KR20190070139A - Activated carbon regeneration device - Google Patents

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KR20190070139A
KR20190070139A KR1020170170667A KR20170170667A KR20190070139A KR 20190070139 A KR20190070139 A KR 20190070139A KR 1020170170667 A KR1020170170667 A KR 1020170170667A KR 20170170667 A KR20170170667 A KR 20170170667A KR 20190070139 A KR20190070139 A KR 20190070139A
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Abstract

An activated carbon regeneration apparatus of the present invention comprises: a reactor formed to receive regeneration water containing chloride ions; an anode disposed to be immersed in the regeneration water and made of a carbon material; a cathode disposed to be immersed in the regeneration water at a position spaced from the anode and made of a conductive material; and an electron exchange membrane which is wrapping at least a part of the cathode to prevent direct contact of a regeneration object activated carbon passing between the cathode and the anode and the cathode, and is selectively passing electrons to enable electron exchange between the activated carbon and the cathode. According to the present invention, since organic contaminants are oxidized by using an electrochemical reaction, activated carbon can be regenerated without loss of activated carbon due to high temperature, additional costs for chemicals or generation of secondary contaminants.

Description

활성탄 재생 장치{ACTIVATED CARBON REGENERATION DEVICE}[0001] ACTIVATED CARBON REGENERATION DEVICE [0002]

본 발명은 유기성 오염물로 포화된 활성탄을 전기화학적으로 산화시켜 재생하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for electrochemically oxidizing and regenerating activated carbon saturated with organic contaminants.

활성탄(active carbon)은 탄소질로 형성된 물질이며, 강한 흡착성을 갖는다. 따라서 활성탄은 기체나 습기의 흡수 또는 탈색제로 사용된다. 활성탄은 수처리 과정에서 유기성 오염물의 흡착에도 이용될 수 있다. 활성탄의 강한 흡착력을 수중에 존재하는 유기성 오염물까지 활성탄의 표면에 흡착되게 한다.Active carbon is a material formed from carbonaceous materials and has strong adsorption properties. Therefore, activated carbon is used as an absorbent or decolorizer for gases and moisture. Activated carbon can also be used for the adsorption of organic pollutants during the water treatment process. The strong adsorption force of the activated carbon is adsorbed on the surface of the activated carbon to the organic contaminants present in the water.

이와 같이 활성탄은 수처리에 효과적으로 이용될 수 있는 장점을 가지고 있으나, 무한한 흡착 용량을 갖는 것은 아니다. 따라서 활성탄의 지속적인 사용을 위해서는 유기성 오염물로 포화된 활성탄을 재생하는 과정을 반드시 거쳐야 한다.Thus, although activated carbon has an advantage that it can be effectively used for water treatment, it does not have an infinite adsorption capacity. Therefore, for the continuous use of activated carbon, the process of regenerating activated carbon saturated with organic contaminants must be performed.

활성탄의 재생이란 활성탄에 포화된 유기성 오염물 등을 물리/화적적 등의 방법을 이용하여 활성탄으로부터 분리해 내는 작업을 가리킨다. 기존에는 고온으로 활성탄을 가열하는 열상화 방법, 약액을 활성탄에 주입하는 방법 등으로 활성탄을 재생하였다.Regeneration of activated carbon refers to the operation of separating organic contaminants saturated with activated carbon from the activated carbon by physical / chemical methods. In the past, activated carbon was regenerated by a method of heating activated carbon at a high temperature and a method of injecting a chemical solution into activated carbon.

그러나 열상화 방법은 고에너지를 필요로하며 활성탄의 손실을 유발하는 문제를 갖고 있었다. 또한 약액을 이용하는 방법은 화학약품에 대한 추가적 비용 발생과 재생 후 2차 오염물 발생이라는 문제를 갖고 있었다.However, the liquefaction method requires high energy and has a problem of causing loss of activated carbon. In addition, the method using the chemical solution had a problem of incurring an additional cost for the chemical and generating secondary pollutants after regeneration.

특허문헌 1. 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0022306호(2011.03.07.)Patent Document 1: Korean Published Patent Application No. 10-2011-0022306 (Mar. 특허문헌 2. 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0132873호(2012.12.10.)Patent Document 2: Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0132873 (2012.12.10.)

본 발명의 일 목적은 활성탄의 손실, 화학 약품에 대한 추가 비용이나 2차 오염물 발생 없이 활성탄을 재생할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide an apparatus capable of regenerating activated carbon without loss of activated carbon, additional costs for chemicals, or secondary pollutants.

본 발명의 다른 일 목적은 활성탄의 표면뿐만 아니라 활성탄의 미세 공극에 존재하는 유기성 오염물을 제거 가능한 장치를 제시하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide an apparatus capable of removing organic contaminants present on the surface of activated carbon as well as in micropores of activated carbon.

본 발명의 또 다른 일 목적은 활성탄 재생에 소모되는 전력을 종래보다 감축 가능한 구성의 활성탄 재생 장치를 제안하기 위한 것이다.Yet another object of the present invention is to propose an activated carbon recycling apparatus having a constitution capable of reducing the power consumed in the regeneration of activated carbon.

