KR101138382B1 - 전기식 탈이온수 제조장치의 운전방법, 전기식 탈이온수제조시스템 및 전기식 탈이온수 제조장치 - Google Patents

전기식 탈이온수 제조장치의 운전방법, 전기식 탈이온수제조시스템 및 전기식 탈이온수 제조장치 Download PDF

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Abstract

전기식 탈이온수 제조장치는 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고, 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 충전된 농축실을 포함한다. 상기 전기식 탈이온수 제조장치에 있어서, 유리 탄산을 함유하는 물을 상기 농축실에 공급함으로써, 장기간의 연속운전에 있어서도, 농축실 내의 스케일 발생을 억제한다.

Description

전기식 탈이온수 제조장치의 운전방법, 전기식 탈이온수 제조시스템 및 전기식 탈이온수 제조장치{ELECTRIC TYPE DEIONIZED WATER PRODUCTION APPARATUS OPERATING METHOD, ELECTRIC TYPE DEIONIZED WATER PRODUCTION SYSTEM, AND ELECTRIC TYPE DEIONIZED WATER PRODUCTION APPARATUS}
본 발명은, 반도체 제조분야, 의약 제조분야, 원자력이나 화력 등의 발전분야, 식품 공업 등의 각종 산업 또는 연구소 시설에 있어서 사용되는 전기식 탈이온수 제조장치(EDI)에 관한 것이다.
탈이온수를 제조하는 방법으로서, 종래부터 이온교환수지에 피처리수를 통과시켜 탈이온을 행하는 방법이 공지되어 있으나, 이 방법에서는 탈이온교환수지가 이온으로 포화된 때에 약제에 의해서 재생을 행할 필요가 있다. 이와 같은 처리조작상의 불리한 점을 해소하기 위하여, 약제에 의한 재생이 불필요한 전기식 탈이온(EDI)법에 의한 탈이온수 제조방법이 있어, 실용화에 이르고 있다.
여기서, 종전형의 EDI에서는, 양이온교환막 및 음이온교환막을 이간해서 교대로 배치하고, 양이온교환막과 음이온교환막으로 형성되는 공간 내에 1개 걸러 이 온교환체를 충전해서 탈염실로 하고 있다. 한편, 이와 같은 종전형의 EDI 대신에, 그 탈염실의 구조를 발본적으로 개조한 전력절약형의 EDI가 개발되어 있다.
이 전력절약형의 EDI는, 일본국 공개특허 제 2001-239270호 공보에 개시되어 있고, 한쪽의 양이온교환막, 다른 쪽의 음이온교환막 및 상기 양이온교환막과 상기 음이온교환막 사이에 위치하는 중간이온교환막으로 구획된 2개의 소(小)탈염실에 이온교환체를 충전해서 탈염실을 구성하고, 상기 양이온교환막, 음이온교환막을 개재해서 탈염실의 양쪽에 농축실을 설치하고, 이들 탈염실 및 농축실을, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에 배치하고 있다. 그리고, 전압을 인가하면서 한쪽의 소탈염실에 피처리수를 유입하고, 이어서, 상기 소탈염실의 유출수를 다른 쪽의 소탈염실에 유입하는 동시에, 농축실에 농축수를 유입해서 피처리수 중의 불순물 이온을 제거하고, 탈이온수를 얻는다. 이와 같은 구조의 EDI에 의하면, 2개의 소탈염실 중, 적어도 1개의 탈염실에 충전되는 이온교환체를 예를 들면, 음이온교환체만, 또는 양이온교환체만 등의 단일의 이온교환체 혹은 음이온교환체와 양이온교환체의 혼합교환체로 하는 것이 가능하고, 이온교환체의 종류마다 전기저항을 저감하고, 또, 높은 성능을 얻기 위한 최적의 두께로 설정하는 것이 가능하다.
그러나, 이와 같은 EDI에 유입하는 피처리수 중의 경도가 높은 경우, EDI의 농축실에 있어서 탄산 칼슘이나 수산화 마그네슘 등의 스케일(scales)이 발생한다. 스케일이 발생하면, 그 부분에서의 전기저항이 상승하여, 전류가 흐르기 어렵게 된다. 즉, 스케일 발생이 없는 경우와 동일한 전류치를 흐르게 하기 위해서는 전압 을 상승시킬 필요가 있어, 소비전력이 증가한다. 또, 스케일의 부착장소에 따라서는, 농축실 내에서 전류밀도가 달라져, 탈염실 내에 있어서 전류의 불균일화가 생긴다. 또, 스케일 부착량이 더욱 증가하면 통수 차압이 상승하는 동시에 전압이 더욱 상승하여, 장치의 최대전압치를 초과한 경우에는, 전류치가 저하하게 된다. 이 경우, 이온 제거에 필요한 전류치가 흐르지 않게 되어, 처리 수질의 저하를 초래한다. 또한, 성장한 스케일이 이온교환막 내에까지 침식해서, 최종적으로는, 이온교환막을 파손시켜 버릴 가능성도 있다.
이와 같은 문제를 해결하는 한가지 대책으로서, 경도가 낮은 피처리수를 EDI에 유입시키는 방법이 있다. 피처리수의 경도가 낮으면, 농축실 내부는 용해도적(solubility product)에 달하지 않으므로, 스케일의 발생은 일어나지 않는다. 그러나, 실제로는, 이와 같은 경도가 낮은 피처리수를 통수처리한 경우에 있어서도, 농축실에 있어서 탄산칼슘이나 수산화 마그네슘 등의 스케일이 발생하는 일이 있었다. 이 경우, 전술한 바와 마찬가지로 문제가 발생한다.
또, 일본국 공개특허 제 2001-225078호 공보에는, 농축실의 음이온교환막 쪽에 특정 구조의 음이온교환체를 배치하는 EDI가 개시되어 있다. 이 EDI에 의하면, OH-이온의 농축액에의 확산 희석이, 다공성 음이온교환체 표면에 의해 촉진되어, 상기 표면에 있어서의 OH-이온농도의 신속한 저감이 도모된다. 한편, 경도 성분 이온은, 다공성 음이온교환체의 내부에 침입하기 곤란하게 되어, OH-이온과 경도 성분 이온이 접촉해서 반응할 기회가 저감되므로, 경도 성분의 석출이나 축적이 억 제된다.
또, 일본국 공개특허 제 2002-1345호 공보에는, 농축실에 수용하는 이온교환체는 수투과성이 다른 적어도 2층으로 이루어지고, 또, 수투과성이 적은 층은, 음이온교환막 쪽에 배치되고, 적어도 표면에 음이온교환기를 지닌 EDI가 개시되어 있다. 이 EDI에 의하면, 수투과성이 큰 층을 이동한 경도 성분을 많이 함유하는 농축액이 수투과성이 적은 층에 도달한 후에는, 이동력이 저감하고, 음이온교환막의 농축실 쪽 표면에 유입하는 것이 방지되어, 경도 성분의 석출이나 축적이 억제된다.
