KR101482656B1 - Capacitive deionization apparatus for high concentration wastewater treatment and batch type intermittent operating method - Google Patents

Capacitive deionization apparatus for high concentration wastewater treatment and batch type intermittent operating method Download PDF

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KR101482656B1
KR101482656B1 KR20140052275A KR20140052275A KR101482656B1 KR 101482656 B1 KR101482656 B1 KR 101482656B1 KR 20140052275 A KR20140052275 A KR 20140052275A KR 20140052275 A KR20140052275 A KR 20140052275A KR 101482656 B1 KR101482656 B1 KR 101482656B1
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raw water
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water
module
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김연권
김홍석
김지연
박선욱
고광범
김희중
송정기
배상영
김진석
김한주
김재갑
최영일
유선경
김지훈
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한국수자원공사
한수테크니칼서비스(주)
(주) 퓨리켐
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Abstract

The present invention relates to a capacitive deionization apparatus for high concentration wastewater treatment and to a batch type intermittent operating method and, more specifically, to a capacitive deionization apparatus for high concentration wastewater treatment which has improved water purification ability by comprising an electrode module which is a cartridge-shaped cylindrical capacitive deionization cell, and an upper and lower caps having a certain range penetrated for raw water or treatment water to flow, and additionally including an outer surface cover and an upper and lower connection means to enable serial or parallel connection, and to a batch type intermittent operating method.

Description

고농도 폐수처리용 축전식 탈이온 장치 및 이를 이용한 회분식 단속운전 방법{Capacitive deionization apparatus for high concentration wastewater treatment and batch type intermittent operating method}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a deionization apparatus for deodorizing wastewater,

본 발명은 고농도 폐수처리용 축전식 탈이온 장치 및 이를 이용한 회분식 단속운전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 카트리지 형태의 원통형 축전식 탈이온(CDI) 셀인 전극 모듈과, 상기 전극 모듈의 상ㆍ하부에 결합되며 원수 또는 처리수가 유동되도록 일정 영역이 관통 형성되는 상ㆍ하부 캡을 포함하여 형성되되, 원수가 축방향으로 유동하게 하고, 직렬 또는 병렬 연결이 가능하도록 외면 커버 및 상ㆍ하부 연결수단이 더 구비되도록 함으로써, 정수처리 능력이 크게 향상된 고농도 폐수처리용 축전식 탈이온 장치 및 이를 이용한 회분식 단속운전 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to an electrode module, which is a cylindrical storage-type deionized (CDI) cell in the form of a cartridge, and an electrode module And an upper and a lower cap which are connected to each other to have a predetermined region to flow raw water or treatment water. The outer cover and the upper and lower connecting means are provided so that the raw water flows in the axial direction, The present invention relates to a storage type deionization apparatus for treatment of high concentration wastewater and a batch type intermittent operation method using the same.

현재 전 세계적으로 수자원부족에 따른 생활용수 부족의 문제가 갈수록 심화되고 있다. 이를 극복하기 위해 해수의 탈염, 폐수 처리에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.Currently, the problem of lack of living water due to lack of water resources is getting worse all over the world. In order to overcome this problem, researches on seawater desalination and wastewater treatment have been actively conducted.

생활용수나 산업용수의 제조에서 탈염기술은 사람의 건강이나 공정의 효율, 제품의 성능을 결정하는데 매우 중요한 역할을 한다. 중금속이나 질산성 질소, 불소 이온들이 포함된 물을 사람이 장기간 음용했을 때 건강에 치명적인 영향을 끼칠 수 있다.In the production of domestic water or industrial water, desalination technology plays a very important role in determining human health, process efficiency, and product performance. Water containing heavy metals, nitrate nitrogen, and fluoride ions can have a serious health impact when people drink for a long time.

현재 수용액 중의 이온성 물질을 제거하는 방법으로 이온교환수지를 이용한 이온교환법이 많이 사용되고 있다.Currently, the ion exchange method using an ion exchange resin is widely used as a method for removing an ionic substance in an aqueous solution.

이 방법은 대부분의 이온성 물질들을 효과적으로 분리할 수 있지만 이온교환이 완료된 수지를 재생하는 과정에서 다량의 산, 염기, 또는 염의 폐액이 발생한다는 단점을 가지고 있다. 이외에도 역삼투막법, 전기투석법 등의 분리막 기술이 적용되고 있지만 막의 파울링으로 인한 처리 효율의 감소, 오염된 막의 세정, 주기적인 막의 교체, 높은 에너지 소모율, 2차적인 환경오음 등과 같은 문제점을 안고 있다.This method effectively separates most of the ionic materials, but it has the disadvantage that a large amount of acid, base, or salt waste solution is generated during the regeneration of the ion-exchanged resin. In addition, membrane technologies such as reverse osmosis membrane method and electrodialysis method are applied, but problems such as reduction of treatment efficiency due to membrane fouling, cleaning of contaminated membrane, periodic membrane replacement, high energy consumption rate, .

이러한 기존 탈염 기술들의 문제점을 해결하고자 최근 들어 전기이중층의 원리를 이용한 축전식 탈이온(capacitive deionization, 이하 CDI라 칭한다)기술이 연구되어 탈염공정에 적용되고 있다.Recently, capacitive deionization (hereinafter referred to as CDI) technology using the principle of electric double layer has been studied in order to solve the problems of existing desalination technologies, and is being applied to the desalination process.

CDI 기술은 커패시터(capacitor)의 전기이중층을 이용하여, 양극과 음극에 인가되는 전위차를 이용하여 전극 사이를 통과하는 원수의 이온들이 흡착과 탈착되는 성질을 이용하는 기술이다.The CDI technique utilizes the property of adsorbing and desorbing ions of raw water passing between electrodes by using a potential difference applied to the positive electrode and the negative electrode by using an electric double layer of a capacitor.

더욱 상세하게 설명하면, CDI 기술을 이용한 탈염공정은 처리하고자 하는 원수를 두 개의 다공성 탄소전극 사이로 흘려준 다음, 다공성 탄소전극에 적절한 전압을 인가하게 되면 전극 사이에 전기이중층이 형성되고, 이때의 정전기력에 의해 전극 사이의 원수에서 이온들이 흡착(제거)되며, 반대 전압을 인가하게 되면 탈착되는 원리를 이용하여 원수의 이온을 제거하는 기술이다.More specifically, in the desalting process using the CDI technique, the raw water to be treated is flowed between two porous carbon electrodes, and when an appropriate voltage is applied to the porous carbon electrode, an electric double layer is formed between the electrodes, The ions are adsorbed (removed) from the raw water between the electrodes by applying a voltage to the electrodes, and ions of the raw water are removed by using the principle of desorption when an opposite voltage is applied.

이와 관련된 선행문헌으로는 국내공개특허 제2010-0122187호(공개일 : 2010.11.22, 명칭 : 축전탈이온 장치 및 이의 동작방법, 이하 선행특허라 함.)가 있다.The prior art related to this is Korean Patent Publication No. 2010-0122187 (published on November 22, 2010, entitled: Condensation deionization apparatus and its operation method, hereinafter referred to as prior art).

그런데, 상기 선행특허와 같이 장방형의 CDI 셀을 이용한 축전탈이온 장치는 처리하고자 하는 원수가 유입될 경우, 모듈 내 모든 영역을 거쳐 골고루 유동되기 어렵기 때문에 사구간(dead zone)이 발생되며, 이에 따른 처리효율 저하가 발생된다는 단점이 있다.However, when the raw water to be treated flows into the storage battery using the rectangular CDI cell as in the prior patent, a dead zone occurs because it is difficult to flow uniformly through all the areas in the module. Resulting in a reduction in processing efficiency.

또한, 상기 선행특허는 양극판 및 음극판의 이온 흡착 능력에 한계로 인해 하수처리장 유입수나 열수분해 탈리액과 같이 고농도의 폐수를 처리하기엔 역부족이라는 단점이 있다.
In addition, the prior art has a disadvantage in that it is insufficient to treat high concentration wastewater such as influent of sewage treatment plant or hydrolysis decomposition liquid due to limitation of ion adsorption ability of the positive electrode plate and negative electrode plate.

국내공개특허 제2010-0122187호(공개일 : 2010.11.22, 명칭 : 축전탈이온 장치 및 이의 동작방법)Korean Patent Publication No. 2010-0122187 (published on November 22, 2010, entitled: Condensation deionization device and its operation method)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 장방형 셀 형태가 아닌 카트리지 형태의 원통형 축전식 탈이온(CDI) 셀인 전극 모듈을 포함하여 형성됨으로써, 음극 콜렉터 및 양극 콜렉터 사이 공간을 따라 축방향으로 원수를 흐르게 하여 수류통수능력을 향상시키고, 이온의 흡착 및 탈착이 효과적으로 이루어질 수 있는 고농도 폐수처리용 축전식 탈이온 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an electrode module which is a cylindrical accumulation type deionization (CDI) Ionization device for treatment of high concentration wastewater which can improve water flowability by flowing raw water in the axial direction along the space between the electrodes and effectively adsorb and desorb ions.