본 발명의 활성탄 재생 장치는, 염소 이온(chloride ion)을 포함하는 재생수를 수용하도록 형성되는 반응기; 상기 재생수에 침지되도록 배치되고, 탄소 소재로 이루어지는 애노드(anode); 상기 애노드로부터 이격된 위치에서 상기 재생수에 침지되도록 배치되고, 전도성 소재로 이루어지는 캐소드(cathode); 및 상기 캐소드와 상기 애노드의 사이를 통과하는 재생 대상 활성탄과 상기 캐소드의 직접적인 접촉을 방지하도록 상기 캐소드의 적어도 일부를 감싸고, 상기 활성탄과 상기 캐소드 간의 전자 교환을 가능하게 하도록 전자를 선택적으로 통과시키는 전자 교환막을 포함한다.The activated carbon regeneration apparatus of the present invention comprises: a reactor configured to receive regenerated water containing chloride ions; An anode disposed to be immersed in the regenerated water and made of a carbon material; A cathode arranged to be immersed in the reclaimed water at a position spaced apart from the anode, the cathode being made of a conductive material; And an electron gun for selectively passing electrons through the cathode to surround at least a part of the cathode so as to prevent direct contact between the cathode and the anode and the cathode to be regenerated to enable electron exchange between the activated carbon and the cathode, Exchange membrane.

상기 애노드와 상기 캐소드는 상하 방향을 따라 서로 이격된 위치에서 마주보도록 배치된다.The anode and the cathode are arranged to face each other at positions spaced apart from each other along the vertical direction.

상기 애노드는 상기 활성탄의 재생 과정 동안 상기 활성탄과 접촉 상태를 유지하고, 상기 캐소드는 상기 활성탄의 재생 과정 동안 상기 활성탄으로부터 이격 상태를 유지한다.The anode maintains contact with the activated carbon during the regeneration of the activated carbon, and the cathode maintains a space from the activated carbon during regeneration of the activated carbon.

상기 전자 교환막은 상기 활성탄의 재생 과정 동안 상기 활성탄과 접촉 상태를 유지한다.The electronic exchange membrane maintains contact with the activated carbon during the regeneration of the activated carbon.

상기 애노드는 상기 활성탄의 자중에 의해 상기 활성탄과 접촉 상태를 유지하도록 상기 캐소드보다 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생 장치.Wherein the anode is disposed at a position lower than the cathode so as to maintain contact with the activated carbon due to the self weight of the activated carbon.

상기 캐소드는, 상기 애노드를 마주보는 제1 면; 상기 제1 면의 반대측에 배치되는 제2 면을 포함하고, 상기 전자 교환막은 상기 제1 면을 감싼다.The cathode includes a first side facing the anode; And a second surface disposed on the opposite side of the first surface, wherein the electronic exchange membrane surrounds the first surface.

상기 캐소드와 상기 전자 교환막의 사이에 전해질이 채워진다.An electrolyte is filled between the cathode and the electronic exchange membrane.

상기 캐소드는 스테인리스 스틸, 백금(Pt), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나로 구성된다.The cathode is made of at least one of stainless steel, platinum (Pt), and tin (Sn).

상기 애노드는 유연성을 가지며, 상기 활성탄을 연속적으로 운반하도록 벨트 컨베이어의 루프를 형성한다.The anode has flexibility and forms a loop of a belt conveyor to continuously convey the activated carbon.

상기 활성탄 재생 장치는 애노드에 전기를 공급하도록 형성되는 집전 장치를 더 포함하고, 상기 집전 장치는 상기 재생수에 침지되도록 배치되고, 상기 애노드의 하측에서 상기 애노드를 지지하도록 형성된다.The activated carbon regenerating apparatus further includes a current collector formed to supply electricity to the anode, and the current collector is arranged to be immersed in the regenerated water, and is formed to support the anode below the anode.

상기 활성탄이 상기 애노드와 상기 캐소드의 사이를 통과하는 동안, 상기 활성탄 재생 장치는 전기화학반응을 일으키고, 상기 활성탄의 표면에 흡착된 오염물을 산화시키는 OH라디칼(OH·)을 생성한다.While the activated carbon passes between the anode and the cathode, the activated carbon regenerator generates an electrochemical reaction and generates an OH radical (OH.) Which oxidizes contaminants adsorbed on the surface of the activated carbon.

상기 활성탄 재생 장치는 상기 염소 이온과 상기 OH라디칼의 전기화학반응을 일으키고, 상기 활성탄의 공극에 침투된 오염물을 산화시키는 OCl라디칼을 생성한다.The activated carbon regenerator generates an electrochemical reaction between the chlorine ion and the OH radical and generates an OCl radical that oxidizes the contaminant penetrated into the pore of the activated carbon.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 전기화학반응을 이용하여 유기성 오염물을 산화시키므로 고온에 의한 활성탄의 손실, 화학 약품에 대한 추가 비용이나 2차 오염물 발생 없이 활성탄을 재생할 수 있으며, 운전이 용이하다.According to the present invention, since the organic contaminants are oxidized using the electrochemical reaction, the activated carbon can be regenerated without the loss of the activated carbon due to the high temperature, the additional cost for the chemical, and the secondary contaminants, .

또한 본 발명의 활성탄 제거 장치에 의하면, 활성탄의 표면에 흡착된 유기성 오염물은 OH라디칼을 이용하여 제거할 수 있으며, 활성탄의 미세 공극에 흡착된 유기성 오염물은 OCl라디칼을 이용하여 제거할 수 있다.In addition, according to the present invention, organic contaminants adsorbed on the surface of activated carbon can be removed using OH radicals, and organic contaminants adsorbed on micropores of activated carbon can be removed using OCl radicals.

또한 본 발명은, 전자 교환막에 의해 캐소드와 활성탄 간의 직접 접촉을 방지할 수 있고, 캐소드와 애노드 간의 거리를 최소화하면서 전기화학반응을 일으킬 수 있다. 이에 따라 본 발명의 활성탄 재생 장치를 이용하면 활성탄 재생에 필요한 소모 전력을 종래보다 절감할 수 있다.Further, the present invention can prevent the direct contact between the cathode and the activated carbon by the electronic exchange membrane, and can cause the electrochemical reaction while minimizing the distance between the cathode and the anode. Accordingly, by using the activated carbon regenerating apparatus of the present invention, the consumed electric power required for regeneration of activated carbon can be reduced as compared with the prior art.

