KR100607981B1 - 전기 탈이온 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리카 및 붕소가 고도로 제거되는 전기 탈이온 장치를 제공한다. 양극(11)을 갖춘 양극실(17), 음극(12)을 갖춘 음극실(18), 이들 양극실(17)과 음극실(18) 사이에 복수의 음이온 교환막(13) 및 양이온 교환막(14)을 교대로 배열함으로써 서로 교대로 형성된 농축실(15) 및 탈염실(16)을 구비하고, 탈염실(16) 및 농축실(15)에 이온 교환체가 충전되어 있다. 음이온 교환체/양이온 교환체(체적비)는 8/2 내지 5/5이다. 양극실(17) 및 음극실(18)에 각각 전극수를 통수시키고, 농축실(15)에 농축수를 통수시키며, 탈염실(16)에 원수를 통수시켜 탈이온수를 추출한다. 농축수로서 원수로부터 실리카 또는 붕소 농도가 낮은 물을 탈염실(16)의 탈이온수 추출구측에서 원수 유입측으로 향하는 방향으로 농축실(15)로 통수시키고, 농축실(15)로부터 유출된 농축수의 적어도 일부를 계 외로 배출한다.

Description

전기 탈이온 장치{ELECTRODEIONIZATION APPARATUS}
본 발명은 전기 탈이온 장치에 관한 것으로, 특히 전기 탈이온 장치에서의 실리카나 붕소의 제거율을 높이도록 한 전기 탈이온 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체 제조 공장, 액정 제조 공장, 제약 공업, 식품 공업, 전력 공업 등의 각종 산업 또는 민간용 내지 연구 시설 등에서 사용되는 탈이온수의 제조에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 전극(양극(11), 음극(12)) 사이에 복수의 음이온 교환막(A 막)(13) 및 양이온 교환막(C 막)(14)을 교대로 배열하여 농축실(15)과 탈염실(16)을 교대로 형성하여, 탈염실(16)에 이온 교환 수지, 이온 교환 섬유 또는 그라프트 교환체 등으로 이루어지는 음이온 교환체 및 양이온 교환체를 혼합하거나, 또는 복층형으로 충전한 전기 탈이온 장치가 많이 이용되고 있다(일본 특허 제1782943호, 일본 특허 제2751090호, 일본 특허 제2699256호). 또한, 도 2에서 17은 양극실, 18은 음극실이다.
탈염실(16)로 유입된 이온은 그 친화력, 농도 및 이동도에 기초하여 이온 교환체와 반응하여, 전위의 기울기 방향으로 이온 교환체 속을 이동하고, 또한 막을 가로질러 이동하여, 모든 실에서 전하의 중화가 유지된다. 그리고, 막의 반침투 특성때문에, 또한 전위의 기울기 방향성때문에, 이온은 탈염실(16)에서는 감소하고, 인접 농축실(15)에서는 농축된다. 즉, 양이온은 양이온 교환막(14)을 투과하고, 또한 음이온은 음이온 교환막(13)을 투과하여 각각 농축실(15) 내로 농축된다. 이 때문에, 탈염실(16)로부터 생산수로서 탈이온수(순수)가 회수된다.
한편, 양극실(17) 및 음극실(18)에도 전극수가 통액(通液)되며, 일반적으로 이 전극수로서는 전기 전도도의 확보를 위하여 이온 농도가 높은 농축실(15)의 유출수(농축수)가 통액된다.
즉, 원수는 탈염실(16)과 농축실(15)로 도입되어, 탈염실(16)로부터는 탈이온수(순수)가 추출된다. 한편, 농축실(15)로부터 유출되는 이온이 농축된 농축수는 펌프(도시하지 않음)에 의해 일부가 물 회수율의 향상을 위하여 농축실(15)의 입구측으로 순환되고, 일부가 양극실(17)의 입구측으로 송급되며, 나머지가 계 내의 이온 농축을 방지하기 위하여 배수로서 계 외로 배출된다. 그리고, 양극실(17)의 유출수는 음극실(18)의 입구측으로 송급되고, 음극실(18)의 유출수는 배수로서 계 외로 배출된다.
