신기술로 긴급물자 위기대응-(주)윈텍글로비스의 과열증기방식 재생활성탄 600도로 품질 균등화

신기술로 긴급물자 현실대응-(주)윈텍글로비스의 과열증기방식 재생활성탄

적정온도의 과열증기로 활성탄을 재생

600도 과열증기로 에너지저감, 무산소로 품질균등

지자체 규모에 맞는 재생시설 구축에 장점

정부는 2022년 7월 1일자로 활성탄을 마스크, 요소수에 이어 세 번째로 긴급수급조절물자로 지정했다.

긴급수급조절물자인 비축물자는 장단기 원활한 물자수급과 물가안정, 재난·국가위기 등 비상시를 대비해 정부가 단독으로 또는 정부와 민간이 협력해 비축하거나 공급하는 원자재·시설자재 및 생활필수품으로써 대통령령으로 정하는 물자이다.

자원, 에너지 안보 확립을 위해 수처리용 석탄계 활성탄은 100% 중국에 의존하고, 야자계 활성탄은 필리핀, 베트남 등에서 수입하는 야자 숯을 원료로 국내 활성탄 제조업체에서 생산하는 활성탄을 긴급수급조절물자로 지정하고 비축 물량을 확보하기로 한 것이다.

활성탄은 석탄계인 갈탄, 역청탄, 무연탄과 야자 숯을 원료로 생산하는데 수질, 대기 등 환경 전 분야에서 사용되며 그 수요도 매년 5천 톤 이상씩 증가하고 있다. 지난 ’15년의 경우 8만3,047톤을 수입했으나 ’16년에는 8만8,856톤, 그리고 ’17년에는 9만1,637톤을 수입하여 수량 면에서 매년 폭발적으로 급증하고 있다.

활성탄은 일본, 호주, 미국 등이 원료부터 생산에 필요한 모든 기술과 원료를 독과점하고 있으며, 전 세계 활성탄 가격이 매년 10% 이상 급등하고 있으며 재래식 활성탄 재생기술로 사용하는 다단로는 활성탄 손실과 에너지낭비, 환경오염 등으로 위해시설로 낙인찍혀있다.

이 같은 상황에서 (주)윈텍글로비스(대표 이상훈)의 과열증기 공법을 통한 재생설비를 부산시, 대구시와 수자원공사에서는 설치공사를 서두르고 있다.

최근에는 기존의 부산, 대구 등의 재생시설(다단로방식)과 다른 과열증기방식의 입상활성탄 재생시설을 한국수자원공사 덕소정수장에 국내 최대 규모(1일 48㎥)로 착공했다.

하지만 대부분이 과열증기방식이 기존 설비와 달리 600도에서 처리된다는 점에 의문을 제기하고 있는 지자체가 많다.

윈텍이 제공하는 과열증기방식은 ►상압에서 600℃이상의 높은 열량을 가진 에너지(High Enthalpy) 생산가능 ►열전도율이 높아 단시간에 열전달 가능 ►복합전열에 의한 2배 이상 고효율 건조 ►고온에도 불구하고 산소 함량이 낮기 때문에 화재나 연기가 발생하지 않는다고 기술적 특성을 이야기하고 있다.

과열증기(Superheated Steam)라는 것은 수증기(습증기)에 존재하는 수분을 완전하게 기화시키면 수증기는 100℃이상의 기체 상태로 건조시킨 수증기(건조포화증기)가 되는데, 이 상태에서 계속 가열하면 100℃이상의 무색의 H2O 가스가 발생되는 상태를 말한다.

즉 과열증기는 잠열을 포함하고 있기 때문에 200도에서 2,780 kJ/kg가 생성되지만 가열공기(다단로)에서는 10분의 1인 208 kJ/kg만 생성된다.

이 같은 이유는 가열공기(다단로)에 비해 열용량이 매우 크므로 활성탄을 급속가열하여 가열시간이 단축되어 에너지를 대폭 저감하게 된다. 가열능력이 우수하고 높은 에너지를 지속적으로 자체 보유하고 있으며, 온도에 따라 체적의 조건을 지니게 된다.

공기에 의한 전열은 대류전열에 국한되고 있지만 과열증기는 대류전열, 방사전열, 응축전열 등 복합전열 작용으로 열효율이 높은 결과가 나오게 된다.

