KR102214497B1

KR102214497B1 - 이온교환수지 컬럼 장치 및 이온교환수지 재생 방법

Info

Publication number: KR102214497B1
Application number: KR1020190134785A
Authority: KR
Inventors: 김유창; 윤홍식; 박상진
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-02-09

Abstract

이온교환수지 컬럼 장치는 주 컬럼, 보조 컬럼, 이송관, 및 수지 이송부를 포함한다. 주 컬럼은 이온교환수지로 이루어진 수지층을 충전층(packed bed) 형태로 수용하고, 보조 컬럼은 유체를 수용한다. 이송관은 주 컬럼과 보조 컬럼에 연결 설치되며, 펌프와 결합된다. 수지 이송부는 이송관에 결합되고, 주 컬럼의 내부에 수직 방향으로 설치된다. 수지 이송부는 보조 컬럼으로부터 공급받은 유체를 고속으로 분출하는 노즐관과, 노즐관의 상측에 위치하며 유체와 수지를 흡입하여 보조 컬럼으로 이동시키는 디퓨저관을 포함한다.

Description

이온교환수지 컬럼 장치 및 이온교환수지 재생 방법 {COLUMN DEVICE AND GENERATION METHOD FOR ION EXCHANGE RESIN}

본 발명은 이온교환수지 컬럼 장치와 이를 이용한 이온교환수지 재생 방법에 관한 것이다.

이온교환 원리에 기초한 다양한 이온교환수지 공정이 이온 제거를 위해 사용되고 있다. 이온교환수지의 교환기는 제거 대상 이온과 결합하면 더 이상 이온을 흡착하지 못하므로, 교환 능력을 다시 갖도록 고농도 화학약품을 이용하여 재생해 주어야 한다. 수지층의 재생은 운전이 종료된 컬럼에서 진행되거나, 양이온 교환수지와 음이온 교환수지가 혼합된 경우, 양이온 교환수지와 음이온 교환수지는 각각 양이온 재생탑과 음이온 재생탑으로 이동하여 재생된다.

구체적으로, 양이온 교환수지는 강산의 수소이온이, 음이온 교환수지는 강염기의 수산화이온이 교환기에 붙어있던 대상 이온을 탈착시킨 후 흡착되어 수지가 초기 형태로 복원된다. 또한, 특정 이온(보론 등)에 대한 선택적 흡착이 가능한 수지의 경우도 강산과 강염기로 재생을 수행한다. 따라서 이러한 재생 공정은 탈염 공정이면서 동시에 많은 양의 폐액이 발생하는 공정이다.

한국등록특허 제1821295호 “이온교환수지 컬럼 장치 및 이의 운전 방법” 상기 특허문헌의 이온교환수지 컬럼 장치는 수지층을 수용하는 두 개의 컬럼과 하나의 재생용 보조 컬럼을 포함한다. 운전 중인 한 컬럼의 수지가 파과점(breakthrough point)에 도달하면 수지층의 일부(예를 들어 상측부)를 보조 컬럼으로 이동시킨다. 이때 컬럼에 남은 수지의 파과된 정도와 보조 컬럼으로 이송된 수지의 이온교환(또는 흡착)된 정도는 서로 다르므로, 컬럼과 보조 컬럼에 서로 다른 농도의 화학약품을 적용하여 수지를 재생할 수 있다. 즉, 기존 컬럼에 남은 수지의 경우 보조 컬럼으로 이송된 수지보다 흡착된 정도가 작기 때문에 이 경우 기존 재생 시 사용하는 화학약품의 농도보다 낮은 농도의 화학약품을 사용할 수 있으므로, 전체적으로 재생에 사용되는 화학약품의 양을 상당부분 줄일 수 있다.

본 발명은 주 컬럼의 크기(부피 및 직경)가 클 경우, 주 컬럼에서 보조 컬럼으로 수지의 일부를 이송할 때 특정 높이 이상의 수지를 정확하게 이송하고, 이송에 사용되는 유체의 양과 이송 시간을 줄일 수 있는 이온교환수지 컬럼 장치 및 이온교환수지 재생 방법을 제공하고자 한다.