이러한 전기 탈이온 장치에서는, 양극실(17)에서는 물의 해리에 의한 H+의 생성으로 pH가 저하된다. 한편, 음극실(18)에서는 OH-의 생성으로 pH가 높아진다. 이 때문에, pH가 저하된 산성의 양극실(17)의 유출수를 음극실(18)로 통액함으로써 음극실(18)에서의 알칼리를 중화하여 스케일 장애를 억제한다.
이러한 전기 탈이온 장치에서는 농축수의 영향으로 전기 탈이온 장치의 생산수의 수질이 영향을 받을 가능성이 있다는 것이 지금까지 여러 가지가 보고되고 있 다. 또한, 전극실에 활성탄 또는 이온 교환 수지를 충전하는 것은 미국 특허 제5,868,915호에 개시되어 있다.
종래의 전기 탈이온 장치에서는, 실리카 및 붕소의 제거가 약간 불충분하고, 예컨대, 실리카에 대해서는 99.9 내지 99.99% 이상의 제거율을 얻는 것은 곤란하였다.
종래, 농축수가 생산수의 수질에 영향을 미치게 한다는 것이 보고되어 있지만, 실리카, 붕소와의 관계에 대해서는 언급되어 있지 않다. 또한, 전극실에 활성탄 또는 이온 교환 수지를 충전함으로써 전기 저항을 감소시킬 수는 있지만, 실리카, 붕소의 저감은 달성되지 못하고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하고, 실리카 및 붕소를 고도로 제거하여 고수질의 탈이온수를 생산할 수 있는 전기 탈이온 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 전기 탈이온 장치의 운전 방법은, 양극을 갖춘 양극실, 음극을 갖춘 음극실, 이들 양극실과 음극실 사이에 복수의 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 교대로 배열함으로써 교대로 형성된 농축실 및 탈염실, 상기 탈염실에 충전된 이온 교환체, 상기 농축실에 충전된 이온 교환체, 활성탄 또는 전기 도전체, 상기 양극실 및 음극실에 각각 전극수를 통수시키는 수단, 상기 농축실에 농축수를 통수시키는 농축수 통수 수단 및 상기 탈염실에 원수를 통수하게 하여 탈이온수를 추출하는 수단을 구비하고, 상기 농축수 통수 수단은 상기 원수보다 실리카 또는 붕소 농도가 낮은 물을 탈염실의 탈이온수 추출구에 가까운 측에서부터 상기 농축실 내로 도입하는 동시에, 상기 농축실 중 탈염실의 원수 입구에 가까운 측에서부터 유출시키고, 이 농축실로부터 유출된 농축수의 적어도 일부를 계 외로 배출하는 수단이며, 상기 탈염실 내에는 상기 이온 교환체로서 음이온 교환체와 양이온 교환체가 음이온 교환체와 양이온 교환체의 체적비 8/2 내지 5/5의 비율로 충전되는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에서는, 농축수로서 원수보다 실리카 또는 붕소 농도가 낮은 물을 이용하고, 더욱이, 이와 같이 수질이 양호한 물을, 탈염실의 탈이온수(생산수) 추출측으로부터 원수 유입측을 향하는 방향으로 농축실에 통수시키기 때문에, 실리카, 붕소 농도를 매우 낮은 농도까지 저감시킨 고수질의 생산수를 얻을 수 있다.
본 발명에서는 탈염실 내, 바람직하게는 탈염실 및 농축실 내에 각각 음이온 교환체와 양이온 교환체를 음이온 교환체/양이온 교환체의 체적비가 8/2 내지 5/5인 비율로 충전함으로써 탈염실 또는 탈염실 및 농축실에서의 전기 저항을 작게 하여, 이에 따라 전력 소비량을 저감시킬 수 있다.
이 경우, 탈염실 내에서는 원수의 유입측일수록 음이온 교환체의 비율을 높게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이하면, 탈염실 내에서 원수의 유입측일수록 물이 알칼리성이 되므로 실리카, 붕소가 해리되기 쉽게 되어 실리카, 붕소의 제거율이 높아진다.
