KR102584746B1 - 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치 - Google Patents

초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하여 활성탄을 재생시킴에 있어서 초임계 이산화탄소와 오존을 함께 적용함으로써 활성탄의 재생효율을 향상시킬 수 있는 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치는 수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생 공간 및 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생 공간을 제공하는 활성탄 재생반응기; 1차 활성탄 재생시 활성탄 재생반응기에 오존을 공급하는 오존공급장치; 2차 활성탄 재생시, 이산화탄소 공급탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 일정 압력으로 활성탄 재생반응기에 공급하는 이산화탄소 공급펌프; 2차 활성탄 재생시, 활성탄 재생반응기의 배출물에 포함되어 있는 액상 성분을 제거하는 제습장치; 제습장치를 거친 배출물에 포함되어 있는 유기오염물질을 자외선으로 산해, 분해하는 UV 산화장치; UV 산화장치로부터 배출되는 기체 이산화탄소를 일시 저장하여, 이산화탄소 순환펌프에 의한 활성탄 재생반응기로의 기체 이산화탄소 공급시 음압 발생을 방지하는 제 1 저장탱크; 제 1 저장탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 활성탄 재생반응기에 공급하는 이산화탄소 순환펌프; 및 2차 활성탄 재생이 최종 완료되면 제 1 저장탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 이산화탄소 순환펌프를 통해 공급받아 저장하는 제 2 저장탱크;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치{Apparatus for regeneration of activated carbon using supercritical carbon dioxide and ozone}
본 발명은 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초임계 이산화탄소를 이용하여 활성탄을 재생시킴에 있어서 초임계 이산화탄소와 오존을 함께 적용함으로써 활성탄의 재생효율을 향상시킬 수 있는 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치에 관한 것이다.
초임계 유체는 환경과 인체에 친화적이고 기존의 반응 및 분해, 추출, 증류, 흡착 등의 공정에서 기술적 어려움을 해결할 수 있어 주목받고 있다. 특히, 초임계 이산화탄소는 다른 물질과 비교해 밀도가 높아 용매로서의 활용도가 크고 친환경적이어서 재사용이 가능하며, 독성이 없고 불연성이며 무극성이기 때문에 인체에 대한 무해성도 확보할 수 있다. 이에 따라, 안전도가 요구되는 의약품, 천연물질, 식품소재, 화장품 소재의 고순도 추출에 많이 사용되고 있다.
한국등록특허 제359646호는 복수의 흡착필터를 이용하여 이산화탄소를 정제함과 함께 정제된 이산화탄소를 액화시킴으로써 반도체 세정, 염색 공정 등에 적용될 수 있음을 개시하고 있다.
또한, 일본공개특허 특개2019-136640호는 초임계 이산화탄소를 이용하여 폐활성탄을 재생하는 기술을 제시하고 있다. 일본공개특허 특개2019-136640호에 따르면, 액화 이산화산화를 가압, 가열하여 초임계 이산화탄소로 변환시키고, 초임계 이산화탄소에 의한 활성탄 재생공정을 거친 후 유기오염물질의 분리, 분리된 이산화탄소의 액화를 진행시키는 공정이 기재되어 있다.
그러나, 상술한 특허들은 분리된 이산화탄소를 액화시키는 공정이 요구된다는 점, 복수의 흡착필터가 구비되어야 한다는 점 등에서 장치적 복잡성이 뒤따르며, 이산화탄소를 순환시킴에 있어서 음압이 발생되는 가능성에 대한 해결책이 제시되어 있지 않다.