본 발명에 의한 이온교환수지 컬럼 장치는 주 컬럼, 보조 컬럼, 이송관, 및 수지 이송부를 포함한다. 주 컬럼은 이온교환수지로 이루어진 수지층을 충전층(packed bed) 형태로 수용하며, 피처리수를 공급받아 이온제거 공정이 이루어진다. 보조 컬럼은 유체를 수용하고, 이송된 수지를 재생한다. 이송관은 주 컬럼과 보조 컬럼에 연결 설치되며, 펌프와 결합된다. 수지 이송부는 이송관에 결합되고, 주 컬럼의 내부에 수직 방향으로 설치된다. 수지 이송부는 보조 컬럼으로부터 공급받은 유체를 고속으로 분출하는 노즐관과, 노즐관의 상측에 위치하며 유체와 수지를 흡입하여 보조 컬럼으로 이동시키는 디퓨저관을 포함한다.

노즐관의 상단에 위를 향해 뾰족한 노즐이 위치할 수 있고, 디퓨저관의 하단에 노즐과 거리를 두고 디퓨저가 위치할 수 있으며, 디퓨저의 하단은 디퓨저의 내부를 향해 경사진 경사면을 이룰 수 있다. 노즐관과 디퓨저관은 복수 개로 구비될 수 있다. 복수의 노즐관은 제1 연결관에 의해 일체로 연결될 수 있고, 복수의 디퓨저관은 제2 연결관에 의해 일체로 연결될 수 있다.

이송관은, 보조 컬럼의 하단과 노즐관을 연결하는 제1 배관과, 디퓨저관과 보조 컬럼의 상단을 연결하는 제2 배관을 포함할 수 있다. 펌프는 제1 배관에 설치되어 보조 컬럼의 유체를 노즐관으로 펌핑할 수 있다.

이송관은, 제1 배관의 제1 지점에서 분기되어 제1 지점과 주 컬럼의 상측을 연결하는 제3 배관과, 주 컬럼의 하단과 제1 배관의 제2 지점을 연결하는 제4 배관과, 보조 컬럼의 하단과 제3 배관을 연결하는 제5 배관을 포함할 수 있다. 펌프는 제1 배관에서 제1 지점과 제2 지점 사이에 위치할 수 있다.

주 컬럼의 내부에 메쉬 스크린이 위치하여 제4 배관으로 수지를 제외한 유체가 이동할 수 있다. 제3 배관과 제5 배관의 접속 지점에 이젝터가 위치할 수 있고, 펌프 주위의 제1 배관에 제1 분기관과 제2 분기관이 접속될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환수지 재생 방법은, 보조 컬럼의 유체가 펌프에 의해 가압된 후 노즐관에 공급되어 고속으로 분출됨과 동시에 디퓨저관이 유체와 수지를 흡입하여 보조 컬럼으로 이동시킴으로써 주 컬럼 수지층의 상측부가 보조 컬럼으로 이동하는 제1 이송 단계와, 주 컬럼과 보조 컬럼에 서로 다른 농도의 화학약품이 투입되어 수지층이 재생되는 재생 단계와, 보조 컬럼의 수지층이 주 컬럼으로 이동하여 주 컬럼에 재생이 완료된 수지층이 수용되는 제2 이송 단계를 포함한다.

이송관은, 보조 컬럼의 하단과 노즐관을 연결하는 제1 배관과, 디퓨저관과 보조 컬럼의 상단을 연결하는 제2 배관을 포함할 수 있고, 펌프는 제1 배관에 설치될 수 있다. 제1 이송 단계에서 제1 배관으로 유체가 이동할 수 있고, 제2 배관으로 유체와 수지가 이동할 수 있다.

제2 이송 단계에서, 보조 컬럼의 수지층은 유체와 함께 이젝터에 의해 흡입되어 주 컬럼으로 이동할 수 있고, 펌프는 주 컬럼에 수용된 유체를 가압하여 이젝터에 공급할 수 있다.

