KR101882806B1 - 전기 흡착 세정장치 - Google Patents

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Abstract

용수 공급부로부터 공급되는 용수에 포함된 이온성 오염물질을 전극에 흡착하고 흡착된 오염물질을 탈착하여 제거하는 전기 흡착유닛과, 전기 흡착유닛의 전극을 세정하기 위한 세정제를 생성하여 공급하는 세정제 생성 및 공급유닛 및, 세정제 생성 및 공급유닛의 동작을 제어하여 세정제를 생성하고 생성된 세정제를 전기 흡착유닛으로 공급하는 세정시기를 결정하여 공급하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정 장치가 개시된다.

Description

전기 흡착 세정장치{AN APPARATUS FOR DOING CAPACITIVE DEIONIZATION AND WASH}
본 발명은 전기 흡착 세정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용액 중에 포함된 용존 이온성 물질을 전극으로 흡착한 뒤 탈착하여 제거하고 오염된 전극을 세정할 수 있는 전기 흡착 세정장치에 관한 것이다.
현재 수용액 중의 이온성 물질을 제거하는 방법으로 이온교환수지를 이용한 이온교환법이 많이 사용되고 있다. 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 등과 같은 문제점을 안고 있다. 이러한 기존 탈염 기술들의 문제점을 해결하는 방법으로 전기이중층의 원리를 이용한 전기 흡착공정 기술(CDI ; Capacitive deionization)이 연구되고 있다.
전기 흡착공정 기술은 전극에 전위를 인가했을 때 전극 표면에 형성되는 전기이중층에서 전기적 인력에 의한 이온들의 흡착 반응을 이용하기 때문에 낮은 전극전위에서 작동하고 그 결과 에너지 소비량이 다른 탈염기술에 비해 낮아 저 에너지 소모형 차세대 탈염기술로 평가되고 있다.
그러나 이러한 전기흡착공정에 있어서도 처리대상 용액 상의 유기물이나 무기물에 의해 전극 또는 이온교환층이 오염되어 성능저하가 발생될 수 있다. 이에 따라 주기적인 세정을 통한 재생을 필요로 하게 된다.
이러한 오염을 살펴보면, 음이온을 흡착하는 음이온교환층과 양극에서는 유기물에 의한 오염이, 양이온을 흡착하는 양이온교환층과 음극에서는 무기물에 의한 오염이 각각 두드러지게 일어나게 된다. 특히 무기물에 의한 양이온교환층과 음극의 오염은 물분해이상의 전압이 가해질 경우 무기물에 의한 스케일의 형성이 더욱 두드러지게 나타하게 된다.
일반적으로 이러한 오염물질은 화학적 세정에 의해 제거하는 방법이 주로 사용되는데, 특히 유기물의 오염은 알칼리용액으로의 세정이 이루어지고, 무기물에 대한 오염은 산성용액으로의 세정이 이루어지게 된다.
그러나 이러한 화학적 세정제를 현장에서 직접 주입하게 되면, 별도의 세정제를 보관하는 약품탱크 및 공급펌프 등의 구성이 필요하고, 약품보관에 따른 유지관리의 필요성 등의 문제점을 내포하고 있다. 특히 최근 화학물질관리법과 같은 법적, 제도적 관리의 필요성이 증대함에 따라 관리상 다양한 문제점을 가지고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1410642호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전극 또는 이온교환층의 오염의 세정을 위한 세정제를 현장에서 직접 생산하여 사용할 수 있는 전기 흡착 세정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 흡착 세정장치는, 용수 공급부로부터 공급되는 용수에 포함된 오염물질을 전극에 흡착하고, 흡착된 오염물질을 탈착하여 제거하는 전기 흡착유닛; 상기 전기 흡착유닛의 전극을 세정하기 위한 세정제를 생성하여 공급하는 세정제 생성 및 공급유닛; 및 상기 세정제 생성 및 공급유닛의 동작을 제어하여 상기 세정제를 생성하고, 생성된 세정제를 상기 전기 흡착유닛으로 공급하는 세정시기를 결정하여 공급하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 현장에서 세정제를 생성하여 공급할 수 있게 되어, 시설비용을 절감하고 유지관리를 용이하게 할 수 있다.
여기서, 상기 세정제 생성 및 공급유닛은, 상기 전기 흡착유닛에서 배출되는 농축액을 전기분해하여 산성용액과 알칼리용액을 생성하는 전해모듈을 포함하는 것이 바람직하다. 이로써, 현장에서 전기분해 방법에 의해 세정제를 용이하게 생성할 수 있다.
또한, 상기 전해모듈은, 음극 전극; 상기 음극 전극에 대향되는 양극 전극; 및 상기 음극 전극과 양극 전극 사이에서 양극과 음극을 구획하는 격막;을 포함하고, 상기 음극 전극과 양극 전극 각각으로 상기 농축액이 동시에 공급되도록 농축액 공급라인이 연결되는 것이 좋다. 이로써, 현장에서 농축액을 재활용하여 세정제를 생성함으로서, 자원 재활용은 물론 추가적인 비용을 줄일 수 있다.
또한, 상기 전해모듈은, 음극 전극; 상기 음극 전극에 대향되는 양극 전극; 및 상기 음극 전극과 양극 전극 사이에서 양극과 음극을 구획하는 격막;을 포함하고, 상기 양극 전극으로는 상기 농축액을 공급하기 위한 농축액 공급라인이 연결되고, 상기 음극 전극으로는 원수 또는 상기 전기 흡착유닛에 의해 탈염이 이루어진 생산수를 공급하기 위한 원수 공급라인이 연결되는 것이 좋다. 이로써, 현장에서 쉽게 얻을 수 있는 농축액과 원수 또는 탈염이 이루어진 생산수를 이용하여 세정제를 생성하여 공급할 수 있다.
또한, 상기 전해모듈은 음극 전극 반응을 통해 생성된 수소가스를 양극 전극이 위치한 구획으로 공급하는 수소가스 공급라인을 포함하는 것이 좋다. 이로써, 음극 전극 반응에서 생성된 수소가스를 이용하여 양극 전극에서 산성용액을 생성할 수 있게 된다.
이때, 양극 전극이 위치한 구획으로 수소가스를 공급하기 위해 음극 전극이 위치한 구획에서 생성된 수소가스와 알칼리용액을 분리하는 기액분리수단을 추가로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 양극 전극은 가스확산전극으로 구성되고, 수소는 가스확산전극의 일측면을 통해 양극 전극반응면으로 투과되어 공급되도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전해모듈은, 음극 전극; 양극 전극; 및 상기 양극 전극과 음극 전극 사이에 교대로 설치되는 양쪽성이온교환막 및 양이온교환막;을 포함하는 것이 좋다. 이로써, 양쪽성이온교환막과 양이온교환막으로 구획된 격실에서 각각 산성용액과 알칼리용액을 생성할 수 있다.