한국등록특허 제359646호(2002. 10. 23. 등록) 일본공개특허 특개2019-136640호(2019. 8. 22. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 초임계 이산화탄소를 이용하여 활성탄을 재생시킴에 있어서 초임계 이산화탄소와 오존을 함께 적용함으로써 활성탄의 재생효율을 향상시킬 수 있는 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 초임계 이산화탄소를 순환시킴에 있어서 음압 발생을 억제함과 함께 장치적 구성을 간략화할 수 있는 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치는 수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생 공간 및 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생 공간을 제공하는 활성탄 재생반응기; 1차 활성탄 재생시 활성탄 재생반응기에 오존을 공급하는 오존공급장치; 2차 활성탄 재생시, 이산화탄소 공급탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 일정 압력으로 활성탄 재생반응기에 공급하는 이산화탄소 공급펌프; 2차 활성탄 재생시, 활성탄 재생반응기의 배출물에 포함되어 있는 액상 성분을 제거하는 제습장치; 제습장치를 거친 배출물에 포함되어 있는 유기오염물질을 자외선으로 산해, 분해하는 UV 산화장치; UV 산화장치로부터 배출되는 기체 이산화탄소를 일시 저장하여, 이산화탄소 순환펌프에 의한 활성탄 재생반응기로의 기체 이산화탄소 공급시 음압 발생을 방지하는 제 1 저장탱크; 제 1 저장탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 활성탄 재생반응기에 공급하는 이산화탄소 순환펌프; 및 2차 활성탄 재생이 최종 완료되면 제 1 저장탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 이산화탄소 순환펌프를 통해 공급받아 저장하는 제 2 저장탱크;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
활성탄 재생반응기에 청수를 공급하는 청수공급장치; 및 활성탄 재생반응기에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급장치;가 더 구비되며, 상기 수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생은, 활성탄 재생반응기에 사용된 활성탄이 장입된 상태에서 활성탄 재생반응기에 청수가 공급되는 과정과, 오존공급장치를 활성탄 재생반응기에 오존이 공급되는 과정과, 오존과 청수가 반응하여 수산화래디컬(·OH)이 생성되고, 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질이 수산화래디컬(·OH)에 의해 산화, 분해되는 과정과, 활성탄 재생반응기 내의 청수 및 분해된 오염물질을 드레인배관을 통해 배출시키는 과정과, 압축공기 공급장치의 압축공기를 활성탄 재생반응기에 공급하여 활성탄 재생반응기 내의 잔존하는 청수, 오염물질을 제거하는 과정으로 진행된다.
상기 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생은, 수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생이 완료된 상태에서, 일정 온도로 가열된 활성탄 재생반응기에 일정 압력의 기체 이산화탄소가 이산화탄소 공급펌프를 통해 공급되는 과정과, 일정 압력과 일정 온도의 기체 이산화탄소가 활성탄 재생반응기 내에서 초임계 이산화탄소로 변환되는 과정과, 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질이 초임계 이산화탄소에 의해 탈락되는 과정으로 진행된다.
초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생이 완료되면, 활성탄 재생반응기로부터 초임계 이산화탄소에 의해 활성탄으로부터 탈락된 유기오염물질, 유기오염물질의 분해에 의해 생성된 액상 성분, 기체 이산화탄소가 포함된 혼합물이 배출물로 배출되며, 상기 배출물은 제습장치와 UV 산화장치를 순차적으로 거쳐 기체 이산화탄소만이 남게 되어 제 1 저장탱크에 저장된다.
또한, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치는 오존과 초임계 이산화탄소의 동시 적용에 따른 활성탄 재생 공간을 제공하는 활성탄 재생반응기; 활성탄 재생반응기에 오존을 공급하는 오존공급장치; 이산화탄소 공급탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 일정 압력으로 활성탄 재생반응기에 공급하는 이산화탄소 공급펌프; 활성탄 재생반응기의 배출물에 포함되어 있는 액상 성분을 제거하는 제습장치; 제습장치를 거친 배출물에 포함되어 있는 유기오염물질을 자외선으로 산해, 분해하는 UV 산화장치; UV 산화장치로부터 배출되는 기체 이산화탄소를 일시 저장하여, 이산화탄소 순환펌프에 의한 활성탄 재생반응기로의 기체 이산화탄소 공급시 음압 발생을 방지하는 제 1 저장탱크; 제 1 저장탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 활성탄 재생반응기에 공급하는 이산화탄소 순환펌프; 오존과 초임계 이산화탄소에 의한 활성탄 재생이 최종 완료되면 제 1 저장탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 이산화탄소 순환펌프를 통해 공급받아 저장하는 제 2 저장탱크; 활성탄의 수세척시 활성탄 재생반응기에 청수를 공급하는 청수공급장치; 및 활성탄 재생반응기에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급장치;를 포함하여 이루어지는 것을 또 다른 특징으로 한다.
상기 활성탄의 수세척은, 활성탄 재생반응기에 사용된 활성탄이 장입된 상태에서 활성탄 재생반응기에 청수가 공급되는 과정과, 청수가 채워진 상태에서 활성탄을 교반하여 활성탄을 수세척하는 과정과, 활성탄 재생반응기 내의 청수 및 오염물질을 드레인배관을 통해 배출시키는 과정과, 압축공기 공급장치의 압축공기를 활성탄 재생반응기에 공급하여 활성탄 재생반응기 내의 잔존하는 청수, 오염물질을 제거하는 과정으로 진행된다.