이온교환수지 컬럼 장치는 주 컬럼의 내부에서 고압의 유체를 분사하여 수지를 흡입하는 수지 이송부를 구비함에 따라, 수지층의 상측부를 정확하게 보조 컬럼으로 이동시킬 수 있고, 이송에 사용되는 유체의 양과 이송 시간을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한, 보조 컬럼에 수용된 유체를 이송 유체로 사용함으로써 이송용 유체 저장조를 생략하여 전체 구성을 간소화할 수 있고, 유체 손실을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환수지 컬럼 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 표시한 A 부분의 확대도이다.
도 3 내지 도 7은 이온교환수지 컬럼 장치의 작동 과정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 8은 도 1에 도시한 이온교환수지 컬럼 장치의 변형예를 나타낸 구성도이다.
도 9는 도 8의 B-B선을 기준으로 절개한 단면도이다.
도 10은 도 8의 C-C선을 기준으로 절개한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환수지 컬럼 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 표시한 A 부분의 확대도이다.

도 1과 도 2를 참고하면, 이온교환수지 컬럼 장치(100)는 이온교환수지로 이루어진 수지층(11)을 수용하는 주 컬럼(10)과, 유체를 수용하는 보조 컬럼(20)과, 주 컬럼(10)과 보조 컬럼(20)을 연결하는 이송관(30)과, 이송관(30)에 연결되며 주 컬럼(10)의 내부에 설치된 수지 이송부(40)를 포함한다.

주 컬럼(10)의 내부에는 수지층(11)을 지지하는 메쉬 스크린(12)이 위치한다. 수지층(11)은 항상 유체(예를 들어 물)에 잠겨 있으며, 메쉬 스크린(12)은 아래로 유체만 통과시킨다.

주 컬럼(10)에 공급된 피처리수는 수지층(11)을 통과하면서 특정 이온이 제거되고, 이온이 제거된 처리수가 주 컬럼(10)에서 배출된다. 주 컬럼(10)의 운전은 하향류(downflow)와 상향류(upflow) 중 어느 하나의 방식으로 진행된다. 하향류는 피처리수의 흐름 방향이 아래를 향하는 방식이고, 상향류는 피처리수의 흐름 방향이 위를 향하는 방식이다. 도 1에서는 하향류를 예로 들어 도시하였다.

주 컬럼(10)의 운전 과정에서 수지층(11)이 다져지면서 피처리수 중의 현탁 물질이 수지층(11) 상부에 가라앉아 들러붙는다. 다져진 수지층(11)을 풀어주고 현탁 물질을 제거하기 위해, 주 컬럼(10)의 하부로부터 상부를 향해 물을 통과시키는 역세(back wash)를 진행하게 된다. 종래의 컬럼은 역세를 위해 수지층 위로 수지층과 거의 같은 높이의 여유 높이(freeboard)를 확보하고 있다.

본 실시예의 주 컬럼(10)은 보조 컬럼(20)과 연계하여 이송관(30)을 통해 물을 이동시키며 역세를 진행할 수 있다. 따라서 주 컬럼(10)은 역세를 위한 여유 높이가 없거나 약간의 여유 높이를 가지는 충전층(packed bed) 형태로 수지층(11)을 수용할 수 있다. 또한, 충전층 형태의 주 컬럼(10)은 종래의 컬럼과 같은 직경을 가질 때 그 높이를 절반 가까이 낮출 수 있다.

주 컬럼(10)의 운전이 진행됨에 따라 수지층(11)의 이온교환 능력이 저하되므로, 처리수의 이온 농도가 목표 농도 이상으로 관측되기 시작하는 파과점에 도달하면 수지층(11)을 재생해야 한다. 이때 수지층(11)은 높이에 따라 이온교환 능력에 차이가 생긴다. 하향류의 경우 수지층 상측부의 이온교환수지가, 상향류의 경우 수지층 하측부의 이온교환수지가 집중적으로 이온교환 능력을 상실한다.

