KR100578553B1

KR100578553B1 - 이온교환수지의 전기식 재생 장치 및 공정

Info

Publication number: KR100578553B1
Application number: KR1020050007888A
Authority: KR
Inventors: 이규철; 유병조
Original assignee: 한국정수공업 주식회사
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-05-12

Abstract

본 발명은 순수처리설비 및 복수탈염설비 등의 이온교환수지탑에서 소모되는 각종 이온교환수지를 재생하는 장치에 관한 것으로, 소모성수지저장조(10)에 연통되어 물과 함께 이송되는 이온교환수지를 수용하는 계량조(20)와; 계량조(20)에 연통되어 순수와 함께 이송되는 이온교환수지를 정류기(32)의 직류전기와 순수를 통해 재생함과 더불어 그 관로상에 농축수펌프(33)와 전도도계(A,B)가 구비된 전기식 재생장치(30); 전기식 재생장치(30)에 연통되어 밸브(31,42,43,44,45,46)의 개방과정에서 순수를 공급하는 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(40); 전기식 재생장치(30)에 연통되어 밸브(31,42,46)의 닫힘과 밸브(43,44,47)의 개방과정에서 이온교환수지를 수용하는 재생수지저장조(50) 및; 수위측정기(22)와 전도도계(A,B)의 신호를 입력받아 상기 밸브에 개폐신호를 출력함과 더불어 상기 펌프(33,41)와 정류기(32)에 작동신호를 출력하는 제어부(60)로 이루어져; 이온교환수지의 재생과정이 화학약품을 사용하지 않은 상태에서 순수와 전기를 통해 이루어지므로 화학약품의 사용에 따른 재생폐액이 발생하지 않아 환경오염이 최소화되게 한 것이다.

소모성수지저장조, 계량조, 전기식 재생장치, 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치, 재생수지저장조

Description

이온교환수지의 전기식 재생 장치 및 공정 {Apparatus and Process for regeneration by electricity the ion change resin : ReEⓡ system}

도 1은 본 발명에 따른 재생장치를 도시한 전체구성도이다.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 소모성수지저장조 20 : 계량조

22 : 수위측정기 30 : 전기식 재생장치

32 : 정류기 40 : 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치

50 : 재생수지저장조 60 : 제어부

본 발명은 순수처리설비 및 복수탈염설비 등에서 소모된 이온교환수지를 재생(Regeneration)하는 이온교환수지 재생 장치 및 방법에 관한 것으로, 이온교환수지의 재생 공정이 원통형 전기식 이온제거장치 모듈 [본원 출원인에 의해 등록된 “MDIⓡ”(등록번호: 10-356235호)]을 적용한「이온교환수지의 전기식 재생장치 및 공정(Regeneration by Electricity: ReEⓡ)」에 관한 것이다.

일반적으로, 화력발전소, 원자력발전소, 화학플랜트 및 반도체산업 등에서 사용하는 순수나 초순수 제조를 위한 순수처리설비나 복수탈염설비 등에서는 다량의 이온교환수지(양이온, 음이온)를 탑재한 이온교환수지탑들로 구성되어 있다.

이때, 이온교환수지는 스틸렌(stylene)과 디비닐벤젠(divinylbenzene)의 공중합체가 주로 사용되면서 구형입자로 미세한 3차원의 망목구조를 지닌 고분자몸체에 이온교환기가 결합된 구조를 가지고 있다.

또한, 이온교환수지는 이온교환기의 종류에 따라 서로 다른 이온교환 능을 지니는 것으로서, 양이온을 교환하는 양이온교환수지와 음이온을 교환하는 음이온교환수지로 대별되며, 이온교환수지는 양이온을 H+로 그리고 음이온들 OH-로 환원 재생하여 재사용하게 되는 것이다.

그러나, 기존의 이온교환수지 재생 장치 및 시스템에서는 양이온교환수지 재생에는 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4)과 같은 강산을, 음이온교환수지 재생에는 가성소다(NaOH)와 같은 강알카리를 다량 사용하므로 인하여 다량의 재생폐액이 발생하며, 이들 재생폐액을 재처리하기 위한 각종 장치 및 화학약품이 소요되어 상당한 비용이 요구되는 문제점이 있다.