또한, 상기 전해모듈은, 양극 전극; 음극 전극; 및 상기 양극 전극과 음극 전극 사이에 교대로 배열되는 양쪽성이온교환막과 양이온교환막 및 음이온교환막;을 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 전해모듈은, 음극 전극; 양극 전극; 및 상기 양극 전극과 음극 전극 사이에 교대로 설치되는 양쪽성이온교환막 및 음이온교환막;을 포함하는 것이 좋다.
이로써, 전해모듈은 물분해투석조를 적용하여 산성용액과 알칼리용액을 용이하게 생성하여 공급할 수 있게 된다.
또한, 상기 제어유닛은 미리 설정된 상기 전기 흡착유닛의 흡착 및 탈착 주기에 따라서 상기 세정제 생성 및 공급유닛을 구동 제어할 수 있다. 이로써, 전기 흡착유닛을 주기적으로 세정시켜서 수명을 연장하고 효율저하를 방지할 수 있다.
또한, 상기 전기 흡착유닛의 전극의 오염 여부를 확인하는 측정부를 더 포함하며, 상기 제어유닛은 상기 측정부에서 측정된 오염 정도에 따라 상기 세정제의 생성 및 공급시기를 결정하는 것이 좋다. 이로써, 전극의 오염 정도를 측정하여 미리 세정동작을 수행함으로써, 전극의 성능을 일정 수준 이상으로 유지시킬 수 있다.
또한, 상기 측정부는 상기 전기 흡착유닛 내부의 차압을 측정하는 차압 측정센서를 포함하며, 상기 제어유닛은 상기 차압 측정센서에서 측정된 차압이 기준 차압 이상인 경우 상기 세정제를 이용한 상기 전기 흡착유닛의 세정동작을 진행하도록 제어하는 것이 좋다. 이로써, 전기 흡착유닛 내부의 차압의 변화를 측정해서 전극의 오염정도를 확인하고, 세정시점을 결정할 수 있다.
또한, 상기 측정부는 상기 전기 흡착유닛의 양극 전극과 음극 전극의 전기화학적 특성치의 측정을 통해 세정시점을 결정할 수 있다. 이때 전극의 전기화학적 특성치는 각 전극의 상대적 전압 또는 전위일 수 있다.
또한, 상기의 전기 흡착유닛의 양극 전극과 음극 전극의 전기화학적 특성치를 정확하게 판단하기 위하여 전기 흡착유닛으로 공급되는 원수 또는 전기 흡착유닛을 통해 탈염이 이루어진 생산수, 또는 전기 흡착유닛의 탈착과정을 통해 배출되는 농축액 중 어느 하나 이상의 용액에 대한 전기화학적 신호를 측정하여 보정인자로 사용함으로, 보다 정확한 전기 흡착유닛의 전극 오염도를 판단할 수 있게 된다.
이때 용액의 전기화학적 신호는 전기전도도, ORP, pH 등의 측정값일 수 있으며, 이를 하나 또는 그 이상의 신호를 통해 보다 정확한 용액의 상태를 확인 할 수 있다.
또한, 상기 세정제 생성 및 공급유닛은, 상기 전기 흡착유닛에서 배출되는 농축액을 전기분해하여 세정제를 생성하는 전해모듈; 상기 농축액을 상기 전해모듈로 공급하는 농축액 공급라인; 및 상기 전해모듈에서 생성된 세정제를 상기 전기 흡착유닛으로 공급하는 세정제 공급라인;을 포함하는 것이 바람직하다.
이로써, 전기 흡착유닛에서 배출되는 농축액을 재활용하여 사용할 수 있게 된다.
또한, 상기 세정제 생성 및 공급유닛은, 상기 세정제 공급라인에 설치되어 상기 전해모듈에서 생성된 세정제를 수용하는 세정제 저장조; 및 상기 세정제 저장조의 세정제를 펌핑하도록 상기 세정제 공급라인에 설치되는 세정제 주입펌프;를 더 포함하는 것이 좋다. 이로써, 세정제를 충분한 양으로 생성하여 보관하면서 세정시 공급하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 세정제 생성 및 공급유닛은, 상기 농축액 공급라인에 설치되어 농축액을 저장하는 농축액 저장조; 및 상기 농축액 저장조의 농축액을 상기 전해모듈로 공급하는 농축액 주입펌프;를 더 포함하는 것이 좋다.
이로써, 세정제가 필요할 경우 필요에 따라 농축액을 즉각적으로 전해모듈로 공급하여 세정제를 생산할 수 있게 된다.
또한, 상기 세정제 저장조는, 상기 전해모듈에서 생성된 산성용액을 저장하는 양극조 및 상기 전해모듈에서 생성된 알칼리용액을 저장하는 음극조를 포함하며, 상기 농축액은 상기 양극조 및 음극조 각각으로 직접 또는 상기 전해모듈을 통해 공급되며, 상기 양극조 및 음극조 각각에 공급된 농축액은 순환펌프를 통해 상기 전해모듈을 반복 순환하면서 산성용액과 알칼리용액으로 각각 생성되어 저장되는 것이 좋다.
또한, 상기 세정제 공급라인을 통해 상기 전기 흡착유닛으로 공급된 세정제가 세정을 완료하고 상기 전기 흡착유닛의 배출측에 연결되는 농축액 배출라인과 연통되어, 상기 전해모듈에서 생성된 세정제를 상기 농축액 배출라인으로 공급하는 세정제 배출라인을 더 포함하며, 상기 제어유닛은, 상기 전기 흡착유닛으로 산성용액을 세정제로 공급할 경우에는 상기 세정제 배출라인을 통해 알칼리용액을 공급하여 세정 후 배출수를 중화처리하고, 상기 전기 흡착유닛으로 알칼리용액 세정제를 이용한 세정이 이루어질 경우에는 세정제 배출라인을 통해 산성용액을 공급하여 세정 후 배출수를 중화 처리하도록 제어하는 것이 바람직하다.
이로써, 전기 흡착유닛의 세정작업에 사용된 용수를 중화 처리하여 배출함으로써 별도의 중화처리를 위한 용액을 마련할 필요가 없으며, 그에 따른 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전기 흡착 유닛에서 배출되는 농축액 또는 현장에서 얻을 수 있는 원수를 전기분해하여 세정제를 생성할 수 있다.
따라서 현장에서 생성한 세정수를 전기 흡착유닛의 전극 또는 이온교환층을 세정하는데 사용할 수 있도록 공급함으로써, 종래와 같이 별도의 세정제 저장시설이나 공급시설 등이 필요하지 않게 된다. 그로 인해, 종래와 같이 세정제를 저장 및 유지 관리하기 위한 시설이 불필요하게 되어 비용을 절감할 수 있고, 유지 관리에 따른 문제를 해결할 수 있다.