본 발명에서는, 음이온 교환체의 적어도 일부로서 II형 음이온 교환 수지를 이용함으로써 탄산 이온의 제거 효율을 높일 수 있다.
본 발명에서는, 이온 교환체는 전기 탈이온 장치의 운전을 시작하기 전에는 염형(鹽型) 이온 교환 수지이며, 또한 이 염형의 이온 교환 수지는 실 용적의 95 내지 100%의 양만큼 실 내에 충전되어 있는 것이 바람직하다. 이 염형 이온 교환체는 전기 탈이온 장치의 운전에 따라 H+, OH-와 이온 교환하여 H+형 또는 OH-형 이온 교환체로 되므로 체적이 팽창된다. 이에 따라, 이온 교환체가 이온 교환막에 밀착되어 전기 저항이 작아진다. 또한, 실 내에 물의 단락로가 생기는 것이 방지된다.
한편, 이와 같이 이온 교환체가 팽창되면, 각 실을 둘러싸는 프레임에 대하여 측방으로 팽창하려고 하는 큰 힘이 가해진다. 그래서, 본 발명에서는, 전기 탈이온 장치의 측면부에 보강 부재를 접촉 배치하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 실시 형태를 도시하는 전기 탈이온 장치의 모식적인 단면도이다.
도 2는 종래의 전기 탈이온 장치를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 3(a)는 본 발명의 전기 탈이온 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 개략적인 사시도, 도 3(b)는 동 계통도이다.
도 4는 본 발명의 전기 탈이온 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 4의 전기 탈이온 장치의 측면도이다.
도 6은 도 4의 전기 탈이온 장치의 단부의 사시도이다.
도 7은 도 5의 VII-VII선 단면도이다.
도 8은 도 4의 VIII-VIII선 단면도이다.
도 9는 도 4의 전기 탈이온 장치의 내부 구성도이다.
이하에 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태를 도시하는 전기 탈이온 장치의 모식적인 단면도이다. 이 전기 탈이온 장치는 도 2에 도시하는 종래의 전기 탈이온 장치와 마찬가지로 전극(양극(11), 음극(12))의 사이에 복수의 음이온 교환막(A 막)(13) 및 양이온 교환막(C 막)(14)을 교대로 배열하여 농축실(15)과 탈염실(16)을 교대로 형성한 것으로, 탈염실(16)에는 이온 교환 수지, 이온 교환 섬유 또는 그라프트 교환체 등으로 이루어지는 음이온 교환체 및 양이온 교환체가 혼합 또는 복층형으로 충전되어 있다. 이 음이온 교환체와 양이온 교환체의 혼합 비율(체적비)은 음이온 교환체/양이온 교환체 = 8/2 내지 5/5이다.
또한, 농축실(15)과, 양극실(17) 및 음극실(18)에도, 이온 교환체, 활성탄 또는 금속 등의 전기 도전체가 충전되어 있다. 단, 농축실(15)에서는 이온 교환체가 충전되고, 또한 이 음이온 교환체와 양이온 교환체의 혼합 비율(체적비)은 음이온 교환체/양이온 교환체 = 8/2 내지 5/5인 것이 바람직하다.
탈염실 및 농축실에서의 이온 교환체의 음이온 교환체/양이온 교환체 비를 8/2 내지 5/5로 함으로써 각 실의 전기 저항이 작아져서 전기 탈이온 장치의 소비 전력이 저감된다.
이 음이온 교환체의 적어도 일부로서 II 타입(II형) 음이온 교환 수지를 채 용하면, 탄산 이온의 제거 효율이 향상된다. 이 II형 음이온 교환 수지는 디메틸 에탄올아민을 작용기로 하는 강염기성 음이온 교환 수지이다. II형 음이온 교환 수지의 혼합 비율은 음이온 교환체의 5 내지 15 부피% 정도인 것이 바람직하다.