또한 본 발명은, 애노드를 벨트 컨베이어의 루프로 구성하여 다수의 활성탄을 연속적으로 운반하면서 재생할 수 있다.Further, the present invention can constitute the loop of the belt conveyor so that the anode can be regenerated while continuously conveying a plurality of activated carbons.

도 1은 본 발명에서 제공하는 활성탄 재생 장치의 개념도다.
도 2는 본 발명에서 제공하는 활성탄 재생 장치에 의해 재생 대상 활성탄이 재생되는 과정을 보인 개념도다.
도 3은 본 발명에서 제공하는 활성탄 재생 장치의 다른 실시예를 보인 개념도다.
도 4a와 도 4b는 본 발명에서 제공하는 활성탄 재생 장치의 소모 전력 감소 효과를 설명하기 위한 그래프들이다.1 is a conceptual view of an activated carbon regeneration apparatus provided in the present invention.
2 is a conceptual view showing a process of regenerating activated carbon to be regenerated by the activated carbon regeneration apparatus provided in the present invention.
3 is a conceptual view showing another embodiment of the activated carbon regeneration apparatus provided in the present invention.
4A and 4B are graphs for explaining the power consumption reduction effect of the activated carbon recycling apparatus provided in the present invention.

이하, 본 발명에 관련된 활성탄 재생 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, an activated carbon regeneration apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification, the same reference numerals are given to the same components in different embodiments, and the description thereof is replaced with the first explanation. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은 본 발명에서 제공하는 활성탄 재생 장치(100)의 개념도다.1 is a conceptual view of an activated carbon recycling apparatus 100 provided in the present invention.

활성탄 재생 장치(100)는 반응기(110), 애노드(120), 캐소드(130) 및 전자 교환막(140)을 포함한다.The activated carbon regeneration apparatus 100 includes a reactor 110, an anode 120, a cathode 130, and an electronic exchange membrane 140.

반응기(110)는 그 내측에 재생수(111)를 수용하도록 형성된다. 반응기(110)는 전기화학적 내성과 전기적 절연성을 가진 ABS 수지 또는 폴리스티렌 등으로 형성될 수 있다.The reactor 110 is formed to receive the regeneration water 111 inside thereof. The reactor 110 may be formed of ABS resin or polystyrene having electrochemical resistance and electrical insulation.

상기 재생수(111)에는 염소 이온(chloride ion)이 함유되어 있다. 예를 들어 재생수(111)에는 염화나트륨이 용해되어 있을 수 있다. 재생수(111)에 함유된 염소 이온은 후술하게 될 OH라디칼과 전기화학반응을 일으켜 OCl라디칼을 생성하게 된다.The regenerated water 111 contains chloride ions. For example, sodium chloride may be dissolved in the replenishing water 111. The chlorine ions contained in the reclaimed water 111 are electrochemically reacted with OH radicals to be described later to generate OCl radicals.

애노드(120)(anode)와 캐소드(130)(cathode)는 반응기(110)의 재생수(111)에 침지되도록 배치된다. 애노드(120)와 캐소드(130)는 서로 이격되도록 배치된다.The anode 120 and the cathode 130 are arranged so as to be immersed in the regeneration water 111 of the reactor 110. The anode 120 and the cathode 130 are arranged to be spaced apart from each other.

애노드(120)는 탄소 소재로 이루어진다. 애노드(120)에는 집전 장치를 통해 전기가 공급될 수 있다. 재생 대상 활성탄(AC)이 반응기(110)로 공급되어 애노드(120)에 접촉하게 되면, 전자가 애노드(120)로부터 활성탄으로 흐르게 된다.The anode 120 is made of carbon material. Electricity may be supplied to the anode 120 through a current collector. When activated carbon to be regenerated is supplied to the reactor 110 and contacts the anode 120, electrons flow from the anode 120 to the activated carbon.

캐소드(130)는 재생수(111)에 의해 손상되지 않는 전도성 소재로 이루어진다. 예를 들어 캐소드(130)는 스테인리스 스틸, 백금(Pt), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.The cathode 130 is made of a conductive material which is not damaged by the replenishing water 111. For example, the cathode 130 may be composed of at least one of stainless steel, platinum (Pt), and tin (Sn).

활성탄의 재생을 위해 재생 대상 활성탄이 애노드(120)에 접촉되어야 하는 것과 달리, 캐소드(130)는 활성탄과 직접 접촉되지 않아야 한다. 만일 활성탄이 애노드(120)와 캐소드(130)에 모두 접촉하게 되면, 전기화학반응이 일어나는 것이 아니라 전자가 흐르게 된다.Unlike the case where the activated carbon to be regenerated should be in contact with the anode 120 for regeneration of the activated carbon, the cathode 130 should not be in direct contact with the activated carbon. If the activated carbon contacts both the anode 120 and the cathode 130, an electrochemical reaction does not occur but electrons flow.

그러나 애노드(120)와 캐소드(130) 사이의 간격이 늘어나게 되면, 활성탄의 재생을 위해 필요한 전력 소모가 증가하게 된다. 따라서 캐소드(130)는 활성탄과 직접 접촉되지 않으면서도, 애노드(120)와는 최소한의 간격을 유지하는 것이 바람직하다. 전자 교환막(140)이 바로 이 역할을 한다.However, if the distance between the anode 120 and the cathode 130 is increased, the power consumption required for regeneration of the activated carbon is increased. Therefore, it is preferable that the cathode 130 be kept at a minimum distance from the anode 120, while not directly contacting the activated carbon. The electronic exchange membrane 140 plays this role.