또한, 본 발명의 목적은 다공성 탄소전극인 음극 콜렉터 및 양극 콜렉터를 원통형으로 권취하여 축전식 탈이온 셀인 전극 모듈을 제작하고, 전극 모듈의 외부에 결합되는 외면커버 및 상ㆍ하부 연결수단을 통해 복수개의 전극 모듈이 직렬 또는 병렬연결이 가능하도록 형성됨으로써, 고농도 폐수의 정수가 가능한 고농도 폐수처리용 축전식 탈이온 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an electrode module which is a porous deionized cell by winding a cathode collector and a cathode collector which are porous carbon electrodes into a cylindrical shape and has an outer cover joined to the outside of the electrode module, The present invention provides a deionization device for treating wastewater of high concentration capable of generating a high concentration of wastewater by forming a series or parallel connection of electrode modules.

아울러, 본 발명의 목적은 연속식 처리 방식이 아닌 회전식 처리 방식으로 운전되도록 함으로써, 방전 탈리액의 최소화와 고농도 폐수의 안정적인 처리가 가능한 축전식 탈이온 장치의 회분식 단속운전 방법을 제공하는 것이다.
In addition, an object of the present invention is to provide a batch-type intermittent operation method of a storage-type deionization device capable of minimizing a discharge desorption liquid and stably treating high concentration wastewater by operating in a rotary treatment mode instead of a continuous treatment mode.

본 발명의 축전식 탈이온 장치는 원수저장조로부터 원수를 공급받아 전기흡착을 통해 용존성 영양염류 물질을 필터링하는 고농도 폐수처리용 축전식 탈이온 장치에 있어서, 상기 축전식 탈이온 장치는 원통형의 중심축; 양극 콜렉터 및 음극 콜렉터와, 상기 양극 콜렉터 및 음극 콜렉터 사이에 개재된 다공형태의 스페이서를 포함하는 단위 전극 셀이 상기 중심축에 권취되어 형성되는 전극 모듈; 축방향으로 상기 전극 모듈의 일측 단부에 결합되며, 원수가 배출되는 제1유동홀이 형성된 상부 캡; 및 축방향으로 상기 전극 모듈의 타측 단부에 결합되며, 원수가 유입되는 제2유동홀이 형성된 하부 캡; 을 포함하여 형성되며, 상기 제2유동홀을 통해 유입된 원수가 상기 전극 모듈 내부의 상기 스페이서를 통과하며 축방향으로 유동되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a deionization apparatus for treatment of high concentration wastewater which receives raw water from a raw water storage tank and filters the dissolved nutrient salt material through electro-adsorption, the deionization apparatus having a cylindrical center shaft; An electrode module in which a unit electrode cell including a positive electrode collector and a negative electrode collector and a porous spacer interposed between the positive electrode collector and the negative collector is formed by being wound around the center axis; An upper cap coupled to one end of the electrode module in the axial direction and having a first flow hole through which raw water is discharged; A lower cap coupled to the other end of the electrode module in the axial direction and having a second flow hole through which raw water flows; And the raw water flowing through the second flow hole passes through the spacer inside the electrode module and flows in the axial direction.

또한, 상기 전극 모듈은 상기 양극 콜렉터의 일측 단부에 일정 간격으로 돌출되어 형성되는 다수개의 양극 탭; 상기 음극 콜렉터의 일측 단부에 일정 간격으로 돌출되어 형성되는 다수개의 음극 탭; 을 포함하여 형성되며, 상기 단위 전극 셀이 상기 중심축에 권취되면서 상기 양극 탭 및 음극 탭이 다수개 적층되어 전극 탭 유닛을 이루되, 상기 전극 탭 유닛이 상기 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 적어도 한 개 이상 형성될 수 있다.Also, the electrode module may include a plurality of positive electrode tabs formed at one end of the positive electrode collector and protruding at regular intervals; A plurality of negative electrode tabs protruding at a predetermined distance from one end of the negative electrode collector; Wherein the electrode tab unit is formed by stacking a plurality of the positive electrode tabs and the negative electrode tabs while the unit electrode cells are wound on the central axis, More than one may be formed.

또한, 상기 전극 모듈은 상기 양극콜렉터와 스페이서 사이에 구비되는 제1멤브레인; 또는 상기 음극콜렉터와 스페이서 사이에 구비되는 제2멤브레인; 을 포함하여 형성될 수 있다.In addition, the electrode module may include a first membrane disposed between the cathode collector and the spacer; A second membrane disposed between the cathode collector and the spacer; May be formed.

또한, 상기 상부 캡 또는 하부 캡은 상기 전극 탭 유닛이 삽입되어 외부로 돌출되도록 형성되는 전극 탭 삽입홀을 포함할 수 있다.The upper cap or the lower cap may include an electrode tab insertion hole formed to protrude to the outside by inserting the electrode tab unit.

또한, 상기 축전식 탈이온 장치는 상기 전극 탭 삽입홀로 돌출된 상기 양극 탭 및 음극 탭과 결합되는 수 소켓; 및 상기 수 소켓에 결합되며, 상기 양극 탭과 연결된 양극 전선과, 상기 음극 탭과 연결된 음극 전선이 외부로 돌출되어 형성되는 암 소켓; 을 포함하여 형성될 수 있다.The storage deionizer further comprises: a water socket coupled to the positive electrode tab and the negative electrode tab protruding from the electrode tab insertion hole; And an arm socket coupled to the male socket and having a positive electrode wire connected to the positive electrode tab and a negative electrode wire connected to the negative electrode tab protruding to the outside; May be formed.

또한, 상기 축전식 탈이온 장치는 상기 상부 캡, 전극 모듈 및 하부 캡이 결합되어 형성되는 축전식 탈이온 모듈의 외주면을 감싸는 외면 커버; 상기 외면 커버의 축방향으로 일측에 결합되며, 양측이 개방된 상부 연결수단; 및 상기 외면 커버의 축방향으로 타측에 결합되며, 양측이 개방된 하부 연결수단; 를 포함하여 형성될 수 있다.Also, the storage type deionization device may include an outer cover that surrounds an outer circumferential surface of the storage deionization module in which the upper cap, the electrode module, and the lower cap are coupled to each other; Upper connecting means coupled to one side in the axial direction of the outer cover and opened at both sides; And lower connecting means coupled to the other side in the axial direction of the outer cover and opened at both sides; As shown in FIG.

또한, 상기 축전식 탈이온 장치는 상기 상부 캡 또는 하부 캡의 외주면을 따라 실링부재 삽입홈이 형성되며, 상기 실링부재 삽입홈에 안착되는 실링부재를 더 포함하여 형성될 수 있다.The storage deionization device may further include a sealing member having a sealing member insertion groove formed along the outer circumferential surface of the upper cap or the lower cap and seated in the sealing member insertion groove.

또한, 상기 축전식 탈이온 장치는 상기 외면 커버, 상부 연결수단 및 하부 연결수단과 결합된 축전식 탈이온 모듈이 축 방향으로 적어도 두 개 이상 직렬 연결되거나, 병렬 연결될 수 있다.In addition, at least two or more storage deionization modules combined with the outer cover, the upper connecting means, and the lower connecting means may be connected in series or in parallel in the axial direction.

또한, 본 발명의 축전식 탈이온 장치를 이용하여 원수의 이온성 성분을 탈리 또는 축적하는 회분식 단속운전 방법은 a) 상기 원수저장조로부터 유입된 원수가 상기 제2유동홀로 유입되는 제 1단계; b) 원수가 축방향으로 상기 전극 모듈의 스페이서를 따라 유동되는 제 2단계; c) 상기 전극 모듈에 전기를 인가하여 원수 내 이온을 전기 흡착시키는 제 3단계; d) 상기 전극 모듈에 이온이 흡착된 원수를 다시 상기 제2유동홀을 통해 원수저장조로 퇴출시키는 제 4단계; e) 용존성 영양염류 저장수조의 청수가 상기 제2유동홀로 유입되는 제 5단계; f) 청수가 축방향으로 상기 전극 모듈의 스페이서를 따라 유동되는 제 6단계; g) 상기 전극 모듈에 전기를 역전으로 인가하여 청수 내 이온이 축적되는 제 7단계; h) 이온이 축적된 청수를 다시 상기 제2유동홀을 통해 용존성 영양염류 저장수조로 퇴출시키는 제 8단계; 를 포함할 수 있다.In addition, a batch intermittent operation method for desorbing or accumulating ionic components of raw water using the storage deionization apparatus of the present invention comprises: a) a first step in which raw water introduced from the raw water storage tank flows into the second flow hole; b) a second step in which the raw water flows along the spacer of the electrode module in an axial direction; c) applying electricity to the electrode module to electrostatically adsorb ions in the raw water; d) withdrawing raw water adsorbed on the electrode module to the raw water storage tank through the second flow hole; e) a fifth step in which fresh water of the dissolved nutrient storage tank flows into the second flow hole; f) flowing fresh water along the spacers of the electrode module in an axial direction; g) a seventh step in which electricity is reversely applied to the electrode module to accumulate ions in fresh water; h) storing the ions in the dissolved nutrient storage tank through the second flow hole; . ≪ / RTI >

또한, 상기 회분식 단속운전 방법은 NH4, NO3, PO4가 포함된 원수인 고농도의 폐수 내 이온성 영양염류인 질소 및 인을 제거할 수 있다.In addition, the batch intermittent operation method can remove nitrogen and phosphorus ions, which are ionic nutrients in high concentration wastewater, which are raw water containing NH 4 , NO 3 , and PO 4 .

