KR100671293B1 - 희석용 칸막이실의 혼합 베드 및 단상 이온 교환 물질을사용하는 물의 전기 탈이온화 방법 및 그 장치 - Google Patents

희석용 칸막이실의 혼합 베드 및 단상 이온 교환 물질을사용하는 물의 전기 탈이온화 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물을 전기 탈이온화하는 방법 및 장치를 제공하는 것으로, 한 단부의 양극 칸막이실, 다른 한 단부의 음극 칸막이실, 및 음이온 및 양이온 교환 막에 의해 형성되는 농축용 칸막이실과 교대로 형성되는 다수의 희석용 칸막이실을 구비하는 전기 탈이온화 장치의 희석용 칸막이실에 정제할 물을 통과시킨다. 각각의 희석용 칸막이실은 이온 교환 물질을 함유한다. 중요하게는, 이온 교환 물질은 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질로 된 하나 이상의 혼합 베드 상, 및 혼합 베드 상에 인접하고, 음이온 교환 물질 또는 양이온 교환 물질, 또는 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질로 된 하나 이상의 단상으로 구성된다.

Description

희석용 칸막이실의 혼합 베드 및 단상 이온 교환 물질을 사용하는 물의 전기 탈이온화 방법 및 그 장치{Method and apparatus for electrodeionization of water using mixed bed and single phase ion exchange materials in diluting compartments}
본 발명은 물의 전기 탈이온화 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 전기 탈이온화 장치의 희석용 칸막이실내에서 이온 수송 효율을 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
불순물 이온이 이온 교환 수지 상에서 흡수 이온으로서 제거될 수 있도록 처리할 물을 이온 교환 수지의 충전층을 통과시킴으로써 물을 탈이온화하는 것이 공지되어 있다. 산 또는 알칼리에 의해, 흡수력을 저하시킨 이온 교환 수지를 재생하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 방법의 단점은 재생에 사용되는 산 또는 알칼리 폐액의 방출에 있다. 따라서, 재생에 산이나 알칼리를 필요로 하지 않는 탈이온수를 제조하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 이 점에서, 최근에 전기 탈이온화법으로 통상 공지된 것으로서, 이온 교환 수지가 이온 교환 막과 함께 사용되는 자체 재생형 전기투석성 탈이온수 제조방법에 주목해왔다. 이 방법과 관련된 물리장치는 전기 탈이온화 장치로서 알려져 있다.
전형적인 전기 탈이온화 장치는 교대로 배열된 음이온 교환 막 및 양이온 교환 막으로 구성되어, 희석용 칸막이실 및 농축용 칸막이실을 이루고 있다. 각각의 희석용 칸막이실은 통상 과립 또는 비드 형태의 음이온 교환 및 양이온 교환 고체 조성물을 포함하는 이온 교환 고체 조성물을 함유한다. 정제할 물은 희석용 칸막이실의 이온 교환 과립에 통과시킨다.
수중의 음이온성 불순물은 음이온 교환 고체 조성물에 의해 흡수되고, 전기 탈이온화 장치의 전체에 걸쳐서 인가전압의 영향하에 음이온 교환 막을 향해 이동되어, 음이온 교환 막을 통해, 유동하는 수류에 배출하기 위해 제 1 인접 농축용 칸막이실에 인입된다. 유사하게는, 수중의 양이온성 불순물은 양이온 교환 고체 조성물에 의해 흡수되고, 양이온 교환 막을 향해 이동되어, 양이온 교환 막을 통해, 유동하는 수류에 배출하기 위해 제 2 인접 농축용 칸막이실에 인입된다.
전형적으로, 이온 교환 고체 조성물은 통상 "혼합 베드" 이온 교환체로 불리우는 것으로, 랜덤하게 분포된 양이온 교환 및 음이온 교환 고체 조성물 비드의 혼합물로 구성된다. 혼합 베드 이온 교환 물질은 특징으로서 그 안에 함유된 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질 사이에 고 계면 접촉영역을 갖고 있다. 이러한 접촉영역은 이온성 불순물의 효과적인 제거를 촉진시킨다. 또한, 물 분자의 이온화를 촉진시킨다. 물 분자의 이온화에 의해, 수소 이온 및 히드록시 이온은 이온 교환 물질의 재생에 사용할 수 있다. 이는 희석용 칸막이실의 배출 직전과 같은 정제할 물 중의 용해된 이온성 불순물의 농도가 낮은 경우에 특히 중요하다.
바람직하지 않게는, 혼합 베드 이온 교환 물질이 사용되는 경우에는, 희석용 칸막이실의 두께는 반드시 얇아야 한다. 희석용 칸막이실의 두께가 증가함에 따라, 이온 교환 고체 조성물을 통해 막으로 통과하는 불순물 이온의 수송 효율은 낮아져서, 제품으로서의 수질이 저하된다. 이는 음이온 교환 물질이 연속된 음이온 교환 물질의 체인에 의해 음이온 교환 막에 덜 "연결"될 것 같기 때문이다(이런 식으로 이하 "연결도"로 불리우는 것에 기인한다). 또한, 양이온 교환 물질은 연속된 양이온 교환 물질의 체인에 의해 양이온 교환 막에 덜 연결되기 쉽다.
더욱 얇은 희석용 칸막이실은 더욱 고가의 제조비용을 요한다. 또한, 더욱 얇은 희석용 칸막이실에 있어서는 물질 비용 증가를 수반하여, 유효 막 영역이 증가한다.
미국 특허 제4,636,296호의 공보에는 전기 탈이온화 장치의 희석실의 혼합 베드 이온 교환 물질과 함께 상술한 연결도 문제를 완화시키는 전기 탈이온화 장치가 개시되어 있다. 특히, 상기 공보에 개시된 전기 탈이온화 장치는 음이온 교환 물질 및 양이온 교환 물질의 교대 층을 함유하는 희석용 칸막이실로 구성되어 있다. 이 점에서, 연속된 음이온 및 양이온 교환 물질의 체인은 각각 양이온성 및 음이온성 불순물의 이동을 촉진시키기 위해 주어진다. 그러나, 이러한 음이온 및 양이온 교환 물질 층상화는 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질 사이의 계면 접촉을 감소시켜서, 이온성 불순물에 관한 제거 효율을 감소시키고 소정 인가전압시의 물분자의 이온화 속도를 감소시킨다. 이 때문에, 미국 특허 제4,636,296호의 공보에 개시된 장치는 전극 표면에 생성된 후에 이온 교환 고체 조성물로 이동하는 재생제 수소이온 및 히드록시 이온에 의존한다. 그러나, 이러한 해결책은 고가의 다 중 전극을 필요로 하며, 다극성 이온 전기화학 리액터의 이점을 실현시키지 못하는 복잡성을 도입하고 있다.