특히, 양이온교환수지와 음이온교환수지를 같은 탑에 넣고 순수를 제조하는 혼상식수지탑의 혼합된 이온교환수지를 재생하기 위해서는 혼합된 수지를 양?음이온수지의 비중차(差)에 따른 부력으로 양이온교환수지와 음이온교환수지로 분리시키는 공정이 필수적이다. 그런데 이때 양이온교환수지와 음이온교환수지의 경계층 부근에 형성된 혼합층의 수지분리는 완벽을 기하기가 어려운 실정에 있으며, 이 분리되지 않은 교차오염(Cross Contamination)된 부분의 혼합수지는 원치 않은 화학약품과 상호 반응하여 일종의 오염 수지로 남게 되고 이 오염수지로부터 이온 누출이 되어 혼상식수지탑의 채수량이 감소하는 문제점을 안고 있는 것이다.

이 문제점을 최소화하기 위한 방안으로 복수탈염설비(Condensate Polishing Plant)에서는 카렉스(Calex), 세파렉스(Seplex), 콘셉(Consep) 및 아이엠알(IMR) 방법 등의 고유한 공정이 관계사들의 특허로 사용되고 있으나 이 문제점을 완전히 해결하지는 못하고 있는 실정이다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 모든 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, ①혼상식수지탑(복수탈염설비와 순수처리설비의 혼상탑)의 교차오염된 혼합수지, ②양이온수지와 음이온수지로 분리된 각 수지 ③양이온교환탑수지 및 음이온교환탑수지를 이온교환수지의 전기식 재생장치(MDI③)와 그 관련 장치를 이용하여 ①의 수지는 전기와 순수를 사용하여 재생하고 ② 및 ③의 수지는 1차적으로 전기와 순수를 사용하여 재생한 후 2차적으로 전기와 순수 및 소량의 해당 화학약품으로 재생하는 이온교환수지의 전기식 재생장치 및 그 재생 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 ①의 수지로 인한 혼상식수지탑의 채수량이 감소되는 원인을 완전 제거하고 ② 및 ③의 수지 재생에 사용되는 해당 화학약품의 양을 대량 감소 시켜 폐수량을 획기적으로 축소시킬뿐 아니라 각 수지의 재생효율을 획기적으로 향상시켜 해당 수지탑의 성능(채수량 및 수질)을 증진시키는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소모성수지저장조에 연통되어 물과 함께 이송되는 이온교환수지를 수용하는 계량조와; 이 계량조에 연통되어 이온교환수지를 정류기의 전기와 순수를 통해 재생하는 이온교환수지의 전기식 재생장치(MDI③); 이 재생장치에 순수를 공급하는 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(MDIⓡ); 이 수지재생장치에서 재생된 이온교환수지를 수용하는 재생수지저장조 및 상기 소모성수지저장조와 계량조와 전기식 재생장치와 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치 및 관련 계측기들의 신호를 입력받아 밸브와 정류기와 펌프에 작동신호를 출력하는 제어부로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 이온교환수지의 전기식 재생장치의 전체구성도로서, 소모성수지저장조(10)와; 상기 소모성수지저장조(10)에 연통되어 밸브(21)의 개방과정에서 물과 함께 이송되는 이온교환수지를 수용함과 더불어 그 관로상에 수위측정기(22)의 신호에 따라 물과 이온교환수지의 유입경로를 개폐시키는 밸브(21)와 물의 배출경로를 개폐시키는 밸브(23)가 구비된 계량조(20)와; 상기 계량조(20)에 연통되어 밸브(31)의 개방과정에서 이송되는 이온교환수지를 정류기(32)의 직류전기와 순수를 통해 재생함과 더불어 그 관로상에 농축수를 순환시키는 농축수펌프 (33)와 그 유입배관과 배출배관의 전도도를 측정하는 전도도계(A,B)가 각각 구비된 전기식 재생장치(30); 전기식 재생장치(30)에 연통되어 밸브(31,42,43,44,45,46)의 개방과정에서 순수공급펌프(41)의 작동에 의해 순수를 압송하여 공급하는 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(40); 상기 전기식 재생장치(30)에 연통되어 밸브(31,42, 46)의 닫힘과 밸브(43,44,45,47,48)의 개방과정에서 순수와 함께 이송하는 이온교환수지를 수용함과 더불어 그 관로상에 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(40)를 연통시키는 밸브(51)가 구비된 재생수지저장조(50) 및; 수위측정기(22)와 상기 전도도계(A,B)의 신호를 입력받아 상기 밸브들에 개폐신호를 출력함과 더불어 상기 펌프(33,41)와 정류기(32)에 작동신호를 출력하는 제어부(60)로 이루어진다.

