KR102662767B1 - Submerged flow-electrode capacitive deionization system with hydrocyclone device - Google Patents

Submerged flow-electrode capacitive deionization system with hydrocyclone device Download PDF

Info

Publication number
KR102662767B1
KR102662767B1 KR1020230073079A KR20230073079A KR102662767B1 KR 102662767 B1 KR102662767 B1 KR 102662767B1 KR 1020230073079 A KR1020230073079 A KR 1020230073079A KR 20230073079 A KR20230073079 A KR 20230073079A KR 102662767 B1 KR102662767 B1 KR 102662767B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow electrode
electrode
submerged
flow
reservoir
Prior art date
Application number
KR1020230073079A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
임지훈
이현철
Original Assignee
임지훈
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 임지훈 filed Critical 임지훈
Priority to KR1020230073079A priority Critical patent/KR102662767B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102662767B1 publication Critical patent/KR102662767B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C02F1/4691Capacitive deionisation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/428Membrane capacitive deionization
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/38Treatment of water, waste water, or sewage by centrifugal separation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 침지식 흐름 전극 저수조, 상기 침지식 흐름 전극 저수조로부터 유입된 혼합물을 고체 혼합물과 액체 혼합물로 분리시키는 사이클론 장치, 상기 사이클론 장치에서 분리된 고체 혼합물과 물을 혼합하는 흐름 전극 저수조 및 상기 흐름 전극 저수조에 물을 공급하는 외부 저수조를 포함하는 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템으로서, 상기 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템은 상기 사이클론 장치에서 분리된 고체 혼합물이 상기 침지식 흐름 전극 저수조로 유입되는 순환 구조를 갖는, 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a submerged flow electrode reservoir, a cyclone device that separates the mixture flowing from the submerged flow electrode reservoir into a solid mixture and a liquid mixture, a flow electrode reservoir that mixes the solid mixture separated in the cyclone device with water, and the flow. A submerged flow electrode capacitive deionization system comprising an external reservoir supplying water to an electrode reservoir, wherein the solid mixture separated in the cyclone device flows into the submerged flow electrode reservoir. It relates to a submerged flow electrode capacitive deionization system having an inlet circulation structure.

Description

사이클론 장치를 이용한 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템{SUBMERGED FLOW-ELECTRODE CAPACITIVE DEIONIZATION SYSTEM WITH HYDROCYCLONE DEVICE}Submerged flow electrode capacitive deionization system using a cyclone device {SUBMERGED FLOW-ELECTRODE CAPACITIVE DEIONIZATION SYSTEM WITH HYDROCYCLONE DEVICE}

본 발명은 사이클론 장치를 이용한 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템에 관한 것으로서, 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템 내에 사이클론 장치를 도입하여 하나의 탈이온화 시스템으로 구현함으로써 사이클론 장치로 고농도의 이온수를 제거하고 흐름 전극을 재생하여 지속적인 운전이 가능하고, 대용량의 탈이온화 수행이 가능한 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a immersed flow electrode capacitive deionization system using a cyclone device. The cyclone device is introduced into the immersed flow electrode capacitive deionization system and implemented as a single deionization system, thereby producing highly concentrated ionized water using the cyclone device. It relates to a submerged flow electrode capacitive deionization system that allows continuous operation by removing and regenerating the flow electrode, and is capable of performing large-capacity deionization.

수질오염 및 물부족에 대비한 정수 또는 폐수처리, 해수 담수화와 같은 수처리 분야에서 매우 낮은 에너지 비용만으로 수처리가 가능한 공정, 즉, 축전식 탈이온화(Capacitive Deionization: CDI) 공정에 대한 개발 및 연구가 진행되고 있다.In water treatment fields such as water purification, wastewater treatment, and seawater desalination in preparation for water pollution and water shortages, development and research are being conducted on a process that allows water treatment with very low energy costs, that is, the capacitive deionization (CDI) process. It is becoming.

최근에는 흐름 전극 축전식 탈이온화(FCDI)로 불리는 새로운 CDI 접근법이 제안되고 있으며, 대용량의 수처리를 위하여 전극의 대면적화를 통한 공정 효율성을 향상시키는 한편, 설비와 장비 공간을 많이 차지하는 공간 상의 한계점을 극복할 수 있는 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치가 개발되었다.Recently, a new CDI approach called flow electrode capacitive deionization (FCDI) has been proposed. It improves process efficiency by enlarging the electrode area for large-capacity water treatment, while eliminating the space limitations of taking up a lot of facility and equipment space. An immersed flow electrode capacitive deionization device that can overcome this problem has been developed.

FCDI는 흐름 전극 축전식 탈염공정으로서 이온 제거에 탁월한 성능을 보이는 전기화학적 수처리 기술이며, 흐름 전극을 활용함으로써 기존 탈염공정(CDI) 및 막 탈염공정(MCDI)에서 사용되던 고체 형태의 전극 대비 획기적으로 증가한 표면적으로 이온흡착 성능이 향상된 효과를 갖는다.FCDI is a flow electrode capacitive desalination process and is an electrochemical water treatment technology that shows excellent performance in removing ions. By utilizing flow electrodes, it is dramatically improved compared to the solid electrodes used in the existing desalination process (CDI) and membrane desalination process (MCDI). The increased surface area has the effect of improving ion adsorption performance.

그러나, 흐름 전극을 이용한 탈이온화 장치는 탈이온화 공정을 반복 수행함에 따라, 흐름 전극 내의 이온량이 증가하게 되고, 이로 인하여 흐름 전극 내의 이온 포화도에 영향을 미쳐, 흐름 전극의 운전이 어려워지는 문제가 발생될 수 있다.However, as the deionization device using a flow electrode repeatedly performs the deionization process, the amount of ions in the flow electrode increases, which affects the ion saturation in the flow electrode, making operation of the flow electrode difficult. It can be.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 기존의 흐름 전극에서 활용되는 전극 재생 기술인 대한민국 등록특허 제1692387호는 전기적 단락에 의한 전극재생이 가능한 흐름 전극장치와 이를 이용한 축전식 탈염장치에 관한 것으로서, 양이온으로 충전된 흐름 전극과 음이온으로 충전된 흐름 전극의 통합 및 단락에 의하여 전극을 재생할 수 있는 흐름 전극장치를 개시하고 있다.To solve this problem, Republic of Korea Patent No. 1692387, which is an electrode regeneration technology used in existing flow electrodes, relates to a flow electrode device capable of electrode regeneration by electrical short circuit and a capacitive desalination device using the same. A flow electrode device capable of regenerating an electrode by integrating and short-circuiting a flow electrode and a flow electrode charged with negative ions is disclosed.