PCT 출원 제WO97/34696호의 공보에는 혼합 베드 종류의 물질을 포함하여, 희석용 칸막이실의 이온 교환 물질의 연결도를 향상시키는 전기 탈이온화 장치가 개시되어 있다. 이는 희석용 칸막이실을 형성하는 양이온 교환 막 및 음이온 교환 막과, 희석용 칸막이실에 수용되는 이온 교환 물질 사이에 0.1∼20㎏/㎠의 압력을 가해지는 이온 교환 물질을 사용하여, 개개의 이온 교환 물질 사이의 계면 접촉을 향상시킴으로써 달성된다. 그러나, 더 큰 내부압력이 이온 교환 물질 사이에 가해지는 경우에는, 희석용 칸막이실내의 공극률이 감소되어, 수류에 대한 저항력을 증가시켜 처리할 수 있는 물의 양을 감소시킨다.
따라서, 향상된 연결도를 갖는 이온 교환 물질의 배치상태를 갖는 것이 바람직하고, 수소 이온 및 히드록시 이온이 이온 교환 물질의 재생에 사용될 수 있도록 이온 교환 물질이 물의 유효 이온화를 향상시킨다. 또한, 이온 교환 물질 사이에 0.1∼20㎏/㎠의 내부압력을 가하는 이온 교환 물질의 연결도를 향상시키는 것이 바람직하다.
넓은 측면에 있어서, 본 발명은 한 단부의 양극 칸막이실, 다른 한 단부의 음극 칸막이, 및 상기 양극 칸막이실과 음극 칸막이실 사이에서 농축용 칸막이실과 교대로 형성되는 다수의 희석용 칸막이실을 구비하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치를 제공한다. 각각의 희석용 및 농축용 칸막이실은 음이온 및 양이온 교환 막에 의해 형성된다. 각각의 희석용 칸막이실내에서, 이온 교환 물질은 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질로 된 하나 이상의 혼합 베드 상, 및 혼합 베드 상에 인접하고, 음이온 교환 물질 또는 양이온 교환 물질, 또는 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질로 된 하나 이상의 단상으로 구성되어 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 하나 이상의 단상은 음이온 및 양이온 교환 막에 인접할 수 있다. 또한, 혼합 베드 상 및 하나 이상의 인접하는 단상은 분리형 인접층으로서 배열될 수 있다. 하나 이상의 단상이 음이온 교환 물질인 경우에는, 음이온 교환 물질은 음이온 및 양이온 교환 막에 인접할 수 있다. 한편, 하나 이상의 단상이 양이온 교환 물질인 경우에는, 양이온 교환 물질은 양이온 교환 막에 인접할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 측면에 있어서, 하나 이상의 단상은 층상으로 된 음이온 교환 물질 및 양이온 교환 물질이고 이들 사이의 혼합 베드 상 층에 인접할 수 있으며, 음이온 교환 물질 층 및 양이온 교환 물질 층은 각각 음이온 교환 막 및 양이온 교환 막에 인접한다. 각각의 음이온 교환 물질 층 및 양이온 교환 물질 층은 또한 혼합 베드 층과 동일 공간에 존재할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 하나 이상의 단상은 다공질 침투성 연속상일 수 있고, 혼합 베드 상은 연속 단상에 있어서의 다공질 침투성 분산상일 수 있다. 또는, 혼합 베드 상은 다공질 침투성 연속상일 수 있고, 단상은 연속 혼합 베드 상에 있어서의 다공질 침투성 분산상 클러스터일 수 있다.
본 발명의 또 하나의 측면에 있어서, 이온 교환 물질은 반대 평면상 베드면 을 갖는 얕은 베드 형태일 수 있고, 분산상 클러스터는 평면상 베드면에 수직을 이루고 하나 이상의 평면상 베드면과 인접한다. 분산상 클러스터는 또한 얕은 베드를 통해 뻗어있고 베드의 반대 평면상 베드면과 인접할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 희석용 칸막이실의 이온 교환 물질은 0.1∼20㎏/㎠의 압축압력하에 있을 수 있다.
또 하나의 측면에 있어서, 본 발명은 한 단부의 양극 칸막이실 및 다른 한 단부의 음극 칸막이실, 및 양극 칸막이실과 음극 칸막이실 사이에서 농축용 칸막이실과 교대로 형성되는 다수의 희석용 칸막이실을 구비하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하는 방법을 제공한다. 각각의 희석용 및 농축용 칸막이실은 음이온 및 양이온 교환 막에 의해 형성된다. 또한, 각각의 희석용 칸막이실은 이온 교환 물질을 함유한다. 이온 교환 물질은 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질로 된 하나 이상의 혼합 베드 상, 및 혼합 베드 상에 인접하고, 음이온 교환 물질 또는 양이온 교환 물질, 또는 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질로 된 하나 이상의 단상으로 구성된다. 이온화할 물은 희석용 칸막이실을 통과하여, 이온성 불순물이 희석용 칸막이실내에서의 이온 교환 및 이온 전도 메카니즘의 결과로서 제거된다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 이온 교환 물질의 압축압력은 0.1∼20㎏/㎠이다. 바람직하게는, 압축압력은 0.5∼10㎏/㎠, 더욱 바람직하게는 0.8∼2㎏/㎠이다. 압축압력은 희석용 칸막이실의 체적에 대하여 유리상태의 이온 교환 물질의 체적을 103∼170체적%, 바람직하게는 희석용 칸막이실의 체적에 대하여 111∼150체적%로 조절함으로써 가해질 수 있다.