원수는 탈염실(16)에 도입되고, 탈염실(16)로부터는 생산수가 추출된다. 이 생산수의 일부는 농축실(15)에 탈염실(16)의 통수 방향과는 역방향으로 향류 일과식으로 통수되고, 농축실(15)의 유출수는 계 외로 배출된다. 즉, 이 전기 탈이온 장치에서는 농축실(15)과 탈염실(16)이 교대로 병설되고, 탈염실(16)의 생산수 추출측에 농축실(15)의 유입구가 설치되어 있으며, 탈염실(16)의 원수 유입측에 농축실(15)의 유출구가 형성되어 있다. 또한, 생산수의 일부는 양극실(17)의 입구측으로 송급되고, 양극실(17)의 유출수는 음극실(18)의 입구측으로 송급되며, 음극실(18)의 유출수는 배수로서 계 외로 배출된다.
이와 같이, 농축실(15)에 생산수를 탈염실(16)과 향류 일과식로 통수함으로써, 생산수 추출측일수록 농축실(15) 내의 농축수의 농도가 낮아져서 농도 확산에 의한 탈염실(16)에 미치는 영향이 작아지며, 이온 제거율, 특히 실리카, 붕소의 제거율을 비약적으로 높일 수 있다.
특히, 탈염실(16)에서 원수의 유입측일수록 음이온 교환체의 비율을 많게 하면, 이 유입측에서 물이 알칼리성으로 되어 실리카, 붕소(붕산)의 해리가 촉진되고, 실리카, 붕소의 제거가 효율적으로 이루어진다.
또한, 농축실에 이온 교환체를 충전함으로써 농축실의 LV를 20 m/hr 이하로 하여도 탈이온 성능을 확보할 수 있다. 이것은 농축실 내가 스페이서이면, 농축실 막면에서의 실리카, 붕소의 막면 농축을 수류에 의해 확산시킬 필요가 있었던 것에 대하여 농축실에 이온 교환체 등을 충전함으로써 이온 교환체를 통하여 이온이 확산되기 때문에, 높은 통수 속도(LV)를 필요로 하지 않기 때문이라고 생각된다.
이와 같이 통수 속도가 낮아도 되기 때문에, 일과식으로 농축수를 통수하더라도 물 회수율은 종래보다도 향상시킬 수 있고, 더구나, 순환 펌프를 이용할 필요도 없기 때문에 더욱 경제적이다.
농축실 충전물은 필요 전류 확보를 위해서는 활성탄 등일 수도 있지만, 상기 이온 확산 작용의 점에서, 상기한 바와 같이 이온 교환체를 충전하는 것이 바람직하고, 특히 음이온 교환체/양이온 교환체 = 8/2 내지 5/5로 하여 전기 저항을 작게 하는 것이 바람직하다.
이 도 1의 전기 탈이온 장치에서는 전극실(17, 18)에도 생산수를 공급하고 있지만, 전극실(17, 18)에서도 농축실(15)과 마찬가지로, 전류 확보를 위해, 이온 교환체나 활성탄, 또는 전기 도전체인 금속 등을 충전함으로써 수질에 상관없이 소비 전압이 일정하게 되어 초순수 등의 고수질의 물을 통수시키더라도 필요 전류를 확보하는 것이 가능해진다.
한편, 전극실에서는 특히 양극실에서의 염소나 오존 등의 산화제의 발생이 발생하기 때문에, 충전물로서는 장기적으로는 이온 교환 수지 등을 이용하는 것보다도 활성탄을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 전극실에 도 1과 같이 생산수를 공급하는 것은 전극실 공급수에 Cl-가 거의 없으므로, 염소의 발생을 방지할 수 있기 때문에 충전물이나 전극의 장기 안정화를 위해서는 바람직하다.
한편, 전극실은 상기와 같은 충전물을 이용하지 않더라도 전극판의 통수면측을 다공질형으로 가공하여, 그 부분에 전극수를 통수할 수 있도록 할 수도 있고, 그 경우, 전극판과 전극실이 일체화 가능하기 때문에 조립 등이 간단하게 되는 등의 장점이 있다.