또한, 상기 제 2단계(S200)는 상기 제2유동홀(410)을 통해 유입된 원수가 상기 제1유동홀(310)로 배출되기 직전까지 수행되며, 원수의 추가 유입이 중지된 상태에서 상기 제3단계(S300)가 수행될 수 있다.The second step S200 is performed until the raw water introduced through the second flow hole 410 is discharged to the first flow hole 310. When the additional flow of raw water is stopped, A third step S300 may be performed.

또한, 상기 제 7단계(S700)는 상기 제2유동홀(410)을 통해 유입된 청수가 상기 제1유동홀(310)로 배출되기 직전까지 수행되며, 청수의 추가 유입이 중지된 상태에서 상기 제8단계(S800)가 수행될 수 있다.The seventh step S700 is performed until the fresh water flowing through the second flow hole 410 is discharged to the first flow hole 310. In the state where the additional flow of fresh water is stopped, An eighth step S800 may be performed.

또한, 상기 회분식 단속운전 방법은 상기 축전식 탈이온 장치의 상부 캡이 중력방향으로 상측에 위치되고, 하부 캡이 하측에 위치되도록 설치되어, 상기 제 1단계 및 제 2단계에서 유입되는 원수가 중력방향에 반대되는 방향인 하측에서 상측으로 유동되고, 상기 제 4단계에서 퇴출되는 원수가 중력방향에 나란한 방향으로 유동되며, 상기 제 5단계 및 제 6단계에서 유입되는 청수가 중력방향으로 하측에서 상측으로 유동되고, 상기 제 8단계에서 퇴출되는 청수가 중력방향에 나란한 방향으로 유동될 수 있다.In addition, the batch intermittent operation method may include a step of installing the upper cap of the deionized water ionizer in the upper side in the gravity direction and the lower cap in the lower side, The raw water withdrawn from the fourth step flows in a direction parallel to the gravity direction, and the fresh water flowing in the fifth and sixth steps flows from the lower side to the upper side in the gravity direction And the fresh water to be withdrawn in the eighth step may flow in a direction parallel to the gravity direction.

또한, 상기 회분식 단속운전 방법은 상기 축전식 탈이온 장치가 다수개 직렬 연결되는 경우, 원수가 다수개의 상기 축전식 탈이온 장치를 순차적으로 통과하며, 상기 제1 내지 제3단계가 반복적으로 수행된 다음, 상기 제4단계가 수행될 수 있다.
Also, in the batch type intermittent operation method, when a plurality of the deionized water ionization apparatuses are connected in series, the raw water sequentially passes through the plurality of the deionized water ionization apparatuses, and the first to third steps are repeatedly performed Next, the fourth step may be performed.

본 발명의 고농도 폐수 처리용 축전식 탈이온 장치는 장방형 셀 형태가 아닌 카트리지 형태의 원통형 축전식 탈이온(CDI) 셀인 전극 모듈을 포함하여 형성됨으로써, 음극 콜렉터 및 양극 콜렉터 사이 공간을 따라 축방향으로 원수를 흐르게 하여 수류통수능력을 향상시키고, 이온의 흡착 및 탈착이 효과적으로 이루어질 수 있다는 장점이 있다.The storage deionization apparatus for treatment of high concentration wastewater according to the present invention is formed by including an electrode module which is a cylindrical accumulation type deionization (CDI) cell in the form of a cartridge rather than a rectangular cell type, There is an advantage that the raw water can be flowed to improve the water flow capacity and adsorption and desorption of ions can be effectively performed.

또한, 본 발명은 탄소전극인 양극 콜렉터 및 음극 콜렉터를 원통형으로 권취하여 제작함으로써, 기존의 장방형 셀처럼 전극을 재단할 필요가 없어 제작이 용이하고, 구조적 특징으로 인해 긴 롤 형태의 전극을 사용함으로써 전극의 손실을 최소화하고, 전극의 반응면적을 최대화할 수 있다.In addition, since the anode collector and the cathode collector, which are carbon electrodes, are manufactured by winding the anode collector in a cylindrical shape, it is not necessary to cut the electrode as in the conventional rectangular cell, so that it is easy to manufacture. The loss of the electrode can be minimized and the reaction area of the electrode can be maximized.

아울러, 본 발명은 전극 모듈이 카트리지 형태로 제작되기 때문에 실제 현장에서 적용이 용이하며, 다양한 구조에 응용할 수 있다는 장점이 있다.In addition, since the electrode module is manufactured in the form of a cartridge, the present invention is advantageous in that it is easy to apply in an actual field and can be applied to various structures.

또한, 본 발명은 복수개의 전극 모듈이 직렬 또는 병렬연결이 가능하도록 형성됨으로써, 하수처리장 유입수나 열수분해 탈리액과 같이 고농도 폐수의 정수가 가능하며, 병렬 연결될 경우 대용량화가 가능하다는 장점이 있다.In addition, since the plurality of electrode modules are formed to be connected in series or in parallel, the present invention has an advantage that high-concentration wastewater can be purified, such as influent of sewage treatment plants and hydrolysis decomposing solution, and capacity can be increased when they are connected in parallel.

또, 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치의 회분식 단속운전 방법은 연속식 처리 방식이 아닌 회분식 처리 방식으로 운전되도록 함으로써, 방전 탈리액의 최소화와 고농도 폐수의 안정적인 처리가 가능하다는 장점이 있다.
In addition, the batch-type intermittent operation method of the accumulation type deionization apparatus according to the present invention is advantageous in that it minimizes the discharge desorption liquid and stably treats the high-concentration wastewater by operating the batch-type treatment system instead of the continuous treatment system.

도 1은 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치의 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치의 전극 모듈이 제조되는 과정을 개략적으로 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치의 또 다른 전극 모듈이 제조되는 과정을 개략적으로 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치의 전극 탭 유닛을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치에 외면 커버가 구비되는 실시예를 나타낸 분해사시도.
도 7은 도 6의 외면 커버가 일부 조립된 상태를 실시예를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치가 직렬 연결된 상태를 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치에서의 원수 유동 방향을 나타낸 개략도.
도 10은 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치에서의 청수 유동 방향을 나타낸 개략도.
도 11은 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치를 이용한 회분식 단속운전 방법의 나타낸 각 단계를 나타낸 개략도.
1 is a perspective view of a deionization device according to the present invention;
2 is an exploded perspective view of a deionization device according to the present invention.
3 is a perspective view schematically showing a process of manufacturing an electrode module of a capacitive deionization device according to the present invention.
4 is a perspective view schematically showing a process of manufacturing another electrode module of the storage battery deionizing device according to the present invention.
5 is a cross-sectional view showing an electrode tap unit of a capacitive deionization device according to the present invention.
6 is an exploded perspective view showing an embodiment in which an outer cover is provided in the deionization device according to the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing an embodiment in which a part of the outer cover of FIG. 6 is assembled.
8 is a perspective view showing a state in which a storage deionization device according to the present invention is connected in series.
FIG. 9 is a schematic view showing a raw water flow direction in a storage type deionizing device according to the present invention. FIG.
10 is a schematic view showing fresh water flow direction in a storage type deionization apparatus according to the present invention.
11 is a schematic view showing each step of a batch intermittent operation method using a storage deionizer according to the present invention.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 고농도 폐수처리용 축전식 탈이온 장치 및 이를 이용한 회분식 단속운전 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described more fully with reference to the accompanying drawings, in which preferred embodiments of the present invention are shown.

본 발명의 축전식 탈이온 장치(1)는 수처리 또는 수중 이온 제거 기술에 적용되는 CDI(Capacitive Deionization) 셀인 전극 모듈(200)을 포함하여 형성되는 것으로, 원수저장조(20)로부터 원수를 전기흡착을 통해 용존성 영양염류 물질을 선별적으로 제거하는 장치이다.The electrodeionization apparatus 1 of the present invention includes an electrode module 200 which is a CDI (Capacitive Deionization) cell applied to water treatment or underwater ion removal technology. Which is a device for selectively removing the dissolved nutrient materials.