또 하나의 측면에 있어서, 본 발명은 한 단부의 양극 칸막이실 및 다른 한 단부의 음극 칸막이실, 및 양극 칸막이실과 음극 칸막이실 사이에서 농축용 칸막이실과 교대로 배치되는 다수의 희석용 칸막이실을 구비하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하는 방법을 제공한다. 각각의 희석용 및 농축용 칸막이실은 음이온 및 양이온 교환 막에 의해 형성된다. 또한, 각각의 희석용 칸막이실은 이온 교환 물질을 함유한다. 이온 교환 물질은 하나 이상의 혼합 베드 상, 하나 이상의 음이온 교환 단상, 하나 이상의 양이온 교환 단상으로 구성된다. 음이온 교환 상과 양이온 교환 상은 반대측부에서 혼합 베드 상에 인접한다. 탈이온화할 물은 희석용 칸막이실을 통과하여, 이온성 불순물이 희석용 칸막이실내에서의 이온 교환 및 이온 전도 메카니즘의 결과로서 제거된다.
도 1은 본 발명의 전기 탈이온화 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 이온 교환 물질의 하나의 배치상태에 대한 부분절결사시도이다.
도 3은 본 발명의 이온 교환 물질의 제 2 배치상태에 대한 부분절결사시도이다.
도 4는 본 발명의 이온 교환 물질의 제 3 배치상태에 대한 부분절결사시도이다.
도 5는 본 발명의 이온 교환 물질의 제 4 배치상태에 대한 부분절결사시도이다.
도 6은 본 발명의 이온 교환 물질의 제 5 배치상태에 대한 부분절결사시도이다.
도 7은 본 발명의 이온 교환 물질의 제 6 배치상태에 대한 부분절결사시도이다.
도 8은 본 발명의 이온 교환 물질의 제 7 배치상태에 대한 부분절결사시도이다.
도 9는 본 발명의 이온 교환 물질의 제 8 배치상태에 대한 부분절결사시도이다.
도 10은 본 발명의 이온 교환 물질의 제 9 배치상태에 대한 부분절결사시도이다.
도 11은 본 발명의 이온 교환 물질의 제 10 배치상태에 대한 부분절결사시도이다.
도 12는 본 발명의 이온 교환 물질의 제 11 배치상태에 대한 부분절결사시도이다.
도 13은 도 12의 이온 교환 물질의 배치상태에 대한 측면도이다.
이제, 본 발명의 방법 및 장치는 첨부도면과 관련하여 기술될 것이다.
일반적으로, 본 발명은 전기 탈이온화 장치를 사용하여 수행되는 정수 공정에 적용할 수 있다.
우선, 도 1를 참조하면, 본 발명의 전기 탈이온화 장치(10)는 양극(24)을 갖 춘 양극 칸막이실(20) 및 음극(26)을 갖춘 음극 칸막이실(22)을 구비한다. 다수의 양이온 교환 막(28) 및 음이온 교환 막(30)은 각각 양극측의 음이온 교환 막(30) 및 음극측의 양이온 교환 막(28)에 의해 형성되는 희석용 칸막이실(32), 및 각각 양극측의 양이온 교환 막(28) 및 음극측의 음이온 교환 막(30)에 의해 형성되는 농축용 칸막이실(18)을 형성하도록 양극 칸막이실(20)와 음극 칸막이실(22) 사이에 교대로 배치되어 있다. 전해액은 각각 플로스트림(36, 38)을 통해 양극 칸막이실(20) 및 음극 칸막이실(22)로 공급된다.
참고부호(40)으로 지정된 이온 교환 물질은 희석용 칸막이실(32)에 제공된다. 이러한 매질은 이온 교환에 의해 바람직하지 않은 이온을 제거함으로써 정수를 향상시킨다. 또한, 이러한 매질은 후술하는 바와 같이, 차후에 이를 통해 침투시키기 위해 이온 교환 막(28, 30)을 향해 이온을 이동시키는 것을 촉진시킨다. 이온 교환 물질(40)은 이온 교환 수지, 교환 섬유 또는 이의 성형품의 형태일 수 있다.
처리할 물은 공급 스트림(50)으로부터 희석용 칸막이실(32)로 도입된다. 유사하게는, 물 또는 수용액은 공급 스트림(44)으로부터 농축용 칸막이실(18), 양극 칸막이실(20) 및 음극 칸막이실(22)로 도입된다. 소정 전압이 2개의 전극 사이에 인가되어, 희석용 칸막이실(32)의 음이온이 음이온 교환 막(30)을 통해 농축용 칸막이실(18)로 침투되는데 반해, 희석용 칸막이실(32)의 스트림 중의 양이온은 양이온 교환 막(28)을 통해 농축용 칸막이실(18)로 침투된다. 상술한 음이온 및 양이온의 이동은 희석용 칸막이실(32)에 존재하는 이온 교환 물질(40)에 의해 더욱 촉진된다. 이 점에서, 인가전압에 의해 구동되면, 희석용 칸막이실(32)의 양이온은 이 온 교환 메카니즘을 이용하여 양이온 교환 수지를 통해 이동되어, 결국은 양이온 교환 수지와 직접 접촉하고 있는 양이온 교환 막(28)을 통과한다. 유사하게는, 희석용 칸막이실(32)의 음이온은 이온 교환 메카니즘을 이용하여 음이온 교환 수지를 통해 이동되어, 결국은 음이온 교환 수지와 직접 접촉하고 있는 음이온 교환 막(30)을 통과한다. 스트림(44)으로부터 농축용 칸막이실(18)로 도입된 수용액 또는 물, 및 차후에 이들 칸막이실로 이동되는 음이온 및 양이온 종은 수집되어, 배출 스트림(48)으로부터 농축액으로서 제거되는 반면에, 정제된 수류는 배출 스트림(42)으로서 희석용 칸막이실(32)로부터 배출된다.
희석용 칸막이실 및 이 희석용 칸막이실을 형성하는 양이온 교환 막과 음이온 교환막에 수용되거나 충전되는 이온 교환 물질에 가해진 압력은 이온 교환 물질을 꽉 채움으로써 0.1∼20㎏/㎠의 범위내로 조절된다. 압력이 0.1㎏/㎠ 미만이면, 이온 교환 물질간이나, 이온 교환 물질과 이온 교환 막 사이의 이온 교환 물질의 물리적 접촉은 불충분해지는 성향이 있어서, 전기저항은 증가할 것 같고/같거나 결과적으로 생긴 수류의 단락과 함께 처리할 물의 쇼트 패스가 형성될 것 같다. 그 결과, 얻어진 제품으로서의 물의 순도는 낮아지는 경향이 있어, 이는 바람직하지 않다. 한편, 이온 교환 물질이 이것에 가해지는 압력이 20㎏/㎠를 초과하도록 꽉 채워진다면, 이온 교환 물질간 및 이온 교환 물질과 이온 교환 막 사이의 이온 교환 물질 접촉이 충분하나, 수류 및 처리된 수량이 감소되는 경향이 있으며, 이온 교환 물질은 고압에 의해 손상될 것이다. 따라서, 압력은 바람직하게는 0.5∼10㎏/㎠, 더욱 바람직하게는 0.8∼2㎏/㎠이다.