그러나, 일본국 공개특허 제 2001-225078호 공보나 일본국 공개특허 제 2002-1345호 공보에서는, 농축실에 공급하는 물의 조건이 명확하지 않고, 또 장기간의 운전에 있어서 스케일 발생을 방지하는 점은 명확하지 않다. 또, EDI처리수의 수질에의 영향에 대해서는 하등 기재되어 있지 않다.
EDI에 공급되는 물로서는, 통상 수돗물이나 공업용수를 조탈염(粗脫鹽)한 역침투막의 투과수가 이용된다. 역침수막에서는, 이온성분은 제거되지만, 가스성분은 거의 제거되지 않고 투과해버린다. 이 때문에, 역침투막의 투과수 중에는 탄산가스로서 투과한 고농도의 유리 탄산이 그대로 잔류한다. 유리 탄산은, EDI의 음이온 부하이고, 또 약산이므로 처리수에 잔존하기 쉬워, 수질불량의 원인으로 된다. 이 때문에, 막탈기 등의 탈탄산 장치를 EDI의 전단계에 설치하고, 탄산을 제거한 물을 EDI에 공급함으로써, 탄산의 부하분이 경감되어, 처리수 수질의 향상을 도모하고 있다. 또한, 이 탈탄산 장치를 설치하는 방법은, 탄산보다도 더욱 제거 되기 어려운 실리카의 제거성능을 향상시키는 데도 유효하다. 따라서, 고순도의 처리수질이 요구되는 경우에는, 탈탄산 장치가 필요하다.
그러나, 이와 같은 고순도의 처리수질을 얻기 위해, EDI의 전단계에 탈탄산 장치를 설치하고, 이 탈탄산 장치의 처리수를 EDI의 피처리수로 하는 동시에 농축수로 하고, 또한, 농축실의 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체를 설치해도, 장기간의 운전에 있어서는 경도 성분 등의 스케일이 발생하는 일이 있었다.
발명의 개시
본 발명에 있어서는, EDI에 있어서, 유리 탄산을 함유하는 물을 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 충전된 농축실에 공급한다. 그에 따라서, 장기간의 운전에 있어서도, 농축실 내의 스케일 발생을 억제할 수 있다. 또, 농축실의 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 배치되고, 상기 음이온교환체와 양이온교환막 사이에 강염기성 음이온교환기를 지니지 않은 수투과성 체를 배치한다. 이 구조에 의하면, 음이온교환체가 실질적으로 양이온교환막에 접촉하는 일이 없으므로, 음이온교환체를 이동해온 탄산수소이온이, 양이온교환막에 도달하기 전에 농축수와 함께 하류로 확산되어, 처리수질의 저하를 방지하는 것이 가능하다.
본 발명의 제 1실시형태에 있어서, 전기식 탈이온수 제조장치(EDI)는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 충전된 농축실을 지닌다. 그리고, 이와 같은 전기식 탈이온수 제조장치에 있어서, 유리 탄산을 함유하는 물을 상기 농축실로 공급한다.
여기서, EDI에 있어서의 스케일 발생의 메커니즘은 이하와 같다. 즉, EDI에 있어서, 전류가 흐르면, 피처리수 중에 함유되는 탄산(유리 탄산, 탄산수소 이온, 탄산 이온의 총칭)은, 탈염실에서 수해리에 의해 생긴 다량의 수산화물이온의 작용에 의해 음이온교환수지에서 탄산 이온으로서 포착된다. 그리고, 탄산 이온은 수산화물 이온 및 수지에 포착된 염화물이온 등의 다른 음이온과 함께 양극 쪽의 음이온교환막을 통과하여, 농축실로 이동한다. 그 때문에, 농축실의 음이온교환막 근방에서는 pH가 국소적으로 알칼리성으로 된다. 또 다른 쪽으로부터, 마찬가지로 음이온교환수지에 의해서 포착되고, 양이온교환막을 통해서 이동해온 칼슘이온, 마그네슘이온의 경도 성분이온이, 농축실의 음이온교환막 면에 모인다. 그리고, 탄산 이온, 수산화물 이온이 칼슘 이온, 마그네슘 이온과 접촉해서, 탄산칼슘, 수산화마그네슘이 스케일로서 석출된다.
본 제 1실시형태와 같이, 농축실의 음이온교환막의 양극 쪽에, 음이온교환체가 존재하면, 음이온교환막을 투과한 탄산 이온이나 수산화 이온은 농축수 속으로 이동하지 않고, 도전성이 높은 음이온교환체를 통과한다. 이때, 농축실에 흐르는 농축수에 유리 탄산이 함유되면, 상기 유리 탄산이 음이온교환체에 흐르는 탄산 이온이나 수산화물 이온과 반응해서, 탄산수소 이온으로 된다. 이 탄산수소 이온은 음이온교환체의 양극 쪽에서 시작해서 농축수속으로 방출된다. 탄산수소칼슘 또는 탄산수소마그네슘은, 탄산칼슘이나 수산화마그네슘에 비하면 훨씬 석출되기 어렵기 때문에, 농축실 내에 있어서의 스케일의 발생이 억제된다. 또, 농축수 중에 방출된 탄산수소이온은, 다른 쪽으로부터 양이온교환막을 통해서 이동해가는 수소이온과 반응하여, 유리 탄산으로 된다. 그리고, 얻어진 유리 탄산은 농축실 하류의 이온교환체 중의 탄산 이온이나 수산화물 이온과 재차 반응하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 농축실의 음이온교환막 근방에서 생기는 pH 시프트를 완화하는 것이 가능하다.
또, 제 2실시형태에서는, 전기식 탈이온수 제조장치(EDI)는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 음이온교환체와 양이온교환체의 혼합이온교환체가 충전된 농축실을 지닌다. 그리고, 유리 탄산을 함유하는 물을 상기 농축실에 공급한다.
이 제 2실시형태에서는, 수소이온을 공급하는 양이온교환체를 음이온교환체와 혼합해서 충전하므로, 음이온교환체를 이동하는 탄산수소이온은 양이온교환막에 도착하기 전에 양이온교환체로부터 공급되는 수소이온의 작용에 의해 유리 탄산으로서 농축수 중에 방출된다. 이 때문에, 양이온교환막 근방의 유리 탄산농도가 높아지는 것이 방지될 수 있어, 처리수질에의 영향을 완화하는 것이 가능하다.
또, 제 3실시형태에서는, 상기 제 1실시형태에 있어서, 상기 농축실은, 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 설치되고, 상기 음이온교환체와 양이온교환막 사이에 강염기성 음이온교환기를 지니지 않은 수투과성 체가 설치되어 있다.
