KR100430070B1 - 연수기용 이온교환 수지의 재생방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연수기용 이온교환 수지의 재생방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 (a) 20-40% 농도의 NaCl을 포함하는 이온교환 수지 재생액을 연수기용 이온교환 수지가 있는 컬럼에 주입하는 단계; (b) 상기 재생액에 이온교환 수지를 1-5분 동안 침정시키는 단계; (c) 상기 재생액을 상기 컬럼으로부터 배수하는 단계; 및 (d) 교환된 경도 성분을 외부로 배출시키기 위하여 상기 컬럼을 린스하는 단계를 포함하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법에 관한 것이다.

Description

연수기용 이온교환 수지의 재생방법{Methods for Regenerating Ion-Exchange Resin in Soft Water Generator}

본 발명은 이온교환 수지의 재생방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연수기에 이용되는 이온교환 수지의 재생방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연수기는 수돗물 등의 원수를 유입하여 유입수를 이온 교환 함으로써 상기 유입수의 수질을 연수로 개선하여 목욕 및 세면시 피부 노폐물 등을 제거할 수 있도록 하는 기기이다.

한편, 연수기는 일정 기간 사용하게 되면 이온교환 수지를 재생하여야 하는 데 종래에는 탱크캡을 열고 소금을 탱크 내부에 주입한 후 이온교환수지와 잘 반응하도록 혼합하고 흔들어 주는 수동 재생 방식으로 재생을 하도록 되어 있다. 즉, 종래의 방법은 소금 입자를 연수기에 바로 투입하여 사용하는 방식이었다. 이러한 방법은 이온교환 수지의 재생 작업이 불편하고 또한 이온교환 수지의 재생 효과가 높지 않다는 문제점이 있었다.

종래의 재생방법의 문제점을 해결하고자 다양한 연구가 시도 되었으며, 대한민국 특허출원 제 1997-14079 호는 이온교환 수지를 통과한 냉수 또는 온수의 경도를 측정하고 이에 따라 자동적으로 재생과정을 실시하도록 제작된 연수기를 개시하고 있고, 실용신안등록출원 제 2001-30170 호는 종래의 연수기에 별도로 마련된 소금통을 추가하여 재생이 용이한 연수기를 개시하고 있다. 또한, 실용신안등록출원 제 1993-26563 호 및 제 2001-9284 호에도 재생이 용이한 연수기가 개시되어 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 기술들은 이온교환 수지의 재생을 개선하기 위하여, 재생 장치에 대한 연구를 주로 하였고, 재생 시 사용되는 재생제에 대한 직접적인 연구는 거의 전무한 상태이다.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 특허 문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 특허의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.

본 발명자들은 연수기용 이온교환 수지에 대하여 행해지는 재생 과정을 개선하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 고농도의 NaCl을 포함하는 재생액을 이용하는 경우에는 재생 과정이 보다 효율적으로 그리고 단시간 내에 이루어질 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 연수기용 이온교환 수지의 재생방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 (a) 20-40% 농도의 NaCl을 포함하는 이온교환 수지 재생액을 연수기용 이온교환 수지가 있는 컬럼에 주입하는 단계; (b) 상기 재생액에 이온교환 수지를 1-5분 동안 침정시키는 단계; (c) 상기 재생액을 상기 컬럼으로부터 배수하는 단계; 및 (d) 교환된 경도 성분을 외부로 배출시키기 위하여 상기 컬럼을 린스하는 단계를 포함하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 재생액의 NaCl 농도는 31-35%이다. 한편, 본 발명에서 이용되는 고농도 NaCl의 재생액은 입자의 크기가 큰 괴상 (塊狀)이 아닌 분말상의 NaCl을 이용하여 제조하는 것이 바람직하다. 이러한 분말상의 NaCl은 순수한 NaCl 자체가 갖는 용해도 만큼의 용해도를 발휘되도록 하며, 용해 속도를 증가시키는 이점이 있다.