상기 기술은 흐름 양극과 흐름 음극의 통합에 의한 전기적 단락을 이용하여 전극을 재생하는 방법을 개시하고 있으나, 전기적 단락을 통해서는 전극의 재생이 가능하긴 하나, 흐름 전극 전체로서는 이온의 양이 증가하게 되어 지속적인 탈이온화를 수행하기 어려워, 보다 대단위의 용량을 처리하기에는 한계점이 있다.The above technology discloses a method of regenerating an electrode using an electrical short circuit by integrating a flow anode and a flow cathode. Although regeneration of the electrode is possible through an electrical short circuit, the amount of ions in the flow electrode as a whole increases. It is difficult to perform continuous deionization, and there are limitations in processing larger volumes.

본 발명자가 앞서 출원한 대한민국 특허출원 제2021-0186148호에서는 기존의 흐름 전극 탈이온화 장치와 대비하여, 전극의 표면적을 획기적으로 증가시켜 공정 효율성을 향상시키는 한편, 흐름 양극과 흐름 음극을 통합하여 설치 공간을 줄인 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛과 이를 이용한 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치에 관한 기술을 제시한 바 있다.In Korean Patent Application No. 2021-0186148, previously filed by the present inventor, compared to existing flow electrode deionization devices, process efficiency is improved by dramatically increasing the surface area of the electrode, while the flow anode and flow cathode are integrated and installed. A technology regarding a cartridge unit for multiple flow electrodes with reduced space and a immersed flow electrode capacitive deionization device using the same has been presented.

본 발명은 앞선 기술의 연장선에서, 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치의 지속적인 전극 재생을 통하여 대용량 수처리가 가능하며, 설치 공간의 감축 및 공정 수행 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치의 통합 시스템에 관한 신규 기술에 관한 것이다.The present invention is an extension of the previous technology and enables large-capacity water treatment through continuous electrode regeneration of the immersed flow electrode capacitive deionization device, which can reduce installation space and greatly improve process performance efficiency. It relates to new technologies for integrated systems of deionization devices.

(0001) 대한민국 등록특허 제1692387호(2016.12.28)(0001) Republic of Korea Patent No. 1692387 (2016.12.28)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 탈염공정이나 막 탈염공정과 대비하여 이온 흡착 성능이 향상된 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치를 이용하되, 기존과 대비하여 처리 용량이 획기적으로 증대된 효과를 갖도록 지속적인 전극 재생 수단을 구비한 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the above problems, using a submerged flow electrode capacitive deionization device with improved ion adsorption performance compared to the existing desalting process or membrane desalting process, but with a dramatically improved processing capacity compared to the existing one. The object is to provide a submerged flow electrode capacitive deionization system equipped with continuous electrode regeneration means to have increased effectiveness.

본 발명은, 표면적을 극대화하여 이온흡착 성능을 향상시킴으로써, 탈이온화 성능이 향상된 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치를 이용하여 손쉬운 대면적화가 가능하며, 설치공간을 감소시킬 수 있는 탈이온화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a deionization system that can be easily expanded to a large area and reduces installation space by using a submerged flow electrode capacitive deionization device with improved deionization performance by maximizing the surface area to improve ion adsorption performance. The purpose is to provide

본 발명은 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치와 사이클론 장치를 이용하여 흐름 전극에서 회수된 혼합물로부터 고농도의 이온수를 분리, 제거하여, 지속적인 흐름 전극의 재생이 가능한 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is a submerged flow electrode capacitive deionization system that separates and removes high concentration ion water from the mixture recovered from the flow electrode using a submerged flow electrode capacitive deionization device and a cyclone device, enabling continuous regeneration of the flow electrode. The purpose is to provide.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템은, 침지식 흐름 전극 저수조, 상기 침지식 흐름 전극 저수조로부터 유입된 혼합물을 고체 혼합물과 액체 혼합물로 분리시키는 사이클론 장치, 상기 사이클론 장치에서 분리된 고체 혼합물과 물을 혼합하는 흐름 전극 저수조 및 상기 흐름 전극 저수조에 물을 공급하는 외부 저수조를 포함하고, 상기 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템은 상기 사이클론 장치에서 분리된 고체 혼합물이 상기 침지식 흐름 전극 저수조로 유입되는 순환 구조를 갖는다.In order to solve the above problems, the submerged flow electrode capacitive deionization system according to the present invention includes a submerged flow electrode reservoir and a cyclone that separates the mixture flowing from the submerged flow electrode reservoir into a solid mixture and a liquid mixture. an apparatus, comprising a flow electrode reservoir mixing water with the solid mixture separated from the cyclone device and an external reservoir supplying water to the flow electrode reservoir, wherein the submerged flow electrode capacitive deionization system is separated from the cyclone device. It has a circulation structure in which the solid mixture flows into the submerged flow electrode reservoir.

본 발명에 있어서, 상기 액체 혼합물은 상기 침지식 흐름 전극 저수조에서 생성된 이온을 포함할 수 있다.In the present invention, the liquid mixture may include ions generated in the submerged flow electrode reservoir.

본 발명에 있어서, 상기 침지식 흐름 전극 저수조는 유입수가 흐르는 제1 방향의 말단에서 상기 사이클론 장치와 연결될 수 있다.In the present invention, the submerged flow electrode reservoir may be connected to the cyclone device at an end in a first direction in which influent water flows.

본 발명에 있어서, 상기 침지식 흐름 전극 저수조와 상기 사이클론 장치는 각각 펌프와 연결될 수 있다.In the present invention, the submerged flow electrode reservoir and the cyclone device may each be connected to a pump.

본 발명에 있어서, 상기 침지식 흐름 전극 저수조는, 내부에 채워진 물에 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛이 제1 방향을 따라 상호 대향하게 이격된 상태로 배치되는 카트리지 어레이부, 각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 내부의 흐름 전극 채널을 외부로 연통시키는 한 쌍의 연통구 중 어느 하나씩에 병렬로 연결되어 각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 흐름 전극 채널로 전극 용액이 유입되는 유입 파이프, 한 쌍의 상기 연통구 중 다른 하나씩에 병렬로 연결되어 상기 흐름 전극 채널로 유입되어 흐르는 상기 전극 용액이 상기 흐름 전극 채널 외부로 배출되는 배출 파이프, 상기 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛이 상기 제1 방향으로 교대로 양극 및 음극을 형성하도록 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 각 전극 단자에 교번하여 각각 병렬로 연결되는 캐소드 라인과 애노드 라인을 포함할 수 있다.In the present invention, the immersed flow electrode reservoir includes a cartridge array unit in which a plurality of cartridge units for flow electrodes are disposed in a state spaced apart from each other to face each other along a first direction in water filled therein, each of the cartridge units for the flow electrodes an inlet pipe connected in parallel to one of a pair of communication ports communicating the flow electrode channel inside the cartridge unit to the outside, through which the electrode solution flows into the flow electrode channel of each flow electrode cartridge unit, a pair of A discharge pipe connected in parallel to each other of the communication ports and through which the electrode solution flowing into the flow electrode channel is discharged out of the flow electrode channel, the plurality of cartridge units for flow electrodes alternately in the first direction. It may include a cathode line and an anode line alternately connected in parallel to each electrode terminal of the plurality of cartridge units for flow electrodes to form an anode and a cathode.