또한, 세정과정에서 나오는 농축액을 재사용하여 세정제를 생성할 수 있으므로, 자원을 절약할 수 있고, 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 전기 흡착 세정장치를 나타내 보인 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기 흡착유닛의 일예를 나타내 보인 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 전해모듈의 일예를 나타내 보인 도면이다.
도 4 내지 도 6 각각은 전기투석조의 다른 실시예들을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 흡착 세정장치를 나타내 보인 개략적인 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 흡착 세정장치를 나타내 보인 개략적인 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 전기 흡착 세정장치를 나타내 보인 개략적인 구성도이다.
도 10은 측정부와 제어유닛을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전기 흡착 세정장치를 자세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 흡착 세정장치(100)는, 용수 공급부(200)로부터 공급되는 용수에 포함된 이온성 오염물질을 흡착 및 탈착하여 제거하는 전기 흡착유닛(300), 상기 전기 흡착유닛(300)으로 공급할 세정제를 생성하고 공급하는 세정제 생성 및 공급유닛(400) 및 제어유닛(500)을 구비한다.
상기 용수 공급부(200)는 처리할 용수를 수용하는 용수 탱크(210)와, 용수탱크(210)의 용수를 전기 흡착유닛(300)으로 공급하는 용수 공급라인(220)과, 용수 공급라인(220)에 설치되는 가압펌프(230)를 구비한다. 용수 탱크(210)에는 수위센서(211)가 설치된다. 용수 공급라인(220)에는, 용수의 불순물을 필터링하는 여과기(240)가 가압펌프(230)의 하류에 설치될 수 있다. 또한, 용수 공급라인(220)에는 유량계(250)와 압력계(260)가 여과기(240)의 하류에 설치될 수 있다.
상기 용수탱크(210)에 저장된 용수는 폐수, 오수 등 수처리 대상이 되는 다양한 용수를 포함할 수 있다. 이러한 용수에는 제거해야 할 이온성 물질이 포함되어 있다. 이러한 구성의 용수 공급부(200)는 본 발명을 한정하는 것이 아니므로, 다양한 예가 가능하며, 더 이상의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 전기 흡착유닛(300)은 도 2에 도시된 바와 같이, 유닛 본체(310)의 내부에 서로 마주하여 배치되는 양극 전극(320)과 음극 전극(330), 스페이서(340) 및 상기 각 전극(320)(330)으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(350)를 구비한다. 유닛 본체(310)에는 용수 유입구(311), 세정제 유입구(312), 처리수 배출구(313) 및 농축액 배출구(314)가 각각 구비되도록 구성되거나, 동일라인으로 구성될 수 있다. 즉, 유닛본체(310)에 유입구와 배출구가 각각 하나씩 구성되고, 외부 밸브 등의 수단을 통해 용수나 세정제 또는 처리수(생산수)나 농축액 등을 동일 라인을 공유하여 사용하도록 구성될 수도 있다. 본 발명의 상세한 설명에 있어서는 상기의 용수 유입구(311), 세정제 유입구(312), 처리수 배출구(313) 및 농축액 배출구(314)로 구성된 실시예를 이용하여 기술하고자 한다. 상기 양극 전극(320)과 음극 전극(330)은 복수가 구비되어 서로 교번되게 배치될 수 있다. 이 경우 복수의 양극 전극(320)은 양극 부스바(361)에 의해 서로 전기적으로 연결되고, 음극 전극(330)은 음극 부스바(363)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 이러한 양극 및 음극 전극(320)(330) 각각은 용수에 포함된 이온성 물질을 효과적으로 흡착할 수 있도록 다공성 탄소제로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때 다공성 탄소제는 활성탄소, 카본 에어로젤, 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF), 탄소섬유, 탄소종이 등의 재질일 수 있다.
상기 스페이서(340)는 양극 전극(320)과 음극 전극(330) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 스페이서(340)는 메쉬와 가스켓이 적층된 구조를 가질 수 있다. 메쉬와 가스켓을 포함하는 스페이서는 PE, PP, Nylon 등의 재질로 형성될 수 있다.
또한, 스페이서(340)와 전극(320,330) 사이에는 미도시된 이온교환층이 더 구비될 수도 있다.
상기 전원공급부(350)는 양극 전극(320)과 음극 전극(330) 각각에 직류전원을 공급하거나 단락한다.
이와 같이 상기 전원공급부(350)에서 유닛 본체(310)로 용수가 공급될 때 양극 전극(320) 및 음극 전극(330) 각각에 직류전원을 공급하게 되면, 용수에 포함된 이온성 물질이 정전기적 인력으로 인하여 전극과 반대 전하를 띤 이온이 전극(이온교환층 포함) 표면에 흡착되어 용수 중의 이온성 물질을 분리할 수 있다.
그리고 양극 전극(320)과 음극 전극(330)에 인가된 전하를 단락하거나, 반대 전하를 인가하면, 흡착된 이온들이 탈착이 되면서 전극(이온교환층 포함)을 재생할 수 있게 된다. 이러한 흡착 및 탈착 과정을 거치면서 용액의 이온성물질을 제거하는 탈염공정을 수행할 수 있다. 이때 상기와 흡착 공정과 탈착 공정은 전원공급부(350)의 동작을 제어하는 제어유닛(500)에 의해 그 주기와 기간, 시점 등이 결정되어 제어된다.
또한, 이온성물질이 제거된 용수는 생산수 저장조(270) 또는 생산수라인을 통해 저장되거나 사용처로 공급 또는 방류되게 된다. 반대로, 상기 탈착공정을 통해 전극에서 탈착된 이온성물질이 포함된 농축액은 농축액 배출구(314)를 통해 농축액으로 처리되거나 세정제 생성이 필요할 경우 세정제 생성 및 공급유닛(400)으로 이동된다.
상기 세정제 생성 및 공급유닛(400)은 전기 흡착유닛(300)에서의 탈착 과정에서 발생되는 농축액을 이용하여 세정제(산성용액, 알칼리용액 포함)를 생성하고, 생성된 세정제를 세정공정을 위해 전기 흡착유닛(300)으로 공급한다. 여기서, 세정제 생성 및 공급유닛(400)은 전해모듈을 포함할 수 있으며, 전해모듈의 제1실시예로는 도 3에 도시된 바와 같은 전해조(410)가 적용될 수 있다.
상기 전해조(410)는 양극 전극(411)과 음극 전극(412), 상기 두 전극(411)(412)을 사이에 두고 양극과 음극을 구획하는 격막(413)을 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 양극 전극(411)과 음극 전극(412) 각각으로 농축액이 동시에 공급될 수 있도록 농축액 공급라인이 연결될 수 있다.
또한, 양극 전극(411)에는 농축액이 공급되고, 음극 전극(412)에는 원수 또는 탈염이 처리된 생산수가 공급될 수도 있다. 이러한 구성에 의하면, 양극 전극(411)이 위치한 구획에서는 양극 전극반응을 통해 산성 용액이 생성된다. 그리고 음극 전극(412)이 위치한 영역에서는 음극 전극반응을 통해 알칼리성 용액이 제조된다. 구체적인 전극반응은 아래와 같다.