전자 교환막(140)은 캐소드(130)와 애노드(120) 사이를 통과하는 재생 대상 활성탄과 캐소드(130)의 직접적인 접촉을 방지하도록 캐소드(130)의 적어도 일부를 감싼다. 예를 들어 캐소드(130)가 애노드(120)를 마주보는 제1 면과, 상기 제1 면의 반대측에 배치되는 제2 면을 포함한다고 하면, 전자 교환막(140)은 상기 제1 면을 감쌀 수 있다. 다만, 전자 교환막(140)이 제1 면을 감싼다는 의미가 제2 면까지 감싸는 구성을 배제하는 것은 아니다. 전자 교환막(140)이 캐소드(130)를 감싸면 캐소드(130)와 애노드(120) 사이의 직접적인 접촉은 차단된다.The electron exchange membrane 140 surrounds at least a portion of the cathode 130 to prevent direct contact between the cathode 130 and the regenerated activated carbon passing between the cathode 130 and the anode 120. For example, if the cathode 130 includes a first surface facing the anode 120 and a second surface opposite to the first surface, the electronic exchange membrane 140 may cover the first surface have. However, it does not exclude the configuration in which the electronic exchange membrane 140 covers the first surface in the sense that it covers the second surface. When the electron exchange film 140 surrounds the cathode 130, the direct contact between the cathode 130 and the anode 120 is blocked.

전자 교환막(140)은 전자를 선택적으로 통과시키도록 형성된다. 재생수(111)에는 물과 이온이 함유되어 있으나, 전자 교환막(140)은 전자만을 선택적으로 통과시키므로, 물과 이온은 전자 교환막(140)을 통과하지 못한다. 예컨대 상용화된 나피온 멤브레인(Nafion membrane)은 전자를 선택적으로 통과시킬 수 있다. 이에 따라 전자 교환막(140)은 서로 비접촉 상태인 활성탄과 캐소드(130) 간의 전자 교환을 가능하게 한다.The electron exchange film 140 is formed to selectively pass electrons. Water and ions are contained in the replenishment water 111, but water and ions can not pass through the electronic exchange membrane 140 because the electronic exchange membrane 140 selectively passes only electrons. For example, a commercialized Nafion membrane can selectively pass electrons. Thus, the electron exchange film 140 enables electron exchange between the activated carbon and the cathode 130 in a non-contact state with each other.

애노드(120)와 캐소드(130) 사이의 거리(D)는 활성탄의 재생을 위한 전기화학반응의 소모 전력에 영향을 미친다. 따라서 소모 전력 절감을 위해서는 애노드(120)와 캐소드(130) 간의 거리가 가까울수록 바람직하다. 애노드(120)와 캐소드(130) 간의 거리를 더 가깝게 하기 위해 전자 교환막(140)은 재생 과정 동안 활성탄과 접촉 상태를 유지할 수도 있다.The distance D between the anode 120 and the cathode 130 affects the power consumption of the electrochemical reaction for the regeneration of activated carbon. Therefore, in order to reduce power consumption, the closer the distance between the anode 120 and the cathode 130 is, the more preferable. In order to further reduce the distance between the anode 120 and the cathode 130, the electronic exchange membrane 140 may maintain contact with activated carbon during the regeneration process.

다만, 전자 교환막(140)이 재생 과정 동안 활성탄과 접촉 상태를 유지한다는 것은 전자 교환막(140)의 기능이 100% 담보된다는 전제 하에서다. 만일 전자 교환막(140)이 캐소드(130)와 활성탄을 물리적으로 이격시키지 못한다면 재생 과정 동안 활성탄과 전자 교환막(140)은 최소 간격으로 서로 이격되는 것이 바람직하다.The reason why the electronic exchange membrane 140 maintains contact with the activated carbon during the regeneration process is that the function of the electronic exchange membrane 140 is 100% guaranteed. If the electronic exchange membrane 140 does not physically separate the cathode 130 and the activated carbon, it is preferable that the activated carbon and the electronic exchange membrane 140 are spaced apart from each other by a minimum distance during the regeneration process.

애노드(120)와 캐소드(130) 간의 거리는 활성탄의 크기에 비례하여 커질 수 있다. 그러나 수처리 분야에서 일반적으로 사용되는 활성탄의 크기를 고려할 때 애노드(120)와 캐소드(130) 간의 거리는 2cm이하인 것이 바람직하다.The distance between the anode 120 and the cathode 130 can be increased in proportion to the size of the activated carbon. However, considering the size of activated carbon generally used in the water treatment field, the distance between the anode 120 and the cathode 130 is preferably 2 cm or less.

전자 교환막(140)의 일면에 활성탄이 접촉되고, 타면에 캐소드(130)가 접촉되더라도 활성탄과 캐소드(130)는 여전히 서로 이격되어 있는 것으로 이해되어야 한다. 이를테면 활성탄과 캐소드(130)가 직접 접촉되지 않는다면, 전자 교환막(140)의 일면에 활성탄이 접촉되고 타면에 캐소드(130)가 접촉되는 구조도 여전히 활성탄과 캐소드(130)가 서로 이격되어 있다고 보아야 한다.It is to be understood that the activated carbon and the cathode 130 are still separated from each other even if the activated carbon contacts the one surface of the electronic exchange membrane 140 and the cathode 130 contacts the other surface. For example, if the activated carbon and the cathode 130 are not in direct contact with each other, the activated carbon and the cathode 130 are in contact with one side of the electronic exchange membrane 140, .