본 발명의 축전식 탈이온 장치(1)는 크게, 중심축(100), 전극 모듈(200), 상부 캡(300) 및 하부 캡을 포함하여 형성된다.The deionization device 1 of the present invention is largely formed by including a central shaft 100, an electrode module 200, an upper cap 300 and a lower cap.

상기 전극 모듈(200)은 양극 콜렉터(211) 및 음극 콜렉터(212)와, 상기 양극 콜렉터(211) 및 음극 콜렉터(212) 사이에 개재된 다공형태의 스페이서(220)를 포함하는 단위 전극 셀로 이루어지는데, 상기 양극 콜렉터(211), 음극 콜렉터(212) 및 스페이서(220)는 모두 롤 형태로 이루어지며, 이들이 상기 중심축(100)에 적어도 1회 이상 권취되어 형성된다.The electrode module 200 includes a unit electrode cell including a positive electrode collector 211 and a negative electrode collector 212 and a porous spacer 220 interposed between the positive electrode collector 211 and the negative electrode collector 212 The anode collector 211, the cathode collector 212, and the spacers 220 are all formed in a roll shape, and they are formed by being wound at least once on the central axis 100.

이때, 상기 전극 모듈(200)은 상기 단위 전극 셀이 다수개 적층되어 형성될 수도 있으며, 이 경우, 각각의 단위 전극 셀 경계마다 음극 콜렉터(212) 및 양극 콜렉터(211) 사이에 절연부재가 더 구비되어야 한다.In this case, the electrode module 200 may be formed by stacking a plurality of the unit electrode cells. In this case, an insulation member is disposed between the cathode collector 212 and the anode collector 211 at each unit electrode cell boundary .

상기 전극 모듈(200)은 상기 중심축(100)에 권취되는 과정에서 1회 이상 권취될 경우 단위 전극 셀이 다수개 적층되는 효과를 얻을 수 있다.When the electrode module 200 is wound one or more times in the process of being wound around the central axis 100, a plurality of unit electrode cells may be stacked.

상기 전극 모듈(200)의 양극 콜렉터(211)에는 일측 단부에 일정 간격으로 돌출되는 다수개의 양극 탭(241)이 형성되고, 음극 콜렉터(212)에는 상기 양극 탭(241)에 대응되는 위치의 일측 단부에 일정 간격으로 돌출되는 음극 탭(242)이 형성될 수 있다.A plurality of positive electrode tabs 241 protruding at regular intervals are formed at one end of the positive electrode collector 211 of the electrode module 200. One end of the positive electrode tab 241 corresponding to the positive electrode tab 241 A negative electrode tab 242 protruding at regular intervals may be formed at the end portion.

상기 전극 모듈(200)은 상기 단위 전극 셀이 상기 중심축(100)에 권취되면서 상기 음극 탭(242) 및 양극 탭(241)이 다수개 적층되어 전극 탭 유닛(240)을 이루되, 상기 전극 탭 유닛(240)이 상기 중심축(100)을 기준으로 대칭되는 위치에 한 개 이상 형성될 수 있다.The electrode module 200 is formed by stacking a plurality of the anode tabs 242 and the anode tabs 241 to form an electrode tab unit 240 while the unit electrode cells are wound on the center axis 100, At least one tap unit 240 may be formed at a position symmetrical with respect to the central axis 100. [

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전극 모듈(200)은 상기 양극 탭(241) 및 음극 탭(242)이 상기 양극 콜렉터(211) 및 음극 콜렉터(212)에 일정 간격으로 이격되어 형성되는데, 상기 중심축(100)에 권취되면서 상기 양극 콜렉터(211) 및 음극 콜렉터(212)가 상기 중심축(100)에서부터 방사방향으로 적층되는 것과 마찬가지로, 상기 양극 탭(241) 및 음극 탭(242)도 1열 또는 다수 열로 나란하게 적층된다.3, the positive electrode tab 241 and the negative electrode tab 242 of the electrode module 200 are spaced apart from the positive electrode collector 211 and the negative electrode collector 212 at regular intervals The positive electrode tab 241 and the negative electrode tab 242 are wound on the central axis 100 so that the positive electrode collector 211 and the negative electrode collector 212 are laminated in the radial direction from the central axis 100. [ 1 or a plurality of rows.

이때, 상기 양극 탭(241) 및 음극 탭(242)은 상기 양극 콜렉터(211) 및 음극 콜렉터(212)에 형성되는 간격에 따라 1열 일 수도 2열 이상일 수도 있다.The positive electrode tab 241 and the negative electrode tab 242 may be one row or two or more rows depending on the interval formed in the positive electrode collector 211 and the negative electrode collector 212.

도 1에는 상기 양극 탭(241) 및 음극 탭(242)이 2열인 경우가 도시되어 있는데, 이 경우 제조의 편의와 상기 양극 콜렉터(211) 및 음극 콜렉터(212)의 균일한 전류 인가를 위해 상기 중심축(100)을 기준으로 대칭되도록 형성되는 것이 바람직하다.FIG. 1 shows a case where the positive electrode tab 241 and the negative electrode tab 242 are two columns. In this case, in order to facilitate manufacturing and to apply a uniform current to the positive electrode collector 211 and the negative electrode collector 212, It is preferable to be formed to be symmetrical with respect to the central axis 100.

도 4는 본 발명에 따른 축전식 탈이온 장치(1)의 전극 모듈(200)을 나타낸 또 다른 실시예로, 상기 전극 모듈(200)은 대상 폐수의 농도에 따라 상기 양극콜렉터와 스페이서(220) 사이에 구비되는 제1멤브레인(231), 또는 상기 음극콜렉터와 스페이서(220) 사이에 구비되는 제2멤브레인(232)을 더 포함하여 형성될 수 있다.4 is a schematic view illustrating an electrode module 200 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the electrode module 200 includes an anode collector 200 and a spacer 220, And a second membrane 232 disposed between the cathode collector and the spacer 220. The first membrane 231 may be disposed between the cathode collector and the spacer 220,

한편, 상기 상부 캡(300)은 축 방향으로 상기 전극 모듈(200)의 일측 단부에 결합되며, 원수가 배출되는 제1유동홀(310)이 중공되어 형성된다.The upper cap 300 is coupled to one end of the electrode module 200 in the axial direction, and the first flow hole 310 through which the raw water is discharged is hollow.

또한, 상기 하부 캡(400)은 축 방향으로 상기 전극 모듈(200)의 타측 단부에 결합되며, 원수가 유입되는 제2유동홀(410)이 형성된다.In addition, the lower cap 400 is coupled to the other end of the electrode module 200 in the axial direction, and a second flow hole 410 through which raw water flows is formed.

이때, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 캡(300) 및 하부 캡(400)은 중심에 상기 축이 삽입하여 통과할 수 있도록 상기 축의 크기에 대응되는 크기로 중공 형성되는 축 삽입홀(330)이 형성되며, 상기 축 삽입홀(330)의 둘레면에 원주 방향을 따라 일정 거리 이격되어 다수개의 제1유동홀(310) 및 제2유동홀(410)이 형성될 수 있다.1 and 2, the upper cap 300 and the lower cap 400 are inserted into a hollow shaft having a size corresponding to the size of the shaft so that the shaft can be inserted and passed through the center, A plurality of first flow holes 310 and a plurality of second flow holes 410 may be formed on the peripheral surface of the shaft insertion hole 330 at a predetermined distance along the circumferential direction.

상기 제1유동홀(310) 및 제2유동홀(410)은 상기 축 삽입홀(330)로부터 방사방향으로 멀어질수록 직경이 더 커진 형태로 형성되어 가급적 수류의 통과 면적이 최대한 크게 형성되는 것이 바람직하다.The first flow hole 310 and the second flow hole 410 are formed to have a larger diameter as they are radially distanced from the shaft insertion hole 330 so that the flow area of the water flow is as large as possible desirable.

상기 상부 캡(300) 또는 하부 캡(400)에는 상기 전극 탭 유닛(240)이 삽입되어 외부로 돌출될 수 있도록 형성되는 전극 탭 삽입홀(320)이 형성될 수 있다.The upper cap 300 or the lower cap 400 may be provided with an electrode tab insertion hole 320 formed therein so that the electrode tab unit 240 can be inserted and protruded to the outside.

상술한 바와 같이, 상기 전극 탭 유닛(240)은 상기 음극 탭(242) 및 양극 탭(241)의 이격 간격에 따라 다수개 형성될 수 있는데, 상기 상부 캡(300) 또는 하부 캡(400)에는 이에 대응되도록 위치 및 개수를 조절하여 상기 전극 탭 삽입홀(320)이 형성되는 것이 바람직하다.As described above, a plurality of electrode tab units 240 may be formed in accordance with a spacing distance between the negative electrode tabs 242 and the positive electrode tabs 241. In the upper cap 300 or the lower cap 400, And the electrode tab insertion holes 320 may be formed by adjusting the positions and the number of the electrode tab insertion holes 320 so as to correspond thereto.