양극 전극반응 : H2O -> 2H+ + 1/2O2(g) + 2e-
음극 전극반응 : 2H2O + 2e- -> 2OH- + H2(g)
전체 반응 : H2O + MX -> HX(양극 영역) + MOH(음극 영역)
우선 양극 전극(411)에서는 물(H2O) 분해에 의해 산소(O2)와 수소이온(H+)이 생성되는 전극반응이 이루어지고, 이때 양극에 공급되는 농축액의 이온성물질인 염(MX)과 만나 산성용액(HX)를 생성하게 되고, 염(MX) 용액의 양이온(M+)은 격막을 통해 음극 전극(412)이 위치한 영역으로 이동하게 되고, 음극 전극(412)에서 물(H2O) 분해반응을 통해 생성되는 수소(H2)와 수산화이온(OH-) 중 수산화이온(OH-)과 만나 알칼리용액(MOH)을 생성하게 된다.
이때 염(MX) 용액의 양이온(M+)은 Na+, K+, Ca2+, Mg2+ 등의 알칼리금속 또는 알칼리토금속 등 일 수 있고, 음이온(X-)은 Cl-, NO3 -, CO3 2-, SO4 2-, PO4 3- 등 일 수 있다.
또한, 상기와 같이 음극 전극반응에서 생성된 수소가스를 양극 전극(411)이 위치한 구획으로 공급하여 양극 전극(411)에서 산성용액이 제조되도록 하는 것이 좋다(수소 양극 반응 : H2 -> 2H+ + 2e-). 이러한 수소 양극반응은 물분해 반응보다 더욱 낮은 전위에서 이루어질 수 있어 소비전력을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 부가적인 양극반응에 의해 부반응들을 최소화할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이를 위해 음극 전극반응으로 생성된 수소가스를 양극 구획으로 공급하기 위한 수소 가스 공급라인(415)이 더 구비된다.
이때 음극 전극반응을 통해 생성되는 수소가스와 알칼리용액을 분리하여 상기 수소 가스 공급라인(415)으로 수소 기체만을 공급하도록 별도의 기액분리수단(414)을 추가적으로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 기액분리수단(414)은 사이클론 분리기, 소수성분리막, 탱크 내의 자연 기체부상식 등 다양한 방식의 기액분리수단을 사용할 수 있으며 본 발명에서는 기액분리수단에 대하여 한정하지는 아니하고, 기액을 분리할 수 있는 수단이라면 어느 것이라도 적용할 수 있다.
또한, 양극 전극(411)은 수소가 투과할 수 있는 가스확산전극을 사용하는 것이 더욱 바람직하며, 이때 수소의 공급은 가스확산전극의 일측면을 통해 양극 전극의 반응면으로 투과시켜 직접 공급하도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 전해모듈로서 물분해전기투석조(420)가 적용될 수 있다. 상기 물분해전기투석조(420)는 양극 전극(421)과 음극 전극(422), 두 전극(421,422) 사이에 교대로 배치되는 양쪽성이온교환막(423)과 음이온교환막(424)이 교대로 배치된 구성을 가진다. 이러한 구성에 의하면, 음이온교환막(424)의 이온의 선택적 투과성과 양쪽성이온교환막(423)의 물분해특성을 이용하여 산성용액과 알칼리용액을 서로 다른 격실에서 생산할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 세정제 생성 및 공급유닛(400)의 제3실시예에 따른 전해모듈로서 물분해전기투석조(430)가 적용될 수 있다. 상기 물분해전기투석조(430)는 양극 전극(431)과 음극 전극(432), 두 전극(431,432) 사이에 교대로 배치되는 양쪽성이온교환막(433)과 양이온교환막(434)을 구비한다. 이러한 구성에 의하면, 양이온교환막(434)의 이온의 선택적 투과성과 양쪽성이온교환막(433)의 물분해특성을 이용하여 산성용액과 알칼리용액을 서로 다른 격실에서 생산할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 세정제 생성 및 공급유닛(400)의 제4실시예에 따른 전해모듈은 물분해전기투석조(440)가 적용될 수 있다. 상기 물분해전기투석조(440)는 양극 전극(441)과 음극 전극(442), 두 전극(441,442) 사이에 교번되게 배치되는 양쪽성이온교환막(443)과 양이온교환막(445) 및 음이온교환막(444)을 구비한다. 이러한 구성에 의하면, 양쪽성이온교환막(443)과 음이온교환막(444) 사이의 격실에서는 산성용액이 생성되고, 양쪽성이온교환막(443)과 양이온교환막(445) 사이의 격실에서는 알칼리용액이 생성된다.
상기의 도 4 내지 도 6에서 설명한 각각의 전해모듈은 물분해전기투석공정으로서, 공통적인 전기분해과정을 간단히 살펴보면 다음과 같다.
도 6에 따른 물분해전기투석은 양이온교환막(445)과 음이온교환막(444) 사이로 염(MX)이 포함된 농축액이 주입되고, 양쪽성이온교환막(443)과 인접된 구역은 농축액 또는 원수나 생산수가 공급된다. 음극과 양극 전극에 직류전원이 공급되면, 염용액(MX)의 양이온(M+)은 양이온교환막(445)을 통과하여 양쪽성이온교환막(443)의 음이온선택층과 접한 영역으로 이동되고, 양쪽성이온교환막(443)에서는 물분해를 통해 양이온교환막(445)과 인접하여 대향되게 배치된 음이온선택층을 투과한 수산화이온(OH-)과 만나 염기성용액(MOH)을 형성하게 된다. 염용액(MX)의 음이온(X-)은 음이온교환막(444)을 통과하여 양쪽성이온교환막(443)의 양이온선택층과 접한 영역으로 이동되고, 양쪽성이온교환막(443)에서 물분해를 통해 양이온선택층을 투과한 수소이온(H+)과 결합되어 산용액(HX)을 생성하게 된다.
도 4에서는 염(MX)이 포함된 농축액은 음이온교환막(424)과 양쪽성이온교환막(423)의 음이온선택층으로 구획된 격실로 공급되고, 도 5에서는 양이온교환막(434)과 양쪽성이온교환막(433)의 양이온선택층으로 구획된 격실로 공급되게 된다. 도 4와 도 5의 다른 격실로는 농축액 또는 원수나 생산수가 공급되게 되고 이때 직류전원이 공급되면, 상기한 도 6의 이온교환막의 선택적 이온투과성과 양쪽성이온교환막의 물분해특성과 같은 동일한 작용에 의해 산성용액(HX)과 알칼리용액(MOH)이 각각 서로 다른 격실에서 동시에 생성되게 된다.
