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[해외연구보고서] 활성탄 필터 작동 방법
이름 관리자 waterindustry@hanmail.net 작성일 2017.06.26 조회수 459
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연구 보고서

[해외연구보고서] 활성탄 필터 작동 방법

 

 

모든 활성탄은 동일하지 않으며 활성탄 필터가 작동하는 방법에 대한 기본적인 이해는 사용자가 국내 및 상업용 활성탄 필터에서 최상의 성능을 얻는데 도움이 될 수 있다. 활성탄은 물과 공기에서 오염물질을 제거·감소시키는 작업을 수행한다. 


그러나 제조업체와 조립업체는 의도하지 않은 결과를 피하기 위해 부지런히 노력해야 한다.  수질정화를 추구하는 탄소필터를 사용하는 소비자는 물에서 오염물질 제거를 극대화하고 단단하게 유지하기 위해 다양한 탄소 및 기타 기술의 물리적 능력을 이해하고 분석해야 한다.


■ 사용자 중심 및 인식
수돗물을 생산·공급하는 주정부 및 산하 지자체 정수장에서는 물을 검사하고 매년 7월에 이 정보를 고객에게 제공하기 위해 「안전한 식수법(Safe Drinking Water Act)」에 따라야 한다. 

 

이 무료 정보는 소비자가 음용수에 문제가 있다고 생각하면 유용할 수 있다. 가능한 문제를 정의하기 위해 인증된 음용수 분석 실험실에서 물을 시험할 수 있다. 지자체 수도 공급자는 적절한 테스트 서비스를 제공하는 연구소를 제안할 수 있어야 한다. 


그러나 방법검출한계(DL) 이하의 과도 오염물질 및 화합물은 누락되거나 검출되지 않을 수 있으므로 보고되지 않을 수 있다. 미국 EPA가 위임한 연례보고서는 몇 번의 스냅샷 테스트를 기반으로 한 것이지 오랜 기간동안 지속적 모니터링이 아니다.  또한, 지속적인 모니터링을 하더라도 오염물질이 검출되지 않을 수도 있다. 이것은 POU(Point-of-use)) 시스템의 부지런한 사용을 더욱 중요하게 만든다.


납 오염에 대해 거의 매일 들었을 때, 많은 탄소필터를 사용하는 소비자들은 지방 공급자의 불신을 야기했을 수 있다. (1) 물의 안전성에 의문이 생기면 소비자들은 이러한 필터가 제공하는 지속적인 추가 보호라는 생각을 좋아한다. (많은 오염 물질은 냄새를 맡거나, 맛볼 수 없거나, 볼 수 없지만 실험실 테스트를 통해 감지 할 수 있다.)


이 경우, 가족이 음주 및 음식 준비를 위해 소비하는 물을 닦는 데 POU 필터를 사용해야 한다. 독성을 가지려면 오염물질을 섭취해야 한다. 활성탄이 납을 쉽게 제거하지 못하는 것이 중요하다.  모든 필터에는 한계가 있다.  NSF International과 같은 독립적인 인증 그룹은 공급 업체의 POU 청구를 평가하며 POU 장치를 구매할 때, 이 평가 인증서를 확인해야한다.

 

탄소필터 공급업체는 공급업체 지침을 읽고, 이해하며 준수할 수 있도록 사용자 지침을 제공해야 한다. 소비자들은 필터가 영원히 지속되지 않고 새로운 메디아로 교체되어야 한다는 사실을 알 필요가 있다. 

 

판매 또는 대량으로 카본 필터를 구입하면 단위 비용이 감소하고 공기오염 물질로부터 보호되면 수명이 길어진다. 그러나 그들은 공기 중의 오염물질을 흡착하여 흡착공간의 40%까지 사용한다. 여분의 필터는 사용 전 72시간 동안 예비 건조될 때까지 기밀 패키지에 보관해야 한다.