이 제 3실시형태에 의하면, 상기 농축실의 양이온교환막에 음이온교환체를 접촉시키지 않으므로, 양이온교환막 근방의 유리 탄산농도는 높아지지 않고, 처리수질의 저하를 방지할 수 있다. 구체적으로는, 강염기성 음이온교환기를 지니지 않고 수투과성 체를 양이온교환막 쪽에 설치함으로써, 음이온교환체에 의해 이동해온 탄산수소이온은, 수투과성 체에 있어서 그것 이상 양이온교환막 쪽으로는 이동하지 않고, 음이온교환체로부터 방출되어 유리 탄산으로 된다. 이 유리 탄산은 수투과성 체를 흐르는 농축수와 함께 하류로 확산되어 양이온교환막 근방에 있어서 유리 탄산농도가 높아지는 것을 방지할 수 있다.
또, 제 4실시형태에서는, 상기 제 2실시형태에 있어서, 상기 농축실에 충전된 혼합이온교환체가, 음이온교환막으로부터 양이온교환막을 향해서 양이온교환체의 배합비율이 높아지는 혼합이온교환체이다. 본 제 4실시형태에 의하면, 상기 제 2실시형태와 마찬가지의 효과를 거두는 외에, 양이온교환막 쪽의 음이온교환체 비율이 낮으므로, 양이온교환막 근방의 유리 탄산농도가 확실하게 낮아지는 점에서 바람직하다.
제 5실시형태에서는, 상기 농축실에 공급하는 물은, 유리 탄산농도가 0.5 내지 200 ㎎-CO2/ℓ인 물이다. 따라서, 예를 들면, 수돗물이나 공업용수를 조탈염한 역침투막의 투과수가 사용될 수 있다.
제 6실시형태에서는, 전기식 탈이온수 제조장치(EDI)는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 충전된 농축실을 지닌다. 그리고, 이 전기식 탈이온수 제조장치의 전단계에 배치되는 탈탄산 장치의 처리수가 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 탈염실에 공급되고, 상기 탈탄산 장치의 피처리수가 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 농축실에 공급되도록 배관접속되어 있다.
제 7실시형태에서는, 전기식 탈이온수 제조장치(EDI)는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 음이온교환체와 양이온교환체의 혼합이온교환체가 충전된 농축실을 지닌다. 그리고, 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 전단계에 배치되는 탈탄산 장치의 처리수가 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 피처리수 유입관에 도입되고, 상기 탈탄산 장치의 피처리수가 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 농축수 유입관에 도입되도록 배관접속되어 있다.
제 8실시형태에서는, 전기식 탈이온수 제조장치(EDI)는, 상기 제 7실시형태에 있어서, 상기 농축실의 혼합이온교환체는, 음이온교환막으로부터 양이온교환막을 향해서 양이온교환체의 배합비율이 높아지는 혼합이온교환체이다.
제 9실시형태에서는, 전기식 탈이온수 제조장치(EDI)는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 상기 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 배치되고, 상기 음이온교환체와 상기 양이온교환막 사이에 강염기성 음이온교환기를 지니지 않은 수투과성 체를 배치한 농축실을 지닌다.
또, 제 10실시형태는, 전단계의 탈탄산 장치의 설치를 생략하고, 역침투막 장치의 투과수를 직접 피처리수 및 농축실에 공급하는 물로 하는 전기식 탈이온수 제조장치에 있어서, 전기식 탈이온수 제조장치가, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 또한 상기 음이온교환막과 상기 양이온교환막 사이에 위치하는 중간이온교환막으로 구획되는 2개의 소탈염실을 갖춘 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또 음이온교환체와 양이온교환체의 혼합이온교환체가 충전된 농축실을 지닌다.
또, 제 11실시형태는, 전단계의 탈탄산 장치의 설치를 생략하고, 역침투막 장치의 투과수를 직접 피처리수 및 농축실에 공급하는 물로 하는 전기식 탈이온수 제조장치에 있어서, 상기 전기식 탈이온수 제조장치가, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 또한 상기 음이온교환막과 상기 양이온교환막 사이에 위치하는 중간이온교환막으로 구획되는 2개의 소탈염실을 갖춘 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또 상기 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체를 설치하고, 상기 음이온교환체와 상기 양이온교환막 사이에 강염기성 음이온교환기를 지니지 않은 수투과성 체를 배치한 농축실을 지닌다.
이들 EDI에 의하면, 전술한 EDI의 운전방법을 확실하게 실시할 수 있다. 특히 음이온교환막과 양이온교환막 사이에 위치하는 중간이온교환막으로 구획되는 2개의 소탈염실을 갖춘 탈염실을 지닌 EDI에 있어서는, 전단의 탈탄산 장치의 설치를 생략하고, 역침투막 장치의 투과수를 직접 피처리수 및 농축실에 공급하는 물로 하는 것이 가능하여, 설치비용이 저감된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 전기식 탈이온수 제조시스템의 모식도
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 전기식 탈이온수 제조시스템의 모식도
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 전기식 탈이온수 제조시스템의 모식도
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 전기식 탈이온수 제조시스템의 모식도
도 5는 본 발명의 실시형태에 있어서의 전기식 탈이온수 제조장치의 구조를 표시한 간략도
도 6은 본 발명의 실시형태에 있어서의 전기식 탈이온수 제조장치의 구조를 표시한 간략도
도 7은 농축실의 다른 구성예를 표시한 간략도
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
[EDI의 구성예 ]
먼저, 본 발명에 적합한 전기식 탈이온수 제조장치(EDI)의 구성예를 도 6에 표시한다. 양극(37)을 구비한 양극실(32b)과 음극(36)을 구비한 음극실(32a) 사이에, 양극(37) 쪽이 음이온교환막(34)으로 구획되고 음극(36) 쪽이 양이온교환막(33)으로 구획된 탈염실(D)과, 양극(37) 쪽이 양이온교환막(33)으로 구획되고 음극(36) 쪽이 음이온교환막(34)으로 구획된 농축실(31)이 교대로 설치되어 있다.
탈염실(D)에는, 상부에 음이온교환체(A)가 충전되고, 하부에 음이온교환체와 양이온교환체를 혼합한 혼합이온교환체가 충전되어 있다. 한편, 농축실(31)은, 양극 쪽이 양이온교환막(33)으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막(34)으로 구획되고 또한 음이온교환체와 양이온교환체의 혼합이온교환체(39)가 충전되어 있다.
또, 탈염실(D)에 충전되는 이온교환체는, 반드시 전술한 바와 같이 한정되지 않고, 피처리수에 따라서, 음이온교환수지 단독, 양이온교환수지 단독, 또는, 혼합 이온교환수지 단독이어도 된다.
이와 같은 장치에 있어서, 음극(36)과 양극(37) 사이에 직류 전류를 통전하고, 또 피처리수 유입라인(41)으로부터 피처리수를 유입하는 동시에, 농축수 유입라인(45)으로부터 농축수를 유입한다. 또한, 음극수 유입라인(47a), 양극수 유입라인(47b)으로부터 각각 음극수, 양극수를 유입한다.
피처리수 유입라인(41)으로부터 유입한 피처리수는 탈염실(D)을 흘러내려, 음이온교환체(A), 혼합이온교환체(M)의 충전층을 통과할 때에 불순물 이온이 제거되어, 탈이온수가 탈이온수 유출라인(44)으로부터 얻어진다.