먼저, 본원발명에 따른 "이온교환수지의 전기식 재생장치"의 주요 구성요소 중 이온교환수지와 순수가 이송되는 주요 배관과 밸브들만을 도시하였고, 그밖의 배관이나 필요시에만 사용할 수 있는 해당 화학약품조와 그 배관이나 각 배관에 연결되는 각종 밸브와 각종 계기는 공지기술을 이용한 것이므로 자세하게 설명 또는 도면에 도시하지 않았음을 첨언한다.

그리고, 소모성수지저장조(10)는 이온교환반응의 과정에서 소모되는 이온교환수지를 수용하여 임시로 저장하는 것으로서, 그 일측부에 이온교환수지가 유입되는 배관(22)이 구비되면서 그 타측부에 이온교환수지가 배출되는 배관(23)이 구비되며, 이 배관(23)에 밸브(21)가 구성되어 있다.

그리고, 계량조(20)는 소모성수지저장조(10)의 배관(23)에 연결되어 밸브(21)의 개방과정에서 물과 함께 이송되는 수지를 계량하는 것으로서, 그 몸체에 수 위측정기(22)가 설치되고, 그 일측부에 수위측정기(22)의 신호에 따라 개폐되는 밸브(23)를 구성한 배관(24)이 구비되어 있다.

그리고, 전기식 재생장치(30)는 계량조(20)의 배관(24)에 연결되어 계량된 이온교환수지를 재생하는 것으로서, 그 몸체에 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(40)의 순수가 순환되는 배관(34)과, 재생수지저장조(50)에 연통하는 배관(35)과, 농축수펌프(33)에 의해 순환수가 순환되는 배관(36)이 구비되어 있다.

또한, 전기식 재생장치(30)는 이온교환수지에 직류전기를 공급하여 전기재생시키는 정류기(32)가 구비되면서, 그 유입배관과 배출배관에 각각 구성되어 순수의 전도도를 측정하는 각각의 전도도계(A,B)가 구비되어 있다.

물론 전도도계(A,B)는 전기식 재생장치(30)에 유입되는 순수와 배출되는 순수의 전도도를 측정하는 것임은 당연하다.

그리고, 전기식 재생장치(30)는, 본원출원인에 의해 등록된 "바이폴라 이온교환막 및 전도성물질을 이용한 이온교환수지의 전기식 재생방법 및 그 장치"(등록번호: 10-140564호) 및 "원통형 전기식 이온제거장치모듈"(등록번호: 10-356235호)를 응용한 것으로서, 전기막탈이온장치(Membrane deionization)나 전기탈이온장치(Electro deionization)를 포함하는 것이므로 자세한 설명은 생략한다.

그리고, 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(40)는 전기식 재생장치(30)에 수지의 재생에 요구되는 순수를 공급하는 것으로서, 그 몸체에 순수를 공급하는 배관(49)과, 전기식 재생장치(30)내의 순수가 리턴되는 배관(34)이 구비되어 있다.

그리고, 재생수지저장조(50)는 전기식 재생장치(30)에서 재생되는 수지를 수 용하여 후처리공정으로 공급하는 것으로서, 전기식 재생장치(30)에서 재생이 완료되는 재생수지가 이송되는 배관(35)과, 재생수지와 함께 이송되는 순수를 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(40)로 리턴시키는 배관(52)과 재생수지를 배출하는 배관(53)이 구비되어 있다.