보조 컬럼(20)은 주 컬럼(10)의 역세와 수지층 재생을 위한 구성이고, 수지 이송부(40)는 주 컬럼(10)의 수지층(11) 가운데 특정 높이 이상의 수지층을 보조 컬럼으로 이송하기 위한 구성이다. 보조 컬럼(20)의 내부 용적은 주 컬럼(10)의 내부 용적과 같거나 이보다 약간 작을 수 있다. 보조 컬럼(20)은 수지층(11) 재생을 위한 유체(예를 들어 물)를 수용하는데, 유체는 보조 컬럼(20) 내부 공간의 대략 50% 내지 70% 정도를 차지할 수 있다.

수지 이송부(40)는 이송관(30)에 연결되며, 주 컬럼(10)의 내부에 수직 방향으로 설치된다. 수지 이송부(40)는 상단에 노즐(41)이 형성된 노즐관(42)과, 노즐관(42)의 상측에 위치하며 하단에 디퓨저(43)가 형성된 디퓨저관(44)을 포함한다. 노즐관(42)과 디퓨저관(44)은 수직 방향을 따라 일직선으로 정렬되며, 주 컬럼(10)의 내부 중앙에 위치할 수 있다.

노즐관(42)은 제1 내경(d1)을 가지며, 노즐(41)은 위를 향해 외경과 내경이 모두 작아지는 원뿔 형상을 이룬다. 디퓨저관(44)은 제1 내경(d1)보다 큰 제2 내경(d2)을 가지며, 디퓨저(43)의 내경은 노즐(41)의 분사구 직경보다 크다. 수직 방향에 따른 디퓨저(43)의 길이는 노즐(41)의 길이보다 크며, 디퓨저(43)의 내경 일부는 위를 향해 제2 내경(d2)에 이르도록 완만하게 커진다.

디퓨저(43)는 수지 흡입이 가능하도록 노즐(41)과 작은 틈새를 사이에 두고 위치하며, 디퓨저(43)의 하단은 유체와 수지의 흡입이 원활하도록 디퓨저(43)의 내부를 향해 경사진 경사면으로 이루어질 수 있다. 노즐관(42)은 보조 컬럼(20)으로부터 펌프(P)에 의해 가압된 유체를 공급받을 수 있고, 디퓨저관(44)은 노즐관(42)과 다른 경로로 보조 컬럼(20)에 연결되어 흡입된 유체와 수지를 보조 컬럼(20)으로 이동시킬 수 있다.

수지 이송부(40)는 주 컬럼(10)의 내부에 설치된 일종의 이젝터 구조로서, 노즐(41)에서 고압의 유체를 고속으로 분사하면 주위 압력이 낮아지면서 노즐(41) 주변의 수지가 디퓨저(43)로 빨려 들어간다. 그리고 디퓨저(43)로 흡입된 수지만큼 그 윗부분의 수지가 하강하여 빈자리를 채우며, 결과적으로 전체 수지층(11) 가운데 노즐(41)보다 높은 곳에 위치한 수지가 보조 컬럼(20)으로 이동할 수 있다.

수지 이송부(40)는 주 컬럼(10)의 수지층(11) 가운데 주 컬럼(10)에 남기고자 하는 부분과 보조 컬럼(20)으로 이송하고자 하는 부분의 경계에 맞추어 노즐(41)과 디퓨저(43)를 배치한다. 예를 들어 수지 이송부(40)의 노즐(41)과 디퓨저(43)는 주 컬럼(10) 전체 높이의 절반이 되는 지점에 위치할 수 있으나, 이러한 예시로 한정되지 않는다.

이송관(30)은, 보조 컬럼(20)의 하단과 노즐관(42)을 연결하는 제1 배관(L1)과, 디퓨저관(44)과 보조 컬럼(20)의 상단을 연결하는 제2 배관(L2)과, 제1 배관(L1)의 제1 지점(P1)에서 분기되어 제1 지점(P1)과 주 컬럼(10)의 상측을 연결하는 제3 배관(L3)과, 주 컬럼(10)의 하단과 제1 배관(L1)의 제2 지점(L2)을 연결하는 제4 배관(L4)과, 보조 컬럼(20)의 하단과 제3 배관(L3)을 연결하는 제5 배관(L5)을 포함할 수 있다.