또, 농축수 유입라인(45)으로부터 유입한 농축수는 각 농축실(31)을 상승하여, 양이온교환막(33) 및 음이온교환막(34)을 통해서 이동해가는 불순물 이온, 농축실 내의 혼합이온교환체(38)를 통해서 이동해가는 불순물 이온을 받아서, 불순물 이온을 농축한 농축수로 해서 농축실 유출라인(46)으로부터 유출된다.
또한, 음극수 유입라인(47a)으로부터 유입한 음극수는, 음극수 유출라인(48a)으로부터 유출되고, 양극수 유출라인(47b)으로부터 유입된 음극수는, 양극수 유출라인(48b)으로부터 유출된다.
이와 같은 조작에 의해서, 피처리수 유입라인(41)으로부터 유입된 피처리수 중의 불순물 이온은 전기적으로 제거되고, 불순물 이온이 제거된 탈이온수가 탈이온수 유출라인(44)에서 얻어진다. 또, 농축수 유출라인(46)으로부터 불순물 이온이 농축된 농축수가 얻어진다.
또, EDI로서는, 도 5에 표시한 바와 같은 구성을 취하는 것도 가능하다. 이 구성 중, 탈염실의 구성에 대해서는, 일본국 공개특허 제 2001-239270호 공보에 기재되어 있다.
도 5에 표시한 바와 같이, EDI(10a)는, 양극(37)을 구비한 양극실(32b)과 음극(36)을 구비한 음극실(32a) 사이에, 탈염실(D)과 농축실(31)이 교대로 배치되어 있다. 탈염실(D)은, 양극 쪽이 음이온교환막(34)으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막(33)으로 구획되고 또한, 음이온교환막(34)과 양이온교환막(33) 사이에 위치하는 중간이온교환막(35)으로 구획되는 2개의 소탈염실(d1), (d2)을 구비한다. 한편, 농축실(31)은, 양극 쪽이 양이온교환막(33)으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막(34)으로 구획되고 또한 음이온교환체와 양이온교환체의 혼합이온교환체(39)가 충전된다.
도 5의 하부에 표시한 바와 같이, 제 1소탈염실(d1)과 제 2소탈염실(d2)에 의해서 탈염실(D1)을 형성하고, 제 1소탈염실(d3)과 제 2소탈염실(d4)에 의해서 탈염실(D2)을 형성하고, 제 1소탈염실(d5)과 제 2소탈염실(d6)에 의해서 탈염실(D3)을 형성하고, 제 1소탈염실(d7)과 제 2소탈염실(d8)에 의해서 탈염실(D4)을 형성하고 있다.
EDI(10a)는, 통상, 이하와 같이 운전된다. 음극(36)과 양극(37) 사이에 직류를 통전하고, 또 피처리수 유입라인(41)으로부터 피처리수가 유입하는 동시에, 농축수 유입라인(45)으로부터 농축수가 유입되고, 또, 음극수 유입라인(47a), 양극 수 유입라인(47b)으로부터 각각 음극수, 양극수가 유입된다. 피처리수 유입라인(41)으로부터 유입된 피처리수는 제 2소탈염실(d2), (d4), (d6), (d8)을 흘러내려서, 이온교환체(38)의 충전층을 통과할 때에 불순물 이온이 제거된다. 또, 제 2소탈염실의 처리수 유출라인(42)을 통과한 유출수는, 제 1소탈염실의 피처리수 유입라인(43)을 통해서 제 1소탈염실(d1), (d3), (d5), (d7)에 도입되고, 이것을 흘러내려, 여기서도 이온교환체(38)의 충전층을 통과할 때에 불순물 이온이 제거되어 탈이온수가 탈이온수 유출라인(44)으로부터 얻어진다.
또, 농축수 유입라인(45)으로부터 유입된 농축수는, 각 농축실(31)을 상승하여, 양이온교환막(33) 및 음이온교환막(34)을 통해서 이동해가는 불순물 이온, 또한, 후술하는 바와 같이, 농축실 내의 이온교환체를 개재해서 이동해가는 불순물 이온을 받아, 불순물 이온을 농축한 농축수로서 농축실 유출라인(46)으로부터 유출된다.
또, 음극수 유입라인(47a)으로부터 유입된 음극수는, 음극수 유출라인(48a)으로부터 유출되고, 양극수 유입라인(47b)으로부터 유입한 양극수는, 양극수 유출라인(48b)으로부터 유출된다.
이와 같은 조작에 의해서, 피처리수 유입라인(41)으로부터 유입된 피처리수 중의 불순물 이온은, 전기적으로 제거되고, 불순물 이온이 제거된 탈이온수가 탈이온수 유출라인(44)에서 얻어진다. 또, 농축수 유출라인(46)으로부터 불순물 이온이 농축된 농축수가 얻어진다.
본 실시형태의 EDI에 있어서, 피처리수가 유입하는 제 2소탈염실(d2), (d4), (d6), (d8)에 음이온교환체를 충전하고, 제 2소탈염실 유출수를 피처리수로 하는 제 1소탈염실(d1), (d3), (d5), (d7)에 혼합이온교환체를 충전하면, 제 2소탈염실 및 제 1소탈염 모두에서 실리카, 탄산 등을 제거할 수 있다. 이 때문에, 음이온 성분 중에서도 제거하기 어려운 실리카, 탄산 등의 약산성 성분을 많이 함유하는 피처리수를 충분히 처리할 수 있다.
그리고, EDI의 전처리로서 유리탄소를 저감하는 탈탄산장치의 배치를 생략할 수 있다.
또, 상기 도 5 및 도 6에 표시한 EDI에서는, 농축실에 혼합이온교환체(39)를 충전하였으나, 이 농축실(31)에 충전되는 것은 상기 혼합이온교환체로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 7에 표시한 바와 같이, 음이온교환막(34)의 양극 쪽에 음이온교환체(62)를 배치하고, 상기 음이온교환체(62)와 양이온교환막(33) 사이에 강염기성 음이온교환기를 지니지 않은 수투과성 체(60)를 배치한 형태를 채용하는 것이 가능하다.
[제 1운전방법 ]
제 1운전방법에서는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 충전된 농축실을 지닌 EDI에 있어서, 유리 탄산을 함유하는 상기 농축실에 공급한다.
본 예의 운전방법에 있어서, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획된 농축실을 지닌 EDI로서는, 상기 도 5, 도 6 및 도 7에 표시한 바와 같은 장치가 이용된다.
음이온교환체로서는, 강염기성 음이온교환체를 들 수 있다. 또, 음이온교환체의 형태로서는, 음이온교환수지, 음이온교환섬유 및 일본국 공개특허 제 2002-306976호 공보 기재의 유기다공질 음이온교환체를 들 수 있다. 강염기성 음이온교환체는, 일부에 강염기성 음이온교환기가 함유되어 있어도 된다. 이 중, 음이온교환 수지가, 충전 체적당의 교환용량이 크므로 탄산 이온의 체류시간이 크고, 또, 농축수의 유리 탄산과 반응하는 시간이 길게 되므로, 예를 들면, 유리 탄산 농도가 낮아도 반응이 충분히 일어나, 스케일 발생을 억제하는 점에서 바람직하다. 또, 음이온교환수지의 입자직경이 균일하면, 농축실의 차압이 낮아지는 점에서 바람직하다.