상세하게는, 상기 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛은 한 쌍씩의 상기 연통구가 상기 제1 방향을 따라 배열되도록 배치되어, 상기 유입 파이프 및 상기 배출 파이프가 각각 상기 제1 방향을 따라 연장된 상태로 상호 대향하게 마주하는 것일 수 있다.In detail, the plurality of cartridge units for flow electrodes are arranged so that each pair of communication ports are arranged along the first direction, and the inlet pipe and the outlet pipe each extend along the first direction. It may be that they face each other opposite to each other.

또한, 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛은 상기 제1 방향으로 상호 이격된 상태로 대향하게 배치되는 한 쌍의 다공성 집전판, 각각의 상기 다공성 집전판의 상기 제1 방향으로의 외측면에 각각 위치하는 한 쌍의 이온 분리막, 각각의 상기 이온 분리막이 상기 제1 방향으로 노출되도록 한 쌍의 상기 다공성 집전판 및 한 쌍의 상기 이온 분리막을 감싸, 한 쌍의 상기 다공성 집전판 사이에 흐름 전극 채널을 형성하는 채널 프레임, 상기 채널 프레임에 형성되고, 상기 흐름 전극 채널을 외부로 연통시키는 한 쌍의 연통구 및 상기 채널 프레임에 형성되어 상기 다공성 집전판과 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함할 수 있다.In addition, the cartridge unit for flow electrode includes a pair of porous current collector plates facing each other while being spaced apart from each other in the first direction, as long as each is located on an outer surface of each of the porous current collector plates in the first direction. A pair of ion separators, a pair of porous current collectors, and a pair of ion separators wrapped so that each ion separator is exposed in the first direction, forming a flow electrode channel between the pair of porous current collectors. It may include a channel frame, a pair of communication ports formed on the channel frame and communicating the flow electrode channel to the outside, and an electrode terminal formed on the channel frame and electrically connected to the porous current collector plate.

본 발명에 따르면 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 탈염공정이나 막 탈염공정과 대비하여 이온 흡착 성능이 향상된 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치를 이용하되, 기존과 대비하여 처리 용량이 획기적으로 증대된 효과를 갖도록 지속적으로 전극 재생이 가능한 효과를 갖는다.According to the present invention, the present invention is intended to solve the above problems, using a submerged flow electrode capacitive deionization device with improved ion adsorption performance compared to the existing desalting process or membrane desalting process, but compared to the existing deionization process. It has the effect of continuously regenerating electrodes so that the processing capacity is dramatically increased.

본 발명은, 표면적을 극대화하여 이온 흡착 성능을 향상시킴으로써, 탈이온화 성능이 향상된 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치를 이용하여 손쉬운 대면적화가 가능하며, 설치공간을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.The present invention improves ion adsorption performance by maximizing the surface area, so that it is possible to easily increase the area by using a submerged flow electrode capacitive deionization device with improved deionization performance, and has the effect of reducing installation space.

본 발명은 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치와 사이클론 장치를 하나의 시스템에서 순환하는 구조로 구성함으로써, 흐름 전극에서 회수된 혼합물의 이온 농도를 저감 시켜, 지속적인 흐름 전극의 재생이 가능한 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템을 제공한다.The present invention consists of a structure in which a immersed flow electrode capacitive deionization device and a cyclone device are circulated in one system, thereby reducing the ion concentration of the mixture recovered from the flow electrode and enabling continuous regeneration of the flow electrode. An electrode capacitive deionization system is provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템에 포함된 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 장치에서 고체 혼합물과 액체 혼합물의 이동을 나타낸 모식도이다.
1 is a schematic diagram of a submerged flow electrode capacitive deionization system according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing a submerged flow electrode capacitive deionization device included in the submerged flow electrode capacitive deionization system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing the movement of a solid mixture and a liquid mixture in a cyclone device according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.Hereinafter, each configuration of the present invention will be described in more detail so that those skilled in the art can easily implement it. However, this is only an example, and the scope of rights of the present invention is determined by the following contents. Not limited.

본 발명에 사용된 "바람직한" 또는 "바람직하게는"은 특정 조건에서 특정 장점을 갖는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 그러나, 다른 실시예 또한 동일 조건 또는 다른 조건에서 바람직할 수 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 실시예는 다른 실시예가 유용하지 않다는 것을 의미하는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에 있는 다른 실시예를 배제하는 것도 아니다.As used herein, “preferred” or “preferably” refers to an embodiment of the invention that has certain advantages under certain conditions. However, other embodiments may also be preferred under the same or different conditions. Additionally, the identification of one or more preferred embodiments does not mean that other embodiments are not useful, nor does it exclude other embodiments that are within the scope of the invention.

본 명세서에 사용된 "포함한다"는 용어는 본 발명에 유용한 재료, 조성물, 장치, 및 방법들을 나열할 때 사용되며 그 나열된 예에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term “comprising” is used to list materials, compositions, devices, and methods useful in the present invention and is not limited to the listed examples.

특히, 본 발명에서 "포함한다"는 용어는 구성요소를 그대로 포함하는 상태, 구성요소를 전구물질로 하여 가공된 상태, 가공된 후에 구성요소를 만족하는 상태 등과 같이 다양한 상태를 지칭하는 것이며, 그 나열된 예에 제한되는 것은 아니다.In particular, in the present invention, the term "comprising" refers to various states, such as a state in which the component is included as is, a state in which the component is processed as a precursor, a state in which the component is satisfied after processing, etc. It is not limited to the examples listed.

이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 이는 본 발명을 이해하기 위한 하나의 예시로서 기재된 것이므로, 본 발명의 권리범위가 이하의 내용에 의하여 제한되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, since this is described as an example for understanding the present invention, the scope of the present invention is not limited by the contents below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a submerged flow electrode capacitive deionization system according to one embodiment of the present invention.

본 발명은 흐름 전극 축전식 탈염 (FCDI; Flow-electrode capacitive deionization) 및 흐름 전극 재생 통합 장치 시스템에 관한 것으로 침지식 형태의 모듈을 도입함으로써, 설치공간 감소, 처리성능 및 전극용량 증대, 탈염성능 조절의 효과를 얻을 수 있다. The present invention relates to an integrated device system for flow-electrode capacitive deionization (FCDI) and flow electrode regeneration. By introducing an immersion type module, installation space is reduced, processing performance and electrode capacity are increased, and deionization performance is controlled. effects can be obtained.