희석용 칸막이실에 충전된 이온 교환 물질 및 이온 교환 막에 가해지는 압력은 바람직하게는 유리상태로 희석용 칸막이실에 수용되는 이온 교환 물질의 체적이 원하는 압축압력을 달성하는 양으로 희석용 칸막이실에 이온 교환 물질을 꽉 채운 다음, 재생된 물을 공급하여, 이온 교환 물질의 체적을 확장시켜서 압력을 증가시키도록 전류로 조절함으로써, 재생된 형태의 체적보다 작게 감소되도록 가해진다. 또는, 이온 교환 물질을 희석용 칸막이실에 수용한 다음에, 희석용 칸막이실의 체적을 기계적으로 감소시켜, 압력을 원하는 레벨로 증가시킨다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "유리상태"는 이온 교환 물질이 희석용 칸막이실의 제한된 공간내에 적합하도록 그 자체가 물리적으로 결합되지 않은 상태를 말한다.
상기 제 1 방법에 있어서, 유리상태의 재생 형태의 이온 교환 물질의 체적이 희석용 칸막이실의 유효 체적에 대하여 103∼170%가 되는 양으로 희석용 칸막이실에 이온 교환 물질을 충전하는 것이 바람직하다. 이러한 유리상태의 양이 103% 미만이면, 이온 교환 물질간의 접촉은 불량해진다. 한편, 유리상태의 양이 170%를 초과하면, 상기 접촉은 양호하게 되지만, 이온 교환 물질을 통해 물을 통과시킬 때의 압력손실이 바람직하지 않게 높아지는 경향이 있다. 이온 교환 물질의 유리상태의 체적이 희석용 칸막이실의 체적의 111∼150% 범위인 것이 바람직하다.
이온 교환 물질의 체적을 재생된 형태의 체적보다 낮은 레벨로 감소시키기 위해, 하기 방법이 사용될 수 있다: (ⅰ) 함수량을 건조에 의해 감소시킬 수 있는 방법, (ⅱ) 이온 교환 물질을 적재된 형태로 전환시키도록 카운터 이온을 재생된 형태 이외의 이온 종으로 변화시키는 방법, 또는 (ⅲ) 이온 교환 물질을 용매 치환 을 위해 유기 용매 중에 침지시킬 수 있는 방법. 방법(ⅰ) 및 방법(ⅱ)을 조합하여 사용하는 것이 바람직한데, 이들 방법이 이온 교환 물질의 종류 또는 구조에 관계 없이 용이하게 사용될 수 있고 체적감소량이 크기 때문이다.
함수량이 건조에 의해 감소되는 경우에는, 함수량을 1∼30wt%의 레벨로 감소시키는 것이 바람직하다. 함수량이 1wt% 미만이면, 건조시키는데 바람직하지 않게 장시간이 소요된다. 함수량이 30wt%를 초과하면, 물을 첨가하고 전류를 통하게 함으로써 체적 증가가 최소화되는 경향이 있는데, 이는 바람직하지 않다. 함수량을 약 5∼15wt% 범위로 함으로써, 건조가 용이해지고, 물을 공급하고 전류를 통하게 함으로써 체적 증가가 커지므로 바람직하다. 건조시의 카운터 이온의 종류에 관해서는, Na종은 양이온 교환 물질에 바람직하고, Cl종은 음이온 교환 물질에 바람직한데, 이들 종류는 각각 상응하는 H종 및 OH종에 비교하여 열적으로 안정하다. 건조온도는 30∼80℃인 것이 바람직하다. 30℃보다 낮으면 건조하는데 바람직하지 않게 장시간이 소요되고, 80℃보다 높으면 이온 교환 그룹은 분해되려는 경향이 있는데, 이는 바람직하지 않다.
이온 교환 물질을 적재된 형태로 전환시키도록 카운터 이온을 재생된 형태 이외의 이온 종으로 변화시키는 방법의 경우에는, 상술한 바와 같이, Na종은 양이온 교환 물질로서 바람직하고, Cl종은 음이온 교환 물질로서 바람직하다. 다른 이온 종으로서, K종 또는 Li종은 양이온 교환 물질로서 바람직하고, Br종 또는 NO3종 등의 1가 카운터 이온은 음이온 교환 물질로서 바람직하다. 이 점에서, Ca종 또는 Al종, 또는 2가 또는 고가의 카운터 이온은 바람직하지 않는데, 재생된 형태로의 전환이 어려워지기 때문이다.
이온 교환 물질을 희석용 칸막이실에 충전한 다음에, 희석용 칸막이실의 체적을 기계적으로 감소시켜 압력을 증가시키는 상술한 방법에 있어서는, 희석용 칸막이실의 체적을 5∼60체적%로 감소시키도록, 희석용 칸막이실 프레임과 이온 교환 막 사이에 압력에 의해 압축할 수 있는 스페이서를 끼워, 도 1의 화살표(53, 55)로 나타낸 바와 같이, 스페이서의 평면에 수직인 외부로부터 압력을 가하여 이온 교환 물질이 충전된 후에 스페이서를 압축시키는 것이 바람직하다. 희석용 칸막이실의 감소된 체적이 5체적% 미만이면, 수용된 이온 교환 물질의 접촉은 불량해진다. 한편, 희석용 칸막이실의 감소된 체적이 60체적%를 초과하면, 접촉은 양호하나, 물이 이온 교환 물질을 통과할 때의 저항으로 인한 압력손실이 높아지는데, 이는 바람직하지 않다. 이러한 수축성 스페이서용 재료로는, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌 등의 폼 시트가 바람직하게 사용된다.