오존과 초임계 이산화탄소의 동시 적용에 따른 활성탄 재생은, 활성탄 재생반응기에 오존과 기체 이산화탄소가 동시에 공급되며, 활성탄 재생반응기가 가열장치에 의해 일정 온도로 가열된 상태에서, 이산화탄소 공급장치에 저장되어 있는 기체 이산화탄소가 이산화탄소 공급펌프에 의해 가압되어 활성탄 재생반응기에 공급됨에 따라, 활성탄 재생반응기 내의 기체 이산화탄소는 초임계 이산화탄소로 변환되며, 활성탄 재생반응기 내의 초임계 이산화탄소는 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질을 탈락시키며, 활성탄 재생반응기 내의 오존은 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질을 산화, 분해한다.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치는 다음과 같은 효과가 있다.
초임계 이산화탄소에 의한 활성탄 재생에 더해 오존의 산화력 또는 오존으로부터 생성되는 수산화래디컬의 산화력을 통해 활성탄을 재생시킴으로써 활성탄의 재생 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 장치 구성을 간략화할 수 있으며, 음압 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치를 이용한 활성탄 재생 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치를 이용한 활성탄 재생 방법을 설명하기 위한 순서도.
본 발명은 초임계 이산화탄소와 오존의 적용을 통해 활성탄의 재생효율을 향상시키는 기술을 제시한다.
초임계 이산화탄소는 기체의 침투특성과 액체의 용해특성을 모두 갖춤에 따라 다양한 분야의 세정공정에 유용하게 적용될 수 있다. 한편, 오존(O3)은 물의 존재하는 환경 하에서는 수산화래디컬(·OH)의 발생을 유도하여 수산화래디컬에 의한 고급산화공정을 가능하게 하며, 물이 존재하지 않는 환경에서도 높은 산화력을 통해 유기물질의 산화, 분해시키는 역할을 한다.
본 발명은 이러한 오존의 특성이 초임계 이산화탄소를 이용한 활성탄 재생공정에 적용되도록 함으로써 활성탄 재생효율을 배가시킬 수 있는 기술을 제시한다. 세부적으로, 본 발명은 물이 존재하는 환경에서의 수산화래디컬 발생 유도에 대한 실시예(후술하는 제 1 실시예) 및 물이 존재하지 않는 환경에서의 오존에 의한 유기물질의 산화, 분해에 대한 실시예(후술하는 제 2 실시예)를 제시한다.
이와 함께, 본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용한 활성탄 재생공정을 진행함에 있어서, 장치적 구성을 최적화함으로써 음압 발생을 방지함과 함께 액화기 등의 장치가 요구되지 않는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 제 1 실시예는 오존으로부터 수산화래디컬의 생성을 유도하여 수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생, 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생을 순차적으로 진행시키는 것에 관한 것이며, 제 2 실시예는 초임계 이산화탄소와 오존을 활성탄 재생반응기에 동시에 투입하여 오존의 산화력에 의한 활성탄 재생 및 초임계 이산화탄소에 의한 활성탄 재생이 동시에 진행되는 구성에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치는 이산화탄소 공급탱크(110), 이산화탄소 공급펌프(111), 활성탄 재생반응기(120), 제습장치(130), UV 산화장치(140), 제 1 저장탱크(150), 이산화탄소 순환펌프(151), 제 2 저장탱크(160) 및 오존공급장치(170)를 포함하여 이루어진다.
상기 이산화탄소 공급탱크(110)는 기체 이산화탄소를 저장하며, 상기 이산화탄소 공급펌프(111)는 이산화탄소 공급탱크(110)에 저장된 기체 이산화탄소를 일정 압력으로 가압하여 활성탄 재생반응기(120)에 공급하는 역할을 한다. 이 때, 이산화탄소 공급탱크(110)의 기체 이산화탄소는 80∼100bar의 압력으로 가압되며, 이러한 압력은 초임계 상태의 압력에 준한다.
상기 활성탄 재생반응기(120)는 활성탄의 재생 공간을 제공한다. 구체적으로, 활성탄이 구비된 상태에서 수산화래디컬에 의한 활성탄 재생 및 초임계 이산화탄소에 의한 활성탄 재생이 진행되는 공간을 제공한다. 여기서, 활성탄 재생반응기(120)의 일측에는 활성탄 여과장치(10)가 구비되고, 활성탄 여과장치(10)에서 사용된 활성탄은 활성탄 재생반응기(120)로 공급되며, 활성탄 재생반응기(120)에서 재생된 활성탄은 활성탄 여과장치(10)로 이송된다.
활성탄 재생반응기(120) 내에서 초임계 이산화탄소에 의한 활성탄 재생 및 수산화래디컬에 의한 활성탄 재생이 진행되도록 하기 위해 활성탄 재생반응기(120)에 초임계 이산화탄소, 오존(O3)이 각각 공급되어야 한다.