여기서, 염(MX) 용액은 상기 전해조(410)에서와 마찬가지로 양이온(M+)은 Na+, K+, Ca2+, Mg2+ 등의 알칼리금속 또는 알칼리토금속 등 일 수 있고, 음이온(X-)은 Cl-, NO3 -, CO3 2-, SO4 2-, PO4 3- 등 일 수 있다.
한편, 상기와 같이 다양한 전해모듈(방법)에 의해 생성된 산성용액과 알칼리용액 즉, 세정제는 도 1과 같이 세정제 공급라인(402)을 통해 전기 흡착유닛(300)으로 공급되어 오염된 전극을 세정하는데 사용된다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 흡착 세정장치(100')에 따르면, 세정제 생성 및 공급유닛(400')에서 생성된 산성 세정제 및 알칼리 세정제 각각을 저장하는 세정제 저장조 즉, 양극조(403) 및 음극조(404)와, 양극조(403)와 음극조(404) 각각에 저장된 세정제를 세정제 공급라인(402)으로 펌핑하여 전기 흡착유닛(300)으로 공급하는 주입펌프들(405)을 더 구비할 수 있다. 이 경우 전기 흡착유닛(300)에서 나오는 농축액이 세정제 생성 및 공급유닛(400')으로 그대로 공급되어 전기분해에 의해 산성 및 알칼리성 용액을 생성하여 저장하게 된다.
또한, 양극조(403) 및 음극조(404) 각각 저장된 산성 및 알칼리성 용액은 순환펌프들(406)로 순환하는 방식을 사용할 수도 있다. 이 경우 농축액은 양극조(403) 및 음극조(404) 각각으로 직접 공급되어 저장된 뒤, 전해모듈(410,420,430,440)을 동작시키면서 순환펌프(406)로 농축액을 순환시켜, 양극조(403) 및 음극조(404) 각각의 농축액을 산성용액과 알칼리용액으로 생성하여 저장할 수 있다.
이때, 양극조(403)와 음극조(404)로 각각 순환하는 순환펌프들(406)은 상기 세정제 공급라인(402)을 통해 전기 흡착유닛(300)으로 세정제를 주입하는 주입펌프들(405)과 별도로 구성하지 않고 단일 펌프들로 구성될 수 있다. 즉, 양극조(403)와 전해모듈(410,420,430,440)을 순환하는 순환펌프(406)와 양극조(403)에서 생산된 산성 세정제를 전기 흡착유닛(300)으로 공급하는 주입펌프(405)를 하나로 구성하고, 이 주입펌프의 후단에서 분지라인을 통해 전해모듈로의 순환라인과 산성용액 공급라인(403a)이 연결되어 각각의 밸브조작을 통해 순환 및 세정제 공급의 역할을 모두 수행할 수 있다. 음극조(404)의 순환과 알칼리 세정제의 공급도 동일한 방식으로 하나의 펌프를 통해 두 가지 역할을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 순환방식은 산성 및 알칼리성 용액을 목표농도로 제조하기가 수월하며, 용액 내에 전기전도성과 전해모듈 내부에서 유동장을 원활히 이루어 전력소비량을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 양극조(403)와 세정액 공급라인(402)을 연결하는 산성용액 공급라인(403a)에서 분기된 산성용액 배출라인(407a)은 농축액 공급라인(401)에서 분기된 농축액 배출라인(408)과 연결된다. 그리고 음극조(404)와 세정액 공급라인(402)을 연결하는 알칼리용액 공급라인(404a)에서 분기된 알칼리용액 배출라인(407b)은 상기 농축액 배출라인(408)과 연결된다. 상기 각각의 세정제 배출라인(407a,407b)에는 밸브가 설치된다.
이러한 구성에 의하면, 전기 흡착유닛(300)에 산성용액 세정제가 공급되어 세정이 수행될 경우에는, 세정을 완료한 산성용액 세정제는 농축액 배출라인(408)을 통해 배출되게 되고, 이때 세정제 저장조인 음극조(404)에서 알칼리용액이 상기 알칼리용액 배출라인(407b)을 통해 농축액 배출라인(408)으로 공급되어 전기 흡착유닛(300)에서 배출되는 세정 후의 산성용액과 혼합되어 중화처리 되도록 구성될 수 있다. 반대로, 전기 흡착유닛(300)에 알칼리용액이 공급되는 경우, 세정제 저장조인 양극조(403)에서 산성용액이 흡착유닛(300)에서 배출되는 용액과 혼합하여 중화되는 공정이 이루어질 수 있게 된다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 흡착 세정장치(100")에 따르면, 세정제 생성 및 공급유닛(400")은 전기 흡착유닛(300)에서 배출되는 농축액을 저장하여 전해모듈(410,420,430,440)로 공급하는 농축액 저장조(409)를 더 구비하는데 특징이 있다.
상기 농축액 저장조(409)에 저장된 농축액은 필요시 제어유닛(500)의 제어신호에 따라 구동되는 농축액 주입펌프(407)에 의해 농축액 공급라인(401)을 통해 전해모듈(410,420,430,440)로 공급된다. 그러면, 전해모듈(410,420,430,440)에서 생성된 세정제는 세정제 공급라인(402)을 통해 전기 흡착유닛(300)으로 공급되어 세정공정이 이루어진다. 이때 상기 도 7의 중화처리와 같은 방식으로 산성 세정제에 의한 세정이 이루어질 경우에는 알칼리 세정제와 중화하고, 알칼리 세정제를 통해 세정이 이루어질 경우에는 산성 세정제를 이용하여 중화처리가 이루어지도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한 이러한 세정제들은 농축액 저장조(409)로 회수되어지거나, 별도의 라인을 통해 외부로 배출되도록 구성될 수 있다. 여기서 농축액 저장조(409)에도 수위센서와 농축액 배출구가 각각 설치될 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 전기 흡착 세정장치(101)에 따르면, 세정제 생성 및 공급유닛(1400)은 전기 흡착유닛(300)에서 배출되는 농축액을 저장하는 농축액 저장조(409)와, 전해모듈(410,420,430,440)에서 생성되는 세정제를 저장하는 양극조(403) 및 음극조(404)를 함께 구비하는데 특징이 있다. 이러한 구성에 의하면, 농축액 저장조(409)에 저장되어 있는 농축액은 필요에 따라 제어유닛(500)에 의해 농축액 주입펌프(407)를 구동시켜서 전해모듈(410,420,430,440)로 공급한다. 그러면, 전해모듈(410,420,430,440)에서는 전기화학적 반응에 의해 산성 세정제 및 알칼리 세정제를 생성하여 양극조(403)와 음극조(404) 각각으로 공급하여 저장한다. 저장된 산성 및 알칼리성 용액은 제어유닛(500)을 통해 주입펌프들(405)을 구동시켜 전기 흡착유닛(300)으로 공급되어 세정을 수행하게 된다.