본 발명의 축전식 탈이온 장치(1)는 상기 전극 탭 삽입홀(320)로 돌출된 상기 양극 탭(241) 및 음극 탭(242)과 결합되는 수 소켓(510)과 이에 결합되는 암 소켓(520)을 더 포함하여 형성될 수 있다.The battery deionization apparatus 1 of the present invention includes a water socket 510 coupled with the positive electrode tab 241 and the negative electrode tab 242 protruding into the electrode tab insertion hole 320, 520 may be further formed.

상기 암 소켓(520)은 상기 수 소켓(510)에 결합되도록 대응되는 형태로 형성되며, 상기 양극 탭(241)과 연결된 양극 전선(611)과, 상기 음극 탭(242)과 연결된 음극 전선(612)이 외부로 돌출되어 전원 공급 수단에 연결되도록 형성된다.The female socket 520 is formed in a corresponding shape to be coupled to the male socket 510 and includes a positive electrode wire 611 connected to the positive electrode tab 241 and a negative electrode wire 612 connected to the negative electrode tab 242 Is protruded to the outside and connected to the power supply means.

이에 따라, 본 발명의 축전식 탈이온 장치(1)는 상기 전극 탭 삽입홀(320)로 돌출된 양극 탭(241) 및 음극 탭(242)을 소켓으로 결합 고정시켜, CDI 전극 모듈(200) 제작 시 흑연 호일이 사용되는 집전체의 기계적 강도가 낮아 손상되는 것을 방지하고, 다공성 탄소 전극으로 인가되는 전압을 안정적으로 공급할 수 있다.Accordingly, the battery deionization apparatus 1 of the present invention is configured such that the positive electrode tab 241 and the negative electrode tab 242 protruding from the electrode tab insertion hole 320 are coupled and fixed by a socket, The mechanical strength of the current collector in which the graphite foil is used is low during the fabrication to prevent damage, and the voltage applied to the porous carbon electrode can be stably supplied.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전극 탭 유닛(240)에 결합되는 상기 수 소켓(510)은 상기 전극 탭 유닛(240)의 음극 탭(242) 및 양극 탭(241)이 교번되어 삽입 결합되며, 외주면에 구리와 같은 도전체로 이루어진 전극 탭 결합부(511)를 포함하여 형성되며, 상기 암 소켓(520)에는 상기 전극 탭 결합부(511)가 삽입되어 음극 탭(242)이 음극 전선(612)과, 양극 탭(241)이 양극 전선(611)과 연결되도록 배선 연결이 된 전선 연결부(521)를 포함하여 형성될 수 있다.5, the male socket 510 coupled to the electrode tab unit 240 is inserted and coupled with the negative electrode tab 242 and the positive electrode tab 241 of the electrode tab unit 240 And an electrode tab engaging portion 511 formed of a conductor such as copper on the outer circumferential surface and the electrode tab engaging portion 511 is inserted into the female socket 520 so that the negative electrode tab 242 is connected to the negative electrode wire 612 And a wire connection part 521 connected to the positive electrode wire 611 so that the positive electrode tab 241 is connected to the positive electrode wire 611.

이때, 상기 암 소켓(520)은 상기 상부 캡(300) 또는 하부 캡(400)과 일체형으로 형성될 수도 있으며, 상기 수 소켓(510)은 상기 암 소켓(520)과 결합 된 상태에서 외부로부터 수분이 유입되지 않도록 외면에 방수처리가 되어 있는 것이 바람직하다.The female socket 520 may be integrally formed with the upper cap 300 or the lower cap 400. The male socket 510 may be formed of a resin material such as moisture It is preferable that the outer surface is waterproofed.

상기 암 소켓(520) 및 수 소켓(510)의 형태는 도 5에 도시된 형태 외에도, 교번되어 적층된 음극 탭(242) 및 양극 탭(241)이 결합될 수 있고, 각각 음극 전선(612) 및 양극 전선(611)과 연결되도록 배선 연결이 된 형태의 소켓이라면 얼마든지 다양하게 변경실시가 가능함은 물론이다.5, the alternately laminated negative electrode tabs 242 and positive electrode tabs 241 can be combined and each of the negative electrode wires 612 and the positive electrode tabs 241 can be coupled to each other. And the positive electrode wire 611 are connected to each other by wire connection.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 축전식 탈이온 장치(1)는 외면 커버(710)와, 상부 연결수단(720) 및 하부 연결수단(730)을 포함하여 형성됨으로써, 하나의 모듈 형태로 이웃한 축전식 탈이온 장치(1)와 직렬 또는 병렬 연결이 용이하도록 형성될 수 있다.6, the deionized water ionizer 1 of the present invention is formed by including the outer cover 710, the upper connecting means 720 and the lower connecting means 730, The deionized water can be easily connected in series or in parallel with the deionized water ionizer 1 adjacent to the deionized water ionizer 1.

상기 외면 커버(710)는 상기 상부 캡(300), 전극 모듈(200) 및 하부 캡(400)이 결합되어 형성된 축전식 탈이온 모듈(10)의 외주면을 감싸도록 상ㆍ하면이 개방된 원통형으로 형성된다.The outer cover 710 is cylindrical so as to cover the outer circumferential surface of the capacitive deionization module 10 formed by coupling the upper cap 300, the electrode module 200 and the lower cap 400 .

상기 상부 연결수단(720)은 상기 외면 커버(710)의 축방향으로 일측에 결합되며. 상기 하부 연결수단(730)은 상기 외면 커버(710)의 축방향으로 타측에 결합되고, 모두 상ㆍ하면이 개방된 원통형으로 형성된다.The upper connecting means 720 is coupled to one side of the outer cover 710 in the axial direction. The lower connecting means 730 is coupled to the other side in the axial direction of the outer cover 710, and is formed in a cylindrical shape with both upper and lower surfaces opened.

상기 외면 커버(710)는 상기 축전식 탈이온 모듈(10)의 외주면을 감싸도록 형성되되, 상기 전극 탭 유닛(240)을 가리지 않도록 형성되어, 상기 암 소켓(520)과 연결된 음극 전선(612) 및 양극 전선(611)이 외부로 돌출되어 전원 공급 수단과 연결될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.The outer cover 710 is formed so as to surround the outer peripheral surface of the deionized water module 10 and does not cover the electrode tap unit 240 so that the negative electrode wire 612 connected to the arm socket 520, And the positive electrode wire 611 may be protruded to the outside and connected to the power supply means.

상기 상부 연결수단(720) 및 하부 연결수단(730)은 상기 외면 커버(710)의 상ㆍ하측에 각각 별도의 체결수단(740)을 통해 연결되는 것으로, 상기 축전식 탈이온 모듈(10)의 상부 캡(300) 또는 하부 캡(400) 외측으로 돌출된 중심축(100)의 높이와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.The upper connecting means 720 and the lower connecting means 730 are connected to upper and lower sides of the outer cover 710 through separate fastening means 740, The height of the center shaft 100 protruding outward from the upper cap 300 or the lower cap 400 is preferably the same.

본 발명의 축전식 탈이온 장치(1)는 상기 상부 캡(300) 또는 하부 캡(400)의 외주면을 따라 실링부재 삽입홈(340)이 형성되며, 상기 실링부재 삽입홈(340)에 안착되는 실링부재(800)를 더 포함하여 형성됨으로써, 상기 제2유동홀(410)로 유입되는 원수 또는 청수가 상기 전극 모듈(200)과 외면 커버(710) 사이 공간으로 유입되는 것을 방지하여, 상기 전극 모듈(200) 측으로 유입되도록 한다.The deionization device 1 of the present invention is characterized in that the sealing member insertion groove 340 is formed along the outer circumferential surface of the upper cap 300 or the lower cap 400 and is seated in the sealing member insertion groove 340 The sealing member 800 prevents foreign matter or fresh water flowing into the second flow hole 410 from flowing into the space between the electrode module 200 and the outer cover 710, To the module 200 side.

이에 따라, 본 발명의 축전식 탈이온 장치(1)는 도 10과 같이 복수개의 전극 모듈(200)이 직렬 연결될 경우, 하수처리장 유입수나 열수분해 탈리액과 같이 고농도 폐수의 정수가 가능하며, 병렬 연결될 경우 정수 가능 량이 대용량화될 수 있다는 장점이 있다.
Accordingly, when the plurality of electrode modules 200 are connected in series as shown in FIG. 10, the electrolytic deionization apparatus 1 according to the present invention can be purified water of high concentration such as influent of sewage treatment plant or hydrolysis decomposition liquid, There is an advantage that the water-soluble amount can be increased in capacity.