먼저, 이산화탄소의 초임계 상태로의 유도를 위해 일정 압력과 일정 온도가 요구되는데, 일정 압력은 상술한 이산화탄소 공급펌프(111)에 의한 기체 이산화탄소의 가압에 의해 이루어지며, 일정 압력은 활성탄 재생반응기(120)의 일측에 구비된 가열장치(121)에 의해 이루어진다. 상기 가열장치(121)는 열매체보일러 등으로 구성될 수 있으며, 활성탄 재생반응기(120)를 가열하여 기체 이산화탄소를 초임계 이산화탄소로 변환시킨다. 초임계 이산화탄소로의 변환을 위해 상기 활성탄 재생반응기(120)는 100∼250℃의 온도로 가열될 수 있다.
상기 활성탄 재생반응기(120)의 일측에는 활성탄 재생반응기(120)에 오존을 공급하는 오존공급장치(170)가 구비된다. 또한, 활성탄 재생반응기(120)의 다른 일측에는 활성탄 재생반응기(120)에 청수를 공급하는 청수공급장치(180)가 구비된다. 활성탄 재생반응기(120)에 청수가 공급된 상태에서 오존이 공급되면, 아래의 반응식 1과 같은 반응에 의해 수산화래디컬(·OH)이 생성된다. 수산화래디컬(·OH)은 알려진 바와 같이 강력한 산화제로 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질을 산화, 분해시킨다.
(반응식 1)
O3 +H2O → ·OH + H2O-
본 발명의 제 1 실시예에서 활성탄 재생은 두 단계로 진행되며, 구체적으로 수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생, 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생이 순차적으로 진행되는데, 이에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다.
한편, 상기 활성탄 재생반응기(120) 내에는 교반기(도시하지 않음)가 구비되어 활성탄의 교반이 가능하게 되며, 이를 통해 수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생, 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생 효율이 배가시킬 수 있다.
다음으로, 상기 제습장치(130), UV 산화장치(140), 제 1 저장탱크(150), 이산화탄소 순환펌프(151) 및 제 2 저장탱크(160)는 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생 공정이 완료된 후 활성탄 재생반응기(120)로부터 배출되는 배출물을 처리하기 위한 장치이다. 여기서, 2차 활성탄 재생 공정이 완료된 후 활성탄 재생반응기(120)로부터 배출되는 배출물은 초임계 상태가 해제된 기체 이산화탄소, 초임계 이산화탄소에 의해 활성탄으로부터 탈락된 유기오염물질, 기타 액상 성분 등의 혼합물이다.
상기 제습장치(130)는 활성탄 재생반응기(120)의 배출물에 포함되어 있는 액상 성분을 동결 등의 방법으로 제거하며, 상기 UV 산화장치(140)는 제습장치(130)에 의해 액상 성분이 제거된 배출물에 자외선을 조사하여 배출물에 포함되어 있는 유기오염물질을 산화, 분해시키는 역할을 한다. 상기 제습장치(130)와 UV 산화장치(140)에 의해 배출물에 포함된 액상 성분 및 유기오염물질이 제거되며, UV 산화장치(140)를 거치게 되면 기체 이산화탄소만이 잔존한다.
UV 산화장치(140)로부터 배출되는 기체 이산화탄소는 제 1 저장탱크(150)에 저장되며, 제 1 저장탱크(150)에 저장된 기체 이산화탄소는 이산화탄소 순환펌프(151)에 의해 가압되어 활성탄 재생반응기(120)에 공급된다. 이 때, UV 산화장치(140)로부터 배출된 기체 이산화탄소를 이산화탄소 순환펌프(151)를 이용하여 곧바로 활성탄 재생반응기(120)로 공급하지 않는 이유는, 음압 발생을 방지하기 위함이다. UV 산화장치(140)로부터 배출된 기체 이산화탄소를 이산화탄소 순환펌프(151)에 곧바로 공급하게 되면 이산화탄소 순환펌프(151)에 공급되는 기체 이산화탄소의 변동량에 따라 음압이 발생되어 이산화탄소 순환펌프(151)가 정상적으로 동작되지 않음과 함께 이산화탄소 순환펌프(151)가 파손된다.
제 1 저장탱크(150)에 저장된 기체 이산화탄소가 이산화탄소 순환펌프(151)에 의해 가압되어 활성탄 재생반응기(120)에 공급됨으로써 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생 공정은 반복하여 재실시될 수 있다. 이 때, 이산화탄소 순환펌프(151)에 의해 활성탄 재생반응기(120)에 공급되는 이산화탄소의 양이 부족하면, 이산화탄소 공급탱크(110)에 저장된 기체 이산화탄소가 이산화탄소 공급펌프(111)를 통해 추가 공급될 수 있다.