사용자는 권장되는 것보다 긴 필터를 사용하지 않도록 권고해야 한다. 필터는 교체하기 전에 처리 된 권장 갤론 수를 가지고 있으며 조기 교체는 오염 물질의 파과 를 방지하기 위해 여분의 여유를 제공한다. 


탄소는 환원제이기 때문에 염소의 맛과 냄새를 제거하는데 매우 효과적이며 차아 염소산을 맛없는 염소 이온으로 전환시킨다. 그러나 염소의 맛을 획기적으로 개선하기 전에 오염물질의 물리적 흡착이 흡착공간을 채우기 때문에 염소의 맛을 대체하기 위한 끝점으로 사용하지 말아야 한다. 소비자는 권장하는 물의 절반을 처리한 후 POU 필터를 변경하는 것을 고려해야 한다.


적절하게 젖은 활성탄
필터가 제대로 처리하지 못하는 주된 이유는 그것이 적절하게 적시어져 있지 않다는 것이다. (2) 필터가 기공 내부의 공기와 함께 사용되는 경우, 오염 물질은 이러한 사용 가능한 바인딩 사이트에 접근 할 수 없다. 


벌크 물의 오염물질은 연속적인 물줄기를 통해 활성 결합 부위로 확산된다. 확산은 물에서 오염물을 제거하는 가장 느린 단계이다. 공급자 보호용 포장재의 탄소필터는 1∼5nm 폭의 미세 기공으로 압축된 대기 공기의 7∼9 배이다.  탄소필터의 부피 분포는 물의 흐름을 원활하게 하기 위해 입자 사이의 부피의 40%이다.  40%의 기공부피 또는 흡착공간(내부 입자 부피)이 오염물을 흡수하고 20%는 고체 탄소이다. 이를 40:40:20 규칙이라고 한다.


(2) 나노 간격의 농축공기를 교체하는 두 가지 방법이 있다. 72시간은 수돗물에 담그거나 뜨거운 물을 사용하여 갇힌 공기를 제거하는 것이다. 물은 물분자의 수소 결합에 의해 큰 대기 재를 형성한다.


물에 담수를 담그고 필터를 수직으로 거꾸로 돌리는 것도 효과적이다. 배수는 공기방울을 제거하는 데 도움이 된다. 나노 공간의 공기가 물로 대체되면 기포가 매체 입자 사이의 벌크 볼륨으로 이동한다. 간단한 배수는 이러한 대량의 물방울을 제거한다. 그러나 입자 내부의 물은 배수구로 제거되지 않는다.  72시간 동안 몸을 담가야 하며 여분의 시간을 허용할 수 있다.


지속적인 수질 모니터링을 위한 POU
이 잡지의 최근 기사는 POU를 장기적인 수돗물 바이러스 모니터링을위한 감시병으로 사용한다는 아이디어에 대해 논의했다. (3-9) 시립 식수 식물은 오염 물질을 모니터링하기 위해 처리 및 분배 시스템에서 그랩 샘플링을 사용한다. 그러나 시험 방법 탐지한계(DL) 아래에서 일시적인 오염 물질 및 오염 물질을 탐지하고보고 할 수는 없다. 

 

DL 아래의 과도 및 오염 물질을 포괄적으로 탐지하려면 지속적인 모니터링이 필요합니다.  POU 장치는 수질에 대한 장기적이고 장기간의 지속적인 평가를 위해 수질 모니터링을 개선하는데 유용하다. 

 

전 세계적으로 남아메리카, 유럽 및 아시아의 일부 국가에서는 음용수 품질 문제를 해결하기 위해 POU 필터를 사용하고 있다. POU는 가족의 건강을 보호하기 위한 논리적이고 손쉽게 이용할 수 있는 방법이다.  POU 여과 는 모든 사람을 보호하는 최선의 옵션 일 수 있습니다.