음이온교환체의 중성염 분해용량으로서는, 습윤 상태에 있어서 0.75 내지 75g CaCO3/ℓ 가 바람직하다. 0.75g CaCO3/ℓ 미만이면, 탄산 이온의 체류시간이 짧아져, 농축수의 유리 탄산과 반응하는 시간이 짧아지므로 바람직하지 않다. 또 , 75g CaCO3/ℓ를 초과하면 음이온교환체의 제조비를 상승시키는 점에서 바람직하지 않다. 또, 음이온교환체가 음이온교환수지인 경우, 겔형 및 MR형의 어느 것이라도 되지만, 겔형은 수산화물 이온에 대한 다른 이온선택성이 MR형만큼 강하지 않고, 염형에서의 전기저항이 작으므로 음이온교환막으로부터 이동해가는 탄산 이온이나 수산화물 이온을 확실하게 수취하여 양극 쪽으로 이동시키는 것이 가능한 점에서 바람직하다.
또, 농축실은, 농축실 전체에 음이온교환체를 단체로 충전한 형태도 포함되지만, 이 경우, 농축실 중에 음이온교환기가 연속하고 있으므로, 음이온교환체 중의 탄산수소이온이 거의 모두 양이온교환막 쪽으로 이동해서, 농축되어 농축수로 방출되어서 양이온교환막 부근에서의 유리 탄산농도가 높아져, 처리수의 수질저하가 쉽게 일어난다. 이 때문에, 농축실은, 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 설치되고, 상기 음이온교환체와 양이온교환막 사이에 강염기성 음이온기를 지니지 않은 수투과성 체가 배치된 것이, 농축실의 양이온교환막에 음이온교환체가 접촉하지 않으므로, 양이온교환막 근방의 유리 탄산농도는 높아지지 않아, 처리수질의 저하를 방지할 수 있는 점에서 바람직하지 않다. 음이온교환막의 양극 쪽에 배치되는 음이온교환체로서는, 전술한 음이온교환체와 마찬가지인 것을 들 수 있다.
상기 음이온교환체와 양이온교환막 사이에 배치되는 강염기성 음이온교환기를 지니지 않은 수투과성 체는, 농축수의 유로를 확보하는 동시에 음이온교환기가 양이온교환막과 접촉하지 않도록 하기 위해서 이용된다. 따라서, 강염기성 음이온교환기를 지니지 않은 수투과성 체로서는, 도전성 수투과성 체 및 비도전성 수투과성 체의 어느 것이어도 되지만, 도전성 수투과성 체의 경우, 강염기성 음이온교환기 이외의 약염기성 이온교환기, 약산성 양이온교환기 또는 강산성 양이온교환기 등을 지니는 수투과성 체이면 사용할 수 있다. 약산성 양이온교환기 또는 약산성 양이온교환기를 지니는 것으로서는, 양이온교환섬유나 양이온교환수지를 들 수 있다. 특히, 양이온교환수지를 이용한 경우, 가교도 4% 이하의 양이온교환수지를 사용하는 것이, 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온 등의 2가 이온의 선택성을 저하시키고, 수소이온의 선택성을 높여, 경도 성분과 탄산 이온의 접촉기회를 저감시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 또, 비도전성 수투과성 체로서는, 예를 들면, 그물코형상물, 부직포, 직포 및 이들 이외의 다공질체 등을 들 수 있고, 이 중, 그물코형상물의 그물코의 선정이 용이한 동시에 수투과성이 우수하고, 농축실의 차압 상승을 초래하기 어려운 점에서 바람직하다.
농축실의 두께로서는, 0.5 ㎜ 내지 6 ㎜가 바람직하고, 특히 1.0 ㎜ 내지 3 ㎜가 바람직하다. 0.5 ㎜ 미만이면, 예를 들면, 이온교환체를 충전해도 스케일 발생억제효과가 얻어지기 어렵고, 통수차압의 상승도 발생하기 쉽다. 한편, 6 ㎜를 초과하면, 전기저항이 높아져, 소비전력이 증대한다. 강염기성 음이온교환기를 지니지 않은 수투과성 체의 두께로서는, 특히 제한되지 않지만, 0.1 ㎜ 내지 2.0 ㎜가 바람직하고, 특히 0.2 내지 1.0 ㎜가 바람직하다. 이 수투과성 체의 두께가 0.1 ㎜ 미만이면, 유리 탄산이 발생하는 장소와 양이온교환막과의 거리가 가 깝게 되어, 양이온교환막 근방의 유리 탄산농도가 높아진다. 한편, 2.0 ㎜를 초과하면 수투과성 체의 전기저항이 높아져 소비전력이 증대한다. 이와 같은 농축실은 음이온교환체와 강염기성 음이온교환기를 지니지 않은 수투과성 체의 2층 구조이지만, 음이온교환체와 양이온교환막은 실질적으로 비접촉이면 되고, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에 있어서 일부의 접촉이 있어도 된다.
또, 음이온교환막의 양극 쪽에 충전되는 음이온교환체가 입상 이온교환수지인 경우, 수투과성 체는 그 입상 이온교환수지의 유효직경보다 촘촘한 그물코인 것을 선정하는 것이, 입상 음이온교환수지와 양이온교환막과의 접촉을 확실하게 방지하는 점에서 바람직하다. 또, 음이온교환체가 입상 이온교환수지인 경우, 평균직경이 약간 크고, 또, 입도분포가 균일한 입상 이온교환수지를 사용하는 것이, 입상 이온교환수지의 유효직경이 크므로 수투과성 체는 그물코가 거친 것이 선정될 수 있어, 차압상승하는 일없이 수투과성이 높아지는 점에서 바람직하다. 또, 입상 이온교환수지의 유효직경이란 전체 입상 수지의 10 체적%를 통과하는 체의 그물코 크기로 표현되는 것이다.
본 제 1운전방법에서 이용되는 유리 탄산을 함유하는 물로서는, 유리 탄산농도가 0.5 내지 200 ㎎ CO2/ℓ, 바람직하게는 2 내지 150 ㎎ CO2/ℓ인 물이다. 유리탄산농도가 0.5 ㎎ CO2/ℓ 미만에서는 스케일발생을 억제하는 효과가 저하하고, 또, 200 ㎎ CO2/ℓ를 초과하면 양이온교환막을 통해서 인접한 탈염실로 확산하는 유리 탄산의 양이 증가하여, 처리수의 수질저하로 이어진다. 유리 탄산을 함유하는 물의 구체예로서는, 수돗물이나 공업용수를 조탈염한 역침투막의 투과수를 들 수 있다. 역침투막에서는, 이온성분은 제거되지만 가스성분은 거의 제거되지 않고 투과해버린다. 이 때문에, 역침투막 투과수 중에는 용존 탄산가스로서 투과한 고농도의 유리 탄산이 그대로 잔존하게 된다. 따라서, 역침투막의 투과수를 농축실의 공급수로 해서 그대로 이용하는 것이 가능하여, 추가의 약제를 첨가할 필요가 없다. 또, 역침투막의 투과수는 EDI의 탈염실에 공급되는 EDI의 피처리수로서 이용되는 일도 있다.