이때 상기한 도 7의 실시예와 같이 순환펌프들(406)을 별도로 구성하거나, 상기 주입펌프들(405)과 단일 펌프로 구성하여 양극조(403)와 음극조(404)에 저장되는 산성 세정제와 알칼리 세정제를 전해모듈(410,420,430,440)로 순환하여 제조하도록 구성할 수 있다. 또한, 전기 흡착유닛(300)의 세정에 사용되는 산성 또는 알칼리 세정제와 세정에 사용되지 않은 세정제를 세정 후에 혼합하여 중화 처리하는 공정(방법)이 추가로 구성될 수 있으며, 세정 후 세정제는 농축액 저장조(409)로 회수되어지거나, 별도의 라인을 통해 외부로 배출되도록 구성될 수 있음은 당연하다.
상기의 설명과 같이 도 1과 도 7 내지 도 9의 실시예에 따른 전기 흡착 세정장치에 있어서, 생성된 산성 및 알칼리성 용액 중에서 하나의 용액(산성용액 또는 알칼리용액)이 제어유닛(500)에 의해 전기 흡착 모듈(300)을 세정하도록 구동제어 되고, 세정 후 배출되는 세정제는 사용되지 않은 또 다른 세정제와 혼합하여 중화처리 후 배출하는 것이 바람직하다. 즉, 제어유닛(500)의 신호를 통해 산성세정제를 사용한 세정을 수행할 경우에는 산성세정 후 배출되는 산성세정제에 농축액 저장조(409) 또는 별도의 라인상에서 산성세정제와 전해모듈(410,420,430,440)에서 동시에 생성된 알칼리세정제를 혼합하여 중화시켜 배출하도록 구성할 수 있다. 또한, 알칼리세정제를 사용한 세정을 수행할 경우에는 배출되는 알칼리세정제와 동시에 생성된 산성세정제를 농축액 저장조(409) 또는 별도의 라인상에서 혼합하여 중화시켜 배출되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 사용 후 세정제를 중화 처리하여 배출함으로 별도의 오염물질의 발생 없이 세정을 수행할 수 있게 된다.
한편, 상기 제어유닛(500)은 전기 흡착유닛(300)의 양극 전극(320)과 음극 전극(330)의 오염물질의 세정을 위한 세정동작 시기를 다양한 방법에 의해 결정하여 동작 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어유닛(500)은 미리 설정된 흡착 및 탈착 공정 사이클에 따라서 세정동작이 이루어지도록 제어할 수 있다.
또한, 제어유닛(500)은 도 10에 도시된 바와 같이, 전기 흡착유닛(300)의 전기화학적 데이터를 측정하여 전극들(320,330)의 오염 정도를 확인할 수 있는 측정부(600)로부터 전달되는 측정정보를 근거로 하여 세정동작이 이루어지도록 할 수도 있다.
상기 측정부(600)의 일예로는, 도 10에 도시된 바와 같이, 기준전극(610)과, 기준전극(610)과 양극 전극(320) 사이의 전압을 측정하는 제1전압계(620), 기준전극(610)과 음극 전극(330) 사이의 전압을 측정하는 제2전압계(630)를 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 기준전극(610)은 외부환경에 따라 변하지 않는 전극으로서, 바람직하게는 은-염화은 전극(Ag/AgCl in KCl), 칼로멜 전극(Hg/HgCl2 in KCl)이 적용될 수 있다. 이러한 기준전극(610)은 전기 흡착유닛(300) 내부를 통과한 용액의 유입구 또는 배출구 측 또는 전기 흡착유닛(300) 내부의 어느 한 지점에 배치될 수도 있다.
상기 제1전압계(620)는 기준전극(610)과 양극 전극(320) 사이에서의 전압을 측정하도록 설치된다. 여기서 양극 전극(320)이 복수 배치된 경우에는 복수의 양극 전극(320)끼리 연결된 양극 부스바(361)와 기준전극(610) 사이의 전압을 제1전압계(620)에서 측정하도록 구성될 수 있다.
또한, 음극 전극(330)이 복수 설치된 경우, 복수의 음극 전극(330)끼리 연결하는 음극 부스바(363)를 설치하고, 음극 부스바(363)와 기준전극(610) 사이의 전압을 제2전압계(630)에서 측정하도록 구성될 수 있다.
상기와 같이 설치된 제1 및 제2전압계(620)(630) 각각에서는 전압을 측정하고, 측정된 측정값들은 제어유닛(500)으로 전달된다. 제어유닛(500)은 제1 및 제2전압계(620)(630)에서 측정된 전압 중에서 어느 하나라도 기준값(예를 들어 1.5V)에 도달하게 될 경우, 전극이 오염된 것으로 판단하여 세정동작을 진행하도록 제어한다.
또한, 제어유닛(500)은 제1 및 제2전압계(620)(630) 각각에서 측정되는 전압의 상승속도, 로그 스케일 전류에 대한 전압값 기울기 등을 기준값과 비교 판단하여 오염여부를 판단하여 세정동작을 결정할 수도 있다.
또한, 상기 양극 전극(320)과 음극 전극(330)이 기준전극(610)과의 사이에 측정된 전압값을 전기 흡착유닛(300)에 공급되는 원수 또는 배출되는 탈염이 이루어진 생산수나 탈착을 통해 배출되는 농축액 중의 어느 하나 이상의 용액에 대한 전기화학적 신호를 측정하여 보정인자로 사용함으로써 세정주기를 더욱 정확하고 명확하게 판단할 수 있게 된다. 이때, 용액에 대한 전기화학적 신호는 전기전도도, ORP, pH 등의 측정값일 수 있으며, 이러한 측정값 중 하나 또는 그 이상의 신호를 통해 보다 정확한 용액상태를 확인하여 보정인자로 활용할 수 있다.
이와 같이, 측정부(600)를 설치하여 기준전극(610)과 양극 전극(320) 및 음극 전극(330) 사이의 전압 변화값에 따라서 전극의 오염 정도를 판단하여 세정 여부를 결정함으로써, 전극들(320)(330)의 성능이 저하되기 전에 세정동작이 이루어지도록 할 수 있게 된다. 따라서 전기 흡착유닛(300)의 효율이 저하되지 않도록 효과적으로 유지관리 할 수 있게 된다.