캐소드(130)와 전자 교환막(140)은 직접 접촉될 수도 있으나, 캐스도와 전자 교환막(140)의 사이에 전해질이 채워질 수도 있다. 전해질을 통해 전자가 흐를 수 있으므로, 캐스도와 전자 교환막(140)의 사이에 전해질이 채워지더라도 활성탄 재생 장치(100)에서 전기화학반응이 일어나는 것에는 영향이 없다.The cathode 130 and the electronic exchange membrane 140 may be in direct contact with each other, but an electrolyte may be filled between the cascade and the electronic exchange membrane 140. Electrons can flow through the electrolyte, so that even if the electrolyte is filled between the caster and the electronic exchange membrane 140, the electrochemical reaction in the activated carbon regeneration apparatus 100 is not affected.

애노드(120)에서 활성탄으로 전자가 공급되고, 활성탄과 캐소드(130) 간의 전자 교환이 발생하게 되면 전기화학반응이 일어나게 된다. 활성탄으로 전자를 공급하기 위해 애노드(120)는 활성탄의 재생 과정 동안 활성탄과 접촉 상태를 유지해야 한다. 반면 전기화학반응을 일으키기 위해 캐소드(130)는 활성탄의 재생 과정 동안 활성탄으로부터 이격 상태를 유지해야 한다.When electrons are supplied from the anode 120 to the activated carbon and electrons are exchanged between the activated carbon and the cathode 130, an electrochemical reaction occurs. To supply electrons with activated carbon, the anode 120 must remain in contact with the activated carbon during the regeneration of the activated carbon. On the other hand, in order to cause an electrochemical reaction, the cathode 130 must maintain a space from the activated carbon during the regeneration process of the activated carbon.

애노드(120)와 캐소드(130)는 상하 방향을 따라 서로 이격된 위치에서 마주보도록 배치될 수 있다. 특히 애노드(120)가 캐소드(130)보다 낮은 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 그래야 재생을 위해 활성탄이 애노드(120)와 캐소드(130) 사이를 통과하는 동안 활성탄이 자중에 의해 애노드(120)에 접촉된 상태를 유지할 수 있기 때문이다. 활성탄이 자중에 의해 애노드(120)에 접촉된 상태를 유지하면 별도의 접합 물질이 불필요하다.The anode 120 and the cathode 130 may be arranged to face each other at positions spaced apart from each other along the vertical direction. In particular, it is preferable that the anode 120 is disposed at a position lower than the cathode 130. This is because the activated carbon can maintain contact with the anode 120 due to its own weight while the activated carbon passes between the anode 120 and the cathode 130 for regeneration. If the activated carbon is kept in contact with the anode 120 by its own weight, a separate bonding material is unnecessary.

마찬가지로 다수의 활성탄이 자중에 의해 애노드(120)와 접촉된 상태에서 연속적으로 재생되기 위해서는, 애노드(120)와 캐소드(130)가 수직 방향보다 수평 방향에 가까운 방향으로 연장되는 것이 바람직하다. 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 애노드(120)와 캐소드(130)가 수평 방향으로 연장되면, 다수의 활성탄이 수평 방향으로 운반되면서 애노드(120)와 접촉된 상태를 유지하게 되고, 연속적으로 재생될 수 있다.It is preferable that the anode 120 and the cathode 130 extend in a direction closer to the horizontal direction than the vertical direction so that a large number of activated carbons can be continuously regenerated while being in contact with the anode 120 by their own weight. For example, as shown in FIG. 1, when the anode 120 and the cathode 130 are extended in the horizontal direction, a plurality of activated carbons are transported in the horizontal direction and remain in contact with the anode 120, .

활성탄이 애노드(120)와 캐소드(130)의 사이를 통과하는 동안, 활성탄 재생 장치(100)에서는 전기화학반응이 일어나고, 재생수(111)의 물 분자가 분해되면서 OH라디칼(OH·)이 생성된다.While the activated carbon passes between the anode 120 and the cathode 130, an electrochemical reaction occurs in the activated carbon recycling apparatus 100, and water molecules of the regenerated water 111 are decomposed to generate OH radicals OH. .

다음으로는 OH라디칼에 의한 유기성 오염물의 제거 과정과 그 후속 과정을 통한 활성탄의 재생에 대하여 설명한다.Next, the removal process of organic contaminants by OH radicals and the regeneration of activated carbon by the subsequent process will be explained.

도 2는 본 발명에서 제공하는 활성탄 재생 장치에 의해 재생 대상 활성탄(AC)이 재생되는 과정을 보인 개념도다.2 is a conceptual view showing a process of regenerating activated carbon (AC) to be regenerated by the activated carbon regenerating apparatus provided in the present invention.

유기성 오염물(Org)은 활성탄(AC)의 표면(11)에 흡착될 뿐만 아니라 활성탄(AC)의 미세 공극(12)에도 침투된다. 활성탄(AC)의 충분한 재생을 위해서는 활성탄(AC)의 표면(11)에 흡착된 유기성 오염물(Org)과 활성탄의 미세 공극(12)에 침투된 유기성 오염물(Org)까지 제거해야 한다.Organic contaminants (Org) not only adsorb on the surface 11 of the activated carbon (AC) but also penetrate into the microvoids 12 of the activated carbon (AC). Organic contaminants (Org) adsorbed on the surface (11) of the activated carbon (AC) and organic contaminants (Org) penetrated into the microvoids (12) of the activated carbon must be removed for sufficient regeneration of the activated carbon (AC).