이 전기 탈이온 장치를 조립하는 경우, 이온 교환체로서는 염형(예컨대, Na형 또는 Cl형)의 이온 교환체를 이용하고, 또한 충전하고자 하는 실의 용적의 95 내지 100%를 충전하는 것이 바람직하다. 전기 탈이온 장치의 운전을 시작함에 따라, 이 염형의 이온 교환체는 수중의 H+, OH-와 이온 교환하여 H형, OH형 등의 재생형 이온 교환 수지로 되지만, 이 이온 교환에 의해 이온 교환체가 팽창되어 실 내에 치밀하게 충전되고, 이온 교환막에 밀착하여 이온 교환막과 이온 교환체의 접촉 저항이 작아진다. 또한, 실 내에 물의 단락로(채널)가 생기는 것이 방지되어, 고수질의 처리수를 생산하기 쉽게 된다.
한편, 도 1의 전기 탈이온 장치에서, 농축수의 순환을 하는 경우, 전체적으로 순환되면 농축실의, 특히 생산수 유출측에서의 실리카, 붕소의 온도가 상승하기 때문에, 도 3과 같이 농축실을 분단시켜, 입구측과 출구측에서 농도 경사를 취하는 식으로 하면, 생산 수질은 도 1의 향류 통수와 동등한 것을 얻을 수 있다.
도 3(a)는 본 발명의 전기 탈이온 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 개략적인 사시도, 도 3(b)는 동 계통도이다.
도시한 바와 같이, 이 전기 탈이온 장치는 양극(11)과 음극(12) 사이에 양이온 교환막과 음이온 교환막을 교대로 배열하여 농축실(15)과 탈염실(16)을 교대로 형성한 점에서는 종래의 전기 탈이온 장치와 동일한 구성으로 되어 있지만, 농축실(15)이 칸막이 벽(15S)에 의해 2 이상(도 3에서는 2 개)의 농축수 유통부(15A, 15B)로 구획되어, 각 농축수 유통부(15A, 15B)의 농축수의 통수 방향이 탈염실(16) 내의 통수 방향과 교차하는 방향으로 되어 있는 점이 종래의 전기 탈이온 장치와 상이하다.
즉, 도 3에서, 탈염실(16)은 도 3(a)에서의 상측이 입구측, 하측이 출구측이며, 탈염실(16) 속에서 물은 위에서부터 아래를 향해 흐른다.
한편, 농축실(15) 내에는 이 탈염실(16) 내의 통수 방향과 교차하는 방향(도 3(a)에서는 직교 방향(한편, 이 직교 방향이란 반드시 엄밀한 것은 아니며, 80 내지 100° 정도의 범위를 포함함)으로 연장되어 있는 칸막이 벽(15S)이 설치되고, 농축실(15) 내는 도면에 있어서 상하 2단으로 구분되어, 각 농축수 유통부(15A, 15B)의 각각에 도면의 앞쪽에서부터 이면으로 통수가 이루어진다.
도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 탈염실에서 추출된 생산수의 일부는 펌프에 의해 순환되는 농축수 유통부(15B)의 순환계에 도입되어 생산수 추출측의 농축수 유통부(15B)를 순환한다. 이 순환계의 순환 농축수의 일부가 펌프에 의해 순환되는 농축수 유통부(15A)의 순환계로 도입되어 원수 유입측의 농축수 유통부(15A)를 순환하고, 그 일부는 계 외로 배출된다.
이 전기 탈이온 장치라도, 생산수가 생산수 추출측의 농축수 유통부(15B)를 순환한 후, 원수 유입구측의 농축수 유통부(15A)로 유입하여 순환하고, 그 후 계 외로 배출됨으로써 결과적으로 농축수는 생산수의 추출측에서 원수 유입측으로 통 수되고, 그 후 일부가 계 외로 배출되게 되어 도 1에 도시하는 탈염실과의 향류 일과식 통수의 경우와 동일한 효과가 발휘된다.
한편, 농축실을 칸막이 벽으로 구획하여 형성하는 농축수 유통부는 3 이상일 수도 있다. 다만, 칸막이 벽의 수를 늘림으로 인한 부재 수의 증가, 장치 구성의 복잡화 등을 고려한 경우, 농축실 내를 2 또는 3 개의 농축수 유통부로 구획하는 것이 바람직하다.