이와 같은 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생 공정의 반복 실시가 최종 완료되면, 제 1 저장탱크(150)에 저장된 기체 이산화탄소는 이산화탄소 순환펌프(151)를 통해 제 2 저장탱크(160)에 저장되며, 이를 통해 1차 활성탄 재생 및 2차 활성탄 재생으로 이루어진 일련의 활성탄 재생 공정은 완료된다.
상기의 구성 이외에 상기 활성탄 재생반응기(120)의 일측에는 압축공기 공급장치(190)가 더 구비되며, 상기 압축공기 공급장치(190)는 활성탄 재생반응기(120)에 압축공기를 공급하여 활성탄 재생반응기(120)에 잔존하는 청수 및 이물질을 제거하는 역할을 한다.
이상, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치에 대해 설명하였다. 다음으로, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치의 동작 즉, 활성탄 재생 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 먼저 활성탄 재생반응기(120)에 사용된 활성탄이 장입된다(S201). 사용된 활성탄은 활성탄 여과장치(10)로부터 공급된다. 이와 같은 상태에서, 청수공급장치(180)를 통해 활성탄 재생반응기(120)에 청수가 채워지며, 이어 오존공급장치(170)를 활성탄 재생반응기(120)에 오존이 공급된다.
청수가 채워진 상태에서 오존이 공급됨에 따라, 상술한 반응식 1과 같은 반응에 의해 수산화래디컬(·OH)이 발생되며, 수산화래디컬(·OH)에 의한 1차 활성탄 재생이 진행된다(S202). 수산화래디컬(·OH)은 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질을 산화, 분해시킨다. 수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생이 진행되는 과정에서 활성탄 재생반응기(120) 내의 활성탄은 교반기에 의해 교반된다.
수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생이 완료되면, 활성탄 재생반응기(120) 내의 청수 및 분해된 오염물질은 드레인배관을 통해 배출된다. 이어, 압축공기 공급장치(190)의 압축공기가 활성탄 재생반응기(120)에 공급되어 활성탄 재생반응기(120) 내의 잔존하는 청수, 오염물질이 제거된다(S203).
수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생 및 잔존 이물질 제거가 완료된 상태에서, 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생이 진행된다(S204). 구체적으로, 활성탄 재생반응기(120)가 가열장치(121)에 의해 일정 온도로 가열된 상태에서, 이산화탄소 공급장치에 저장되어 있는 기체 이산화탄소가 이산화탄소 공급펌프(111)에 의해 가압되어 활성탄 재생반응기(120)에 공급된다. 기체 이산화탄소가 일정 압력으로 가압됨과 함께 일정 온도로 가열됨에 따라, 활성탄 재생반응기(120) 내의 기체 이산화탄소는 초임계 이산화탄소로 변환된다.
활성탄 재생반응기(120) 내의 초임계 이산화탄소는 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질을 탈락시킨다. 즉, 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생이 진행되며, 이 과정에서 1차 활성탄 재생시와 마찬가지로 활성탄 재생반응기(120) 내의 활성탄은 교반기에 의해 교반된다.
초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생이 완료되면, 초임계 이산화탄소, 초임계 이산화탄소에 의해 활성탄으로부터 탈락된 유기오염물질, 유기오염물질의 분해에 의해 생성된 액상 성분 등은 활성탄 재생반응기(120)로부터 배출되는데, 초임계 이산화탄소는 초임계 압력 상태가 해제됨에 따라 기체 이산화탄소로 변환된다.
활성탄 재생반응기(120)로부터 배출된 배출물은 제습장치(130)와 UV 산화장치(140)를 순차적으로 거쳐 기체 이산화탄소만이 남게 되어 제 1 저장탱크(150)에 저장된다(S205)(S206). 제습장치(130)는 배출물의 액상 성분을 제거하며, UV 산화장치(140)는 배출물의 유기오염물질을 산화, 분해한다.
제 1 저장탱크(150)에 저장된 기체 이산화탄소는 이산화탄소 순환펌프(151)에 의해 재차 가압되어 활성탄 재생반응기(120)로 공급되며(S207), 이를 통해 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생을 반복 실시할 수 있다. 이 때, UV 산화장치(140)로부터 배출되는 기체 이산화탄소를 곧바로 이산화탄소 순환펌프(151)에 공급하지 않고 제 1 저장탱크(150)에 일시 저장한 후 이산화탄소 공급펌프(111)에 공급하는 이유는 상술한 바와 같이 음압 발생을 방지하기 위함이다.