필터 경제, 환경 영향 및 건강에 관한 연구
필터의 개인 비용과 플라스틱 용기의 생수를 비교하십시오.  생수 판매가 소다 또는 탄산 음료 판매를 능가했습니다.  연구 결과에 따르면이 플라스틱 용기는 환경에 좋지 않습니다.이 플라스틱은 대부분 바다에 집중 하는 작은 조각으로 변환됩니다.  조류와 야생 동물은이 작은 플라스틱 조각을 먹을 수있는 음식으로 혼동합니다. (10) 직경 4mm 및 6mm의 해양 플라스틱은 조류를 생산하는 디메틸 설파이드로 오염되어 많은 바닷새의 저녁 종을 만듭니다.

 

 정상적인 수명 기간 동안 오염 물질에 대한 민감성이 변합니다.  태아와 최대 약 6 세까지 인체는 완전히 발달 된 면역계를 가지고 있지 않으며 급속한 성장은 오염 물질을 집중 시킬 수 있습니다.  또한 암 및 기타 건강 문제가있는 노인 및 질병에 취약한 면역 저하 환자는 식수 오염 물질로 인한 위험이 더 큽니다.  POU는 시립 식수를 연마하고 이들 위험에 처한 집단을 보호하는 좋은 방법입니다.

 

 결 론
하나는 음용수 필터, 온수 가열 및 냉각 시스템, 냉장고, 샤워 헤드에 있는 정수 필터 및 POU 음용수 필터를 변경하기위한 징계 일정이 필요하다. 필터 설치를 위한 앱이나 캘린더 항목과 필터를 변경하기 위한 알림은 영원히 지속되지 않아야 한다. 일단 흡착물이 빠져나가면, 오염물질은 수위보다 높은 농도가 될 수 있다. 탄소가 수명 주기의 초기에 오염 물질을 집중시키고 나중에 강한 흡착물에 의해 탈착된 이 현상을 롤오버(roll-over)라고 한다.

 

 

[원문보기]

 

How POU Activated Carbon Filters Work

 

 

By Henry Nowicki, PhD, Richard Capp, George Nowicki, Wayne Schuliger, Christopher Brunning and Barbara Sherman


All activated carbons are not the same and a basic understanding of how activated carbon filters work can help users get the best performance from domestic and commercial activated carbon filters. They do the work of removing/reducing contaminants from water and air.


Manufacturers and assemblers must be diligent, however, to avoid unintended consequences. Carbon-filter consumers seeking water purification need to understand and analyze the physical ability of different carbons (and other technologies) to maximize contaminants removal from water and hold them tightly.


User focus and perception
 Municipal drinking water plants are mandated by the Safe Drinking Water Act to test the water and provide this information annually (in July) to their customers. This free source of information may be useful if consumers believe there is a problem with the drinking water. They can have the water tested by certified drinking-water analytical laboratories to define possible problems.


The municipal supplier should be able to suggest laboratories that provide the appropriate testing services. Transient contaminants and compounds below method detection limits (DL), however, may be missed, not detected and therefore, not reported. This US EPA-mandated annual report is based on a few snap-shot tests only and not continuous monitoring for long periods of time. In addition, it’s possible that contaminants may not be detected even with constant monitoring. This makes the diligent use of POU systems even more important.


 After hearing almost nightly about lead contamination, many carbon-filter consumers may have developed a mistrust of municipal suppliers.(1) Consumers like the idea of continuous extra protection these filters offer, if there is doubt about the safety of the water. (Many contaminants cannot be smelled, tasted or seen but can be detected by lab testing.) In that case, a POU filter should be used to polish water the family will consume for drinking and food preparations. (To be toxic, contaminants need to be consumed.) It is very important to note that lead is not easily removed by activated carbons; every filter has its limitations. Independent certification groups, such as NSF International, evaluate POU claims by suppliers and consumers should check for these evaluation certificates when purchasing POU devices.


 Carbon filter suppliers need to provide user instructions to help ensure they have read, understand and will follow supplier instructions, at a minimum. Consumers need to be informed that filters do not last forever and must be replaced with new media. Buying carbon filters on sale or in bulk reduces unit cost and they have a long shelf life if protected from air contaminants. They will, however, adsorb contaminants in air and use up to 40 percent of the adsorption spaces volume. Extra filters should be kept in their air-tight packages until being presoaked for as long as 72 hours before use.