더구나 과열증기는 가연물, 산소, 점화원등 연소의 3대요소를 가장 효율적으로 작용하게 하여 무산소 상태에서 열처리되어 산화 및 연소를 억제하여 화재에서도 위험성이 없다.

신기술과 녹색인증 및 성능인증을 받은 과열방식 포화활성탄재생공법은 기존의 고온 발화에 의한 재생공법을 탈피하고 경제적이고 유지관리가 용이한 특징을 지녀 수자원공사가 주관한 ‘수도기술 대전’에서 은상을 수상 받은 기술이다.

활성탄의 재생과정은 100도에서 200도 사이에서 열적건조와 수분건조를 하게 되는 과정에서 가장 많은 시간과 에너지를 소요하게 된다.

250도에서는 탈산, 탈황, 결합수분등 화합물을 분리하게 되고 340도에서 지방함유 물질과 메탄 및 다른 지방물질을 분해하게 된다, 380도에서는 탄소함유 건류물질을 분해하며 400도에서 결합물질을 완전 분해하고 400도에서 800도 사이에서 재생활성탄인 탄화물을 형성하게 된다.

이 같은 특성을 지닌 과열증기방식은 가열공기와 대비하여 건조속도가 2-4배 빠르며, 가열하는 과정에서 활성탄 세공에 흡착된 유기물을 과열증기 분사에 의한 건조, 탈착, 휘발 및 분해를 하게 된다, 따라서 과열증기방식은 기존의 다단로를 통한 가열온도인 800도 이상보다 낮은 온도인 500-600도가 가장 경제적인 운영을 하게 되고 무산소 상태에서 재생수율을 상승시키는 효과를 지니고 있다.

과열방식을 통해 생산한 재생활성탄은 공기 중의 부유물질이 없는 무산소 상태에서 가열되므로 물성변화가 최소화하여 재생수율을 상승시키게 된다.

또한, 장치가 간단하고 밀폐형으로 구성되어 외부로 대기오염이나 악취 등 2차 오염을 방지하며 품질의 균등화를 유지하는 매우 높은 장점을 지니고 있다.

따라서 기존 다단로에 의한 재생방식은 높은 온도 800도라는 시각에 사로잡혀 있는 현실에서 600도로는 최적의 온도로 최고의 품질을 생산하는 가열방식은 친환경적이고 외부 민원발생이 최소화할 수 있다. 아울러 설치환경에 따른 규모나 적정한 면적으로 설치할 수 있다는 장점이 높아 지자체가 활성탄 재생시설을 규모와 용도에 맞게 설치할 수 있는 탄력적인 시설물이다.

과열증기방식의 재생활성탄 시설을 특‧광역시와 소규모 정수장에 설치하게 되면 100% 수입에 의존하는 활성탄의 순환과정에서 공급중단이라는 위기를 예방하게 된다.

수자원공사는 최근 덕소정수장에 과열방식 재생활성탄을 착공하면서 분석한 자료에 의하면 ►장치가 단순하여 유지관리가 용이하고 ►과열증기를 사용하므로 에너지 비용이 절감되며 ►소요 면적과 설치 높이가 작아 소규모 정수장에서도 설치가 가능하며 ►폐연소가 발생하지 않아 민원발생이 없으며 ►활성탄의 물성변화가 없어 흡착력을 유지하게 된다는 평가를 내린바 있다.

수자원공사는 향후 수공이 관리하는 덕소정수장(착공)을 비롯하여 반월, 고양, 성남, 수지, 시흥, 일산, 화성, 와부, 천안정수장등에도 재생활성탄시설을 구축할 예정이다.

해외의 재생활성탄 주기는 네덜란드 4개월, 독일은 11개월과 18개월, 프랑스는 14개월, 3년, 4년, 스위스는 4년 등 지역별로 주변 원수환경에 따라 재생주기를 설정하고 있다. 서울시 정수장의 경우에는 대부분 4년에서 6년으로 설정하여 재생탄보다는 100% 신탄으로 교체하고 있어 향후 재생활성탄 시설을 갖춰야 하는 숙제를 안고 있다. 대구 매곡정수장의 재생주기는 3년(자체재생), 부산 덕산정수장 3년(자체재생), 마산 칠서정수장 4년(위탁), 김해 삼계 정수장 4년(위탁), 김해 명동정수장 4년(위탁)등의 재생주기를 통한 재생활성탄으로 수처리를 하고 있다.

(환경경영신문, www.ionestop.kr 박남식 전문기자)