제1 배관(L1)의 제1 지점(P1)과 제2 지점(P2) 사이에 펌프(P)가 설치되고, 펌프(P)의 전단과 후단에 각각 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)가 위치할 수 있다. 제1 배관(L1)에는 제1 분기관(L6)과 제2 분기관(L7)이 접속될 수 있다. 제1 분기관(L6)의 일단은 제1 밸브(V1)의 전단에 접속되고, 반대측 일단은 펌프(P)와 제2 밸브(V2) 사이에 접속된다. 제2 분기관(L7)의 일단은 제1 밸브(V1)와 펌프(P) 사이에 접속되며, 반대측 일단은 제2 밸브(V2)의 후단에 접속된다.

제1 분기관(L6)에 제3 밸브(V3)가 위치할 수 있고, 제2 분기관(L7)에 제4 밸브(V4)가 위치할 수 있다. 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2) 개방 시 제3 밸브(V3)와 제4 밸브(V4)는 닫힌 상태를 유지하며, 제3 밸브(V3)와 제4 밸브(V4) 개방 시 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)는 닫힌 상태를 유지한다.

제1 배관(L1) 중 보조 컬럼(20)의 하단과 제1 지점(P1) 사이에 제5 밸브(V5)가 위치할 수 있고, 제1 배관(L1) 중 노즐관(42)과 제2 지점(P2) 사이에 제6 밸브(V6)가 위치할 수 있다. 보조 컬럼(20)의 내부에는 메쉬 스크린이 위치하지 않으며, 보조 컬럼(20)에 접속된 제1 배관(L1)의 상단에 스크린(50)(예를 들어, 존슨 스크린)이 설치되어 유체만 통과시킬 수 있다.

제4 배관(L4)에 제7 밸브(V7)가 위치할 수 있고, 제5 배관(L5)에 제8 밸브(V8)가 위치할 수 있다. 그리고 제3 배관(L3)과 제5 배관(L5)의 접속 지점에 이젝터(60)가 위치할 수 있다. 제5 밸브(V5)와 제6 밸브(V6) 개방 시 제7 밸브(V7)와 제8 밸브(V8)는 닫힌 상태를 유지하며, 제7 밸브(V7)와 제8 밸브(V8) 개방 시 제5 밸브(V5)와 제6 밸브(V6)는 닫힌 상태를 유지한다.

다음으로, 이온교환수지 컬럼 장치(100)의 이온교환수지 재생 방법에 대해 설명한다. 본 실시예에 의한 이온교환수지 재생 방법은 주 컬럼(10) 수지층(11)의 상측부가 보조 컬럼(20)으로 이동하는 제1 이송 단계와, 주 컬럼(10)과 보조 컬럼(20)에서 동시에 수지층 재생이 이루어지는 재생 단계와, 재생이 완료된 보조 컬럼(20)의 수지층이 주 컬럼(10)으로 이동하는 제2 이송 단계를 포함한다.

도 3 내지 도 7은 이온교환수지 컬럼 장치의 작동 과정을 설명하기 위한 구성도이다. 이송관(30) 중 유체가 흐르는 부분은 굵은 선으로 표시하였다.

도 3을 참고하면, 운전이 종료된 주 컬럼(10)에서 수지층(11)은 높이에 따라 이온교환 정도가 다른 상태를 보인다. 하향류의 경우 수지층(11)의 상측부(11A)가 하측부(11B)보다 이온교환 능력을 더 크게 상실한다. 상측부(11A)의 이송을 위해 제1 밸브(V1), 제2 밸브(V2), 제5 밸브(V5), 및 제6 밸브(V6)가 개방되고, 펌프(P)가 작동한다.

그러면 보조 컬럼(20)의 유체가 제1 배관(L1)을 통해 노즐관(42)으로 공급되고, 노즐관(42)에 공급된 고압의 유체는 주 컬럼(10)의 내부에서 노즐(41)을 통해 고속으로 분사된다. 이때 노즐(41)의 주변 압력이 낮아지면서 노즐(41) 주변의 수지가 디퓨저(43)로 흡입되며, 디퓨저(43)에 흡입된 수지와 유체는 디퓨저관(44)과 제2 배관(L2)을 통해 보조 컬럼(20)으로 이동한다.