또한, 상기 측정부(600)의 다른 예로서, 상기 제1 및 제2전압계(620,630)를 대신하여 전기전도도를 측정하는 전기전도도 센서, 전류값을 측정하는 전류 센서, 용액의 입구측과 배출측에서의 차압을 측정하기 위한 차압센서, 용액의 입구측과 배출측 각각에서의 산화 환원 전위차 및 변화값을 측정하는 ORP 센서, 또는 pH 센서 등을 설치할 수도 있다. 또한, 상기 측정부(600)는 제1 및 제2전압계(620,630)와, 상술한 다수의 센서들 중에서 적어도 2가지 이상을 적용하여, 서로 다른 복수의 측정인자를 근거로 하여 세정시기를 보다 정확하게 결정할 수도 있다. 이와 같이 상기 측정부(600)는 다양한 센서를 적용하여, 전기 흡착유닛(300) 내에서의 전기화학적 신호를 감지하고, 감지된 정보가 설정된 기준범위를 벗어날 경우에 제어유닛(500)은 전극이 오염된 것으로 판단하여, 세정제 생성 및 공급유닛(400)을 구동 제어하여 세정제를 전기 흡착유닛(300)으로 공급하여 세정작업을 수행한다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
100,100',100",101..전기 흡착 세정장치 200..용수 공급부
210..용수탱크 230..가압펌프
300..전기 흡착 유닛 310..유닛 본체
320..양극 전극 330..음극 전극
340..스페이서 350..전원공급부
361..양극 부스바 363..음극 부스바
400,400',400",1400..세정제 생성 및 공급유닛 410..전해조
420,430,440..물분해전기투석조
500..제어유닛 600..측정부
610..기준전극 620..제1전압계
630..제2전압계

Claims (21)

  1. 용수 공급부로부터 공급되는 용수에 포함된 이온성 오염물질을 전극에 흡착하고, 흡착된 이온성 오염물질을 탈착하여 제거하는 전기 흡착유닛;
    상기 전기 흡착유닛의 전극을 세정하기 위한 세정제를 생성하여 공급하는 전해모듈; 및
    상기 전해모듈의 동작을 제어하여 상기 세정제를 생성하고, 생성된 세정제를 상기 전기 흡착유닛으로 공급하는 세정시기를 결정하여 공급하는 제어유닛;을 포함하고,
    상기 전해모듈은,
    음극 전극;
    상기 음극 전극에 대향되는 양극 전극;
    상기 음극 전극과 양극 전극 사이에서 양극과 음극을 구획하는 격막; 및
    상기 음극 전극 반응을 통해 생성된 수소가스를 양극 전극이 위치한 구획으로 공급하는 수소가스 공급라인;을 포함하고,
    상기 음극 전극과 양극 전극 각각으로 농축액이 동시에 공급되도록 농축액 공급라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 용수 공급부로부터 공급되는 용수에 포함된 이온성 오염물질을 전극에 흡착하고, 흡착된 이온성 오염물질을 탈착하여 제거하는 전기 흡착유닛;
    상기 전기 흡착유닛의 전극을 세정하기 위한 세정제를 생성하여 공급하는 전해모듈; 및
    상기 전해모듈의 동작을 제어하여 상기 세정제를 생성하고, 생성된 세정제를 상기 전기 흡착유닛으로 공급하는 세정시기를 결정하여 공급하는 제어유닛;을 포함하고,
    상기 전해모듈은,
    음극 전극;
    상기 음극 전극에 대향되는 양극 전극;
    상기 음극 전극과 양극 전극 사이에서 양극과 음극을 구획하는 격막; 및
    상기 음극 전극 반응을 통해 생성된 수소가스를 양극 전극이 위치한 구획으로 공급하는 수소가스 공급라인;을 포함하고,
    상기 양극 전극으로는 농축액을 공급하기 위한 농축액 공급라인이 연결되고, 상기 음극 전극으로는 원수 또는 상기 전기 흡착유닛에 의해 탈염이 이루어진 생산수를 공급하기 위한 원수 공급라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 음극 전극 반응을 통해 생성된 수소가스와 알칼리용액을 분리하는 기액분리수단을 더 포함하며, 상기 기액분리수단을 통해 분리된 수소가스는 상기 양극 전극이 위치한 구획으로 공급되는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정 장치.
  7. 제1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 양극 전극은 수소가 투과할 수 있는 가스확산전극을 포함하며,
    수소는 상기 가스확산전극의 일측면을 통해 양극 전극의 반응면으로 투과되어 공급 가능한 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어유닛은 미리 설정된 상기 전기 흡착유닛의 흡착 및 탈착 주기에 따라서 상기 전해모듈을 구동 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정장치.
  12. 용수 공급부로부터 공급되는 용수에 포함된 이온성 오염물질을 전극에 흡착하고, 흡착된 이온성 오염물질을 탈착하여 제거하는 전기 흡착유닛;
    상기 전기 흡착유닛의 전극을 세정하기 위한 세정제를 생성하여 공급하는 세정제 생성 및 공급유닛;
    상기 세정제 생성 및 공급유닛의 동작을 제어하여 상기 세정제를 생성하고, 생성된 세정제를 상기 전기 흡착유닛으로 공급하는 세정시기를 결정하여 공급하는 제어유닛; 및
    상기 전기 흡착유닛의 전극의 오염 여부를 확인하는 측정부;를 포함하며,
    상기 측정부는 상기 전기 흡착유닛 내부의 입구와 배출측 사이의 차압을 측정하는 차압 측정센서를 포함하며,
    상기 제어유닛은 상기 차압 측정센서에서 측정된 차압이 기준차압 이상인 경우 상기 세정제를 이용한 상기 전기 흡착유닛의 세정동작을 진행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정장치.
  13. 삭제
  14. 용수 공급부로부터 공급되는 용수에 포함된 이온성 오염물질을 전극에 흡착하고, 흡착된 이온성 오염물질을 탈착하여 제거하는 전기 흡착유닛;
    상기 전기 흡착유닛의 전극을 세정하기 위한 세정제를 생성하여 공급하는 세정제 생성 및 공급유닛;
    상기 세정제 생성 및 공급유닛의 동작을 제어하여 상기 세정제를 생성하고, 생성된 세정제를 상기 전기 흡착유닛으로 공급하는 세정시기를 결정하여 공급하는 제어유닛; 및
    상기 전기 흡착유닛의 전극의 오염 여부를 확인하는 측정부;를 포함하며,
    상기 측정부는 상기 전기 흡착유닛의 양극 전극과 음극 전극의 전기화학적 특성치를 측정하는 센서를 포함하며,
    상기 제어유닛은,
    상기 전기 흡착유닛의 양극 전극과 음극 전극의 전기화학적 특성치를 판단하기 위하여 상기 전기 흡착유닛으로 공급되는 원수, 상기 전기 흡착유닛을 통해 탈염이 이루어진 생산수 및 상기 전기 흡착유닛의 탈착유닛의 탈착과정을 통해 배출되는 농축액 중에서 적어도 하나 이상의 용액에 대한 전기화학적 신호를 측정하여 보정인자로 사용하는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정장치.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 전기화학적 신호는 전기전도도, ORP, pH 에 대한 측정값을 포함하며, 상기 제어유닛은 상기 복수의 전기화학적 신호에 대한 측정값들 중에서 적어도 하나 이상의 신호를 통해 용액의 상태를 파악하는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정장치.