한편, 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 축전식 탈이온 장치(1)는 원수의 이온성 성분을 탈리 또는 축적하기 위해 회분식 단속운전 방법을 이용하게 된다.On the other hand, as shown in Fig. 11, the deionized water ionization apparatus 1 of the present invention uses a batch intermittent operation method for desorbing or accumulating ionic components of raw water.

본 발명의 회분식 단속운전 방법은 a) 상기 원수저장조(20)의 원수 및 용존성 영양염류 저장수조(30)의 청수는 제2유동홀(410)로 선택적으로 유입될 수 있되, 상기 원수저장조(20)로부터 유입된 원수가 상기 제2유동홀(410)로 유입되는 제 1단계(S100); b) 원수가 축방향으로 상기 전극 모듈(200)의 스페이서(220)를 따라 유동되는 제 2단계(S200); c) 상기 전극 모듈(200)에 전기를 인가하여 원수 내 이온을 전기 흡착시키는 제 3단계(S300); d) 상기 전극 모듈(200)에 이온이 흡착된 원수를 다시 상기 제2유동홀(410)을 통해 원수저장조(20)로 퇴출시키는 제 4단계(S400); e) 상기 원수저장조(20)의 원수 및 상기 용존성 영양염류 저장수조(30)의 청수는 제2유동홀(410)로 선택적으로 유입될 수 있되, 용존성 영양염류 저장수조(30)의 청수가 상기 제2유동홀(410)로 유입되는 제 5단계(S500); f) 청수가 축방향으로 상기 전극 모듈(200)의 스페이서(220)를 따라 유동되는 제 6단계(S600); g) 상기 전극 모듈(200)에 전기를 역전으로 인가하여 청수 내 이온이 축적되는 제 7단계(S700); h) 이온이 축적된 청수를 다시 상기 제2유동홀(410)을 통해 용존성 영양염류 저장수조(30)로 퇴출시키는 제 8단계(S800); 를 포함한다.The batch intermittent operation method of the present invention is characterized in that a) the raw water of the raw water storage tank 20 and the fresh water of the dissolved nutrient salt storage tank 30 can be selectively introduced into the second flow hole 410, (S100) in which the raw water introduced from the first flow hole (20) flows into the second flow hole (410); b) a second step (S200) in which the raw water flows along the spacer (220) of the electrode module (200) in an axial direction; c) a third step (S300) of applying electricity to the electrode module (200) to adsorb ions in the raw water; d) a fourth step (S400) of discharging the raw water adsorbed by the electrode module 200 to the raw water storage tank 20 through the second flow hole 410; e) The raw water of the raw water storage tank 20 and the dissolved water of the dissolved nutrient salt storage tank 30 can be selectively introduced into the second flow hole 410. The fresh water of the dissolved nutrient storage water tank 30 A fifth step (S500) in which the second flow hole (410) flows into the second flow hole (410); f) sixth step (S600) in which fresh water flows along the spacer (220) of the electrode module (200) in an axial direction; g) a seventh step S700 in which ions are accumulated in the fresh water by applying electricity to the electrode module 200 in a reverse direction; (S800) of withdrawing the fresh water with accumulated ions (h) into the dissolved nutrient storage tank (30) through the second flow hole (410); .

다시 설명하면, 먼저 정수가 필요한 상기 원수저장조(20)로부터 유입된 원수가 상기 제2유동홀(410)로 유입된다. 이때, 원수는 상기 제2유동홀(410)을 통해 상기 전극 모듈(200)로 유입되는데, 상기 음극 콜렉터(212) 및 양극 콜렉터(211) 사이에 다공성의 부재로 형성된 스페이서(220)를 따라 골고루 퍼져 유동된다.In other words, the raw water introduced from the raw water storage tank 20, which first needs an integer, flows into the second flow hole 410. At this time, the raw water flows into the electrode module 200 through the second flow hole 410, and uniformly flows along the spacer 220 formed between the cathode collector 212 and the anode collector 211, And flows.

상기 스페이서(220)를 통과하는 원수는 상기 제1유동홀(310)에 도달할 즈음, 추가적인 유입이 정지되며, 이 상태에서 상기 전극 모듈(200)에 전기가 인가되어 원수 내의 질소 또는 인과 같은 이온이 전기 흡착된다.When the raw water passing through the spacer 220 reaches the first flow hole 310, the flow of additional water is stopped. In this state, electricity is applied to the electrode module 200, and ions such as nitrogen or phosphorus Is electrostatically adsorbed.

이후, 상기 전극 모듈(200)에 이온이 흡착된 원수는 다시 제2유동홀(410)을 통해 원수저장조로 퇴출되며, 이러한 과정이 일정 시간 동안 반복될 수 있다.Then, the raw water adsorbed by the electrode module 200 is discharged to the raw water storage tank through the second flow hole 410, and this process can be repeated for a predetermined time.

다음으로, 용존성 영양염류 저장수조(30)의 청수가 원수와 마찬가지로 상기 제2유동홀(410)로 유입되어 상기 전극 모듈(200)의 스페이서(220)를 따라 골고루 유동되며, 청수가 상기 제1유동홀(310)에 도달할 즈음, 추가적인 유입이 정지된 상태에서 전기가 역전으로 인가되어, 원수로부터 흡착된 이온이 청수 내에 축적되도록 한다.Next, the fresh water of the dissolved nutrient storage tank 30 flows into the second flow hole 410 like the raw water and flows uniformly along the spacer 220 of the electrode module 200, When one flow hole 310 is reached, electricity is applied in reverse with the further inflow stopped, allowing the adsorbed ions from the raw water to accumulate in fresh water.

이온이 축적된 청수는 다시 상기 제2유동홀(410)을 통해 용존성 영양염류 저장수조(30)로 퇴출되며, 이러한 과정이 일정 시간 동안 반복될 수 있다.The fresh water in which the ions are accumulated is again discharged to the dissolved nutrient salt storage tank 30 through the second flow hole 410, and this process can be repeated for a predetermined time.

특히, 본 발명의 회분식 단속운전 방법은 NH4, NO3, PO4가 포함된 원수인 하수처리장 유입수나, 열수분해 탈리액과 같이 고농도의 폐수 내 이온성 영양염류인 질소 및 인을 제거하는데 적합하도록 설계되었으며, 고농도 폐수는 물론 생활하수의 탈염공정에서도 정수처리 능력을 향상시킬 수 있다.Particularly, the batch intermittent operation method of the present invention is designed to remove nitrogen and phosphorus, which are ionic nutrients in high concentration wastewater such as influent of sewage treatment plant which is raw water including NH4, NO3, and PO4, It is possible to improve the water treatment capacity in the desalination process of domestic wastewater as well as the high concentration wastewater.

이때, 본 발명의 축전식 탈이온 장치(1)는 상기 축전식 탈이온 장치(1)의 상부 캡(300)이 중력방향으로 상측에 위치되고, 하부 캡(400)이 하측에 위치되도록 설치되어, 상기 제 1단계(S100) 및 제 2단계(S200)에서 유입되는 원수가 중력방향에 반대되는 방향인 하측에서 상측으로 유동되고, 상기 제 4단계(S400)에서 퇴출되는 원수가 중력방향에 나란한 방향으로 유동되며, 상기 제 5단계(S500) 및 제 6단계(S600)에서 유입되는 청수가 중력방향으로 하측에서 상측으로 유동되고, 상기 제 8단계(S800)에서 퇴출되는 청수가 중력방향에 나란한 방향으로 유동되도록 하는 것이 바람직하다.At this time, the storage deionizer 1 of the present invention is installed such that the upper cap 300 of the storage deionizer 1 is located on the upper side in the gravity direction and the lower cap 400 is located on the lower side , The raw water flowing in the first step (S100) and the second step (S200) flows upward from the lower side in the direction opposite to the direction of gravity, and the raw water withdrawn in the fourth step (S400) The fresh water flowing in the fifth step S500 and the sixth step S600 flows from the lower side to the upper side in the gravity direction and the fresh water exiting in the eighth step S800 is flowed in the direction of gravity Direction.

도 8과 같이, 축전식 탈이온 장치(1)가 다수개 직렬 연결되는 경우, 본 발명의 회분식 단속운전 방법은 원수가 다수개의 상기 축전식 탈이온 장치(1)를 순차적으로 통과하며 첫 번째 축전식 탈이온 장치(1)의 상기 전극 모듈(200)에서 원수 내 이온의 전기 흡착이 마무리된 원수가 그 다음 연결된 축전식 탈이온 장치(1)에서 다시 한 번 이온의 전기 흡착 과정을 거친 다음, 순차적으로 이러한 과정이 반복되다가 마지막 축전식 탈이온 장치(1)에서의 전기 흡착을 마친 후, 원수가 다시 원수저장조(20)로 퇴출된다.As shown in FIG. 8, in the case where a plurality of the deionized water ionizers 1 are connected in series, the batch intermittent operation method of the present invention is characterized in that raw water sequentially passes through the plurality of the deionized water ionizers 1, The raw water having completed the electro-adsorption of ions in the raw water in the electrode module 200 of the deionizing device 1 is once again subjected to the electro-adsorption process of ions in the connected deodorizing device 1, After this process is repeated in sequence, the raw water is returned to the raw water reservoir 20 after completion of the electro-adsorption in the last storage deionization device (1).