역침투막 장치와 EDI 사이에 탈탄산 장치가 배치되는 장치의 경우, 탈탄산 장치의 처리수를 EDI의 탈염실에 공급되는 물(EDI의 피처리수)로 하고, 역침투막투과수로서 탈탄산장치의 피처리수를 EDI의 농축실에 공급하는 물로 하면, 탈염실의 부하로 되는 유리 탄산농도를 저감하면서, 스케일의 발생을 억제하는 데 필요한 유리 탄산을 함유하는 농축실에 공급될 수 있는 점에서 바람직하다. 또, 탈염실에 공급되는 물 및 농축실에 공급되는 물을 모두 탈탄산장치의 처리수로 한 경우, 농축실 배출수의 일부를 순환하고, 상기 유리 탄산 농도가 낮은 물과 혼합시키지 않고 농축실로 공급하는 것이, 농축실 배출수는 피처리수 중에 포함되는 유리 탄산이 농축되고, 유리 탄산농도가 높은 물로서 농축실 공급수에의 이용이 가능해지는 점에서 바람직하다. 탈탄산장치로서는, 특히, 제한되지 않지만, 예를 들면, 막식 탈기장치를 들 수 있다.
[제 2운전방법 ]
제 2운전방법에서는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고, 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또 음이온교환체와 양이온교환체의 혼합이온교환체가 충전된 농축실을 지닌 전기식 탈이온수 제조장치에 있어서, 유리 탄산을 함유하는 물을 상기 농축실로 공급한다.
제 2운전방법에 있어서, 제 1운전방법과 동일 구성요소에 대해서는 그 설명을 생략하고, 다른 점에 대해서 주로 설명한다. 즉, 제 2운전방법에 있어서의 EDI의 운전방법에 있어서, 제 1운전방법에 있어서의 EDI의 운전방법과 다른 점은, 농축실에의 충전물을 음이온교환체와 양이온교환체의 혼합이온교환체로 한 점에 있다. 본 예에 의하면, 수소이온을 공급하는 양이온교환체를 음이온교환체와 혼합해서 충전하므로, 음이온교환체를 이동하는 탄산수소이온은 양이온교환막에 도착하기 전에 양이온교환체로부터 공급되는 수소이온의 작용에 의해 유리탄산으로서 농축수 중에 방출된다. 이 때문에, 양이온교환막 근방의 유리 탄산농도가 높아지는 것을 방지할 수 있어, 처리수질에의 영향이 완화된다.
혼합이온교환체 중, 음이온교환체로서는, 전술한 음이온교환체와 마찬가지인 것을 들 수 있다. 또, 양이온교환체로서는, 수소이온을 공급하는 것이면 되고, 예를 들면, 강산성 양이온교환체, 약산성 양이온교환체 및 강산성 양이온교환체와 약산성 양이온교환체의 혼합양이온교환체를 들 수 있다. 또, 양이온교환체의 형태로서는, 양이온교환수지, 양이온교환섬유 및 일본국 공개특허 제 2002-306976호 공보 기재의 유기 다공질 양이온교환체를 들 수 있다. 혼합 이온교환체는, 음이 온교환수지와 양이온교환수지의 혼합이온교환수지가 바람직하다.
혼합이온교환체의 혼합형태로서는, 음이온교환체와 양이온교환체의 균일혼합물 및 음이온교환막으로부터 양이온교환막을 향해서 양이온교환체의 배합비율이 높아지는 혼합이온교환체를 들 수 있다. 이 중, 음이온교환막으로부터 양이온교환막을 향해서 양이온교환수지의 배합비율이 높아지는 혼합이온교환수지가 바람직하다. 이것에 의해, 양이온교환막 쪽의 음이온교환체(음이온교환수지)비율이 낮아지고, 양이온교환막 근방의 유리 탄산농도가 확실하게 낮아진다. 음이온교환막으로부터 양이온교환막을 향해서 양이온교환체의 배합비율이 점차 증가하는 형태, 예를 들면, 음이온교환막으로부터 양이온교환막을 향해서 음이온교환체 층, 음이온교환체와 양이온교환체의 혼합체 층이 배열되는 층 구조 형태 등을 들 수 있다. 혼합이온교환수지의 경우, 혼합이온교환수지의 입경은, 균일한 것이, 농축실의 차압이 낮아지는 점에서 바람직하다.
혼합이온교환수지 중, 양이온교환수지의 배합비율로서는, 특히 제한되지 않지만, 체적 기준으로 10 내지 90%, 바람직하게는 20 내지 50%이다. 양이온교환수지의 충전비율(체적)이 10% 미만이면 양이온교환막 부근의 유리 탄산농도가 높아지는 것을 방지할 수 없고, 한편, 90% 보다 크면 스케일 발생억제효과가 얻어지지 않게 되는 점에서 바람직하지 않다. 또, 양이온교환수지는, 가교도 4% 이하인 것이, 칼슘이온 또는 마그네슘이온 등의 2가 이온의 선택성이 낮아져, 수소이온의 선택성이 높아지는 점에서 바람직하다.
[ 구성예 1]
구성예 1의 EDI를 도 1을 참조해서 설명한다. 탈염실(12)과 농축실(11)을 구비한 EDI(10)의 전단계에 탈탄산 장치(20)가 배치되어 있다. 그리고, 탈탄산장치(20)의 처리수 유출관(14)과 EDI의 피처리수 유입관(15)을 접속하고, 탈탄산 장치(20)의 피처리수 유입관(13)과 EDI(10)의 농축수 유입관(16)을 접속하고 있다. 또, 부호 (17)은 농축수 유출관, (18)은 탈염수 유출관이다. 또, 탈탄산 장치(20)의 처리수가 EDI(10)의 피처리수 유입관(15)에 도입되고, 탈탄산 장치(20)의 피처리수가 EDI(11)의 농축수 유입관(16)에 도입된다. 또, 탈탄산 장치(20)로서는, 막탈기장치, 탈탄산탑 등 공지의 것을 채용하는 것이 가능하다.
따라서, 피처리수인 역침투막 투과수는, 농축실(11)에 직접 공급되는 동시에, 탈탄산 장치(20)에 있어서 탄산이 제거된 후 탈염실(12)에 공급된다.
탈탄산 장치(20)의 처리수가 EDI(10)의 피처리수 유입관(15)에 도입되고, 탈탄산 장치(20)의 피처리수가 EDI(10)의 농축수 유입관(16)에 도입되는 형태로서는, 도 1에 표시한 형태 외에, 도 2나 도 3과 같은 구성을 취하는 것도 가능하다.
