에서의 유기물질 항목 이외의 누출 입자로서 분탄, 부착세균을 반드시 평가하여 수질의 안전성을 확보해야 하며, 입자성 물질 누출에 대한 대책으로 시동방수나 입상활성탄 하부나 후단에 여과공정 추가를 검토할 필요가 있다. 또한 물성항목으로는 유기물질 처리와의 상관성이 있는 비표면적, 세공용적을 평가하고 입상활성탄 재생과 관련하여 무기물 축적농도를 평가할 수 있는 회분을 주기적으로 평가하여 재생이나 교체 결정시 기초자료로 활용해야 할 것이다. 재생방법별 물성비교결과에서는 열재생(스팀)>열재생(프로판+스팀)≒열재생(메탄+스팀)>이화학재생(에탄올) 순으로 나타났다. 열재생한 입상활성탄을 대상으로 한 급속소형컬럼 시험결과, TOC 파과기준(유출/유입농도=0.6)까지의 도달기간으로 비교시 신탄이 약 570일인데 비해 재생탄은 재생조건(온도, 스팀 주입량)에 따라 900℃, 0.5g H2O/g GAC(470일) > 800℃, 0.5g H2O/g GAC(약320일)> 900℃, 1.0g H2O/g GAC(약220일) ≒ 800, 1.0 g H2O/g GAC(약220일)인 순으로 나타났다. 또한 입상활성탄 체적당 누적 통수량을 나타내는 Bed Volume의 경우 TOC 파과기준(유출/유입농도=0.6)으로 하였을 때, 스팀주입량이 0.5 g H2O/g GAC인 경우가 1.0 g H2O/g GAC 보다 더 오랫동안 운영되는 것을 알 수 있다. 대체로 입상활성탄으로 제거가 용이한 Geosmin은 모든 경우에 250일이 경과하여도 신탄과 유사하게 10 ng/L이하를 유지하였다. 2-MIB의 흡착효율은 재생온도 800℃와 900℃에서 스팀주입량을 0.5 g H2O/g GAC로 하였을 때가 1.0 g H2O/g GAC을 주입했을 경우보다 신탄과 유사한 결과를 나타내었다. 따라서 입상활성탄을 고온에서 적정 스팀으로 재생처리함으로써 mesopore의 발달로 분자크기가 큰 2-MIB(5.4Åx5.8Åx5.5Å) 흡착이 유리했을 것으로 판단된다. 습식시험을 통한 Ca 및 Al 산세척 감소효과를 비교한 결과, Ca은 산세척후 재생시는 약 58%, Al은 염산 0.5% 주입시보다 2.0% 주입시 약 2.3배나 더 제거되어 재생전에 저농도의 산세척으로도 신탄과 유사한 수준으로 무기물을 충분히 제거할 수 있는 것으로 나타났다. 메탄이나 프로판을 이용한 열재생시 이론적으로는 매우 효율적일 수 있지만 실제 경제성이나 검댕발생, 취급에 대한 위험성 등의 이유로 적용에 어려움이 따르며 이화학 재생 또한 경제적 시설임에도 불구하고 현장에서 운영되고 있는 사례가 극히 적으므로 이러한 문제를 보완할 수 있는 기술개발이 필요하다. 따라서 연소가스보다 덜 유해하고 더 경제적이며 신탄 흡착성능의 75~90%를 회복할 수 있는 스팀을 이용한 열재생이 가장 바람직할 것으로 판단된다. 또 다른 관점에서 입상활성탄 재생은 재생시설 건설이라는 경제적인 문제, 시설운영과 관련한 위탁관리문제, 폐기물 소각시설에 해당되므로 혐오시설로 인한 주민의견수렴 등 여러 가지 어려운 문제점이 있을 수 있다. 따라서 활성탄지 층 상부의 약 10% 정도를 삭취하여 신탄으로 교체함으로써 기존 부착세균도 유지하고 상층부의 경도가 약해진 부분을 제거하여 역세척 직후 누출입자 문제도 어느 정도 해결할 수 있을 것으로 판단되며, 경제적인 면에서도 전면교체나 재생비용에 비해 훨씬 더 저렴할 수 있다. 주요어 : 오존, 입상활성탄, 생물활성탄, 입상활성탄/모래, 운영인자, 소독부산물 전구물질, 맛·냄새물질, 총유기탄소, 부착세균, 탁도, 입자수, 비표면적, 세공용적, 재생, 급속소형컬럼시험, 산세척
GAC (Granular activated carbon) has been used extensively to remove various organic micropollutants including taste and odor causing compounds in potable water. Its porous structure is ideal for adsorbing small and nonpolar chemicals. Practical experience has shown that the increased number of micro...