OH라디칼은 전기화학반응에 의해 캐소드의 표면 또는 활성탄(AC)의 표면에 생성된다. OH라디칼(OH·)은 활성탄의 표면에 흡착된 유기성 오염물을 산화시킨다. OH라디칼은 유기성 오염물을 산화시킨 후 다시 물로 환원된다.OH radicals are generated on the surface of the cathode or on the surface of activated carbon (AC) by an electrochemical reaction. The OH radical (OH) oxidizes organic contaminants adsorbed on the surface of activated carbon. The OH radical oxidizes organic contaminants and is then reduced to water.

다만 OH라디칼은 라이프 사이클이 짧기 때문에 활성탄의 미세 공극(12)까지 침투하여 상기 미세 공극에 흡착된 유기성 오염물을 제거할 수는 없다. 대신 OCl라디칼이 이 역할을 한다.However, since the OH radical has a short life cycle, it can not penetrate into the microvoids 12 of the activated carbon to remove the organic contaminants adsorbed on the microvoids. Instead, the OCl radical plays a role.

OH라디칼이 재생수에 포함되어 있는 염소 이온과 만나면 전기화학반응이 일어나게 되고, 이 전기화학반응에 의해 OCl라디칼이 생성된다. OCl라디칼은 OH라디칼에 비해 라이프 사이클이 길기 때문에 활성탄의 미세 공극(12)까지 침투할 수 있으며, 상기 미세 공극(12)에 흡착되어 있는 유기성 오염물을 산화시켜 활성탄으로부터 제거할 수 있다.When the OH radical meets the chlorine ion contained in the reclaimed water, an electrochemical reaction occurs, and this electrochemical reaction generates an OCl radical. Since the OCl radical has a longer lifecycle than the OH radical, it can penetrate into the microvoids 12 of the activated carbon, and the organic contaminants adsorbed on the microvoids 12 can be oxidized and removed from the activated carbon.

따라서 본 발명에서 제공하는 활성탄 재생 장치에 의하면 활성탄의 표면(11)뿐만 아니라 미세 공극(12)에 흡착된 유기성 오염물까지 제거할 수 있다. 본 발명의 활성탄 재생 장치는 전기화학반응을 이용하여 유기성 오염물을 산화시키는 재생 방법을 이용하기 때문에 운전이 용이하다는 장점을 갖는다.Therefore, according to the activated carbon regeneration apparatus of the present invention, not only the surface 11 of the activated carbon but also organic contaminants adsorbed on the microvoids 12 can be removed. The activated carbon regeneration apparatus of the present invention has an advantage that it is easy to operate because it uses a regeneration method for oxidizing organic pollutants using an electrochemical reaction.

이하에서는 활성탄 재생 장치의 다른 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, another embodiment of the activated carbon regeneration apparatus will be described.

도 3은 본 발명에서 제공하는 활성탄 재생 장치(200)의 다른 실시예를 보인 개념도다.3 is a conceptual view showing another embodiment of the activated carbon recycling apparatus 200 provided in the present invention.

활성탄(AC)을 연속적으로 재생하기 위해서는 재생 대상 활성탄을 활성탄 재생 장치(200)에 연속적으로 공급하는 구성과, 반응기(210) 내에서 연속적으로 운반하면서 재생하는 구성, 그리고 재생 완료된 활성탄을 활성탄 재생 장치(200)로부터 인출하는 구성이 갖추어져야 한다. 도 3에서는 이러한 구성의 일 예를 보이고 있다.In order to continuously regenerate the activated carbon (AC), there is a configuration in which the activated carbon to be regenerated is continuously supplied to the activated carbon regeneration apparatus 200, a configuration in which the regenerated carbon is continuously transported in the reactor 210, (Not shown). FIG. 3 shows an example of such a configuration.

애노드(220)는 유연성을 갖는 탄소 소재로 구성될 수 있다. 예컨대 카본 크로스(carbon cloth)는 전기전도성, 유연성을 모두 갖추고 있다. 애노드(220)는 반응기(210) 내에서 활성탄을 연속적으로 운반하도록 벨트 컨베이어의 루프를 형성할 수 있다.The anode 220 may be made of a carbon material having flexibility. For example, carbon cloth is both electrically conductive and flexible. The anode 220 may form a loop of a belt conveyor to continuously convey activated carbon within the reactor 210.

벨트 컨베이어란 서로 이격된 풀리(250)(pulley)에 루프가 감겨진 물품 운반 장치를 가리킨다. 풀리(250)가 회전하게 되면, 풀리(250)에 감겨진 루프가 움직이면서 루프 위에 올려진 물품을 운반하게 된다.The belt conveyor refers to a goods conveying device in which a loop is wound around pulleys 250 spaced from each other. When the pulley 250 rotates, the loop wound on the pulley 250 moves and carries the article placed on the loop.

애노드(220)가 벨트 컨베이어의 풀리(250)에 감긴 루프를 형성하게 되면, 다수의 활성탄이 애노드(220)에 의해 연속적으로 운반될 수 있다. 애노드(220)에 의해 운반되는 과정 동안 애노드(220)를 마주보는 캐소드(230)를 만나게 되어 전기화학반응이 발생한다.When the anode 220 forms a loop wrapped around the pulley 250 of the belt conveyor, a plurality of activated carbons can be continuously carried by the anode 220. During the process carried by the anode 220, the cathode 220 facing the anode 220 meets the electrochemical reaction.

도 1에서 설명된 활성탄 재생 장치(100)의 애노드(120)가 고정되어 있는 것 달리 도 3에 보인 활성탄 재생 장치(200)의 애노드(220)는 움직인다. 따라서 움직이는 애노드(220)에 전기를 공급하기 위한 집전 장치(260)(pantagraph)가 필요하다.The anode 220 of the activated carbon reproducing apparatus 100 shown in FIG. 1 is fixed. In contrast, the anode 220 of the activated carbon reproducing apparatus 200 shown in FIG. 3 moves. Therefore, a current collector 260 (pantagraph) for supplying electricity to the moving anode 220 is required.