이후, 청수가 순차적으로 다수개의 축전식 탈이온 장치(1)를 통과하면서, 각각의 전극 모듈(200)에 전기가 역전으로 인가되어, 통과되는 청수 내 이온이 축적되도록 하고, 최종적으로 제일 마지막에 연결된 축전식 탈이온 장치(1)를 거친 후, 다시 제일 첫 번째 연결된 축전식 탈이온 장치(1)의 제2유동홀(410)에 통해 퇴출된다.Thereafter, as the fresh water sequentially passes through the plurality of capacitor type deionization units 1, electricity is reversely applied to each of the electrode modules 200 so that ions in the clear water to be passed are accumulated, and finally, After passing through the connected capacitive deionization device 1, is again evacuated through the second flow hole 410 of the first connected storage deionizer 1.

이에 따라, 본 발명의 축전식 탈이온 장치(1)는 고농도의 폐수의 정수가 가능하다는 장점이 있다.
Accordingly, the storage electrodeionization apparatus 1 of the present invention has an advantage that the concentration of waste water at a high concentration is possible.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

1 : 축전식 탈이온 장치
10 : 축전식 탈이온 모듈
20 : 원수저장조 30 : 용존성 영양염류 저장수조
100 : 중심축
200 : 전극 모듈
211 : 양극 콜렉터 212 : 음극 콜렉터
220: 스페이서
231 : 제1멤브레인 232 : 제2멤브레인
240 : 전극 탭 유닛
241 : 양극 탭 242 : 음극 탭
300 : 상부 캡 310 : 유입홀
320 : 전극 탭 삽입홀 330 : 축 삽입홀
340 : 실링부재 삽입홈
400 : 하부 캡 410 : 배출홀
510 : 수 소켓 511 : 전극 탭 결합부
520 : 암 소켓 521 : 전선 연결부
611 : 양극 전선 612 : 음극 전선
710 : 외면 커버 720 : 상부 연결수단
730 : 하부 연결수단 740 : 체결수단
800 : 실링부재
S100~S800 : 회분식 단속운전 방법의 각 단계.
1: Capacitive deionization device
10: Capacitive deionization module
20: raw water storage tank 30: dissolved nutrient storage tank
100: center axis
200: electrode module
211: anode collector 212: cathode collector
220: Spacer
231: first membrane 232: second membrane
240: Electrode tap unit
241: positive electrode tab 242: negative electrode tab
300: upper cap 310: inlet hole
320: electrode tab insertion hole 330: shaft insertion hole
340: sealing member insertion groove
400: Lower cap 410: Discharge hole
510: male socket 511: electrode tab joint part
520: female socket 521: wire connection
611: anode wire 612: cathode wire
710: outer cover 720: upper connecting means
730: lower connecting means 740: fastening means
800: sealing member
S100 to S800: Each step of the batch intermittent operation method.

Claims (14)