GAC (Granular activated carbon) has been used extensively to remove various organic micropollutants including taste and odor causing compounds in potable water. Its porous structure is ideal for adsorbing small and nonpolar chemicals. Practical experience has shown that the increased number of microorganisms in activated carbon filters improved the removal capacity for organic compounds. But the use of GAC in current water treatment processes as a further treatment step for the removal of organic containments has become a focus of attention owing to the increase in the number of particles, for example microorganisms, turbidity, carbon particles in its effluent. Therefore, it needs to have appropriate operation parameters such as water quality (TOC, attached bacteria, turbidity, particulate materials, and T&O) and physical properties of GAC (surface area, pore volume, pore size, iodine number, hardness, accumulated minerals, ash, and packing density) for optimization of GAC process. Granular activated carbon has a finite capacity for adsorption. Once exhausted of their adsorption capacity, spent GAC can be replaced or thermally reactivated for reuse. Therefore, operational parameters of the system are required for replacement or reactivation of the spent GAC. Generally, the thermal regeneration of spent GAC has become widely adopted as it's the most cost-effective regeneration method. To purpose of the study is to decide appropriate operational parameters and effective regeneration method that may be associated with GAC process. The study was performed through was a comprehensive pilot-scale operation at the G Water Treatment Plant in Seoul. Bacteria attached to the surface of GAC increased gradually with treatment process from 0.4×106 ~ 8.5×106 CFU/g. TOC removal was enhanced due to growth of the attached bacteria on GAC. Bacterial growth and maintenance was responsible for approximately 20 % of the TOC removal on GAC under the conditions of the study. It was found that TOC removal was closely related with biological parameters including the number of attached bacteria. The bacterial community attached to granular activated carbon (GAC) could be dettached to increase particle counts and increase chlorine consumption for disinfection. When the washed and the attached cells were disinfected with 1.0 mg/L of chlorine for 1 hour, the washed cells could be inactivated while the attached cell could not. The results showed that bacteria attached to carbon particle were highly resistant to chlorination. Also the results suggested a possibility that the treatment and disinfection barriers can be penetrated and pathogenic bacteria may break into the drinking water supplying system. To reduce particle breakthrough with bacteria colony from GAC filter, GAC/sand might be also considered. The results of the study showed that GAC/sand process was more effective than GAC process for particle removal. Especially, stabilization time for effluent particle counts of GAC/sand was a half of that of the GAC process right after backwashing. In the study, changes in physical parameters such as pore volume distribution and specific surface area of GAC with time were investigated. The pore volume of the used GAC decreased to the level below 0.6 cc/g while that of the brand new GAC was ranged 0.7～ 0.9 cc/g. The specific surface area of GAC pores changed within the range between 1100 ～ 1200 m2/g and 700 ～ 800 m2/g. Also It was shown that TOC removal was closely related with these physical parameters (R2 = 0.79 ~ 0.83) linearly under the conditions tested in the study. Therefore, the used GAC need to be replaced with new one or re-generated to remove organic matters (TOC) effectively from the finished drinking water. The physical properties of the reactivated carbon such as pore size and pore volume with temperature and steam dosage, were investigated. The change of the physical properties were related with adsorption capacity for 2-MIB. The volume of mesopores of the reactivated GAC was higher than that of the virgin GAC. In addition, the reactivated GAC had larger surface area (20 Å～ 500 Å) than that of the virgin GAC. The pore volume and surface area of reactivated GAC were increased by the steam dosage from 0.5 g to 1.0 g. The reactivated GAC pores had been widened through the reactivation process, resulting in a decreased micropore volume and increased mesopore volume. The cumulative pore volume of the reactivated GAC with 1.0 g steam were increased more than that of the reactivated GAC with 0.5 g steam at the same temperature. Rapid small-scale column tests (RSSCTs) were employed to evaluate the efficiency of removal of 2-MIB in the filtered water using the reactivated GAC after 5 years of use. The results showed that the reactivated GAC had lots of mesopores at high temperature with steam (900 °C, 1.0 g H2O/g GAC) and was very efficient in removing 2-MIB. The virgin and the reactivated GACs were tested using the RSSCT with the filtered water spiked with 90 ~ 130 ng/L of 2-MIB. The reactivated GACs achieved 50~70 % 2-MIB removal rates which was comparable to that of the virgin GAC. Although the 2-MIB removal performance of the reactivated GAC was similar to that of the virgin GAC within 170 days, the physical properties of the reactivated GAC was improved more than those of the virgin GAC (F-400). As a results, total pore volume and 2-MIB adsorption performance of the reactivated GAC were increased by reactivation process at high temperature with steam. Acid washing before thermal treatment could improve the efficiency of regeneration process for activated carbon. During G pilot plant was operated, metal accumulation has become increasingly important because accumulated metal affected the thermal reactivation of GAC significantly. Calcium is more important because it had the greatest deleterious effect on GAC during reactivation and subsequent reuse. The results showed that acid washed GAC before regeneration of GAC achieved 58 % Calcium removal from the spent GAC. Key Words : Ozone, GAC, BAC, GAC/Filter, Operation parameters, DBPFP, T&O, TOC, Attached bacteria, Turbidity, Particle counts, Specific surface area, Pore volume, RSSCT, Regeneration, Acid wash