 Users should also be advised not to use filters longer than recommended. Filters have a recommended number of gallons treated before replacement and early replacement provides an extra margin of safety to prevent contaminant breakthrough. Carbons are very good at removing chlorine taste and odor because carbon is a reducing agent and converts hypochlorous acid to tasteless chloride ions.


Do not use chlorine taste as the end-point for replacement, however, because physical adsorption of contaminants fill adsorption spaces well before chlorine taste breakthrough. Consumers should consider changing POU filters once half of the recommended number of gallons of water have been treated.


Properly wetting activated carbon
 The major reason a filter does not perform is that it is not properly wetted.(2) If filters are used with air in the pores, contaminants do not have access to these available binding sites. Contaminants in bulk water diffuse to active binding sites via a continuous stream of water. Diffusion is the slowest step in contaminant removal from water. A carbon filter in a supplier-protective wrapping has seven to nine times the atmospheric air compressed in one to five nm-wide micropores.


The volume distributions in the carbon filter is 40-percent bulk volume between particles to facilitate water flow; 40-percent pore volume or adsorption space (inside particles volume) to adsorb contaminants and 20 percent is solid carbon. This is referred to as the 40:40:20 rule.(2)


 There are two ways to replace the nano-spaced concentrated air: 72 hours submerged soaking in tap water or using hot water to remove trapped air. Water forms larger conglomerates by hydrogen bonding of water molecules. Conglomerates of hot water are smaller and can better penetrate adsorption spaces than larger, cold-water conglomerates. Replacing filter soaking water with fresh water and turning the filter vertically upside down is also beneficial.


Draining helps remove air bubbles. When air in nanospaces is replaced by water, bubbles go into bulk volume between media particles. Simple draining removes these bulk water bubbles. Water inside particles, however, is not removed by draining. Soaking for 72 clock hours is necessary and extra time is acceptable.


POU for continuous water monitoring
 A recent article in this magazine discussed the idea of using POU as sentinels for long-term tap-water quality virus monitoring.(3-9) Municipal drinking water plants use grab sampling in treatment and distribution systems to monitor contaminants. They cannot, however, detect and report transient contaminants and contaminants below test method detection limits (DL).


Continuous monitoring is needed to provide comprehensive detection of transients and contaminants below DLs. POU devices are useful for improving water quality monitoring for continuous, large-volume, long-term assessments of water quality. On a global basis, South America, parts of Europe and Asia are using POU filters to solve drinking-water quality problems. POU is a logical and readily available way to protect the health of the family; POU filtration may be the best (and possibly only) option to protect everyone.


Work on filter economics, environment impact and health
 Compare the personal cost of filters to bottled water in plastic containers. Bottled water sales have surpassed soda or carbonated beverage sales. Research indicates that these plastic containers are bad for our environment, as much of this plastic is converted to small pieces that concentrate in the oceans. Birds and wildlife confuse these small plastic pieces as edible food.(10) Floating ocean plastic four- and six-mm diameter beads are fouled by dimethyl-sulfide producing algae, creating a dinner bell for many seabirds.


 During a normal human life span, susceptibility to contaminants changes. Prenatal and up to about six years of age, the human body does not have a fully developed immune system and rapid growth can concentrate contaminants. Also, elderly and illness-prone, as well as immunocompromised individuals with cancer and other health problems, are at greater risk from drinking-water contaminants. POU is a good option to polish municipal drinking water and protect these at-risk groups.


Conclusion
 One needs a disciplined schedule to change drinking-water filters, hot-water heating and cooling systems, refrigerators, water filters in shower heads and POU drinking-water filters. There should be an app or calendar entry for filter installation and an alert for changing out filters because they do not last forever. Once adsorbates break through, a contaminant can be several orders of concentration higher than influent water levels. This phenomenon is called roll-over, when carbon concentrates a contaminant early in its life cycle and later it was desorbed by a stronger binding adsorbate.