도 2는 희석용 칸막이실(32) 내에 사용되는 본 발명의 이온 교환 물질(40)의 양호한 배치상태를 도시한다. 이러한 제 1 실시형태에 있어서, 이온 교환 물질(40)은 음이온 교환 상(52), "혼합 베드" 이온 교환 상(56) 및 양이온 교환 상(54)의 교대 층으로 구성되는데, 이러한 층은 희석용 칸막이실(32)의 스트림의 유동 방향에 실제로 수직으로 배열되어 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "혼합 베드" 이온 교환 물질은 혼합 베드 체적을 통해 랜덤하게 분포된 음이온 교환 물질 및 양이온 교환 물질로 구성되는 이온 교환 물질을 말하는데, 음이온 교환 물질의 체적 분율은 20체적%∼80체적%이고, 양이온 교환 물질의 체적 분율은 80체적%∼20체적%이다.
인가전압의 영향하에, 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질 사이의 고 계면접촉에 의해, 혼합 베드 상(56)은 이온성 불순물의 효과적인 제거를 향상시킨다. 또한, 혼합 베드 상(56)은 음이온 교환 상(52) 및 양이온 교환 상(54)은 물론 혼합 베드 상(56)의 음이온 및 양이온 교환 물질의 재생을 위해 수소 이온 및 히드록시 이온으로 물분자를 이온화시키는 것을 촉진시킨다. 이러한 재생은 희석용 칸막이실(32)을 통해 흐르는 스트림의 이온 농도가 비교적 낮은 영역에서 특히 유리하고, 이것 만으로는 희석용 칸막이실(32)을 통해 흐르는 스트림의 효과적인 탈이온화를 위해 충분히 높은 레벨로 인가 전류를 유지하기에 불충분하다.
각각 음이온 교환 막(30) 및 양이온 교환 막(28)과의 혼합 베드 상(56)의 음이온 교환 물질 및 양이온 교환 물질의 연결도를 향상시키기 위해, 각각의 혼합 베드 상(56) 층은 한 면(56a)의 음이온 교환 상(52) 층과 다른 한 면(56b)의 양이온 교환 상(54) 층 사이에 배치된다. 이 점에서, 음이온 교환 상(52)은 혼합 베드 상(56)의 한 면(56a)에서 음이온 교환 물질과 인접하므로, 한 면(56a)의 음이온 교환 물질은 음이온 교환 막(30)과 연결된다. 유사하게는, 양이온 교환 물질(54)은 혼합 베드 상(56)의 다른 한 면(56b)에서 양이온 교환 물질과 인접하므로, 한 면(56a)의 양이온 교환 물질은 양이온 교환 막(28)과 연결된다. 두가지 경우에 있어서, 이러한 연결상태는 각각 혼합 베드 상(56)의 공극 공간 내에서 음이온 교환 막(30) 및 양이온 교환 막(28)으로의 이온 교환 및 이온 전도 메카니즘을 통해 음이온 및 양이온의 이동을 촉진시킨다.
도 3은 이온 교환 물질(40)이 음이온 교환 상(52) 및 혼합 베드 상(56)의 교대 층으로 구성되는데, 이러한 배치상태는 혼합 베드 이온 교환 물질의 음이온 교환 물질의 연결도를 향상시킨다. 그 결과, 이는 단순 음이온, 중요하게는 반응성 실리카, 이산화탄소, 붕산 형태의 붕소 등의 약이온화 염기성 무기 불순물, 및 카르보닐산 및 페놀 등의 약산성 유기 불순물의 제거를 향상시킨다. 바람직하게는, 이러한 배치상태는 양이온성 불순물의 벌크가 상류 장치 또는 동일한 희석용 칸막이실(32)의 상류 영역에서 이미 제거되는 전기 탈이온화법에 있어서의 희석용 칸막이실(32)의 영역에 사용되며, 잔류하는 약이온화 음이온성 불순물을 제거하는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 이온 교환 물질(40)의 또 하나의 배치상태가 도시되어 있는 것으로, 이온 교환 물질(40)은 양이온 교환 상(54) 및 혼합 베드 상(56)의 교대 층으로 구성되어 있다. 이러한 배치상태는 혼합 베드 상(56)의 양이온 교환 물질과 양이온 교환 막(28)과의 연결도를 향상시킴으로써, 암모니아, 아민 및 히드라진 등의 양이온 및 약이온화 양이온성 물질의 제거를 향상시킨다.
도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 실시형태는 대체로 평면상 표면을 갖는 이온 교환 물질(40) 복합층, 즉 음이온 교환 물질(52) 및/또는 양이온 교환 물질(54) 층과 혼합 베드 교환 물질(56) 층을 나타낸다. 이러한 표면이 실제로 평면상인 것이 필수적인 것은 아니다. 도 5, 도 6 및 도 7은 이러한 이온 교환 물질(40) 층이 지그재그, 즉 주름이 져서 평면상 층보다 더 큰 인접층간의 계면영역을 부여한다.
상기 실시형태의 음이온 교환 상(52), 양이온 교환 상(54) 및 혼합 베드 상(56)은 이온 교환 수지, 이온 교환 섬유 또는 이의 성형품 형태일 수 있지만, 다공질이면서 이를 통과하는 액체 흐름에 대하여 침투성을 지녀야 한다. 성형품은 바인더 폴리머에 의해 서로 결합되는 이온 교환 수지 입자로 구성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 이온 교환 물질은 베드 평면에 수직을 이루는 매트릭스(58) 내에 분산된 혼합 베드 상(56)의 다공질 침투성 클러스터(62)로 된 다수의 소정 간격진 실린더를 갖는 제 1 이온 교환 물질(60)의 다공질 침투성 연속 매트릭스로 이루어진 베드로 구성될 수 있다. 제 1 이온 교환 물질(60)은 교대하는 음이온 교환 상(52) 및 양이온 교환 상(54)으로 구성된다. 이러한 배치상태는 희석용 칸막이실(32) 내로부터 음이온 및 양이온의 제거를 향상시킨다.
또는, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 연속 매트릭스로 된 제 1 이온 교환 물질(60)은 음이온 교환 상(52) 또는 양이온 교환 상(54)으로 구성될 수 있다. 이 점에서, 전자의 배치상태는 희석용 칸막이실(32)로부터의 음이온의 제거를 향상시키는데 반해, 후자의 배치상태는 희석용 칸막이실(32)로부터의 양이온의 제거를 향상시킨다.