뿐만 아니라 양이온 측의 흐름 전극과 음이온 측의 흐름 전극의 공급 및 회수 라인을 통합함으로써 운전 관리의 편리성을 확보하며, 통합 라인에서의 전기적 단락으로 인해 흐름 전극이 일정 수준 재생되어 지속적인 공정 운전이 가능하다. In addition, the convenience of operation management is secured by integrating the supply and recovery lines of the flow electrode on the positive ion side and the flow electrode on the negative ion side, and the flow electrode is regenerated to a certain level due to an electrical short in the integrated line, enabling continuous process operation. do.

또한, 추가적인 사이클론 장치를 도입하여 탈이온화와 동시에 흐름 전극의 재생을 진행할 수 있고, 이를 통해 전반적인 시스템의 운전 지속성을 확보할 수 있는 기술에 관한 것이다.In addition, it relates to a technology that can perform deionization and regeneration of the flow electrode at the same time by introducing an additional cyclone device, thereby ensuring the operational sustainability of the overall system.

구체적으로, 본 발명에 따른 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템은 침지식 흐름 전극 저수조(100), 상기 침지식 흐름 전극 저수조로부터 유입된 혼합물을 고체 혼합물과 액체 혼합물로 분리시키는 사이클론 장치(200), 상기 사이클론 장치에서 분리된 고체 혼합물과 물을 혼합하는 흐름 전극 저수조(300) 및 상기 흐름 전극 저수조에 물을 추가 주입하는 외부 저수조(400)를 포함하는 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템으로서, 상기 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템은 상기 사이클론 장치에서 분리된 고체 혼합물이 상기 침지식 흐름 전극 저수조로 유입되는 순환 구조를 갖는다.Specifically, the submerged flow electrode capacitive deionization system according to the present invention includes a submerged flow electrode reservoir (100) and a cyclone device (200) that separates the mixture flowing from the submerged flow electrode reservoir into a solid mixture and a liquid mixture. , A submerged flow electrode capacitive deionization system comprising a flow electrode reservoir 300 for mixing water with the solid mixture separated in the cyclone device and an external reservoir 400 for additionally injecting water into the flow electrode reservoir, The submerged flow electrode capacitive deionization system has a circulation structure in which the solid mixture separated in the cyclone device flows into the submerged flow electrode reservoir.

즉, 본 발명에 따른 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템은, 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛을 이용하며, 하나의 흐름 전극 저수조를 이용하여 침지식 흐름 전극을 이용한 탈이온화 공정의 수행이 가능하되, 탈이온화 공정의 반복적인 가동에 따라 저수조 내의 이온량이 증가하여 흐름 전극의 가동이 어려워지는 문제를 해결하여 지속적인 가동이 가능하게 된다.That is, the immersed flow electrode capacitive deionization system according to the present invention uses a plurality of cartridge units for flow electrodes and is capable of performing a deionization process using an immersed flow electrode using one flow electrode reservoir. , As the deionization process is repeatedly operated, the amount of ions in the water tank increases, making continuous operation possible by solving the problem of difficulty in operating the flow electrode.

더욱이, 하나의 저수조를 이용하여 흐름 양극과 흐름 음극을 통합할 수 있게 되면서, 설치 공간의 현격한 감소를 갖는 장점을 가진다. 이로 인하여, 설치 공간 대비 수처리량이 크게 증대된 효과를 갖는다.Moreover, it is possible to integrate the flow anode and flow cathode using one water reservoir, which has the advantage of significantly reducing the installation space. This has the effect of greatly increasing the amount of water treatment compared to the installation space.

본 발명에서는 기존에 흐름 전극의 일정 수준 재생을 유발할 수 있는 전기적 단락을 이용하여 흐름 전극 물질에 부착되어 있던 이온의 탈락을 통해 얻어지는 재생 효과를 활용할 수 있으나, 이러한 방법을 활용하는 경우에는 흐름 전극 전체로는 이온 농도가 증가하는 문제가 있으므로, 이를 해결함으로써 지속적인 전극의 재생이 가능하게 하는 기술을 제시한다.In the present invention, the regeneration effect obtained through the removal of ions attached to the flow electrode material can be utilized by using an electrical short circuit that can cause a certain level of regeneration of the flow electrode. However, when using this method, the entire flow electrode is not used. Since there is a problem with increasing ion concentration, we propose a technology that enables continuous regeneration of electrodes by solving this problem.

도 1에는 침지식 흐름 전극 저수조와 이로부터 연결되어 탈이온화 공정의 수행에 따라 이온 농도가 증가된 상기 침지식 흐름 전극 저수조 내의 혼합물을 고체 혼합물과 액체 혼합물로 분리시켜, 이 중 고농도의 이온이 포함된 액체 혼합물을 제거하고, 고체 혼합물만을 다시 침지식 흐름 전극 저수조로 유입시킬 수 있게 하는 사이클론 장치와 상기 고체 혼합물에 물을 추가로 투입하는 외부 저수조가 개시되어 있다.Figure 1 shows a submerged flow electrode reservoir connected to the submerged flow electrode reservoir, and the mixture in the submerged flow electrode reservoir, whose ion concentration has increased as a result of the deionization process, is separated into a solid mixture and a liquid mixture, of which ions of high concentration are included. A cyclone device that removes the liquid mixture and allows only the solid mixture to flow back into the submerged flow electrode reservoir and an external reservoir that additionally adds water to the solid mixture are disclosed.

해당 도면에서, 각 구성 부분을 거쳐 이동하는 물의 이온 농도에 따라 이온 농도가 높을수록 화살표의 굵기를 굵게 표현하고, 이온 농도가 낮을수록 화살표의 굵기를 얇게 표시하였다.In the drawing, depending on the ion concentration of the water moving through each component, the higher the ion concentration, the thicker the arrow is, and the lower the ion concentration, the thinner the arrow.

본 발명에 따른 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템은 상기 사이클론 장치에서 분리된 고체 혼합물과 물을 혼합하여 다시 상기 침지식 흐름 전극 저수조에 유입시킴으로써, 고농도의 이온이 용해되어 있는 액체 혼합물이 제거된, 고체 혼합물이 다시 흐름 전극 내에서 순환할 수 있도록 구성된다.The submerged flow electrode capacitive deionization system according to the present invention mixes the solid mixture separated in the cyclone device with water and flows it back into the submerged flow electrode reservoir, thereby removing the liquid mixture in which high concentration ions are dissolved. , the solid mixture is configured to circulate within the flow electrode again.

상기 사이클론 장치는 원심력과 중력에 의하여 입자성 물질인 고체 혼합물은 아래로 침지시키고, 액체 혼합물은 상부로 분리시켜 제거하는 역할을 한다.The cyclone device serves to immerse the solid mixture, which is particulate matter, downward and separate and remove the liquid mixture to the top by centrifugal force and gravity.