  17. 용수 공급부로부터 공급되는 용수에 포함된 이온성 오염물질을 전극에 흡착하고, 흡착된 이온성 오염물질을 탈착하여 제거하는 전기 흡착유닛;
    상기 전기 흡착유닛의 전극을 세정하기 위한 세정제를 생성하여 공급하는 세정제 생성 및 공급유닛; 및
    상기 세정제 생성 및 공급유닛의 동작을 제어하여 상기 세정제를 생성하고, 생성된 세정제를 상기 전기 흡착유닛으로 공급하는 세정시기를 결정하여 공급하는 제어유닛;을 포함하며,
    상기 세정제 생성 및 공급유닛은,
    상기 전기 흡착유닛에서 배출되는 농축액을 전기분해하여 세정제를 생성하는 전해모듈;
    상기 농축액을 상기 전해모듈로 공급하는 농축액 공급라인;
    상기 전해모듈에서 생성된 세정제를 상기 전기 흡착유닛으로 공급하는 세정제 공급라인;
    상기 세정제 공급라인에 설치되어 상기 전해모듈에서 생성된 세정제를 수용하는 세정제 저장조; 및
    상기 세정제 저장조의 세정제를 펌핑하도록 상기 세정제 공급라인에 설치되는 주입펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정장치.
  18. 삭제
  19. 용수 공급부로부터 공급되는 용수에 포함된 이온성 오염물질을 전극에 흡착하고, 흡착된 이온성 오염물질을 탈착하여 제거하는 전기 흡착유닛;
    상기 전기 흡착유닛의 전극을 세정하기 위한 세정제를 생성하여 공급하는 세정제 생성 및 공급유닛; 및
    상기 세정제 생성 및 공급유닛의 동작을 제어하여 상기 세정제를 생성하고, 생성된 세정제를 상기 전기 흡착유닛으로 공급하는 세정시기를 결정하여 공급하는 제어유닛;을 포함하며,
    상기 세정제 생성 및 공급유닛은,
    상기 전기 흡착유닛에서 배출되는 농축액을 전기분해하여 세정제를 생성하는 전해모듈;
    상기 농축액을 상기 전해모듈로 공급하는 농축액 공급라인;
    상기 전해모듈에서 생성된 세정제를 상기 전기 흡착유닛으로 공급하는 세정제 공급라인;
    상기 농축액 공급라인에 설치되어 농축액을 저장하는 농축액 저장조; 및
    상기 농축액 저장조의 농축액을 상기 전해모듈로 공급하는 농축액 주입펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 세정제 저장조는, 상기 전해모듈에서 생성된 산성용액을 저장하는 양극조 및 상기 전해모듈에서 생성된 알칼리용액을 저장하는 음극조를 포함하며,
    상기 농축액은 상기 양극조 및 음극조 각각으로 직접 또는 상기 전해모듈을 통해 공급되며,
    상기 양극조 및 음극조 각각에 공급된 농축액은 순환펌프를 통해 상기 전해모듈을 반복 순환하면서 산성용액과 알칼리용액으로 각각 생성되어 저장되는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 세정제 공급라인을 통해 상기 전기 흡착유닛으로 공급된 세정제가 세정을 완료하고 상기 전기 흡착유닛의 배출측에 연결되는 농축액 배출라인과 연통되어, 상기 전해모듈에서 생성된 세정제를 상기 농축액 배출라인으로 공급하는 세정제 배출라인을 더 포함하며,
    상기 제어유닛은, 상기 전기 흡착유닛으로 산성용액을 세정제로 공급할 경우에는 상기 세정제 배출라인을 통해 알칼리용액을 공급하여 세정 후 배출수를 중화처리하고,
    상기 전기 흡착유닛으로 알칼리용액 세정제를 이용한 세정이 이루어질 경우에는 세정제 배출라인을 통해 산성용액을 공급하여 세정 후 배출수를 중화처리하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 흡착 세정장치.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210059987A (ko) * 2019-11-18 2021-05-26 한국지질자원연구원 Cdi를 이용한 고효율 리튬 회수 시스템 및 방법
KR20210091579A (ko) * 2020-01-14 2021-07-22 주식회사 경동나비엔 연속정수장치 및 연속정수방법
KR102333809B1 (ko) 2021-09-10 2021-12-03 한국건설기술연구원 탈착공정용 순환탱크를 구비한 축전식 탈염 정수처리 시스템 및 그 제어방법
KR102381081B1 (ko) * 2020-12-14 2022-03-31 한국수자원공사 광간섭 단층촬영 장치를 이용한 전극 표면 모니터링을 통해 공정 자동화한 축전식 탈염 시스템
KR102423875B1 (ko) * 2021-02-25 2022-07-21 죽암건설 주식회사 스케일 방지와 cdi 공정 회수율 향상을 위한 농축수 순환재생 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008525163A (ja) * 2004-11-02 2008-07-17 ザ ウォーター カンパニー エルエルシー 脱イオンおよび電気化学的浄化用の関連構成要素および装置および電極の再生方法
KR101118795B1 (ko) * 2011-12-14 2012-03-21 (주) 테크윈 소독부산물 저감형 고효율 차아염소산나트륨 발생장치
KR101361651B1 (ko) * 2012-09-27 2014-02-12 (주) 테크윈 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치 및 이를 사용한 차아염소산 용액과 수소의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008525163A (ja) * 2004-11-02 2008-07-17 ザ ウォーター カンパニー エルエルシー 脱イオンおよび電気化学的浄化用の関連構成要素および装置および電極の再生方法
KR101118795B1 (ko) * 2011-12-14 2012-03-21 (주) 테크윈 소독부산물 저감형 고효율 차아염소산나트륨 발생장치
KR101361651B1 (ko) * 2012-09-27 2014-02-12 (주) 테크윈 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치 및 이를 사용한 차아염소산 용액과 수소의 제조방법

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210059987A (ko) * 2019-11-18 2021-05-26 한국지질자원연구원 Cdi를 이용한 고효율 리튬 회수 시스템 및 방법
KR102285849B1 (ko) * 2019-11-18 2021-08-04 한국지질자원연구원 Cdi를 이용한 고효율 리튬 회수 시스템 및 방법
KR20210091579A (ko) * 2020-01-14 2021-07-22 주식회사 경동나비엔 연속정수장치 및 연속정수방법
KR102333880B1 (ko) * 2020-01-14 2021-12-03 (주) 시온텍 연속정수장치 및 연속정수방법
KR102381081B1 (ko) * 2020-12-14 2022-03-31 한국수자원공사 광간섭 단층촬영 장치를 이용한 전극 표면 모니터링을 통해 공정 자동화한 축전식 탈염 시스템
KR102423875B1 (ko) * 2021-02-25 2022-07-21 죽암건설 주식회사 스케일 방지와 cdi 공정 회수율 향상을 위한 농축수 순환재생 시스템
KR102333809B1 (ko) 2021-09-10 2021-12-03 한국건설기술연구원 탈착공정용 순환탱크를 구비한 축전식 탈염 정수처리 시스템 및 그 제어방법

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