이러한 전기 탈이온 장치에서, 실리카뿐만 아니라, 특히 붕소도 제거하고자 할 때는 탈염실의 두께가 작을수록 좋다는 것이 예의 연구한 결과 판명되었다. 탈염실의 두께는 5 mm 이하가 바람직하고, 작을수록 바람직하지만, 물의 통수성이나 제작시의 취급성 등을 고려하면 실용상 2 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 전류 확보를 하여, 농도 확산의 영향을 배제함으로써, 실리카, 붕소의 제거율 향상을 도모하는 것이 본 발명의 목적이며, 전류 확보를 위해서는 농축실, 나아가서는 전극실에 전술한 것과 같은 고안이 필요하게 되는데, 실리카, 붕소 제거를 위한 필요 전류는 전류 효율로서 10% 이하에 해당하는 전류치, 또한 99.9% 이상의 실리카, 붕소 제거율을 얻기 위해서는 바람직하게는 전류 효율 5% 이하에 해당하는 전류치가 필요하게 된다. 또한, 전류 효율이란 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
전류 효율(%) = 1.31 ×셀당 유량(L/min) ×(원수 당량 도전율(μS/cm) - 처리수 당량 도전율(μS/cm))/전류(A)
이러한 본 발명의 전기 탈이온 장치에서는, 전기 탈이온 장치의 원수가 고비 저항이며, 이 물의 실리카나 붕소만을 더욱 저감시키려는 경우라도, 필요 전류를 확보할 수 있기 때문에, 농축실 및 전극실 중 어느 한쪽에서라도 전류가 흐르지 않으면, 전기 탈이온 장치 전체의 전류가 흐르지 않게 되는 종래의 문제점은 해소된다.
이 때문에, 고비저항의 원수로부터 더욱 실리카, 붕소를 제거하고자 하는 경우에도 전기 탈이온 장치를 이용할 수 있고, 따라서 전기 탈이온 장치의 적용 수질 범위를 크게 넓힐 수 있기 때문에, 그 공업적 유용성은 매우 크다.
예컨대, 주로 반도체 공장의 일차 순수 제조 장치로서 이용한 경우, 물 사용이 적고, 원수에 생산수가 되돌려져 순환하는 경우라도 필요 전류를 확보할 수 있어서 장치의 기동시 등에도 안정적으로 기동시킬 수 있다.
또한, 전기 탈이온 장치를 직렬로 복수단 설치하여 다단 통수하는 경우의 후단 전기 탈이온 장치에서도 필요 전류를 확보할 수 있다.
또한, 초순수 제조 공정의 이차 순수 시스템(서브시스템)에서, 비저항 10 MΩ·cm 이상의 물을 원수로 하여도 필요 전류를 확보할 수 있기 때문에, 데미너(deminner; 비재생식 혼상 이온 교환 장치)의 대체로서 이용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 전기 탈이온 장치의 조립시에, 염형 이온 교환체를 충전하고, 그 후의 전기 탈이온 장치의 운전에 의해 이온 교환체를 팽창시키는 경우, 이 팽창에 따라 전기 탈이온 장치의 프레임에 대하여 측 방향으로 팽창하려고 하는 큰 응력이 생긴다. 이 응력에 대항하기 위해서, 전기 탈이온 장치의 측면에 보강판을 대는 것이 바람직하다. 이 보강판을 갖춘 전기 탈이온 장치의 구성에 관해서 도 4 내지 7을 참조하여 설명한다.
도 4는 이 전기 탈이온 장치의 사시도, 도 5, 도 6은 이 전기 탈이온 장치의 측면도와 측면 부분의 분해 사시도, 도 7은 도 5의 VII-VII선의 일부 단면도, 도 8은 도 4의 VIII-VIII선의 일부 단면도, 도 9는 이 전기 탈이온 장치의 내부 구조를 도시하는 분해 사시도이다.