흐름 전극에서 형성된 고농도의 이온이 용해된 액체 혼합물을 제거함으로써, 흐름 전극 전체로 이온이 제거되어 흐름 전극을 재생시키는 효과를 갖는다.By removing the liquid mixture in which the high concentration of ions formed in the flow electrode are dissolved, ions are removed from the entire flow electrode, which has the effect of regenerating the flow electrode.

활성탄 등의 전도성 물질이 포함된 상기 고체 혼합물은 해당 흐름 전극 용액의 전반적인 전도성을 향상시키고, 원수로부터 흐름 전극 채널로 넘어온 이온을 흡착하여 제거하기 위해 첨가되는 것으로서, 침지식 흐름 전극 저수조를 통과하여 고함량의 이온을 포함한 혼합물에서 사이클론 장치를 거쳐 고함량의 이온이 포함된 액체 혼합물과 분리한 다음, 상기 침지식 흐름 전극 저수조에 다시 유입되어 이온을 흡착, 제거할 수 있다.The solid mixture containing a conductive material such as activated carbon is added to improve the overall conductivity of the flow electrode solution and to adsorb and remove ions that have passed from raw water to the flow electrode channel, passing through the submerged flow electrode reservoir. The mixture containing a high content of ions may be separated from the liquid mixture containing a high content of ions through a cyclone device, and then re-introduced into the submerged flow electrode reservoir to adsorb and remove ions.

분리된 고체 혼합물은 사이클론 장치를 통해 고함량의 이온이 포함된 액체 혼합물을 제거한 후에는 점도가 높아지므로, 흐름 전극 저수조에서 점도를 조절한 후에 침지식 흐름 전극 저수조로 재유입되도록 구성된다.Since the viscosity of the separated solid mixture increases after removing the liquid mixture containing a high content of ions through a cyclone device, the viscosity is adjusted in the flow electrode reservoir and then re-introduced into the submerged flow electrode reservoir.

상기 흐름 전극 저수조에서는 상기 사이클론 장치에서 분리된 고체 혼합물과 물을 혼합하여 점도를 낮춘다. 외부 저수조는 상기 흐름 전극 저수조로 유입되는 물을 공급한다. 이 때, 첨가되는 물은 이온 농도가 낮은 저농도의 물인 것이 바람직하다.In the flow electrode reservoir, the solid mixture separated in the cyclone device is mixed with water to lower the viscosity. An external water reservoir supplies water flowing into the flow electrode reservoir. At this time, it is preferable that the water added is low-concentration water with a low ion concentration.

상기 흐름 전극 저수조에서 점도가 조절된 활성탄 등의 고체 혼합물이 포함된 용액은 다시 유입수의 형태로 상기 침지식 흐름 전극 저수조에 유입시켜, 흐름 전극 탈이온화 장치가 지속적으로 운전이 가능하도록 구성된다.The solution containing a solid mixture such as activated carbon, the viscosity of which has been adjusted in the flow electrode reservoir, is again introduced into the submerged flow electrode reservoir in the form of inflow water, so that the flow electrode deionization device can be operated continuously.

상기 침지식 흐름 전극 저수조는 침지식 흐름 전극 탈이온화 장치 부분으로서, 저수조 내에 물이 채워진 상태에서, 침지식 흐름 전극이 해당 물에 침지된 상태로 운전함으로써, 탈이온화 공정을 수행한다.The submerged flow electrode water tank is a part of the submerged flow electrode deionization device, and the deionization process is performed by operating the water tank filled with water and the submerged flow electrode immersed in the water.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템에 포함된 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치를 나타낸 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a submerged flow electrode capacitive deionization device included in the submerged flow electrode capacitive deionization system according to an embodiment of the present invention.

이하에서 후술할 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치에 관한 설명은 앞서 언급한, 대한민국 특허출원 제2021-0186148호의 내용을 참고할 수 있다.For a description of the immersed flow electrode capacitive deionization device to be described later, refer to the contents of the previously mentioned Korean Patent Application No. 2021-0186148.

도 2를 참고하면, 내부에 채워진 물에 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛(11, 12)이 제1 방향(물 흐름 방향)을 따라 상호 대향하게 이격된 상태로 배치되는 카트리지 어레이부(20), 각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 내부의 흐름 전극 채널을 외부로 연통시키는 한 쌍의 연통구 중 어느 하나씩에 병렬로 연결되어 각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 흐름 전극 채널로 전극 용액이 유입되는 유입 파이프(32), 한 쌍의 상기 연통구 중 다른 하나씩에 병렬로 연결되어 상기 흐름 전극 채널로 유입되어 흐르는 상기 전극 용액이 상기 흐름 전극 채널 외부로 배출되는 배출 파이프(31), 상기 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛이 상기 제1 방향으로 교대로 양극 및 음극을 형성하도록 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 각 전극 단자에 교번하여 각각 병렬로 연결되는 캐소드 라인(42)과 애노드 라인(41)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, a cartridge array unit 20 in which a plurality of cartridge units 11 and 12 for flow electrodes are disposed in spaced apart state to face each other along a first direction (water flow direction) in water filled therein; It is connected in parallel to one of a pair of communication ports that communicate the flow electrode channel inside each flow electrode cartridge unit to the outside, so that the electrode solution flows into the flow electrode channel of each flow electrode cartridge unit. A pipe 32, a discharge pipe 31 connected in parallel to the other one of the pair of communication ports through which the electrode solution flowing into the flow electrode channel is discharged outside the flow electrode channel, the plurality of flows Cathode lines 42 and anode lines 41 respectively connected alternately in parallel to each electrode terminal of the plurality of flow electrode cartridge units so that the electrode cartridge units alternately form anodes and cathodes in the first direction. It can be configured to include.

상기 카트리지 어레이부는 후술할 바와 같이 침지식 흐름 전극용 카트리지 유닛이 제1 방향으로 이격되어 서로 대향되도록 나열되어 상기 저수조에 침지된 상태에서 유입수의 탈이온화 공정을 수행한다.As will be described later, the cartridge array unit performs a deionization process of incoming water while the cartridge units for immersed flow electrodes are arranged to face each other and spaced apart in a first direction and are immersed in the water storage tank.

상기 제1 방향은 유입수가 유입되는 방향으로부터 유출되는 방향, 즉, 물 흐름 방향을 나타내는 것으로서, 상기 제1 방향의 단부, 즉, 유입수가 유출되는 영역에서는 흐름 전극의 운전에 따라 이온의 농도가 상대적으로 높은 물이 일시적, 순간적으로 유지될 수 있다.The first direction represents the direction in which the influent water flows out from the direction in which the influent water flows, that is, the water flow direction. At the end of the first direction, that is, the area where the influent water flows out, the concentration of ions is relatively high according to the operation of the flow electrode. High water levels can be maintained temporarily and momentarily.