초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생 공정이 최종 완료되면, 제 1 저장탱크(150)의 기체 이산화탄소는 이산화탄소 순환펌프(151)에 의해 제 2 저장탱크(160)에 저장되며(S208), 이를 통해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 1차 활성탄 재생 및 2차 활성탄 재생 등 일련의 과정이 최종적으로 완료된다. 활성탄 재생 방법이 완료된 상태에서, 활성탄 재생반응기(120) 내의 재생 활성탄은 호퍼(20)로 배출되고, 호퍼(20)의 재생 활성탄은 활성탄 여과장치(10)로 이송된다. 여기서, 제 2 저장탱크(160)에 저장된 기체 이산화탄소는 추후 2차 활성탄 재생 공정이 재실시되면 제 1 저장탱크(150)로 공급된다.
이상, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치 및 이를 이용한 활성탄 재생 방법에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치 및 이를 이용한 활성탄 재생 방법에 대해 설명하기로 한다.
앞서 언급한 바와 같이, 제 2 실시예는 초임계 이산화탄소와 오존을 활성탄 재생반응기(120)에 동시에 투입하여 오존의 산화력에 의한 활성탄 재생 및 초임계 이산화탄소에 의한 활성탄 재생이 동시에 진행되는 구성에 관한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치는 이산화탄소 공급탱크(110), 이산화탄소 공급펌프(111), 활성탄 재생반응기(120), 제습장치(130), UV 산화장치(140), 제 1 저장탱크(150), 이산화탄소 순환펌프(151), 제 2 저장탱크(160) 및 오존공급장치(170)를 포함하여 이루어진다. 이러한 장치 구성요소는 제 1 실시예와 실질적으로 동일하다 할 수 있는데, 제 2 실시예는 제 1 실시예에 대비하여 오존의 공급시점에 차이가 있으며, 이에 따라 활성탄 재생 방법의 구체적인 공정에 있어서 차이점이 있다.
제 1 실시예의 경우, 1차 활성탄 재생시에 오존이 공급되고 이어 2차 활성탄 재생시에 초임계 이산화탄소가 공급됨에 반해, 제 2 실시예에서는 오존과 초임계 이산화탄소가 함께 활성탄 재생반응기(120)에 공급된다.
오존공급장치(170)를 제외한 제 2 실시예에 따른 이산화탄소 공급탱크(110), 이산화탄소 공급펌프(111), 활성탄 재생반응기(120), 제습장치(130), UV 산화장치(140), 제 1 저장탱크(150), 이산화탄소 순환펌프(151) 및 제 2 저장탱크(160)는 그 역할이 제 1 실시예와 동일하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치를 이용한 활성탄 재생 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 먼저 활성탄 재생반응기(120)에 사용된 활성탄이 장입된 상태에서 청수를 채운다(S401). 이어, 교반기를 이용하여 활성탄을 교반시킴으로써 활성탄의 수세척을 진행한다(S402).
활성탄의 수세척이 완료되면 활성탄 재생반응기(120) 내의 청수 및 오염물질을 드레인배관을 통해 배출시킨다. 이어, 압축공기 공급장치(190)의 압축공기를 활성탄 재생반응기(120)에 공급하여 활성탄 재생반응기(120) 내의 잔존하는 청수, 오염물질을 제거한다(S403).
활성탄의 수세척이 완료된 상태에서, 오존과 초임계 이산화탄소의 동시 적용에 따른 활성탄 재생이 진행된다.
구체적으로, 활성탄 재생반응기(120)에 오존과 기체 이산화탄소가 동시에 공급된다(S404). 활성탄 재생반응기(120)가 가열장치(121)에 의해 일정 온도로 가열된 상태에서, 이산화탄소 공급장치에 저장되어 있는 기체 이산화탄소가 이산화탄소 공급펌프(111)에 의해 가압되어 활성탄 재생반응기(120)에 공급된다. 기체 이산화탄소가 일정 압력으로 가압됨과 함께 일정 온도로 가열됨에 따라, 활성탄 재생반응기(120) 내의 기체 이산화탄소는 초임계 이산화탄소로 변환된다. 기체 이산화탄소를 활성탄 재생반응기(120)에 공급하여 초임계 이산화탄소로 변환시키는 과정에서 오존공급장치(170)로부터 활성탄 재생반응기(120)에 오존이 공급된다. 이에 따라, 활성탄 재생반응기(120) 내에는 오존과 초임계 이산화탄소가 함께 존재하게 된다.