도 9와 같이, 음극측의 베이스 플레이트(31)의 내향면에 얕은 오목부로 이루어지는 음극실(31a)(도 8)이 형성되고, 이 음극실(31a)의 저면을 따라 음극판(32)이 배치되어 있다. 이 음극 베이스 플레이트(31)의 주연부에 액자형의 음극용 스페이서(33)가 서로 중첩된다. 이 음극용 스페이서(33) 위에 양이온 교환막(34), 탈염실 형성용의 액자형 프레임(35), 음이온 교환막(36) 및 농축실 형성용의 액자형 프레임(37)이 이 순서로 서로 중첩된다. 이 양이온 교환막(34), 탈염실 형성용의 액자형 프레임(35), 음이온 교환막(36) 및 농축실 형성용의 액자형 프레임(37)이 1 단위로서 다수 겹쳐진다. 즉, 막(34), 프레임(35), 막(36), 프레임(37)이 연속하여 반복 적층된다. 최후의 음이온 교환막(36)에 대하여 액자형의 양극용 스페이서(38)를 통하여 양극측 베이스 플레이트(40)가 서로 중첩된다. 이 양극측 베이스 플레이트(40)의 내향면에도 얕은 오목부로 이루어지는 양극실(40a)이 형성되고, 이 양극실(40a)의 저면에 양극판(39)이 배치된다.
이 적층체의 적층 방향의 외측, 즉 음극측 베이스 플레이트(31)의 외향면 및 양극측 베이스 플레이트(40)의 외향면에 각각 엔드 플레이트(50, 50)가 서로 겹쳐지고, 이들 엔드 플레이트(50, 50)의 주연부끼리가 타이로드(이 실시 형태에서는 양단에 수나사가 새겨져 형성된 타이볼트)(60)와, 상기 타이로드(60)의 양단에 나사 삽입된 너트(61)의 의해서 연결되어 있다.
상기한 탈염실용 프레임(35)의 내측 스페이스가 탈염실로 되어 있으며, 농축실용 프레임(37)의 원수는 피처리수 유입 라인(41)을 통해서 탈염실 내로 통수되고, 농축수는 농축수 유입 라인(42)을 통해서 농축실 내로 통수된다. 탈염실 내로 유입된 피처리수는 이온 교환 수지의 충전층을 흘러 내려가고, 이 때 상기 피처리수 중의 불순물 이온이 제거되어 탈이온수로 되고, 이것이 탈이온수 유출 라인(43)을 거쳐 유출된다.
한편, 농축실 내로 통수된 농축수는 농축실 내를 흘러 내려갈 때에, 이온 교환막(34, 36)을 통해 이동하여 오는 불순물 이온을 수용하여 불순물 이온이 농축된 농축수로서 농축수 유출 라인(34)으로부터 유출된다. 전극실에는 각각 도입 라인(45, 46) 및 추출 라인(47, 48)을 통해 전극수가 유통된다.
이 프레임(35, 37)에 대하여 이온 교환체로부터 가해지는 팽창력에 대항하기 위해서, 전기 탈이온 장치에 있어서는 보강 부재(80)가 프레임(35, 37)의 적층체의 측면부에 대어져 있다. 이 보강 부재(80)는 コ자형 단면 형상의 강제(鋼製) 앵글재로 이루어져, 상기 베이스 플레이트(31, 40) 사이에 가설되어 받쳐져 있다.
즉, 도 6, 도 8에 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(31, 40)에는 그 좌우 폭 방향으로 관통하는 관통 구멍(70)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(70)에 타이볼트(71)가 삽입 관통되어 있다. 이 타이볼트(71)의 선단이 보강 부재(80)의 선단부의 개구(81)에 삽입 관통되어, 너트(72)가 타이볼트(71)에 단단히 조여짐으로써 보 강 부재(80)가 베이스 플레이트(31, 40) 사이에 가설되고, 또한 전기 탈이온 장치의 프레임 적층체의 측면에 접촉된다. 부호 82는 이 너트(72)의 단단히 조이는 작업을 위해 보강 부재(80)에 형성된 절결부를 나타낸다.