본 발명에서 이용되는 재생액에서 NaCl의 농도가 20% 미만인 경우에는 본 발명에서 이루고자 하는 재생 효율이 달성되기 어려울 뿐만 아니라 재생 시간이 장기화되는 문제점이 있고, 40% 이상의 NaCl 재생액은 NaCl 자체가 갖는 물에 대한 용해고의 한계 때문에 제조하기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 재생액의 주입은 이온교환 수지 컬럼에 대하여 하향방식으로 실시된다. 또한, 재생액의 주입이 완료될 때까지 흐름 (flow)을 형성시키지 않는 것, 즉 배수시키지 않는 것이 바람직하다.

재생액의 주입 단계에 이어, 침정 단계가 실시된다. 본 명세서에서 용어 "침정"은 흐름이 없는 재생액에 이온교환 수지를 일정 시간 동안 함침시키는 것을 의미한다. 재생액의 주입 단계에서 배수가 없고, 일정 시간 동안 침정을 함에 따라 채널링 현상에 의한 재생 효율의 감소를 제거할 수 있으며, 이온교환 수지의 표면적에 재생액이 접촉할 수 있는 기회가 크게 증가되고 균일하게 접촉할 수 있게 됨으로써 결국 재생 효율이 크게 증가하게 된다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 침정 단계는 2-3분 동안 실시된다.

침정 단계가 완료된 다음, 이온교환 수지 컬럼 내의 재생액 및 경도 성분을 제거하기 위하여 배수 단계가 실시된다. 본 발명의 방법을 따르는 경우에는, 재생액의 주입과 배수는 동일한 방향으로 실시하는 것이 바람직하며, 예컨대 재생액이 컬럼에 하향 방식으로 주입된 경우에는 배수 단계는 이온교환 수지 컬럼에 대하여 하향 방식으로 실시되는 것이 바람직하다. 이와 같이 재생액의 주입 방향과 배수의 방향을 일치시킴으로써 재생 효율을 보다 높일 수 있으며, 이는 이온이 교환된 후 경도 성분이 가장 많이 분포되어 있는 부위가 재생액 주입 시작점의 반대쪽이므로, 즉 윗쪽에서 재생액을 주입한 경우, 아래쪽에 경도 성분이 가장 많이 분포하기 때문에 위에서 아래 (하향 방식)로 배수하는 경우에 가장 효율적으로 경도 성분을 배출 및 제거할 수 있다. 한편, 배수 속도는 자연 중력 속도가 바람직하며, 이러한 배수 속도는 외부 밸브를 통해 조절될 수 있다.

배수 단계가 종료된 다음, 배수 후 잔존해 있는 경도 성분과 재생액을 제거하기 위하여 린스 단계가 실시된다. 본 발명의 방법을 따르는 경우에는, 배수와 린스는 동일한 방향으로 실시하는 것이 바람직하며, 예컨대 배수가 이온교환 수지 컬럼에 대하여 하향 방식으로 실시된 경우에는 린스도 하향 방식으로 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이 배수 및 린스의 방향을 일치시킴으로써 재생 효율을 보다 높일 수 있고 경도 성분 및 재생액을 효율적으로 제거할 수 있으며, 예컨대 하향 배수 시 경도 성분 및 재생액 성분이 가장 많이 분포되어 있는 부분은 아래쪽이므로 원수를 이용하여 빠른 유속으로 린싱한다.