지속적인 탈이온화 공정의 운전을 거쳐, 일시적, 순간적으로 상기 제1 방향의 단부에 도달하면, 이의 끝 부분에 연결된 유로 등을 통하여 흐름 전극 재생조로 이온 농도가 높은 물이 이동할 수 있다.After continuously operating the deionization process, when the end of the first direction is temporarily and instantaneously reached, water with a high ion concentration can be moved to the flow electrode regeneration tank through a flow path connected to the end.

상기 흐름 전극 재생조로 이온 농도가 높은 물을 이동시키면, 유입수의 유입이 더욱 촉진되고, 상기 침지식 흐름 전극 저수조 내에 물의 이온 농도를 낮게 유지하여, 탈이온화 공정이 지속적으로 수행될 수 있게 된다.By moving water with a high ion concentration to the flow electrode regeneration tank, the inflow of influent water is further promoted and the ion concentration of water in the submerged flow electrode storage tank is maintained low, allowing the deionization process to be continuously performed.

상기 침지식 흐름 전극용 카트리지 유닛 내부에 형성된 흐름 전극 채널을 외부로 연통시키는 한 쌍의 연통구는 각각 전극 용액을 유입되는 유입 파이프와 상기 흐름 전극 채널을 흐른 후에 외부로 배출되는 배출 파이프와 연결된다.A pair of communication ports for communicating the flow electrode channel formed inside the cartridge unit for an immersed flow electrode to the outside are connected to an inlet pipe through which the electrode solution flows in and an discharge pipe through which the electrode solution is discharged to the outside after flowing through the flow electrode channel.

한편, 상기 캐소드 라인과 상기 애노드 라인은 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛이 상기 제1 방향으로 교대로 양극 및 음극을 형성하도록, 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛의 각 전극 단자에 번갈아 연결된다.Meanwhile, the cathode line and the anode line are alternately connected to each electrode terminal of a plurality of cartridge units for flow electrodes so that the cartridge units for flow electrodes alternately form anodes and cathodes in the first direction.

예를 들면, 상기 카트리지 어레이의 제1 방향의 시작점의 가장 처음에 위치한 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛 중의 제1 카트리지 유닛의 전극 단자에 캐소드 라인을 연결하는 경우, 이웃하여 위치한 제2 카트리지 유닛의 전극 단자에 애노드 라인을 연결하는 것과 같이, 교번하여 각각 캐소드 라인과 애노드 라인이 전극 단자에 연결된다.For example, when connecting the cathode line to the electrode terminal of the first cartridge unit among the plurality of flow electrode cartridge units located at the very beginning of the starting point in the first direction of the cartridge array, the electrode of the adjacent second cartridge unit Just as an anode line is connected to a terminal, cathode lines and anode lines are alternately connected to electrode terminals, respectively.

상기 침지식 흐름 전극 저수조로부터 흐름 전극의 운전에 따라 생성된 이온, 유입수, 저수조 내 흐름 전극의 반응을 촉진하기 위해 첨가된 첨가제 등이 포함된 혼합물을 이동시키기 위하여 펌프(510) 등의 물의 이동을 촉진하는 수단을 이용할 수 있다.In order to move the mixture containing ions generated by the operation of the flow electrode from the submerged flow electrode reservoir, inflow water, and additives added to promote the reaction of the flow electrode in the reservoir, water movement such as a pump 510 is used. Facilitating means are available.

마찬가지로, 상기 사이클론 장치에서 분리된 활성탄 등의 전도성 물질이 포함된 고체 혼합물을 침지식 흐름 전극 저수조로 이동시키기 위하여, 슬러리 상태의 고체 혼합물의 이동을 촉진하는 수단으로 펌프(520) 등을 이용할 수 있다.Likewise, in order to move the solid mixture containing a conductive material such as activated carbon separated in the cyclone device to the submerged flow electrode reservoir, a pump 520, etc. can be used as a means to promote the movement of the solid mixture in the slurry state. .

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 장치에서 고체 혼합물과 액체 혼합물의 이동을 나타낸 모식도로서, 이하에서는 도 3을 참고하여, 사이클론 장치에 관하여 보다 상세히 설명한다.Figure 3 is a schematic diagram showing the movement of a solid mixture and a liquid mixture in a cyclone device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, with reference to Figure 3, the cyclone device will be described in more detail.

상기 혼합물은 상기 사이클론 장치로 이동하여, 상기 혼합물을 회전시켜 원심력과 중력을 이용함으로써, 고체 혼합물은 하부로, 액체 혼합물은 상부에서 각각 분리한다. The mixture moves to the cyclone device, rotates the mixture and uses centrifugal force and gravity to separate the solid mixture at the bottom and the liquid mixture at the top.

도 3에서 측면 방향으로 돌출된 관은 상기 혼합물을 사이클론 장치 내로 주입하는 주입구이며, 상부로 돌출된 관은 고액분리에 의하여 상부로 분리되는 액체 혼합물이 배출되는 액체 혼합물 배출구이다. 사이클론 장치의 하부에는 상기 침지식 흐름 전극 저수조로 연결되고, 고체 혼합물이 배출되는 고체 혼합물 배출구이다.In FIG. 3, the pipe protruding toward the side is an injection port through which the mixture is injected into the cyclone device, and the pipe protruding upward is a liquid mixture discharge port through which the liquid mixture separated to the top by solid-liquid separation is discharged. At the bottom of the cyclone device is a solid mixture outlet that is connected to the submerged flow electrode reservoir and discharges the solid mixture.

하부에서 분리하여 얻어지는 고체 혼합물은 상술한 바와 같이, 흐름 전극 내의 반응을 촉진, 돕기 위한 첨가제 중 입자성 물질을 포함하고, 상부에서 분리하여 얻어지는 액체 혼합물은 고농도의 이온을 포함하므로, 이를 분리하여 제거함으로써, 흐름 전극 내의 이온량을 저감시킨다.As described above, the solid mixture obtained by separation at the bottom contains particulate matter as an additive to promote and assist the reaction within the flow electrode, and the liquid mixture obtained by separation at the top contains a high concentration of ions, so they are separated and removed. By doing so, the amount of ions in the flow electrode is reduced.

이와 같이, 상기 사이클론 장치를 이용하여 분리된 고체 혼합물은 다시 상기 침지식 흐름 전극 저수조로 유입되도록 하여 순환 시스템을 구성한다.In this way, the solid mixture separated using the cyclone device is allowed to flow back into the submerged flow electrode reservoir to form a circulation system.

이 때, 상기 고체 혼합물은 상기 흐름 전극 저수조에서 상기 외부 저수조로부터 공급된 물을 첨가하여 상기 침지식 흐름 전극 저수조로 유입시키면, 유동성이 떨어지는 고체 혼합물의 상기 침지식 흐름 전극 저수조 내로의 유입이 용이하게 된다.At this time, the solid mixture is introduced into the submerged flow electrode reservoir by adding water supplied from the external reservoir to the flow electrode reservoir, so that the solid mixture with poor fluidity can easily be introduced into the submerged flow electrode reservoir. do.