집전 장치(260)는 재생수(211)에 침지되도록 배치된다. 그리고 집전 장치(260)는 하측에서 애노드(220)를 지지하도록 형성된다. 애노드(220) 위로 활성탄이 운반되므로, 집전 장치(260)가 애노드(220)를 하측에서 지지한다면 활성탄의 운반을 방해하지 않으면서 애노드(220)로 전기를 공급할 수 있다.The current collector 260 is arranged to be immersed in the regenerated water 211. And the current collector 260 is formed to support the anode 220 from the lower side. Since the activated carbon is carried on the anode 220, if the current collector 260 supports the anode 220 from the lower side, electricity can be supplied to the anode 220 without obstructing the transportation of the activated carbon.

활성탄 재생 장치(200)는 재생 대상 활성탄을 반응기(210)로 공급하거나, 재생이 완료된 활성탄을 반응기(210)로부터 인출하는 구성도 벨트 컨베이어 형태를 가질 수 있다. 도 3에서는 재생이 완료된 활성탄을 애노드(220)로부터 공급받아 반응기(210) 밖으로 인출하는 인출 장치(270)가 도시되어 있다. 반응기(210)로 활성탄을 애노드(220)로 공급하기 위한 공급 장치(미도시)도 인출 장치(270)와 유사한 형성을 가질 수 있다. 인출 장치(270)의 루프는 전기적 절연성을 갖는다.The activated carbon regeneration apparatus 200 may have a belt conveyor configuration in which the activated carbon to be regenerated is supplied to the reactor 210 or the regenerated activated carbon is drawn out from the reactor 210. 3, there is shown a drawing device 270 that receives the regenerated activated carbon from the anode 220 and takes it out of the reactor 210. A feeder (not shown) for feeding activated carbon to the anode 220 to the reactor 210 may also have a formation similar to the drawer 270. The loop of the drawing device 270 has electrical insulation.

이와 같은 구성은 벨트 컨베이어의 길이나 회전 속도를 조절하여 활성탄의 재생 주기나 규모를 변경할 수 있다. 이에 따라 활성탄으로부터 다양한 유기성 오염물을 제거 가능하며, 대규모 또는 소규모에도 유연하여 실적용될 수 있다.Such a configuration can change the regeneration cycle and size of activated carbon by adjusting the length and rotation speed of the belt conveyor. Accordingly, it is possible to remove various organic contaminants from activated carbon, and it can be practically applied because it is flexible on a large scale or small scale.

이하에서는 소모 전력 감소 효과에 대하여 설명한다.Hereinafter, the power consumption reduction effect will be described.

도 4a와 도 4b는 본 발명에서 제공하는 활성탄 재생 장치의 소모 전력 감소 효과를 설명하기 위한 그래프들이다.4A and 4B are graphs for explaining the power consumption reduction effect of the activated carbon recycling apparatus provided in the present invention.

도 4a와 도 4b의 그래프는 애노드와 캐소드 사이의 거리에 따른 전류값의 변화를 측정한 결과다. 도 4a와 도 4b는 서로 동일한 결과를 도시한 것이지만, 도 4b는 도 4a에 비해 세로축의 범위가 확장되어 있다.The graphs of FIGS. 4A and 4B are the results of measuring the change of the current value according to the distance between the anode and the cathode. Figs. 4A and 4B show the same results, but Fig. 4B shows an enlarged range of the vertical axis in comparison with Fig. 4A.

그래프의 가로축은 애노드와 캐소드 사이의 거리(mm)를 의미한다. 그래프의 세로축은 전류(A)를 의미한다. 실험은 애노드에 일정한 전압(1V)을 인가하여 2회 진행되었다. 첫 번째 실험의 재생수에는 NaCl이 0.05% 포함되고, 두 번째 실험의 재생수에는 NaCl이 0.1% 포함된다.The abscissa of the graph indicates the distance (mm) between the anode and the cathode. The vertical axis of the graph represents current (A). The experiment was conducted twice by applying a constant voltage (1 V) to the anode. The first experiment contains 0.05% NaCl and the second experiment contains 0.1% NaCl.

실험 결과 애노드와 캐소드 사이의 거리가 가까울수록 전기화학반응에 의한 전류가 커짐을 알 수 있다. 또한 NaCl의 농도값이 클수록 전류도 커짐을 알 수 있다. 이 실험으로부터 애노드와 캐소드 사이의 거리가 가까울수록 활성탄의 재생에 소모되는 전력이 절감되는 것을 추론할 수 있다.As a result, the current due to the electrochemical reaction increases as the distance between the anode and the cathode decreases. In addition, the larger the concentration of NaCl is, the larger the current is. From this experiment, it can be deduced that the closer the distance between the anode and the cathode is, the smaller the power consumed in the regeneration of the activated carbon is.

다른 조건이 같은 경우 전력이 증가하면 유기성 오염물의 산화 정도(=활성탄의 재생 정도)도 증가한다. 전력(W) = 전압(V)×전류(A)의 관계가 성립하므로, 애노드와 캐소드 사이의 거리가 가까울 경우에는 애노드에 공급하는 전압을 낮추더라도 충분한 재생 효과를 얻을 수 있다.If other conditions are the same, the degree of oxidation of organic pollutants (= degree of regeneration of activated carbon) increases as the power increases. The relation of power (W) = voltage (V) x current (A) is established. Therefore, when the distance between the anode and the cathode is short, a sufficient regeneration effect can be obtained even if the voltage supplied to the anode is lowered.