교환되어져 이온교환 수지로부터 이탈된 경도 성분을 신속하게 컬럼 외부로 제거하여야 하기 때문에, 최대의 유량으로 배수 방향과 동일하게 린스를 실시하는 것이 바람직하다. 경도 성분을 컬럼 외부로 배출시키기에 충분한 시간은 일반 유속 (약 7 ℓ/min)에서 약 5분이지만, 유량에 따라 상기 시간은 변동될 수 있다. 이와 같이 동일한 방향으로 린스를 실시하는 경우, 재생 효율을 상승시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 본 발명의 재생방법은 (c)의 배수 단계에 이어 재생액 2차 주입 단계를 추가적으로 포함하며, 2차 재생액 주입 단계를 실시하는 경우에는 침정 단계 및 2차 배수 단계를 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다. 2차 배수는 린스의 효과를 수반하는 이점이 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 (a) 31-35% 농도의 NaCl을 포함하는 이온교환 수지 재생액을 연수기용 이온교환 수지가 있는 컬럼에 하향 방식으로 1차 주입하는 단계; (b) 상기 재생액에 이온교환 수지를 2-3분 동안침정시키는 단계; (c) 상기 재생액을 상기 컬럼으로부터 하향 방식으로 1차 배수하는 단계; (d) 31-35% 농도의 NaCl을 포함하는 이온교환 수지 재생액을 연수기용 이온교환 수지가 있는 컬럼에 하향 방식으로 2차 주입하는 단계; (e) 상기 재생액에 이온교환 수지를 2-3분 동안 침정시키는 단계; (f) 상기 재생액을 상기 컬럼으로부터 하향 방식으로 2차 배수하는 단계; 및 (g) 교환된 경도 성분을 외부로 배출시키기 위하여 상기 컬럼을 하향 방식으로 린스하는 단계를 포함하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법을 제공한다.

본 발명의 재생방법을 따르는 경우, 이온교환 수지의 재생 효율이 종래의 것과 비교하여 약 25-75% 정도 증가될 뿐만 아니라, 종래의 방법에서는 약 2-5시간 정도의 재생 기간이 소요되는 반면 본 발명의 경우에는 최대 15분 내에 재생을 할 수 있다.

본 발명의 재생방법이 적용될 수 있는 연수기는 예를 들어, 본 출원인의 특허출원 제 2001-36683 호, 제 2001-36682 호, 제 2001-36681 호, 제 2002-2962 호, 제 2002-2961 호 및 제 2001-36678 호에 개시되어 있으며, 상기 특허 문헌들은 본 명세서에 참조로서 삽입된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1: 재생액의 농도에 따른 재생 효율의 측정

분말상의 NaCl을 이용하여 다양한 농도의 NaCl을 포함하는 재생액을 제조하였다. 이어, 각각의 재생액으로 연수기용 이온교환 수지의 재생을 다음과 같은 조건으로 실시하였다: 원수 경도를 100ppm CaCO₃로 하였고, 통수 유량은 3.5-10 ℓ/min으로 하였으며, 원수 온도는 20-40℃으로 하였고, 재생액의 공급, 배수 및 린스는 모두 하향식으로 실시하였고, 1차 배수 후에 2차 주입, 침정, 2차 배수 및 린스를 실시하였다.

실험 결과는 다음 표 1과 같다:

구 분	NaCl 농도 (%)
	10	20	31
재생 효율	50-55%	52-57%	66-75%
재생 시간	40분	30분	15분

상기 표 1에서 재생 효율은 초기 연수량 대비 재생 후 연수량 비율로 계산된 것이며, 재생 시간은 최종적인 린스 과정이 종료될 때까지 소요되는 시간을 나타낸다.

상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 10-25% 이내의 저농도 재생액을 이용한 재생방법에 사용된 재생액 용량은 최소 20 ℓ이상이며, 사용 수지의 재생을 위한 최소 필요량이라 할 수 있다. 이와 같은 재생액을 이용하여 일반 방식으로 재생하였을 경우 시간은 약 40분 이상 소요되며, 재생 효율 또한 기존 산업용 데이타에 제시된 50% 전후로 확인되었다. 이에 반해, 고농도 (28% 이상) 재생액을 이용한재생방법은 우선 재생액의 용량을 최대 4 ℓ이하로 줄일 수 있었으며, 시간도 침정방법을 통해 약 15분 이내로 단축시킬 수 있다. 효율 또한 기존보다 월등한 66% 이상임을 확인할 수 있다.

실시예 2: 재생 방법에 따른 재생 효율의 측정

재생 방법에 따른 재생 효율을 측정하기 위하여, 31% NaCl을 포함하는 재생액을 이용하여 다음과 같이 재생 방법을 달리하여 재생을 실시하였다.