또 하나의 실시형태로서, 도 11에 도시된 바와 같이, 이온 교환 물질(40)은 베드 평면에 수직을 이루는 매트릭스(58) 내에 분산된 단상 제 2 이온 교환 물질의 다공질 침투성 클러스터(66)로 된 다수의 소정 간격진 실린더를 갖는 혼합 베드 상(56)의 다공질 침투성 매트릭스로 이루어진 베드로 구성될 수 있다. 제 2 이온 교환 물질은 음이온 교환 상(52) 또는 양이온 교환 상(54)으로 구성될 수 있다.
클러스터(62 또는 66)는 시트로부터 원하는 사이즈 및 형상으로 된 클러스터를 다이 컷함으로써 폴리머 바인더에 의해 결합되는 음이온 교환 물질(52) 또는 양이온 교환 물질(54), 또는 혼합 베드 이온 교환 물질(56)의 연속상으로 된 얕은 베드 또는 시트로 형성될 수 있다. 사이즈 및 형상이 유사한 다수의 구멍을 갖는 폴리머 수지에 의해 이로부터 다이 컷된 클러스터(62 또는 66)에 결합되는 매트릭스(60 또는 64)로 구성되는 이온 교환 물질의 연속 상의 시트는 꽉 끼는 마찰 배치상태의 컷아웃 클러스터(62 또는 66)를 수용하여, 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11 중 어느 하나에 도시된 실시형태로 사용하기 위한 이온 교환 물질(40)을 형성할 수 있다.
도 12 및 도 13은 혼합 베드 이온 교환 물질(56)의 여러 도메인이 음이온 교환 막(30) 및 양이온 교환 막(28)의 각각에 인접하는 희석용 칸막이실(32) 내에 배치되는 본 발명의 또 다른 실시형태를 도시한다. 음이온 교환 상(52) 및 양이온 교환 상(54)은 또한 희석용 칸막이실(32) 내에 혼합 베드 이온 교환 물질의 도메인에 인접하게 배치되어 있다.
본 발명의 방법 및 장치는 하기의 비한정적인 실시예와 관련하여 설명될 것이다.
실시예 1:
전기 탈이온화 장치(유효면적 507㎠)는 필터 프레스형 전기 탈이온화 스택을 형성하고, 희석용 칸막이실 스페이서 프레임(폴리프로필렌제) 및 용융 폴리프로필렌 서포트 메쉬를 갖는 농축용 칸막이실 프레임(폴리올레핀제)에 의해 배열되어 고 정되는 양이온 교환 막(강산형 불균일 막, 두께 0.05㎝, 이온 교환 용량 4.5meq/g-건조 수지) 및 음이온 교환막(강염기형 불균일 막, 두께 0.05㎝, 이온 교환 용량 3.5meq/g-건조 수지)에 의해 결합되는 농축용 및 희석용 칸막이실을 구비하며, 각각의 셀 쌍의 폭이 13㎝이고 각각의 셀 쌍의 길이가 39㎝인 희석용 및 농축용 칸막이실로 된 30개의 셀 쌍로 구성된다.
희석용 칸막이실은 각각 양이온 교환 물질로 된 초기 층으로 충전된 다음에, 각각 a) 유동 방향으로의 두께가 약 0.98㎝인 혼합 베드 이온 교환 물질 층, b) 유동 방향으로의 두께가 약 1.0㎝인 음이온 교환 물질 층, c) 유동 방향으로의 두께가 약 0.98㎝인 혼합 베드 이온 물질 층, 및 d) 유동 방향으로의 두께가 약 1.0㎝인 양이온 교환 물질 층으로 구성되는 4개의 층의 10개의 시퀀스로 배열되어 있다. 각각의 희석용 칸막이실의 혼합 베드 층은 강염기 음이온 및 강산 양이온 교환 수지 혼합물 50wt%의 약 70.3g(건조 이온 교환 중량 기준)으로 구성된다. 각각의 희석용 칸막이실의 음이온 교환 층은 건조 상태의 이온 교환 수지 및 올레핀계 폴리머 바인더 혼합물로 이루어지는 시트상 제품 형태의 강염기 음이온 교환 수지 약 49.9g(건조 음이온 교환 중량 기준)으로 구성된다. 유사하게는, 각각의 희석용 칸막이실의 양이온 교환 층은 건조 상태의 이온 교환 수지 및 올레핀계 폴리머 바인더 혼합물로 이루어지는 시트상 제품 형태의 강산 양이온 교환 수지 약 71.3g(건조 양이온 교환 중량 기준)으로 구성된다. 2개의 이온 교환 수지는 술폰산형 양이온 교환 수지(상품명: Diaion SK-1B; Mitsubishi Chemical Corporation제) 및 4차 암모늄염 음이온 교환 수지(상품명: Diaion SA-10A; Mitsubishi Chemical Corporation제)로 이루어진다.
이러한 전기 탈이온화 장치를 이용함으로써, 하기 방법으로 테스트를 행한다. 22∼24℃에서 17.5ppm NaCl(약 35uS/㎝ 전도도)를 포함하는 정제할 급수를 준비한다. 정제할 급수를 약 12.5gpm의 유량으로 전기 탈이온화 장치의 희석용 칸막이실에 통과시키고 4.3Amp의 직류를 가한다. 이러한 작업 조건하에서, 25℃로 보정된 전기 탈이온화 장치의 제품으로서의 물의 고유저항을 측정한 바, 17.32㏁ㆍ㎝이었다. 이 고 레벨의 제품의 고유저항은 효과적인 이온화를 나타낸다.
실시예 2:
하기 항목을 제외하고는 상술한 실시예 1에서와 동일한 방법으로 비교실험을 행한다: 희석용 칸막이실은 상술한 종류의 강염기 음이온 교환 수지 및 강산 강염기 수지 혼합물 50wt%의 191g(건조 이온 교환 중량 기준)으로 각각 충전된다.
실시예 2는 전기 탈이온화 장치를 이용하여 하기 방법으로 행해진다. 22∼24℃에서 17.1ppm NaCl(약 34uS/㎝ 전도도)를 포함하는 정제할 급수를 준비한다. 정제할 급수를 약 12.5gpm의 유량으로 전기 탈이온화 장치의 희석용 칸막이실에 통과시키고 4.3Amp의 직류를 가한다. 이러한 작업 조건하에서, 25℃로 보정된 전기 탈이온화 장치의 제품으로서의 물의 고유저항을 측정한 바, 14.47㏁ㆍ㎝이었다. 이 레벨의 제품의 고유저항은 실시예 1과 비교하여 낮은 탈이온화도를 나타낸다.