주 컬럼(10) 수지층(11) 이동을 위해, 주 컬럼(10)의 측벽에 복수의 유체 공급부가 설치되어 주 컬럼(10)의 내부로 유체를 공급하는 경우를 가정하면, 주 컬럼(10)의 직경이 작은 경우에는 효율적이나, 주 컬럼(10)의 직경이 큰 경우에는 수지층(11) 이송에 효과적이지 않다. 본 실시예의 수지 이송부(40)는 주 컬럼(10)의 내부 중앙에 위치함으로써 직경이 큰 주 컬럼(10)에서 수지층(11)의 일부를 효과적으로 이동시킬 수 있다.

도 4를 참고하면, 주 컬럼(10)에는 노즐(41)보다 아래에 위치한 수지층의 하측부(11B)가 남고, 보조 컬럼(20)에는 이송된 수지층의 상측부(11A)가 위치한다. 수지층 상측부(11A)의 이송이 완료되면, 제1 밸브(V1), 제2 밸브(V2), 제5 밸브(V5), 및 제6 밸브(V6)가 닫힌다.

본 실시예는 이송 유체로서 별도의 저장조에 저장된 유체를 사용하지 않고 보조 컬럼(20)에 수용된 유체를 사용한다. 처음 보조 컬럼(20)에 저장된 유체는 주기적으로 주 컬럼(10)과 보조 컬럼(20) 사이를 이동하며, 손실이 발생하지 않는다. 본 실시예의 이온교환수지 컬럼 장치(100)는 이송용 유체 저장조를 생략하여 전체 구성을 간소화할 수 있고, 유체 손실을 억제할 수 있다.

도 5를 참고하면, 주 컬럼(10)과 보조 컬럼(20)에 농도가 다른 화학약품이 투입되어 수지층(11)의 재생이 이루어진다. 하향류의 경우, 보조 컬럼(20)에 고농도의 화학약품이 투입되고, 주 컬럼(10)에 저농도의 화학약품이 투입된다. 저농도의 화학약품을 사용함에 따라, 수지의 재생과정에 소모되는 전체 화학약품의 사용량, 즉 폐액 발생량을 줄일 수 있다.

도 6을 참고하면, 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4), 제7 밸브(V7), 및 제8 밸브(V8)가 개방되고, 펌프(P)가 작동한다. 그러면 주 컬럼(10)에 수용된 유체가 제4 배관(L4)을 통해 배출되고, 제2 분기관(L7)을 거쳐 펌프(P)에 의해 가압되며, 제1 분기관(L6)을 거쳐 이젝터(60)에 고압으로 공급된다. 이때 주 컬럼(10)의 내부에는 메쉬 스크린(12)이 위치하므로 유체만 제4 배관(L4)으로 배출된다.

이젝터(60)는 유체의 압력에 의해 보조 컬럼(20)의 유체와 수지를 제5 배관(L5)을 통해 흡입하고, 제3 배관(L3)으로 토출한다. 보조 컬럼(20)의 유체와 수지는 제3 배관(L3)을 통해 다시 주 컬럼(10)으로 이동한다. 도 7을 참고하면, 주 컬럼(10)에는 재생이 완료된 수지층(11)이 위치하고, 보조 컬럼(20)에는 유체가 위치한다.

도 1 내지 도 7을 참고하면, 본 실시예의 이온교환수지 컬럼 장치(100)는 주 컬럼(10)의 내부에서 고압의 유체를 분사하여 수지를 흡입하는 수지 이송부(40)를 구비함에 따라, 수지층(11)의 상측부(11A)를 정확하게 보조 컬럼(20)으로 이동시킬 수 있고, 이송에 사용되는 유체의 양과 이송 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 7에서는 하나의 주 컬럼(10)을 도시하였으나, 주 컬럼(10)은 제1 컬럼과 제2 컬럼의 조합으로 구성될 수 있다. 제1 컬럼과 제2 컬럼은 도 1에 도시한 주 컬럼(10)과 같은 구성을 가지며, 보조 컬럼(20)과 연결된다. 제1 컬럼이 운전 중일 때 제2 컬럼과 보조 컬럼(20)에서 수지 재생이 이루어지고, 제2 컬럼이 운전 중일 때 제1 컬럼과 보조 컬럼(20)에서 수지 재생이 이루어진다.