GAC (Granular activated carbon) has been used extensively to remove various organic micropollutants including taste and odor causing compounds in potable water. Its porous structure is ideal for adsorbing small and nonpolar chemicals. Practical experience has shown that the increased number of microorganisms in activated carbon filters improved the removal capacity for organic compounds. But the use of GAC in current water treatment processes as a further treatment step for the removal of organic containments has become a focus of attention owing to the increase in the number of particles, for example microorganisms, turbidity, carbon particles in its effluent. Therefore, it needs to have appropriate operation parameters such as water quality (TOC, attached bacteria, turbidity, particulate materials, and T&O) and physical properties of GAC (surface area, pore volume, pore size, iodine number, hardness, accumulated minerals, ash, and packing density) for optimization of GAC process. Granular activated carbon has a finite capacity for adsorption. Once exhausted of their adsorption capacity, spent GAC can be replaced or thermally reactivated for reuse. Therefore, operational parameters of the system are required for replacement or reactivation of the spent GAC. Generally, the thermal regeneration of spent GAC has become widely adopted as it's the most cost-effective regeneration method. To purpose of the study is to decide appropriate operational parameters and effective regeneration method that may be associated with GAC process. The study was performed through was a comprehensive pilot-scale operation at the G Water Treatment Plant in Seoul. Bacteria attached to the surface of GAC increased gradually with treatment process from 0.4×106 ~ 8.5×106 CFU/g. TOC removal was enhanced due to growth of the attached bacteria on GAC. Bacterial growth and maintenance was responsible for approximately 20 % of the TOC removal on GAC under the conditions of the study. It was found that TOC removal was closely related with biological parameters including the number of attached bacteria. The bacterial community attached to granular activated carbon (GAC) could be dettached to increase particle counts and increase chlorine consumption for disinfection. When the washed and the attached cells were disinfected with 1.0 mg/L of chlorine for 1 hour, the washed cells could be inactivated while the attached cell could not. The results showed that bacteria attached to carbon particle were highly resistant to chlorination. Also the results suggested a possibility that the treatment and disinfection barriers can be penetrated and pathogenic bacteria may break into the drinking water supplying system. To reduce particle breakthrough with bacteria colony from GAC filter, GAC/sand might be also considered. The results of the study showed that GAC/sand process was more effective than GAC process for particle removal. Especially, stabilization time for effluent particle counts of GAC/sand was a half of that of the GAC process right after backwashing. In the study, changes in physical parameters such as pore volume distribution and specific surface area of GAC with time were investigated. The pore volume of the used GAC decreased to the level below 0.6 cc/g while that of the brand new GAC was ranged 0.7～ 0.9 cc/g. The specific surface area of GAC pores changed within the range between 1100 ～ 1200 m2/g and 700 ～ 800 m2/g. Also It was shown that TOC removal was closely related with these physical parameters (R2 = 0.79 ~ 0.83) linearly under the conditions tested in the study. Therefore, the used GAC need to be replaced with new one or re-generated to remove organic matters (TOC) effectively from the finished drinking water. The physical properties of the reactivated carbon such as pore size and pore volume with temperature and steam dosage, were investigated. The change of the physical properties were related with adsorption capacity for 2-MIB. The volume of mesopores of the reactivated GAC was higher than that of the virgin GAC. In addition, the reactivated GAC had larger surface area (20 Å～ 500 Å) than that of the virgin GAC. The pore volume and surface area of reactivated GAC were increased by the steam dosage from 0.5 g to 1.0 g. The reactivated GAC pores had been widened through the reactivation process, resulting in a decreased micropore volume and increased mesopore volume. The cumulative pore volume of the reactivated GAC with 1.0 g steam were increased more than that of the reactivated GAC with 0.5 g steam at the same temperature. Rapid small-scale column tests (RSSCTs) were employed to evaluate the efficiency of removal of 2-MIB in the filtered water using the reactivated GAC after 5 years of use. The results showed that the reactivated GAC had lots of mesopores at high temperature with steam (900 °C, 1.0 g H2O/g GAC) and was very efficient in removing 2-MIB. The virgin and the reactivated GACs were tested using the RSSCT with the filtered water spiked with 90 ~ 130 ng/L of 2-MIB. The reactivated GACs achieved 50~70 % 2-MIB removal rates which was comparable to that of the virgin GAC. Although the 2-MIB removal performance of the reactivated GAC was similar to that of the virgin GAC within 170 days, the physical properties of the reactivated GAC was improved more than those of the virgin GAC (F-400). As a results, total pore volume and 2-MIB adsorption performance of the reactivated GAC were increased by reactivation process at high temperature with steam. Acid washing before thermal treatment could improve the efficiency of regeneration process for activated carbon. During G pilot plant was operated, metal accumulation has become increasingly important because accumulated metal affected the thermal reactivation of GAC significantly. Calcium is more important because it had the greatest deleterious effect on GAC during reactivation and subsequent reuse. The results showed that acid washed GAC before regeneration of GAC achieved 58 % Calcium removal from the spent GAC. Key Words : Ozone, GAC, BAC, GAC/Filter, Operation parameters, DBPFP, T&O, TOC, Attached bacteria, Turbidity, Particle counts, Specific surface area, Pore volume, RSSCT, Regeneration, Acid wash
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