실시예 1 및 실시예 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 예시된 바와 같은(분리형 음이온 층 및 양이온 층으로 결합된 충전된 혼합 베드 이온 교환 수지 층) 전기 탈이온화 장치의 작동으로 전기 탈이온화 장치가 급수를 더욱 더 효과적으로 급수를 이온화할 수 있다.
본 발명은 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질 사이의 향상된 계면 접촉을 이루도록 적합한 이온 교환 물질을 함유하는 희석용 칸막이실을 갖춘 전기 탈이온화 장치를 제공하고, 각각의 이온 교환 막과 떨어진 영역으로부터 이러한 이온 교환 막으로 음이온 및 양이온을 이동시키기 위한 향상된 전도 경로를 제공함으로써 다수의 중요한 이점을 제공한다.
이 점에서, 이온 교환 물질은 특징으로서 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질 사이의 고 계면 접촉을 갖는 혼합 베드 이온 교환 물질의 다공질 상을 포함한다. 이러한 계면 접촉을 부여함으로써, 이러한 혼합 베드 상은 희석용 칸막이실을 통해 흐르는 스트림의 이온성 불순물의 효과적인 제거작용을 향상시킨다. 또한, 혼합 베드 상은 음이온 및 양이온 교환체의 재생을 위해 수소 이온 및 히드록시 이온으로 물의 이온화를 촉진시킨다. 이러한 재생은 희석용 칸막이실을 통해 흐르는 스트림의 이온 농도가 비교적 낮은 영역에서 특히 유리하고, 이것 만으로는 희석용 칸막이실을 통해 흐르는 스트림의 효과적인 탈이온화를 위해 충분히 높은 레벨로 인가 전류를 유지하기에 불충분하다.
혼합 베드 이온 교환 상은 음이온 교환 물질로 된 다공질 상 및/또는 양이온 교환 물질로 된 다공질 상과 접촉하고 있다. 음이온 교환 상의 경우에는, 이러한 접촉은 혼합 베드 상에 흡수된 음이온이 음이온 교환 막으로 이동하는 것을 촉진시킨다. 음이온 교환 상의 음이온 교환 물질과 혼합 베드 상의 음이온 교환 물질 사이의 계면 접촉은 희석용 칸막이실내의 반대 전하를 띤 이온에 의해 제공된 음이온 교환 막으로의 혼합 베드 상에 흡수된 음이온의 이동에 대한 저항을 경감시킨다. 이는 이러한 계면 접촉이 혼합상으로부터 음이온 교환 상을 거쳐 음이온 교환 막으로, 흡수된 음이온의 이동에 대한 전도 경도를 제공하기 때문이다.
유사하게는, 양이온 교환 상의 경우에는, 이러한 계면 접촉은 혼합 베드 상에 흡수된 양이온이 양이온 교환 막으로 이동하는 것을 촉진시킨다. 양이온 교환 상의 양이온 교환 물질과 혼합 베드 상의 양이온 교환 물질 사이의 계면 접촉은 희석용 칸막이실내의 반대 전하를 띤 이온에 의해 제공된 양이온 교환 막으로의 혼합 베드 상에 흡수된 음이온의 이동에 대한 저항을 경감시킨다. 이는 이러한 계면 접촉이 혼합상으로부터 양이온 교환 상을 거쳐 양이온 교환 막으로, 흡수된 양이온의 이동에 대한 전도 경도를 제공하기 때문이다.
물론, 첨부된 청구의 범위에 의해 명시된 바와 같이, 본 발명의 범위를 이탈하지 않고서 본 발명의 실시형태에 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

Claims (43)

  1. 한 단부의 양극 칸막이실, 다른 한 단부의 음극 칸막이실, 및 상기 양극 칸막이실과 음극 칸막이실 사이에서 농축용 칸막이실과 교대로 형성되는 다수의 희석용 칸막이실을 구비하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치에 있어서, 각각의 희석용 및 농축용 칸막이실은 음이온 및 양이온 교환 막에 의해 형성되고, 각각의 희석용 칸막이실은 이온 교환 물질을 가지며, 이온 교환 물질은 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질로 된 하나 이상의 혼합 베드 상, 및 혼합 베드 상에 인접하고, 음이온 교환 물질 또는 양이온 교환 물질, 또는 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질로 된 하나 이상의 단상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 음이온 및 양이온 교환 막에 인접하는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 음이온 교환 물질이고, 음이온 교환 물질은 음이온 교환 막에 인접하는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 양이온 교환 물질이고, 양이온 교환 물질은 양이온 교환 막에 인접하는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 층상으로 된 음이온 교환 물질 및 양이온 교환 물질이고 이들 사이의 혼합 베드 상 층에 인접하며, 음이온 교환 물질 층 및 양이온 교환 물질 층은 각각 음이온 교환 막 및 양이온 교환 막에 인접하는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 다공질 침투성 연속 단상이고, 혼합 베드 상은 연속 단상에 있어서의 다공질 침투성 분산상인 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 이온 교환 물질은 반대 평면상 베드면을 갖는 얕은 베드 형태이고, 분산상 클러스터는 평면상 베드면에 수직을 이루고 하나 이상의 평면상 베드면과 인접하는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 분산상 클러스터는 평면상 베드면에 수직을 이루고, 얕은 베드를 통해 뻗어 있으며, 베드의 반대 평면상 베드면과 인접하는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 혼합 베드 상은 다공질 침투성 연속상이고, 하나 이상의 단상은 연속상에 있어서의 음이온 교환 물질 또는 양이온 교환 물질의 클러스터로 된 다공질 침투성 분산상인 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 이온 교환 물질은 반대 평면상 베드면을 갖는 얕은 베드 형태이고, 음이온 교환 물질 또는 양이온 교환 물질로 된 분산상 클러스터는 평면상 베드면에 수직을 이루고 하나 이상의 평면상 베드면과 인접하는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 분산상 클러스터는 얕은 베드를 통해 뻗어있고 베드의 반대 평면상 베드면과 인접하는 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 다공질 침투성 연속상이고, 혼합 베드 상은 혼합 베드 이온 교환체 클러스터로 된 다공질 침투성 분산상인 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 이온 교환 물질은 반대 평면상 베드면을 갖는 얕은 베드 형태이고, 분산상 클러스터는 평면상 베드면에 수직을 이루는 혼합 베드 이온 교환체이고 하나 이상의 평면상 베드면과 인접하는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 분산상 클러스터는 얕은 베드를 통해 뻗어있고 베드의 반대 평면상 베드면과 인접하는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  15. 제 2 항에 있어서, 이온 교환 물질은 0.1∼20㎏/㎠의 압축압력하에 있는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  16. 제 2 항에 있어서, 혼합 베드 상 및 하나 이상의 인접하는 단상은 분리형 인접상인 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 층은 주름진 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  18. 제 5 항에 있어서, 혼합 베드 상, 음이온 교환 단상, 및 양이온 교환 단상은 동일 공간에 존재하는 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 이온 교환 물질은 0.1∼20㎏/㎠의 압력하에 있는 것을 특징으로 하는 물을 탈이온화하기 위한 전기 탈이온화 장치.