이상에서 설명된 활성탄 재생 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The activated carbon regeneration apparatus described above is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be configured by selectively or in combination of all or a part of the embodiments so that various modifications may be made.

Claims (12)

염소 이온(chloride ion)을 포함하는 재생수를 수용하도록 형성되는 반응기;
상기 재생수에 침지되도록 배치되고, 탄소 소재로 이루어지는 애노드(anode);
상기 애노드로부터 이격된 위치에서 상기 재생수에 침지되도록 배치되고, 전도성 소재로 이루어지는 캐소드(cathode); 및
상기 캐소드와 상기 애노드의 사이를 통과하는 재생 대상 활성탄과 상기 캐소드의 직접적인 접촉을 방지하도록 상기 캐소드의 적어도 일부를 감싸고, 상기 활성탄과 상기 캐소드 간의 전자 교환을 가능하게 하도록 전자를 선택적으로 통과시키는 전자 교환막을 포함하는 활성탄 재생 장치.A reactor formed to receive regenerated water containing chloride ions;
An anode disposed to be immersed in the regenerated water and made of a carbon material;
A cathode arranged to be immersed in the reclaimed water at a position spaced apart from the anode, the cathode being made of a conductive material; And
An electronic exchange for selectively passing electrons to enable at least part of the cathode to be exchanged between the activated carbon and the cathode so as to prevent direct contact between the cathode and the regenerated activated carbon passing between the cathode and the anode, And a membrane. 제1항에 있어서,
상기 애노드와 상기 캐소드는 상하 방향을 따라 서로 이격된 위치에서 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생 장치.The method according to claim 1,
Wherein the anode and the cathode are arranged to face each other at a position spaced apart from each other along the vertical direction. 제1항에 있어서,
상기 애노드는 상기 활성탄의 재생 과정 동안 상기 활성탄과 접촉 상태를 유지하고,
상기 캐소드는 상기 활성탄의 재생 과정 동안 상기 활성탄으로부터 이격 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생 장치.The method according to claim 1,
The anode maintains contact with the activated carbon during the regeneration of the activated carbon,
Wherein the cathode maintains a space away from the activated carbon during the regeneration of the activated carbon. 제3항에 있어서,
상기 전자 교환막은 상기 활성탄의 재생 과정 동안 상기 활성탄과 접촉 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생 장치.The method of claim 3,
Wherein the electronic exchange membrane maintains contact with the activated carbon during the regeneration of the activated carbon. 제1항에 있어서,
상기 애노드는 상기 활성탄의 자중에 의해 상기 활성탄과 접촉 상태를 유지하도록 상기 캐소드보다 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생 장치.The method according to claim 1,
Wherein the anode is disposed at a position lower than the cathode so as to maintain contact with the activated carbon due to the self weight of the activated carbon. 제1항에 있어서,
상기 캐소드는,
상기 애노드를 마주보는 제1 면;
상기 제1 면의 반대측에 배치되는 제2 면을 포함하고,
상기 전자 교환막은 상기 제1 면을 감싸는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생 장치.The method according to claim 1,
The cathode may further comprise:
A first side facing the anode;
And a second surface disposed on the opposite side of the first surface,
And the electronic exchange membrane encloses the first surface. 제1항에 있어서,
상기 캐소드와 상기 전자 교환막의 사이에 전해질이 채워지는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생 장치.The method according to claim 1,
Wherein an electrolyte is filled between the cathode and the electronic exchange membrane. 제1항에 잇어서,
상기 캐소드는 스테인리스 스틸, 백금(Pt), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생 장치.The method of claim 1,
Wherein the cathode is made of at least one of stainless steel, platinum (Pt), and tin (Sn). 제1항에 있어서,
상기 애노드는 유연성을 가지며, 상기 활성탄을 연속적으로 운반하도록 벨트 컨베이어의 루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생 장치.The method according to claim 1,
Wherein the anode has flexibility and forms a loop of a belt conveyor to continuously convey the activated carbon. 제9항에 있어서,
상기 활성탄 재생 장치는 애노드에 전기를 공급하도록 형성되는 집전 장치를 더 포함하고,
상기 집전 장치는 상기 재생수에 침지되도록 배치되고, 상기 애노드의 하측에서 상기 애노드를 지지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 재생 장치.10. The method of claim 9,
The activated carbon regenerating apparatus further comprises a current collecting device formed to supply electricity to the anode,
Wherein the current collector is disposed so as to be immersed in the regenerated water, and is formed to support the anode below the anode. 제1항 내지 제10항 중 어느 한에 있어서,
상기 활성탄이 상기 애노드와 상기 캐소드의 사이를 통과하는 동안, 상기 활성탄 재생 장치는 전기화학반응을 일으키고, 상기 활성탄의 표면에 흡착된 오염물을 산화시키는 OH라디칼(OH·)을 생성하는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생 장치.11. The method according to any one of claims 1 to 10,
The activated carbon reproducing apparatus generates an OH radical (OH.) Which causes an electrochemical reaction and oxidizes contaminants adsorbed on the surface of the activated carbon while the activated carbon passes between the anode and the cathode Activated carbon regenerator. 제11항에 있어서,
상기 활성탄 재생 장치는 상기 염소 이온과 상기 OH라디칼의 전기화학반응을 일으키고, 상기 활성탄의 공극에 침투된 오염물을 산화시키는 OCl라디칼을 생성하는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the activated carbon regenerating apparatus generates an OCl radical which causes an electrochemical reaction between the chlorine ion and the OH radical and oxidizes the contaminant permeated into the pore of the activated carbon.
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