(a) 군: 배수를 재생액 주입 방향과 다른 상향식으로 실시하고, 린스도 배수의 방향과 다른 하향식으로 실시한 군;

(b) 군: 배수를 재생액 주입 방향과 동일한 하향식으로 실시하고, 린스는 배수의 방향과 다른 상향식으로 실시한 군;

(c) 군: 배수를 재생액 주입 방향과 동일한 하향식으로 실시하고, 린스도 배수의 방향과 동일한 하향식으로 실시한 군; 그리고

(d) 군: 배수를 하지 않고 주입 방향과 동일한 하향식으로 린스를 실시한 군.

상기 재생 과정에서 원수 경도를 100 ppm CaCO₃로 하였고, 통수 유량은 3.5-7 ℓ/min으로 하였으며, 원수 온도는 20-40℃으로 하였다.

실험 결과는 다음 표 2와 같다:

구 분	재생 방법
	(a) 군	(b) 군	(c) 군	(d) 군
재생 효율	40%	45-50%	66-75%	50-57%
재생 시간	15분	15분	15분	15분

상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 연수방향과 같은 방향으로 배수 및 린스를 했을 경우 가장 효율이 우수한 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 고농도의 NaCl을 포함하는 재생액을 이용한 연수기용 이온교환 수지의 재생방법을 제공한다. 본 발명의 재생방법은 연수기용 이온교환 수지의 재생 효율을 크게 높일 뿐만 아니라, 매우 짧은 시간 내에 재생을 가능하게 한다.

Claims (9)

1. 다음의 단계를 포함하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법:

   (a) 20-40% 농도의 NaCl을 포함하는 이온교환 수지 재생액을 연수기용 이온교환 수지가 있는 컬럼에 주입하는 단계;

   (b) 상기 재생액에 이온교환 수지를 1-5분 동안 침정시키는 단계;

   (c) 상기 재생액을 상기 컬럼으로부터 배수하는 단계; 및

   (d) 교환된 경도 성분을 외부로 배출시키기 위하여 상기 컬럼을 린스하는 단계.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 재생액의 NaCl 농도는 31-35%인 것을 특징으로 하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 재생액의 주입은 이온교환 수지 컬럼에 대하여 하향방식으로 실시되는 것을 특징으로 하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 침정 단계는 2-3분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법.
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 배수 단계는 이온교환 수지 컬럼에 대하여 하향 방식으로 실시되며, 배수 속도는 자연 중력 속도이고 외부 밸브를 통해 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 린스 단계는 이온교환 수지 컬럼에 대하여 하향 방식으로 실시되는 것을 특징으로 하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 재생방법은 (c)의 배수 단계에 이어 재생액 2차 주입 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 재생방법은 2차 재생액 주입 단계에 이어 침정 단계 및 2차 배수 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법.
9. 다음의 단계를 포함하는 연수기용 이온교환 수지의 재생방법:

   (a) 31-35% 농도의 NaCl을 포함하는 이온교환 수지 재생액을 연수기용 이온교환 수지가 있는 컬럼에 하향 방식으로 1차 주입하는 단계;

   (b) 상기 재생액에 이온교환 수지를 2-3분 동안 침정시키는 단계;

   (c) 상기 재생액을 상기 컬럼으로부터 하향 방식으로 1차 배수하는 단계;

   (d) 31-35% 농도의 NaCl을 포함하는 이온교환 수지 재생액을 연수기용 이온교환 수지가 있는 컬럼에 하향 방식으로 2차 주입하는 단계;

   (e) 상기 재생액에 이온교환 수지를 2-3분 동안 침정시키는 단계;

   (f) 상기 재생액을 상기 컬럼으로부터 하향 방식으로 2차 배수하는 단계; 및

   (g) 교환된 경도 성분을 외부로 배출시키기 위하여 상기 컬럼을 하향 방식으로 린스하는 단계.