  20. 한 단부의 양극 칸막이실 및 다른 한 단부의 음극 칸막이실, 및 양극 칸막이실과 음극 칸막이실 사이에서 농축용 칸막이실과 교대로 형성되는 다수의 희석용 칸막이실을 구비하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하는 방법에 있어서, 각각의 희석용 및 농축용 칸막이실은 음이온 및 양이온 교환 막에 의해 형성되고, 각각의 희석용 칸막이실은 이온 교환 물질을 함유하며, 이온 교환 물질은 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질로 된 하나 이상의 혼합 베드 상, 및 혼합 베드 상에 인접하고, 음이온 교환 물질 또는 양이온 교환 물질, 또는 음이온 교환 물질과 양이온 교환 물질로 된 하나 이상의 단상으로 구성되며, 탈이온화할 급수를 희석용 칸막이실에 통과시키는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 0.1∼20㎏/㎠ 의 압축압력을 이온 교환 물질에 가하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 압축압력은 희석용 칸막이실의 체적에 대하여 유리상태의 이온 교환 물질의 체적을 103∼170체적% 으로 조절함으로써 가해지는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  23. 제 20 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 음이온 및 양이온 교환 막에 인접하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  24. 제 20 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 음이온 교환 물질이고, 음이온 교환 물질은 음이온 교환 막에 인접하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  25. 제 20 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 양이온 교환 물질이고, 양이온 교환 물질은 양이온 교환 막에 인접하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  26. 제 20 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 동일 공간에 존재하는 층상으로 된 음이온 교환 물질 및 양이온 교환 물질이고 이들 사이의 혼합 베드 상 층에 인접하며, 음이온 교환 물질 층 및 양이온 교환 물질 층은 각각 음이온 교환 막 및 양이온 교환 막에 인접하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  27. 제 20 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 다공질 침투성 연속 단상이고, 혼합 베드 상은 연속 단상에 있어서의 다공질 침투성 분산상인 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 이온 교환 물질은 반대 평면상 베드면을 갖는 얕은 베드 형태이고, 분산상 클러스터는 평면상 베드면에 수직을 이루고 하나 이상의 평면상 베드면과 인접하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  29. 제 27 항에 있어서, 분산상 클러스터는 평면상 베드면에 수직을 이루고, 얕은 베드를 통해 뻗어 있으며, 베드의 반대 평면상 베드면과 인접하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  30. 제 20 항에 있어서, 혼합 베드 상은 다공질 침투성 연속상이고, 하나 이상의 단상은 연속상에 있어서의 음이온 교환 물질 또는 양이온 교환 물질의 클러스터로 된 다공질 침투성 분산상인 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 이온 교환 물질은 반대 평면상 베드면을 갖는 얕은 베드 형태이고, 음이온 교환 물질 또는 양이온 교환 물질로 된 분산상 클러스터는 평면상 베드면에 수직을 이루고 하나 이상의 평면상 베드면과 인접하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 분산상 클러스터는 얕은 베드를 통해 뻗어있고 베드의 반대 평면상 베드면과 인접하는 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  33. 제 20 항에 있어서, 혼합 베드 상 및 인접하는 상은 분리형 인접상인 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  34. 한 단부의 양극 칸막이실 및 다른 한 단부의 음극 칸막이실, 및 양극 칸막이실과 음극 칸막이실 사이에서 농축용 칸막이실과 교대로 형성되는 다수의 희석용 칸막이실을 구비하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하는 방법에 있어서, 각각의 희석용 및 농축용 칸막이실은 음이온 및 양이온 교환 막에 의해 형성되고, 각각의 희석용 칸막이실은 이온 교환 물질을 함유하며, 이온 교환 물질은 하나 이상의 혼합 베드 상, 하나 이상의 음이온 교환 단상, 및 하나 이상의 양이온 교환 단상으로 구성되고, 음이온 교환 상 및 양이온 교환 상은 그 반대측에서 혼합 베드 상에 인접하며, 탈이온화할 급수를 희석용 칸막이실에 통과시키는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 0.1∼20㎏/㎠ 의 압축압력을 이온 교환 물질에 가하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  36. 제 35 항에 있어서, 하나 이상의 단상은 음이온 및 양이온 교환 막에 인접하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  37. 제 36 항에 있어서, 음이온 교환 단상은 음이온 교환 막에 인접하고, 양이온 교환 단상은 양이온 교환 막에 인접하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 혼합 베드 상, 음이온 교환 단상 및 양이온 교환 단상은 음이온 교환 막 및 양이온 교환 막에 인접하는 동일 공간에 존재하는 분리형 층인 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  39. 제 20 항에 있어서, 0.5∼10㎏/㎠의 압축압력을 이온 교환 물질에 가하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  40. 제 20 항에 있어서, 0.8∼2㎏/㎠의 압축압력을 이온 교환 물질에 가하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  41. 제 21 항 또는 제 39 항에 있어서, 압축압력은 희석용 칸막이실의 체적에 대하여 유리상태의 이온 교환 물질의 체적을 111∼150체적%로 조절함으로써 가해지는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  42. 제 34 항에 있어서, 0.5∼10㎏/㎠의 압축압력을 이온 교환 물질에 가하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
  43. 제 34 항에 있어서, 0.8∼2㎏/㎠의 압축압력을 이온 교환 물질에 가하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온화 장치에서 물을 탈이온화하기 위한 방법.
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