원수저장조(20)로부터 원수를 공급받아 전기흡착을 통해 용존성 영양염류 물질을 필터링하는 고농도 폐수처리용 축전식 탈이온 장치(1)에 있어서,
상기 축전식 탈이온 장치(1)는
원통형의 중심축(100);
양극 콜렉터(211) 및 음극 콜렉터(212)와, 상기 양극 콜렉터(211) 및 음극 콜렉터(212) 사이에 개재된 다공형태의 스페이서(220)를 포함하는 단위 전극 셀이 상기 중심축(100)에 권취되어 형성되는 전극 모듈(200);
축방향으로 상기 전극 모듈(200)의 일측 단부에 결합되며, 원수가 배출되는 제1유동홀(310)이 형성된 상부 캡(300); 및
축방향으로 상기 전극 모듈(200)의 타측 단부에 결합되며, 원수가 유입되는 제2유동홀(410)이 형성된 하부 캡(400); 을 포함하여 형성되며, 상기 제2유동홀(410)을 통해 유입된 원수가 상기 전극 모듈(200) 내부의 상기 스페이서(220)를 통과하며 축방향으로 유동되는 것을 특징으로 하되,
상기 전극 모듈(200)은 상기 양극 콜렉터(211)의 일측 단부에 일정 간격으로 돌출되어 형성되는 다수개의 양극 탭(241); 상기 음극 콜렉터(212)의 일측 단부에 일정 간격으로 돌출되어 형성되는 다수개의 음극 탭(242); 을 포함하여 형성되며, 상기 단위 전극 셀이 상기 중심축(100)에 권취되면서 상기 양극 탭(241) 및 음극 탭(242)이 다수개 적층되어 전극 탭 유닛(240)을 이루되, 상기 전극 탭 유닛(240)이 상기 중심축(100)을 기준으로 대칭되는 위치에 적어도 한 개 이상 형성되는 것을 특징으 로하며,
상기 상부 캡(300) 또는 하부 캡(400)은 상기 전극 탭 유닛(240)이 삽입되어 외부로 돌출되도록 형성되는 전극 탭 삽입홀(320)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 폐수처리용 축전식 탈이온 장치.
1. A storage type deionization device (1) for treatment of high concentration wastewater which receives raw water from a raw water storage tank (20) and filters the dissolved nutrient salt material through electro-
The deionized water ionization apparatus 1 comprises:
A cylindrical central axis 100;
A unit electrode cell including a positive electrode collector 211 and a negative electrode collector 212 and a porous spacer 220 interposed between the positive electrode collector 211 and the negative electrode collector 212 is formed on the center axis 100 An electrode module 200 wound and formed;
An upper cap 300 coupled to one end of the electrode module 200 in the axial direction and having a first flow hole 310 through which raw water is discharged; And
A lower cap 400 coupled to the other end of the electrode module 200 in the axial direction and having a second flow hole 410 through which raw water flows; And the raw water flowing through the second flow hole 410 flows in the axial direction through the spacer 220 inside the electrode module 200,
The electrode module 200 includes a plurality of positive electrode tabs 241 protruding from one end of the positive electrode collector 211 at regular intervals; A plurality of negative electrode tabs 242 protruding at a predetermined distance from one end of the negative electrode collector 212; A plurality of the positive electrode tabs 241 and the negative electrode tabs 242 are stacked to form an electrode tab unit 240 while the unit electrode cells are wound on the central axis 100, At least one unit 240 is formed at a position symmetrical with respect to the central axis 100,
The upper cap (300) or the lower cap (400) includes an electrode tab insertion hole (320) inserted into the electrode tap unit (240) Ion device.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 전극 모듈(200)은
상기 양극콜렉터와 스페이서(220) 사이에 구비되는 제1멤브레인(231); 또는
상기 음극콜렉터와 스페이서(220) 사이에 구비되는 제2멤브레인(232); 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈이온 장치.
The method according to claim 1,
The electrode module (200)
A first membrane 231 disposed between the cathode collector and the spacer 220; or
A second membrane 232 disposed between the cathode collector and the spacer 220; And the second electrode is formed to include the first electrode and the second electrode.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 축전식 탈이온 장치(1)는
상기 전극 탭 삽입홀(320)로 돌출된 상기 양극 탭(241) 및 음극 탭(242)과 결합되는 수 소켓(510); 및
상기 수 소켓(510)에 결합되며, 상기 양극 탭(241)과 연결된 양극 전선(611)과, 상기 음극 탭(242)과 연결된 음극 전선(612)이 외부로 돌출되어 형성되는 암 소켓(520); 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈이온 장치.
The method according to claim 1,
The deionized water ionization apparatus 1 comprises:
A male socket 510 coupled with the positive electrode tab 241 and the negative electrode tab 242 protruding into the electrode tab insertion hole 320; And
A positive electrode wire 611 coupled to the positive electrode tab 241 and an arm socket 520 formed to protrude outward from a negative electrode wire 612 connected to the negative electrode tab 242, ; And the second electrode is formed to include the first electrode and the second electrode.
제 1항에 있어서,
상기 축전식 탈이온 장치(1)는
상기 상부 캡(300), 전극 모듈(200) 및 하부 캡(400)이 결합되어 형성되는 축전식 탈이온 모듈(10)의 외주면을 감싸는 외면 커버(710);
상기 외면 커버(710)의 축방향으로 일측에 결합되며, 양측이 개방된 상부 연결수단(720); 및
상기 외면 커버(710)의 축방향으로 타측에 결합되며, 양측이 개방된 하부 연결수단(730); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈이온 장치.
The method according to claim 1,
The deionized water ionization apparatus 1 comprises:
An outer cover 710 surrounding an outer circumferential surface of the deionization module 10, which is formed by coupling the upper cap 300, the electrode module 200, and the lower cap 400;
An upper connecting means 720 coupled to one side in the axial direction of the outer cover 710 and opened at both sides; And
A lower connecting means 730 coupled to the other side in the axial direction of the outer cover 710 and opened at both sides; Wherein the ion exchange membrane is formed to include an ion exchange membrane.
제 6항에 있어서,
상기 축전식 탈이온 장치(1)는
상기 상부 캡(300) 또는 하부 캡(400)의 외주면을 따라 실링부재 삽입홈(340)이 형성되며, 상기 실링부재 삽입홈(340)에 안착되는 실링부재(800)를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈이온 장치.
The method according to claim 6,
The deionized water ionization apparatus 1 comprises:
And a sealing member 800 formed with a sealing member insertion groove 340 along the outer circumferential surface of the upper cap 300 or the lower cap 400 and seated in the sealing member insertion groove 340 Characterized in that it comprises:
제 6항에 있어서,
상기 축전식 탈이온 장치(1)는
상기 외면 커버(710), 상부 연결수단(720) 및 하부 연결수단(730)과 결합된 축전식 탈이온 모듈(10)이 축 방향으로 적어도 두 개 이상 직렬 연결되거나, 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈이온 장치.
The method according to claim 6,
The deionized water ionization apparatus 1 comprises:
At least two or more storage deionization modules 10 combined with the outer cover 710, the upper connecting means 720 and the lower connecting means 730 are connected in series or parallel in the axial direction. Capacitive deionization unit.
제 1항, 제 3항, 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 의한 축전식 탈이온 장치(1)를 이용하여 원수의 이온성 성분을 탈리 또는 축적하는 회분식 단속운전 방법에 있어서,
a) 상기 원수저장조(20)로부터 유입된 원수 및 영양염류 저장수조(30)의 청수는 제2유동홀(410)로 선택적으로 유입될 수 있도, 상기 원수저장조(20)의 원수가 상기 제2유동홀(410)로 유입되는 제 1단계(S100);
b) 원수가 축방향으로 상기 전극 모듈(200)의 스페이서(220)를 따라 유동되는 제 2단계(S200);
상기 제2유동홀(410)을 통해 유입된 원수가 상기 제1유동홀(310)로 배출되기 직전, 원수의 추가 유입이 중지된
c) 상기 전극 모듈(200)에 전기를 인가하여 원수 내 이온을 전기 흡착시키는 제 3단계(S300);
d) 상기 전극 모듈(200)에 이온이 흡착된 원수를 다시 상기 제2유동홀(410)을 통해 원수저장조(20)로 퇴출시키는 제 4단계(S400);
e) 상기 원수저장조(20)의 원수 및 상기 용존성 영양염류 저장수조(30)의 청수는 제2유동홀(410)로 선택적으로 유입될 수 있되, 상기 용존성 영양염류 저장수조(30)의 청수가 상기 제2유동홀(410)로 유입되는 제 5단계(S500);
f) 청수가 축방향으로 상기 전극 모듈(200)의 스페이서(220)를 따라 유동되는 제 6단계(S600);
g) 상기 전극 모듈(200)에 전기를 역전으로 인가하여 청수 내 이온이 축적되는 제 7단계(S700);
h) 이온이 축적된 청수를 다시 상기 제2유동홀(410)을 통해 용존성 영양염류 저장수조(30)로 퇴출시키는 제 8단계(S800); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 회분식 단속운전 방법.
A batch intermittent operation method for desorbing or accumulating an ionic component of raw water using a storage deionizer (1) according to any one of claims 1, 3, and 8,
a) The fresh water from the raw water storage tank 20 and the fresh water from the nutrient storage tank 30 can be selectively introduced into the second flow hole 410, A first step S100 of flowing into the flow hole 410;
b) a second step (S200) in which the raw water flows along the spacer (220) of the electrode module (200) in an axial direction;
Immediately before the raw water introduced through the second flow hole 410 is discharged into the first flow hole 310,
c) a third step (S300) of applying electricity to the electrode module (200) to adsorb ions in the raw water;
d) a fourth step (S400) of discharging the raw water adsorbed by the electrode module 200 to the raw water storage tank 20 through the second flow hole 410;
e) The fresh water of the raw water storage tank 20 and the dissolved water of the dissolved nutrient salt storage tank 30 may be selectively introduced into the second flow hole 410, A fifth step (S500) in which fresh water flows into the second flow hole (410);
f) sixth step (S600) in which fresh water flows along the spacer (220) of the electrode module (200) in an axial direction;
g) a seventh step S700 in which ions are accumulated in the fresh water by applying electricity to the electrode module 200 in a reverse direction;
(S800) of withdrawing the fresh water with accumulated ions (h) into the dissolved nutrient storage tank (30) through the second flow hole (410); And a control unit for controlling the batch intermittent operation.
제 9항에 있어서,
상기 회분식 단속운전 방법은
NH4, NO3, PO4가 포함된 원수인 고농도의 폐수 내 이온성 영양염류인 질소 및 인을 제거하는 것을 특징으로 하는 회분식 단속운전 방법.
10. The method of claim 9,
The batch intermittent operation method
Wherein the ionic nutrients, nitrogen and phosphorus in the high concentration wastewater which is raw water containing NH 4 , NO 3 and PO 4 are removed.
제 9항에 있어서,
상기 제 2단계(S200)는
상기 제2유동홀(410)을 통해 유입된 원수가 상기 제1유동홀(310)로 배출되기 직전까지 수행되며,
원수의 추가 유입이 중지된 상태에서 상기 제3단계(S300)가 수행되는 것을 특징으로 하는 회분식 단속운전 방법.
10. The method of claim 9,
In the second step S200,
The raw water introduced through the second flow hole 410 is discharged until immediately before being discharged into the first flow hole 310,
And the third step (S300) is performed in a state where the additional inflow of raw water is stopped.
제 9항에 있어서,
상기 제 7단계(S700)는
상기 제2유동홀(410)을 통해 유입된 청수가 상기 제1유동홀(310)로 배출되기 직전까지 수행되며,
청수의 추가 유입이 중지된 상태에서 상기 제8단계(S800)가 수행되는 것을 특징으로 하는 회분식 단속운전 방법.
10. The method of claim 9,
In the seventh step S700,
The fresh water introduced through the second flow hole 410 is discharged until immediately before being discharged into the first flow hole 310,
Wherein the eighth step (S800) is performed in a state where additional inflow of fresh water is stopped.
제 9항에 있어서,
상기 회분식 단속운전 방법은
상기 축전식 탈이온 장치(1)의 상부 캡(300)이 중력방향으로 상측에 위치되고, 하부 캡(400)이 하측에 위치되도록 설치되어,
상기 제 1단계(S100) 및 제 2단계(S200)에서 유입되는 원수가 중력방향에 반대되는 방향인 하측에서 상측으로 유동되고, 상기 제 4단계(S400)에서 퇴출되는 원수가 중력방향에 나란한 방향으로 유동되며,
상기 제 5단계(S500) 및 제 6단계(S600)에서 유입되는 청수가 중력방향으로 하측에서 상측으로 유동되고, 상기 제 8단계(S800)에서 퇴출되는 청수가 중력방향에 나란한 방향으로 유동되는 것을 특징으로 하는 회분식 단속운전 방법.
10. The method of claim 9,
The batch intermittent operation method
The upper cap 300 of the storage deionizer 1 is located on the upper side in the gravity direction and the lower cap 400 is located on the lower side,
The raw water flowing in the first step S100 and the second step S200 flows upward from the lower side in the direction opposite to the direction of gravity and the raw water withdrawn in the fourth step S400 flows in a direction parallel to the gravity direction Respectively,
The fresh water flowing in the fifth step (S500) and the sixth step (S600) flows from the lower side to the upper side in the gravity direction and the fresh water which is exited in the eighth step (S800) flows in the direction parallel to the gravity direction Wherein said method comprises the steps of:
제 9항에 있어서,
상기 회분식 단속운전 방법은
상기 축전식 탈이온 장치(1)가 다수개 직렬 연결되는 경우,
원수가 다수개의 상기 축전식 탈이온 장치(1)를 순차적으로 통과하며, 상기 제 1 내지 제 3단계(S100~S300)가 반복적으로 수행된 다음, 상기 제4단계(S400)가 수행되는 것을 특징으로 하는 회분식 단속운전 방법.
10. The method of claim 9,
The batch intermittent operation method
When a plurality of the deionized water ionization apparatuses 1 are connected in series,
The raw water is sequentially passed through the plurality of the deionized water ionizers 1 and the first to third steps S100 to S300 are repeatedly performed and then the fourth step S400 is performed The method comprising the steps of:
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