보다 더 침지식 흐름 전극 저수조로의 고체 혼합물의 이동을 촉진시키기 위하여, 펌프 등의 이동 촉진 수단을 이용할 수 있다.To further promote the movement of the solid mixture into the submerged flow electrode reservoir, movement promoting means such as a pump can be used.

이하에서는, 본 발명의 침지식 흐름 전극 탈이온화 시스템을 구성하는 침지식 흐름 전극 탈이온화 장치, 이를 구성하는 침지식 흐름 전극용 카트리지 유닛의 일 실시예에 기초하여 설명하나, 본 발명의 이해를 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위가 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, the description will be made based on an embodiment of the submerged flow electrode deionization device constituting the submerged flow electrode deionization system of the present invention and the cartridge unit for submerged flow electrode constituting the same, but for understanding of the present invention. As such, the scope of protection of the present invention is not limited thereto.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 카트리지 어레이부는 유입수가 흐르는 제1 방향을 따라 상호 대향하게 이격된 상태로 배치되는 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛을 포함한다.As shown in FIG. 2, the cartridge array unit includes a plurality of cartridge units for flow electrodes arranged to face each other and to be spaced apart along the first direction in which the inflow water flows.

상기 흐름 전극용 카트리지 유닛은 카트리지 형태로 구성되며, 연결되는 전극에 따라 음극, 양극으로 사용이 가능하다.The cartridge unit for the flow electrode is configured in the form of a cartridge and can be used as a cathode or an anode depending on the electrode to which it is connected.

상기 카트리지 어레이를 구성하는 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛은, 한 쌍의 다공성 집전판, 한 쌍의 이온 분리막, 채널 프레임, 한 쌍의 연통구 및 전극 단자를 포함한다.The plurality of cartridge units for flow electrodes constituting the cartridge array include a pair of porous current collector plates, a pair of ion separators, a channel frame, a pair of communication ports, and electrode terminals.

상기 한 쌍의 다공성 집전판은 제1 방향 즉, 유입수의 흐름 방향으로 상호 이격된 상태로 대향하게 배치된다. 여기서, 다공성 집전판은 전도성을 갖는 다공성 구조를 가지며, 예를 들어, 탄소, 금속 물질, 전도성 고분자 등으로 제작될 수 있다.The pair of porous current collector plates are arranged to face each other while being spaced apart from each other in a first direction, that is, the flow direction of inflow water. Here, the porous current collector plate has a conductive porous structure and may be made of, for example, carbon, metal materials, conductive polymers, etc.

상기 한 쌍의 이온 분리막은 각각의 다공성 집전판의 제1 방향으로의 외측면에 각각 위치한다. 여기서, 이온 분리막은 후술할 전극 용액의 통과를 막고 양이온 또는 음이온만을 선택적으로 통과시키는 치밀막으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이온 분리막은 이온 교환막, 나노 여과막과 같이 이온을 선택적으로 분리 가능한 다양한 형태의 분리막을 사용할 수 있다. The pair of ion separation membranes are located on the outer surface of each porous current collector in the first direction. Here, the ion separation membrane may be composed of a dense membrane that blocks passage of the electrode solution, which will be described later, and selectively allows only cations or anions to pass through. For example, various types of ion separation membranes that can selectively separate ions, such as ion exchange membranes and nanofiltration membranes, can be used.

상기 채널 프레임은 각각의 이온 분리막이 제1 방향 양측으로 각각 노출되도록 한 쌍의 다공성 집전판 및 한 쌍의 이온 분리막을 적층한 상태에서 두께 부분의 측면의 4면을 감싼 형태로 지지하여, 적층체가 모양을 유지하며 흐름 전극으로 기능할 수 있도록 견고하게 지지하는 역할을 한다.The channel frame supports a pair of porous current collectors and a pair of ion separators stacked so that each ion separator is exposed on both sides in the first direction, wrapped around the four sides of the thick portion, so that the laminate is formed. It maintains its shape and serves as a solid support to function as a flow electrode.

상기 한 쌍의 연통구는 상기 적층체를 둘러싸는 채널 프레임의 4개의 측면부 중 어느 일측에 형성되어, 상기 다공성 집전판 사이에 형성된 흐름 전극 채널을 외부로 연통시킨다. The pair of communication openings are formed on one of four side portions of the channel frame surrounding the laminate, and communicate the flow electrode channels formed between the porous current collector plates to the outside.

상기 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛은 한 쌍씩의 상기 연통구가 상기 제1 방향을 따라 배열되도록 배치되어, 상기 유입 파이프 및 상기 배출 파이프가 각각 상기 제1 방향을 따라 연장된 상태로 상호 대향하게 마주하도록 구성될 수 있다.The plurality of cartridge units for flow electrodes are arranged such that each pair of communication ports are arranged along the first direction, so that the inlet pipe and the outlet pipe face each other while extending along the first direction. It can be configured to face each other.

다만, 이는 제조, 설비 상의 편의를 위한 목적 등 필요에 따라 선택 가능한 것으로서, 해당 형태에 구애되지 않고 다양한 형태로의 변형이 가능하다.However, this can be selected according to need, such as for the purpose of manufacturing or facility convenience, and can be transformed into various forms without being limited to the corresponding form.

상기 흐름 전극용 카트리지 유닛은 상기 제1 방향으로 상호 이격된 상태로 대향하게 배치되는 한 쌍의 다공성 집전판, 각각의 상기 다공성 집전판의 상기 제1 방향으로의 외측면에 각각 위치하는 한 쌍의 이온 분리막, 각각의 상기 이온 분리막이 상기 제1 방향으로 노출되도록 한 쌍의 상기 다공성 집전판 및 한 쌍의 상기 이온 분리막을 감싸, 한 쌍의 상기 다공성 집전판 사이에 흐름 전극 채널을 형성하는 채널 프레임, 상기 채널 프레임에 형성되고, 상기 흐름 전극 채널을 외부로 연통시키는 한쌍의 연통구 및 상기 채널 프레임에 형성되어 상기 다공성 집전판과 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함할 수 있다.The cartridge unit for a flow electrode includes a pair of porous current collector plates facing each other and spaced apart from each other in the first direction, and a pair of porous current collector plates each located on an outer surface of the porous current collector in the first direction. An ion separator, a channel frame surrounding the pair of porous current collector plates and the pair of ion separators such that each ion separator is exposed in the first direction to form a flow electrode channel between the pair of porous current collector plates. , It may include a pair of communication ports formed in the channel frame and communicating the flow electrode channel to the outside, and an electrode terminal formed in the channel frame and electrically connected to the porous current collector plate.