그리고, 제어부(60)는, 재생장치를 자동으로 제어하기 위한 것으로서, 상기 소모성수지저장조(10)와 계량조(20)와 전기식 재생장치(30)와 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(40)의 밸브에 개폐신호를 출력함과 더불어 상기 펌프(33,41)와 정류기(32)에 기동/정지신호를 출력하는 기능을 수행한다.

이하, 본 발명에 따른 수지의 재생방법을 첨부된 예시도면을 참고로하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첫째, 계량공정: 소모성수지저장조(10)에 저장된 이온교환수지가 밸브(21)의 개방과정에서 물에 의해 계량조(20)로 이송되며, 동시에 계량조(20)의 밸브(23)가 개방되어 물은 배출되고 이송수지만이 계량조(20)에 남는다.

또한, 계량조(20)의 이온교환수지가 규정량 이상으로 유입되어 수위측정기(22)의 세팅 수위에 도달하는 경우, 계량조(20)의 밸브(21)가 닫혀 더 이상 이온교환수지가 유입되지 않게 되는 것이다.

물론, 계량조(20)의 밸브(23)가 닫혀 물이 더 이상 배출되지 못하게 되는 경우에 계량조(20)에 수용되는 이온교환수지는 전기식 재생장치(30)내에 한번에 충진될 정도의 량으로 계량된 상태가 되는 것이다.

둘째, 피딩공정: 계량조(20)의 계량공정이 완료되어 밸브(31,42,43,44,45, 46)가 개방되는 경우, 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(40)의 순수에 의해 계량조(20)의 이온교환수지가 전기식 재생장치(30)로 이송되어 전기식 재생장치(30)내의 재생부(미도시)로 충진된다.

이때, 전기식 재생장치(30)에 수용되는 이온교환수지는 전기식 재생장치(30)내의 재생부에 남게 되는 반면 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(40)에서 공급되는 순수는 밸브(46)의 개방과정에서 순수공급펌프(41)의 흡입배관으로 순환된다.

세째, 재생공정: 전기식 재생장치(30)내의 이온교환수지는, 농축수펌프(33)에 의해 지속적으로 농축수가 순환되는 상태임은 물론 정류기(32)가 작동하는 상태이므로, 전기식 재생장치(30)에 직류전기가 공급되어 이온교환수지의 재생작업이 이루어진다.

이때, 전기식 재생장치(30)내의 재생부(미도시)로 공급되는 순수가 전기분해되어 수소이온(H+)과 수산이온(OH-)으로 되며, 이 이온들에 의해 이온교환수지가 재생되며, 이때 재생되어 나온 이온이 전기식 재생장치(30)내의 인접한 농축부(미도시)로 이동되어 제거되면서 재생부내부 이온교환수지의 전기재생이 일어나는 것이다.

즉, 전기식 재생장치(30)에 수용된 이온교환수지가 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(40)의 순수와 정류기(32)의 전기에 의해 재생되는 것이다.

네째, 재생종료공정: 전기식 재생장치(30)의 수지재생이 완료되는 경우 즉, 전도도계(B)의 전도도가 성능 수치에 도달하거나 전도도계(A)의 전도도와 같아지는 경우, 농축수펌프(31)를 정지시키고 밸브(42,46,31)를 닫는다.

다섯째, 백피딩공정: 전기식 재생장치(30)에서 재생된 이온교환수지를 순수와 함께 재생수지저장조(50)로 이송시키는 공정으로서, 밸브(43,44,47,48,51)를 개방하여 재생부의 내부방향으로 순수를 역공급한다.

이렇게 하면, 전기식 재생장치(30)의 이온교환수지가 밸브(43,44,47)의 개방과정에서 순수에 의해 재생수지저장조(50)로 이송되며, 동시에 순수는 밸브(51)를 통해 순수저장조 또는 전기식 순수제조장치(40)로 순환되어 재사용되는 것이다.