활성탄 재생반응기(120) 내의 초임계 이산화탄소는 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질을 탈락시키며, 활성탄 재생반응기(120) 내의 오존은 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질을 산화, 분해한다. 이 때, 활성탄 재생반응기(120) 내의 활성탄은 교반기에 의해 교반된다.
오존과 초임계 이산화탄소에 의한 활성탄 재생이 완료되면, 활성탄을 제외한 물질이 배출물로 활성탄 재생반응기(120)로부터 배출되는데, 해당 배출물은 초임계 이산화탄소, 초임계 이산화탄소에 의해 활성탄으로부터 탈락 또는 분해된 유기오염물질, 유기오염물질의 분해에 의해 생성된 액상 성분 등의 혼합물이며, 초임계 이산화탄소는 초임계 압력 상태가 해제됨에 따라 기체 이산화탄소로 변환된다. 또한, 오존은 활성탄 재생반응기(120) 내에서 유기오염물질과의 반응에 의해 이산화탄소(CO2) 또는 물(H2O)로 변환된다.
활성탄 재생반응기(120)로부터 배출된 배출물은 제습장치(130)와 UV 산화장치(140)를 순차적으로 거쳐 기체 이산화탄소만이 남게 되어 제 1 저장탱크(150)에 저장된다(S405)(S406). 제습장치(130)는 배출물의 액상 성분을 제거하며, UV 산화장치(140)는 배출물의 유기오염물질을 산화, 분해한다.
제 1 저장탱크(150)에 저장된 기체 이산화탄소는 이산화탄소 순환펌프(151)에 의해 재차 가압되어 활성탄 재생반응기(120)로 공급되며(S407), 이를 통해 이산화탄소의 재이용이 가능하게 된다. 이 때, UV 산화장치(140)로부터 배출되는 기체 이산화탄소를 곧바로 이산화탄소 순환펌프(151)에 공급하지 않고 제 1 저장탱크(150)에 일시 저장한 후 이산화탄소 공급펌프(111)에 공급하는 이유는 상술한 바와 같이 음압 발생을 방지하기 위함이다.
오존과 초임계 이산화탄소에 의한 활성탄 재생 공정이 최종 완료되면, 제 1 저장탱크(150)의 기체 이산화탄소는 이산화탄소 순환펌프(151)에 의해 제 2 저장탱크(160)에 저장되며(S408), 이에 따라 본 발명의 제 2 실시예에 따른 활성탄 재생 방법은 완료된다. 활성탄 재생이 완료된 상태에서, 활성탄 재생반응기(120) 내의 재생 활성탄은 호퍼(20)로 배출되고, 호퍼(20)의 재생 활성탄은 활성탄 여과장치(10)로 이송된다. 여기서, 제 2 저장탱크(160)에 저장된 기체 이산화탄소는 추후 활성탄 재생 공정이 재실시되면 제 1 저장탱크(150)로 공급된다.
10 : 활성탄 여과장치 20 : 호퍼
110 : 이산화탄소 공급탱크 111 : 이산화탄소 공급펌프
120 : 활성탄 재생반응기 121 : 가열장치
130 : 제습장치 140 : UV 산화장치
150 : 제 1 저장탱크 151 : 이산화탄소 순환펌프
160 : 제 2 저장탱크 170 : 오존공급장치
180 : 청수공급장치 190 : 압축공기 공급장치

Claims (7)

  1. 수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생 공간 및 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생 공간을 제공하는 활성탄 재생반응기;
    1차 활성탄 재생시 활성탄 재생반응기에 오존을 공급하는 오존공급장치;
    2차 활성탄 재생시, 이산화탄소 공급탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 일정 압력으로 활성탄 재생반응기에 공급하는 이산화탄소 공급펌프;
    2차 활성탄 재생시, 활성탄 재생반응기의 배출물에 포함되어 있는 액상 성분을 제거하는 제습장치;
    제습장치를 거친 배출물에 포함되어 있는 유기오염물질을 자외선으로 산화, 분해하는 UV 산화장치;
    UV 산화장치로부터 배출되는 기체 이산화탄소를 일시 저장하여, 이산화탄소 순환펌프에 의한 활성탄 재생반응기로의 기체 이산화탄소 공급시 음압 발생을 방지하는 제 1 저장탱크;
    제 1 저장탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 활성탄 재생반응기에 공급하는 이산화탄소 순환펌프; 및
    2차 활성탄 재생이 최종 완료되면 제 1 저장탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 이산화탄소 순환펌프를 통해 공급받아 저장하는 제 2 저장탱크;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    활성탄 재생반응기에 청수를 공급하는 청수공급장치; 및
    활성탄 재생반응기에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급장치;가 더 구비되며,
    상기 수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생은,