기존 이온교환수지 재생 방식의 경우, 생산수 저장탱크의 생산수를 수지 이송에 사용하였는데, 이 경우 수지 이송에 사용되는 유체의 양이 상당하여 생산수의 손실이 크다. 반면, 본 실시예에 따른 이온교환수지의 재생 방법은 수지를 이송하기 위해 보조 컬럼(20)에 저장된 유체만 이용하므로, 생산수의 손실을 줄일 수 있다.

도 8은 도 1에 도시한 이온교환수지 컬럼 장치의 변형예를 나타낸 구성도이다. 도 9는 도 8의 B-B선을 기준으로 절개한 단면도이고, 도 10은 도 8의 C-C선을 기준으로 절개한 단면도이다.

도 8 내지 도 10을 참고하면, 변형예의 이온교환수지 컬럼 장치(200)에서 수지 이송부(40)는 복수의 노즐관(42)과 복수의 디퓨저관(44)으로 구성된다. 복수의 노즐관(42)의 하단은 제1 연결관(45)에 의해 일체로 연결되며, 복수의 디퓨저관(44)의 상단은 제2 연결관(46)에 의해 일체로 연결된다. 제1 배관(L1)은 제1 연결관(45)에 접속되고, 제2 배관(L2)은 제2 연결관(46)에 접속된다.

복수의 노즐관(42)과 복수의 디퓨저관(44)은 주 컬럼(10)의 내부에서 일정한 거리를 두고 떨어져 위치한다. 도 8 내지 도 10에서는 네 개의 노즐관(42)과 네 개의 디퓨저관(44)으로 구성된 수지 이송부(40)를 도시하였으나, 노즐관(42) 및 디퓨저관(44)의 개수와 배치 상태는 도시한 예시로 한정되지 않는다.

도 9와 도 10에서는 네 개의 노즐관(42) 중 두 개의 노즐관(42)과, 네 개의 디퓨저관(44) 중 두 개의 디퓨저관(44)이 가로 방향을 따라 정렬되고, 네 개의 노즐관(42) 중 나머지 두 개의 노즐관(42)과, 네 개의 디퓨저관(44) 중 나머지 두 개의 디퓨저관(44)이 세로 방향을 따라 정렬된 경우를 예로 들어 도시하였다.

변형예의 이온교환수지 컬럼 장치(200)에서, 복수의 디퓨저관(44)은 주 컬럼(10)에서 같은 높이에 있는 수지를 동시에 흡입하여 보조 컬럼(20)으로 이동시킨다. 따라서 직경이 큰 주 컬럼(10)의 경우, 변형예의 수지 이송부(40)가 수지층(11) 이송에 효율적이며, 수지층(11)의 이송 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100, 200: 이온교환수지 컬럼 장치
10: 주 컬럼 11: 수지층
12: 메쉬 스크린 20: 보조 컬럼
30: 이송관 L1~L5: 제1~제5 배관
L6, L7: 제1, 2 분기관 V1~V8: 제1~제8 밸브
40: 수지 이송부 41: 노즐
42: 노즐관 43: 디퓨저
44: 디퓨저관 45: 제1 연결관
46: 제2 연결관 50: 스크린
60: 이젝터