도 2에서는, 탈탄산 장치(20)의 전단계에 농축수의 유량조절을 용이하게 하기 위한 완충용 탱크(29)를 배치하고 있다. 그리고, 농축수 유입관(16)의 상류쪽, 및 탈탄산 장치(20)의 피처리수 유입관(13)의 상류 쪽을 완충용 탱크(29)에 접속하고 있다. 따라서, 완충용 탱크(29)로부터의 피처리수가, 직접 농축실(11)에 공급되는 동시에, 완충용 탱크(29)로부터의 피처리수가 탈탄산 장치(20)에서 탈탄산처리된 후, 탈염실(12)에 공급된다.
또, 도 3에서는, EDI(10)의 농축수 유입관(16) 도중에 완충용 탱크(29)를 배치하고, 또, 농축수 유출관(17)과 완충용 탱크(29)를 접속하는 귀환 배관(171)을 설치하고 있다.
이 구성에 의해서도, 역침투막 투과수는, 탈탄산 장치(20)에 있어서 탄산이 제거된 후, 탈염실(12)에 공급된다. 한편, 완충용 탱크(29)에 있어서는, 역침투막 투과수와 농축수가 혼합된 후 농축실(11)에 공급된다.
이와 같은 도 1 내지 도 3에 표시한 구성에서의 EDI(10)로서는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에 양이온교환막과 음이온교환막을 교대로 배열시키고, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 충전된 농축실을 지니는 제 1EDI나, 제 1EDI의 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 충전된 농축실 대신에, 양이온교환체와 음이온교환체의 혼합이온교환체가 충전된 농축실로 한 제 2EDI가 채용된다.
제 2EDI에 있어서, 음이온교환체 및 양이온교환체는 상기 운전방법으로 기재한 것과 마찬가지인 것을 들 수 있다. 혼합이온교환체의 혼합형태로서는, 음이온교환체와 양이온교환체의 균일 혼합물 및 음이온교환막으로부터 양이온교환막을 향해서 양이온교환체의 배합비율이 높아지는 혼합이온교환체를 들 수 있다. 이 중, 음이온교환막으로부터 양이온교환막을 향해서 양이온교환수지의 배합비율이 높아지는 혼합이온교환수지가 바람직하다. 이것에 의해, 양이온교환막 쪽의 음이온교환 체(음이온교환 수지)비율이 낮으므로, 양이온교환막 부근의 유리 탄산농도가 확실하게 낮아진다. 음이온교환막으로부터 양이온교환막을 향해서 양이온교환체의 배합비율이 높아지는 형태, 혼합이온교환수지 중 양이온교환수지의 배합비율 및 양이온교환수지의 가교도로서는 상기 운전방법에 기재한 것과 마찬가지인 것을 사용할 수 있다.
또, EDI의 구성으로서는, 도 5에 표시한 소탈염실을 지니는 것도 바람직하고, 이것을 전술한 제 1 및 제 2EDI로서 이용하는 것이 가능하다.
도 1 내지 도 3에 표시한 제 1구성예의 EDI는, 탈염실(12)에 공급되는 피처리수가 탈탄산 장치(20)의 처리수(투과수)이고 탄산이 제거된 물이다. 한편, 농축실(11)에 공급되는 물은 탈탄산처리되어 있지 않다. 이 예에서는, 역침투막의 처리수이므로, 탈염실(12)의 부하로 되는 유리 탄산농도를 저감하면서, 스케일의 발생을 억제하는 데 필요한 유리 탄산을 함유하는 물을 농축실(11)에 공급할 수 있다.
[ 구성예 2]
본 발명의 구성예 2에 있어서의 EDI는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양이온교환막과 음이온교환막을 교대로 배열시키고, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 상기 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체를 배치하고, 상기 음이온교환체와 양이온교 환막 사이에 강염기성 음이온교환기를 지니지 않은 수투과성 체를 배치한 농축실을 지니는 장치이다.
구성예 2의 EDI에 있어서, 피처리수로서는, 특히 제한되지 않고, 예를 들면, 탈탄산 장치의 처리수를 들 수 있다. 또, 농축실에 공급되는 물로서는, 유리 탄산을 함유하는 물이면 특히 제한되지 않는다. 음이온교환체 및 수투과성 체로서는, 상기 운전방법에 기재된 것과 마찬가지인 것을 사용할 수 있다.
구성예 1 및 2에 있어서, 탈염실 구조로서는, 특히 제한되지 않고, 도 5 및 도 6에 표시한 바와 같은 것을 바람직하게 적용할 수 있다.
[ 구성예 3]
구성예 3에 있어서의 EDI를 도 4를 참조해서 설명한다. 도 4는 구성예 3에 있어서의 EDI의 모식도이다. 도 4에 있어서, 도 1과 마찬가지의 구성요소에는, 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고 다른 점에 대해서 주로 설명한다. 도 4 중, 탈염실(12a)과 농축실(11a)을 구비한 EDI(10a)의 전단계의 탈탄산장치의 설치를 생략하고, 역침투막 장치(30)를 배치하고, 역침투막 장치(30)의 투과수 유출관(19)과 EDI(10a)의 피처리수 유입관(192)을 접속하고, 투과수 유출관(19)을 분지시켜서 농축수 공급관(191)으로 한 것이다.
그리고, 이 구성예 3에 있어서는, EDI로서, 전술한 도 6의 구성의 장치가 채용된다. 그리고, 피처리수가 유입하는 제 2소탈염실(d2), (d4), (d6), (d8)에 음이 온교환체를 충전하고, 제 2소탈염실 유출수를 피처리수로 하는 제 1소탈염실(d1), (d3), (d5), (d7)에 혼합이온교환체를 충전한다. 이것에 의해서, 제 2소탈염실 및 제 1소탈염 모두에서 실리카, 탄산 등을 제거할 수 있다. 이 때문에, 음이온 성분 중에서도 제거하기 어려운 실리카, 탄산 등의 약산성 성분을 많이 함유하는 피처리수를 충분히 처리할 수 있다. 그리고, EDI의 전처리로서 유리탄산을 저감하는 탈탄산 장치의 배치를 생략하는 것이 가능하다.
실시예 1
하기 장치사양 및 운전조건에 있어서, 도 5와 마찬가지 구성으로 4개의 탈이온 모듈(8개의 소탈염실)을 병설해서 구성되는 전기식 탈이온수 제조장치를 사용하였다. 피처리수는, 공업용수의 역침투막 투과수를 이용하고, 그 경도는 1000 ㎍-CaCO3/ℓ, 유리 탄산농도는 4 ㎎-CO2/ℓ였다. 또, 피처리수의 일부를 그대로 농축수 및 전극수로서 사용하였다. 운전시간은 4000시간이고, 4000시간 후의 농축실 내의 스케일 발생의 유무를 관찰하였다. 또, 동시간 운전 후에 있어서의 처리수의 저항률과 운전조건을 표 1에 나타낸다.