상기한 공정을 반복하여 많은 량의 이온교환수지를 연속적으로 재생하는 것이 가능하므로써, 재생된 수지를 재생수지저장조(50)에 저장 후 다시 사용 장소로 이송하여 재사용하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이온교환수지의 전기식 재생 장치 및 공정에 의하면, 이온교환수지의 재생과정이 순수와 전기를 통해 대부분 이루어지므로 기존의 화학약품에 의한 이온교환수지재생장치 및 공정과 같이 다량의 화학약품 사용에 따른 재생폐액이 발생하지 않아 환경오염이 최소화되는 효과가 있을 뿐만 아니라 수지의 재생효율 증가로 순수처리설비의 성능(채수량과 수질)을 향상시키고, 특히, 복수탈염설비의 혼상식수지탑에서 양이온교환수지와 음이온교환수지 분리시에 문제점으로 야기되고 있는 교차오염(Cross Contamination)된 부분의 수지 재생문제를 완전히 해결하므로 인하여 복수탈염설비의 성능(채수량과 수질)을 향상시키는 장점이 있다.

Claims

이온교환반응의 과정에서 소모되는 이온교환수지를 수용하여 임시로 저장하는 소모성수지저장조(10)와;

상기 소모성수지저장조(10)에 연통되어 밸브(21)의 개방과정에서 물과 함께 이송되는 이온교환수지를 수용함과 더불어 그 관로상에 수위측정기(22)의 신호에 따라 물의 배출경로를 개폐시키는 밸브(21,23)가 구비된 계량조(20);

상기 계량조(20)에 연통되어 밸브(31)의 개방과정에서 이송되는 이온교환수지를 정류기(32)의 직류전기와 순수를 통해 재생함과 더불어 그 관로상에 농축수를 순환시키는 농축수펌프(33)와 그 유입배관과 배출배관의 전도도를 측정하는 전도도계(A,B)가 각각 구비된 전기식 재생장치(30);

상기 전기식 재생장치(30)에 연통되어 밸브(31,42,43,44,45,46)의 개방과정에서 순수공급펌프(41)의 작동에 의해 순수를 압송하는 공급하는 순수저장조 및 전기식 순수제조장치(40);

상기 전기식 재생장치(30)에 연통되어 밸브(31,42,46)의 닫힘과 밸브(43,44, 47)의 개방과정에서 순수와 함께 이송하는 이온교환수지를 수용함과 더불어 그 관로상에 순수저장조 및 전기식 순수제조장치(40)를 연통시키는 밸브(51)가 구비된 재생수지저장조(50) 및;

상기 수위측정기(22)와 상기 전도도계(A,B)의 신호를 입력받아 상기 밸브들에 개폐신호를 출력함과 더불어 상기 펌프(33,41)와 정류기(32)에 작동신호를 출력 하는 제어부(60)로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온교환수지의 전기식 재생장치.
소모성수지저장조(10)에 저장되어 물에 의해 이송되는 이온교환수지를 계량조(20)로 수용하여 물을 배출하고 남은 이온교환수지를 계량하는 계량공정과;

상기 계량공정에서 계량된 이온교환수지를 상기 전기식 재생장치(30)에 수용하고 상기 순수저장조 및 전기식 순수제조장치(40)의 순수를 상기 전기식 재생장치(30)로 압송시키는 피딩공정;

상기 전기식 재생장치(30)에 수용된 이온교환수지를 정류기(32)의 직류전기와 순수를 통해 재생시키면서 농축수펌프(33)로 농축수를 순환시키는 재생공정;

상기 전기식 재생장치(30)에서 배출배관의 전도도계(B)의 전도도가 성능수치에 도달하거나 유입배관의 전도도계(A)의 전도도와 같아지는 경우 상기 농축수펌프(33)를 정지시키는 재생종료공정 및;

상기 전기식 재생장치(30)에서 재생된 이온교환수지를 순수와 함께 재생수지저장조(50)로 이송시키고 순수를 순수저장조 및 전기식 순수제조장치(40)로 리턴시키는 백피딩공정; 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온교환수지의 전기식 재생 공정.