Claims

이온교환수지로 이루어진 수지층을 충전층(packed bed) 형태로 수용하며, 피처리수를 공급받아 이온제거 공정이 이루어지는 주 컬럼;
유체를 수용하고, 이송된 수지를 재생하는 보조 컬럼;
상기 주 컬럼과 상기 보조 컬럼에 연결 설치되며, 펌프와 결합된 이송관; 및
상기 이송관에 결합되고, 상기 주 컬럼의 내부에 수직 방향으로 설치된 수지 이송부를 포함하며,
상기 수지 이송부는, 상기 보조 컬럼으로부터 공급받은 유체를 고속으로 분출하는 노즐관과, 상기 노즐관의 상측에 위치하며 유체와 수지를 흡입하여 상기 보조 컬럼으로 이동시키는 디퓨저관을 포함하는 이온교환수지 컬럼 장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐관의 상단에 위를 향해 뾰족한 노즐이 위치하고, 상기 디퓨저관의 하단에 상기 노즐과 거리를 두고 디퓨저가 위치하며, 상기 디퓨저의 하단은 상기 디퓨저의 내부를 향해 경사진 경사면을 이루는 이온교환수지 컬럼 장치.
제2항에 있어서,
상기 노즐관과 상기 디퓨저관은 복수 개로 구비되고, 상기 복수의 노즐관은 제1 연결관에 의해 일체로 연결되며, 상기 복수의 디퓨저관은 제2 연결관에 의해 일체로 연결되는 이온교환수지 컬럼 장치.
제1항에 있어서,
상기 이송관은, 상기 보조 컬럼의 하단과 상기 노즐관을 연결하는 제1 배관과, 상기 디퓨저관과 상기 보조 컬럼의 상단을 연결하는 제2 배관을 포함하며,
상기 펌프는 상기 제1 배관에 설치되어 상기 보조 컬럼의 유체를 상기 노즐관으로 펌핑하는 이온교환수지 컬럼 장치.
제4항에 있어서,
상기 이송관은, 상기 제1 배관의 제1 지점에서 분기되어 상기 제1 지점과 상기 주 컬럼의 상측을 연결하는 제3 배관과, 상기 주 컬럼의 하단과 상기 제1 배관의 제2 지점을 연결하는 제4 배관과, 상기 보조 컬럼의 하단과 상기 제3 배관을 연결하는 제5 배관을 포함하며,
상기 펌프는 상기 제1 배관에서 상기 제1 지점과 상기 제2 지점 사이에 위치하는 이온교환수지 컬럼 장치.
제5항에 있어서,
상기 주 컬럼의 내부에 메쉬 스크린이 위치하여 상기 제4 배관으로 수지를 제외한 유체가 이동하고, 상기 제3 배관과 상기 제5 배관의 접속 지점에 이젝터가 위치하며, 상기 펌프 주위의 상기 제1 배관에 제1 분기관과 제2 분기관이 접속되는 이온교환수지 컬럼 장치.
제1항의 이온교환수지 컬럼 장치를 이용한 이온교환수지 재생 방법으로서,
상기 보조 컬럼의 유체가 상기 펌프에 의해 가압된 후 상기 노즐관에 공급되어 고속으로 분출됨과 동시에 상기 디퓨저관이 유체와 수지를 흡입하여 상기 보조 컬럼으로 이동시킴으로써 상기 주 컬럼 수지층의 상측부가 상기 보조 컬럼으로 이동하는 제1 이송 단계;
상기 주 컬럼과 상기 보조 컬럼에 서로 다른 농도의 화학약품이 투입되어 수지층이 재생되는 재생 단계; 및
상기 보조 컬럼의 수지층이 상기 주 컬럼으로 이동하여 상기 주 컬럼에 재생이 완료된 수지층이 수용되는 제2 이송 단계를 포함하는 이온교환수지 재생 방법.
제7항에 있어서,
상기 이송관은, 상기 보조 컬럼의 하단과 상기 노즐관을 연결하는 제1 배관과, 상기 디퓨저관과 상기 보조 컬럼의 상단을 연결하는 제2 배관을 포함하며, 상기 펌프는 상기 제1 배관에 설치되고,
상기 제1 이송 단계에서 상기 제1 배관으로 유체가 이동하고, 상기 제2 배관으로 유체와 수지가 이동하는 이온교환수지 재생 방법.
제7항에 있어서,
상기 제2 이송 단계에서 상기 보조 컬럼의 수지층은 유체와 함께 이젝터에 의해 흡입되어 상기 주 컬럼으로 이동하고, 상기 펌프는 상기 주 컬럼에 수용된 유체를 가압하여 상기 이젝터에 공급하는 이온교환수지 재생 방법.