(운전의 조건)
?전기식 탈이온수 제조장치; 시작(試作) EDI
?중간이온교환막; 음이온교환막
?제 1소탈염실; 폭 100 ㎜, 높이 300 ㎜, 두께 4 ㎜
?제 1소탈염실에 충전된 이온교환수지; 음이온교환수지(A)와 양이온교환수지(C)의 혼합이온교환수지(혼합비는 체적비로 A:C = 1:1)
?제 2소탈염실; 폭 100 ㎜, 높이 300 ㎜, 두께 8 ㎜
?제 2소탈염실 충전 이온교환수지; 음이온교환수지
?농축실; 폭 100 ㎜, 높이 300 ㎜, 두께 2 ㎜
?농축실 충전이온교환수지; 겔형 강염기성 음이온교환수지(IRA-402BL)
?장치 전체의 유량; 0.1 ㎥/h
실시예 2
농축실에 충전되는 겔형 강염기성 음이온교환수지(IRA-402BL) 대신에, 양이온교환수지(Amberlyst 30 W: 가교도 4%)와 겔형 강염기성 음이온교환수지(IRA-402BL)(혼합비는 체적비로 A:C = 1:1)의 혼합이온교환수지를 이용한 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 행하였다. 4000시간 운전 후에 있어서의 처리수의 저항률과 운전조건을 표 1에 나타낸다.
실시예 3
농축실에 충전되는 겔형 강염기성 음이온교환수지(IRA-402BL) 대신에, 음이온교환막의 양극 쪽에 겔형 강염기성 음이온교환수지(IRA-402BL, 유효직경: 0.45 ㎜)를 두께 1.7 ㎜로 충전하고, 상기 겔형 강염기성 음이온교환수지와 양이온교환막 사이에 그물코 크기 60 메쉬의 그물코 형상물을 두께 0.3 ㎜로 충전한 이외에 는, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 행하였다. 4000시간 운전 후에 있어서의 처리수의 저항률과 운전조건을 표 1에 나타낸다.
비교예 1
농축실에 충전되는 겔형 강염기성 음이온교환수지(IRA-402BL) 대신에, 그물코 크기 12 메쉬, 두께 1 ㎜의 그물코 형상물을 충전하고, 농축실의 두께를 1 ㎜로 한 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 행하였다. 비교예 1에서는, 운전시간 100시간으로 전압이 250 V에 달하였으므로, 장치를 정지하고, 농축실 내의 스케일 발생의 유무를 관찰하였다. 또, 100시간 운전 후에 있어서의 처리수의 저항률과 운전조건을 표 1에 나타낸다.
비교예 2
공업용수의 역침투막 투과수 대신에, 공업용수의 역침투막 투과수를 막식 탈기에 의해 탈탄산처리한 물을 이용한 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 행하였다. 비교예 2에서는, 운전시간 150시간에서 전압이 250 V에 달하였으므로, 장치를 정지하고, 농축실 내의 스케일 발생의 유무를 관찰하였다. 또, 150시간 운전 후에 있어서의 처리수의 저항률과 운전조건을 표 1에 나타낸다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
인가전압(V) 75 80 80 250 250
전류(A) 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
처리수 저항률
(㏁?㎝)		 17.0 17.5 17.9 10.5 11.0
스케일 발생 유무 없음 없음 없음 있음 있음
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 스케일의 발생의 문제를, EDI의 농축실에의 공급수 조건을 관리함으로써 해결할 수 있고, 고농도의 경도 성분을 포함하는 피처리수의 장기간 연속운전에 있어서도, 농축실 내에 스케일의 발생은 확인되지 않고, 안정한 운전이 가능하다. 또, 농축실 내의 도전성이 안정하고, 탈염실의 입구 쪽으로부터 출구 쪽 전체에 걸쳐 전류밀도를 균일화할 수 있어, 소비전력을 저감할 수 있다.

Claims (11)

  1. 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 충전된 농축실을 지닌 전기식 탈이온수 제조장치에 있어서, 유리 탄산을 함유하는 물을 상기 농축실에 공급하는, 전기식 탈이온수 제조장치의 운전방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 농축실은, 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 설치되고, 상기 음이온교환체와 양이온교환막 사이에 강염기성 음이온교환기를 지 니지 않은 수투과성 체가 설치된, 전기식 탈이온수 제조장치의 운전방법.
  4. 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 음이온교환체와 양이온교환체의 혼합이온교환체가 충전된 농축실을 지닌 전기식 탈이온수 제조장치에 있어서, 상기 혼합이온교환체는 음이온교환막으로부터 양이온교환막을 향해서 양이온교환체의 배합비율이 높아지는 혼합이온교환체이고, 유리 탄산을 함유하는 물을 상기 농축실에 공급하는, 전기식 탈이온수 제조장치의 운전방법.
  5. 제 1항, 제 3항, 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 농축실에 공급하는 물은, 유리 탄산농도가 0.5 내지 200 ㎎-CO2/ℓ인 물인, 전기식 탈이온수 제조장치의 운전방법.
  6. 전기식 탈이온수 제조장치를 포함하는 전기식 탈이온수 제조시스템에 있어서,
    상기 전기식 탈이온수 제조장치는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 충전된 농축실을 구비 하고,
    상기 전기식 탈이온수 제조장치의 전단계에 탈탄산 장치가 배치되고,
    상기 탈탄산 장치의 처리수가 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 탈염실에 공급되고,
    상기 탈탄산 장치에 있어서 처리되어 있지 않은 상기 탈탄산 장치의 피처리수가 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 농축실에 공급되는, 전기식 탈이온수 제조시스템.
  7. 전기식 탈이온수 제조장치를 포함하는 전기식 탈이온수 제조시스템에 있어서,
    상기 전기식 탈이온수 제조장치는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과, 양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 음이온교환체와 양이온교환체의 혼합이온교환체가 충전된 농축실을 구비하고,
    상기 전기식 탈이온수 제조장치의 전단계에 탈탄산 장치가 배치되고,
    상기 탈탄산 장치의 처리수가 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 탈염실에 공급되고,
    상기 탈탄산 장치에 있어서 처리되어 있지 않은 상기 탈탄산 장치의 피처리 수가 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 농축실에 공급되는, 전기식 탈이온수 제조시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 농축실의 혼합이온교환체는, 음이온교환막으로부터 양이온교환막을 향해서 양이온교환체의 배합비율이 높아지는 혼합이온교환체인, 전기식 탈이온수 제조시스템.
  9. 전기식 탈이온수 제조장치에 있어서,
    양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에, 양극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 양이온교환막으로 구획된 탈염실과,
    양극 쪽이 양이온교환막으로 구획되고 음극 쪽이 음이온교환막으로 구획되고 또한 상기 음이온교환막의 양극 쪽에 음이온교환체가 배치되고, 상기 음이온교환체와 상기 양이온교환막 사이에 강염기성 음이온교환기를 지니지 않은 수투과성 체를 배치한 농축실을 지닌 전기식 탈이온수 제조장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
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