References
 (1) Ragan, Stevan. Drivers for POU/POE Filtration use. IACC-35 Hall of Fame Plenary Lecture. 2014.
 (2) Schuliger, Wayne. “The Blame Game.” Industrial Wastewater. January/February 2001. Wayne provides and short course titled “Activated Carbon Process Systems”.
 (3) Reynolds, K.A. “Household POU Filters: Sentinels for Long-term Tap Water Quality Monitoring.” WC&P International. pp. 62-64. March 2017.
 (4) Reynolds, K.A.; Mena, K.D. and Gerba, C.P. “Risk of waterborne illness via drinking water in the United Sates.” Rev Environ Contam Toxico. 2008; 192:117-158. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18020305.
 (5) Morris, R.D. and Levin, R. Estimating the incidence of waterborn infectious disease related to drinking water in the United States. (233). 1995.
 (6) Colford, J.M.; Roy S; Beach, M.J.; Hightown, A; Shaw, SE and Wade, TJ. “A review of household drinking water intervention trials and an approach to the estimation of endemic waterborne gastroenteritis in the United States.” J Water Health. 2006; 4 (Supply 2); 71.doi:10.2166/wh.206.018.
 (7) Pepper, L.; Rusin, P.; Quintanar, D. l.; Haney, C.; Josephson, K. and Gerba, C. “Tracking the concentration of heterotropic plate count bacteria from the source to the consumer’s tap.” Int J Food Microbiol. 2004; 92 (3): 289-295. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2003.08.021.
 (8) Capp,Richard and Henn, Earl. Qualitative Detection of Adsorbates from Spent Activated Carbons. Calgon Carbon Company Standard Operating Procedure. pp. 1-12. 1985.
 (9) Nowicki, Henry and Capp, Richard. “Analysis of Spent Activated Carbon: Pores Filled/unfilled by GAED and Identifications of Adsorbates by GC-MS and ICP.” International Filtration News. Submitted for publication in 2017.
 (10) Everts, Sarah. “Plastics Lure Seabirds by Smell.” Chemical & Engineering News. p. 8. Nov 14, 2016.

About the authors
Henry Nowicki, PhD/MBA is President and Chief Scientist for Activated Carbon Services?PACS Inc. He directs PACS’ new carbon-focused product development and has been awarded eight SBIR contracts on carbon. Nowicki consults and teaches the popular two-day course, Activated Carbon Adsorption Principles, Practices and Opportunities and is Chairperson for September 2017 IACC-40 in Pittsburgh, PA. Contact him and team members by email, Henrypacs@aol.com, by phone (412) 334-0459 or on the website, PACSlabs.com. Richard Capp is Manager of PACS commercial software to provide activated carbon performance evaluations and support ASTM carbon test methods. George Nowicki, BA/BS has 26 years of carbon experience. At age 14, he developed an AC tester to determine remaining service life. Presently he directs the PACS day-to-day laboratory services for AC industry clients. Wayne Schuliger, PE is a PACS Technical Consultant and teaches PACS course, Design, Operation, and Troubleshooting AC Adsorber Systems for Water and Air. Christopher Brunning is the PACS webmaster and the Manager of the 3-D printing and manufacturing of carbon objects containing proprietary additives project. Barbara Sherman is Manager for PACS short courses and carbon conference.

About the company
PACS is a 45-year-old firm focused on carbon services for manufacturers and users by providing routine and advanced carbon testing, consulting, R&D projects, software programs to increase productivity, converting a wide variety of waste materials to activated carbons brands as well as offering public and on-site carbon short courses. PACS hosts the bi-annual International Activated Carbon Conference and Carbon School Courses. The next carbon conference and courses program is September 14-15, with carbon courses Sept 11-17 in Pittsburgh, PA. See www.pacslabs.com for more information.


[출처 = WC&P(www.wcponline.com/2017/06/15/pou-activated-carbon-filters-work/) / 자료제공 = NSF(www.nsf.org)]

 

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