    활성탄 재생반응기에 사용된 활성탄이 장입된 상태에서 활성탄 재생반응기에 청수가 공급되는 과정과,
    오존공급장치로부터 활성탄 재생반응기에 오존이 공급되는 과정과,
    오존과 청수가 반응하여 수산화래디컬(·OH)이 생성되고, 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질이 수산화래디컬(·OH)에 의해 산화, 분해되는 과정과,
    활성탄 재생반응기 내의 청수 및 분해된 오염물질을 드레인배관을 통해 배출시키는 과정과,
    압축공기 공급장치의 압축공기를 활성탄 재생반응기에 공급하여 활성탄 재생반응기 내의 잔존하는 청수, 오염물질을 제거하는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생은,
    수산화래디컬에 의한 1차 활성탄 재생이 완료된 상태에서, 일정 온도로 가열된 활성탄 재생반응기에 일정 압력의 기체 이산화탄소가 이산화탄소 공급펌프를 통해 공급되는 과정과,
    일정 압력과 일정 온도의 기체 이산화탄소가 활성탄 재생반응기 내에서 초임계 이산화탄소로 변환되는 과정과,
    활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질이 초임계 이산화탄소에 의해 탈락되는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 초임계 이산화탄소에 의한 2차 활성탄 재생이 완료되면, 활성탄 재생반응기로부터 초임계 이산화탄소에 의해 활성탄으로부터 탈락된 유기오염물질, 유기오염물질의 분해에 의해 생성된 액상 성분, 기체 이산화탄소가 포함된 혼합물이 배출물로 배출되며,
    상기 배출물은 제습장치와 UV 산화장치를 순차적으로 거쳐 기체 이산화탄소만이 남게 되어 제 1 저장탱크에 저장되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치.
  5. 오존과 초임계 이산화탄소의 동시 적용에 따른 활성탄 재생 공간을 제공하는 활성탄 재생반응기;
    활성탄 재생반응기에 오존을 공급하는 오존공급장치;
    이산화탄소 공급탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 일정 압력으로 활성탄 재생반응기에 공급하는 이산화탄소 공급펌프;
    활성탄 재생반응기의 배출물에 포함되어 있는 액상 성분을 제거하는 제습장치;
    제습장치를 거친 배출물에 포함되어 있는 유기오염물질을 자외선으로 산화, 분해하는 UV 산화장치;
    UV 산화장치로부터 배출되는 기체 이산화탄소를 일시 저장하여, 이산화탄소 순환펌프에 의한 활성탄 재생반응기로의 기체 이산화탄소 공급시 음압 발생을 방지하는 제 1 저장탱크;
    제 1 저장탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 활성탄 재생반응기에 공급하는 이산화탄소 순환펌프;
    오존과 초임계 이산화탄소에 의한 활성탄 재생이 최종 완료되면 제 1 저장탱크에 저장된 기체 이산화탄소를 이산화탄소 순환펌프를 통해 공급받아 저장하는 제 2 저장탱크;
    활성탄의 수세척시 활성탄 재생반응기에 청수를 공급하는 청수공급장치; 및
    활성탄 재생반응기에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 활성탄의 수세척은,
    활성탄 재생반응기에 사용된 활성탄이 장입된 상태에서 활성탄 재생반응기에 청수가 공급되는 과정과,
    청수가 채워진 상태에서 활성탄을 교반하여 활성탄을 수세척하는 과정과,
    활성탄 재생반응기 내의 청수 및 오염물질을 드레인배관을 통해 배출시키는 과정과,
    압축공기 공급장치의 압축공기를 활성탄 재생반응기에 공급하여 활성탄 재생반응기 내의 잔존하는 청수, 오염물질을 제거하는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 오존과 초임계 이산화탄소의 동시 적용에 따른 활성탄 재생은,
    활성탄 재생반응기에 오존과 기체 이산화탄소가 동시에 공급되며,
    활성탄 재생반응기가 가열장치에 의해 일정 온도로 가열된 상태에서, 이산화탄소 공급장치에 저장되어 있는 기체 이산화탄소가 이산화탄소 공급펌프에 의해 가압되어 활성탄 재생반응기에 공급됨에 따라, 활성탄 재생반응기 내의 기체 이산화탄소는 초임계 이산화탄소로 변환되며,
    활성탄 재생반응기 내의 초임계 이산화탄소는 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질을 탈락시키며, 활성탄 재생반응기 내의 오존은 활성탄에 흡착되어 있는 유기오염물질을 산화, 분해하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소와 오존을 이용한 활성탄 재생장치.
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