이 보강 부재(80)는 コ자형이 하향인 것과 상향인 것이 교대로 배치되어 있다. 하향 コ자형의 보강 부재(80)와 상향 コ자형의 보강 부재(80)가 조합됨으로써 상자형 단면 형상으로 되어 그 안에 상기 타이로드(50)가 배치된다. 또한, 타이로드(50)를 먼저 장착하고 나서 보강 부재(80)를 베이스 플레이트(41, 50) 사이에 가설하여 건네는 식으로 장착한다.
한편, 본 발명에서는 탈염실과 농축실의 유량비를 9:1 내지 7:3으로 하는 것이 바람직하며, 이 유량비로 함으로써 탈이온수의 수질을 향상시킬 수 있는 동시에 물의 회수율을 높일 수 있다.
본 발명에서는 전류 밀도는 300 mA/d㎡ 이상이 적합하다.
또한, 본 발명에서는 실리카 제거 효율을 높이기 위해서 피처리수의 수온을 15℃ 이상 특히 25 내지 40℃ 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 프레임이나 이온 교환막, 이온 교환 수지 등을 내열성이 높은 것으로 하면, 이 수온을 40℃이상으로 할 수도 있다.
이상, 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래의 전기 탈이온 장치에서는 충분히 제거할 수 없는 실리카, 붕소를 고도로 제거하여 고순도의 생산수를 제조할 수 있다.

Claims (7)

  1. 양극을 갖춘 양극실;
    음극을 갖춘 음극실;
    이들 양극실과 음극실 사이에 복수의 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 교대로 배열함으로써 교대로 형성된 농축실 및 탈염실;
    상기 탈염실에 충전된 이온 교환체;
    상기 농축실에 충전된 이온 교환체, 활성탄 또는 전기 도전체;
    상기 양극실 및 음극실에 각각 전극수를 통수시키는 수단;
    상기 농축실에 농축수를 통수시키는 농축수 통수 수단; 및
    상기 탈염실에 원수를 통수하여 탈이온수를 추출하는 수단을 구비하고;
    상기 농축수 통수 수단은 상기 원수보다 실리카 또는 붕소 농도가 낮은 물을 탈염실의 탈이온수 추출구에 가까운 측에서부터 상기 농축실 내로 도입하는 동시에, 상기 농축실 중 탈염실의 원수 입구에 가까운 측에서부터 유출시키고, 이 농축실로부터 유출된 농축수의 적어도 일부를 계 외로 배출하는 수단이며;
    상기 탈염실 내에는 상기 이온 교환체로서 음이온 교환체와 양이온 교환체가 음이온 교환체와 양이온 교환체의 체적비 8/2 내지 5/5의 비율로 충전되어 있는 전기 탈이온 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 농축실 내에 이온 교환체가 충전되어 있고, 또한, 이 이온 교환체로서 음이온 교환체와 양이온 교환체가 음이온 교환체와 양이온 교환체의 체적비 8/2 내지 5/5의 비율로 충전되어 있는 것인 전기 탈이온 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탈염실 내의 음이온 교환체의 적어도 일부가 II형 음이온 교환체인 전기 탈이온 장치.
  4. 제3항에 있어서, 음이온 교환체의 5 내지 15 체적%가 II형 음이온 교환체인 전기 탈이온 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탈염실 내에서는 원수의 유입측일수록 음이온 교환체의 비율이 많은 것인 전기 탈이온 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이온 교환체는 전기 탈이온 장치 운전을 시작하기 전에는 염형의 이온 교환 수지이며, 또한 이 염형의 이온 교환 수지는 실의 용적의 95 내지 100%의 양만큼 실 내에 충전되어 있는 것인 전기 탈이온 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양극에서 음극으로 향하는 방향의 연장 양 방향의 외측에 각각 엔드 플레이트가 배치되고,
    상기 엔드 플레이트의 주연부끼리가 타이로드로 연결되어 있으며,
    또한, 상기 전기 탈이온 장치의 측면측에 보강 부재가 접촉 배치되어 있는 전기 탈이온 장치.
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