다만, 이에 관한 구체적인 설명은 침지식 흐름 전극에 관한 설명을 참고할 수 있다.However, for a detailed explanation regarding this, please refer to the explanation regarding the submerged flow electrode.

11, 12: 흐름 전극용 카트리지 유닛
20: 카트리지 어레이부
31: 배출 파이프
32: 유입 파이프
41: 애노드 라인
42: 캐소드 라인
100: 침지식 흐름 전극 저수조
200: 사이클론 장치
300: 흐름 전극 저수조
400: 외부 저수조
510, 520: 펌프
11, 12: Cartridge unit for flow electrode
20: Cartridge array unit
31: discharge pipe
32: Inlet pipe
41: anode line
42: cathode line
100: Submerged flow electrode reservoir
200: Cyclone device
300: Flow electrode reservoir
400: External water tank
510, 520: pump

Claims (7)

침지식 흐름 전극 저수조;
상기 침지식 흐름 전극 저수조로부터 유입된 혼합물을 고체 혼합물과 액체 혼합물로 분리시키는 사이클론 장치;
상기 사이클론 장치에서 분리된 고체 혼합물과 물을 혼합하는 흐름 전극 저수조; 및
상기 흐름 전극 저수조에 물을 공급하는 외부 저수조;
를 포함하는 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템으로서,
상기 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템은 상기 사이클론 장치에서 분리된 고체 혼합물이 상기 침지식 흐름 전극 저수조로 유입되는 순환 구조를 가지며,
상기 침지식 흐름 전극 저수조는,
내부에 채워진 물에 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛이 제1 방향을 따라 상호 대향하게 이격된 상태로 배치되는 카트리지 어레이부,
각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 내부의 흐름 전극 채널을 외부로 연통시키는 한 쌍의 연통구 중 어느 하나씩에 병렬로 연결되어 각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 흐름 전극 채널로 전극 용액이 유입되는 유입 파이프,
한 쌍의 상기 연통구 중 다른 하나씩에 병렬로 연결되어 상기 흐름 전극 채널로 유입되어 흐르는 상기 전극 용액이 상기 흐름 전극 채널 외부로 배출되는 배출 파이프,
상기 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛이 상기 제1 방향으로 교대로 양극 및 음극을 형성하도록 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 각 전극 단자에 교번하여 각각 병렬로 연결되는 캐소드 라인과 애노드 라인을 포함하는, 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템.
Submerged flow electrode reservoir;
a cyclone device that separates the mixture flowing from the submerged flow electrode reservoir into a solid mixture and a liquid mixture;
a flow electrode reservoir that mixes the solid mixture separated in the cyclone device with water; and
an external water tank that supplies water to the flow electrode water tank;
A submerged flow electrode capacitive deionization system comprising:
The submerged flow electrode capacitive deionization system has a circulation structure in which the solid mixture separated in the cyclone device flows into the submerged flow electrode reservoir,
The submerged flow electrode reservoir,
A cartridge array unit in which a plurality of cartridge units for flow electrodes are disposed to face each other and be spaced apart along a first direction in water filled therein;
It is connected in parallel to one of a pair of communication ports that communicate the flow electrode channel inside each flow electrode cartridge unit to the outside, and the electrode solution flows into the flow electrode channel of each flow electrode cartridge unit. pipe,
A discharge pipe connected in parallel to each other of the pair of communication ports through which the electrode solution flowing into the flow electrode channel is discharged outside the flow electrode channel;
The plurality of cartridge units for flow electrodes include cathode lines and anode lines alternately connected in parallel to each electrode terminal of the plurality of cartridge units for flow electrodes to form anodes and cathodes alternately in the first direction. A submerged flow electrode capacitive deionization system.
제1항에 있어서,
상기 액체 혼합물은 상기 침지식 흐름 전극 저수조에서 생성된 이온을 포함하는 것인, 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템.
According to paragraph 1,
A submerged flow electrode capacitive deionization system, wherein the liquid mixture includes ions generated in the submerged flow electrode reservoir.
제1항에 있어서,
상기 침지식 흐름 전극 저수조는 유입수가 흐르는 제1 방향의 말단에서 상기 사이클론 장치와 연결되는 것인, 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템.
According to paragraph 1,
The submerged flow electrode capacitive deionization system wherein the submerged flow electrode reservoir is connected to the cyclone device at an end of the first direction in which the influent water flows.
제1항에 있어서,
상기 침지식 흐름 전극 저수조와 상기 사이클론 장치는 각각 펌프와 연결된 것인, 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템.
According to paragraph 1,
The submerged flow electrode capacitive deionization system, wherein the submerged flow electrode reservoir and the cyclone device are each connected to a pump.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛은 한 쌍씩의 상기 연통구가 상기 제1 방향을 따라 배열되도록 배치되어, 상기 유입 파이프 및 상기 배출 파이프가 각각 상기 제1 방향을 따라 연장된 상태로 상호 대향하게 마주하는 것인 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템.
According to paragraph 1,
The plurality of cartridge units for flow electrodes are arranged so that each pair of communication ports are arranged along the first direction, so that the inlet pipe and the outlet pipe face each other while extending along the first direction. Immersed flow electrode capacitive deionization system.
제1항에 있어서,
상기 흐름 전극용 카트리지 유닛은 상기 제1 방향으로 상호 이격된 상태로 대향하게 배치되는 한 쌍의 다공성 집전판;
각각의 상기 다공성 집전판의 상기 제1 방향으로의 외측면에 각각 위치하는 한 쌍의 이온 분리막;
각각의 상기 이온 분리막이 상기 제1 방향으로 노출되도록 한 쌍의 상기 다공성 집전판 및 한 쌍의 상기 이온 분리막을 감싸, 한 쌍의 상기 다공성 집전판 사이에 흐름 전극 채널을 형성하는 채널 프레임;
상기 채널 프레임에 형성되고, 상기 흐름 전극 채널을 외부로 연통시키는 한쌍의 연통구; 및
상기 채널 프레임에 형성되어 상기 다공성 집전판과 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함하는 것인, 침지식 흐름 전극 축전식 탈이온화 시스템.
According to paragraph 1,
The cartridge unit for a flow electrode includes a pair of porous current collector plates facing each other and spaced apart from each other in the first direction;
a pair of ion separation membranes each positioned on an outer surface of each porous current collector in the first direction;
a channel frame surrounding the pair of porous current collectors and the pair of ion separators so that each of the ion separators is exposed in the first direction, forming a flow electrode channel between the pair of porous current collectors;
a pair of communication ports formed in the channel frame and communicating the flow electrode channel to the outside; and
A submerged flow electrode capacitive deionization system comprising an electrode terminal formed on the channel frame and electrically connected to the porous current collector.
KR1020230073079A 2023-06-07 2023-06-07 Submerged flow-electrode capacitive deionization system with hydrocyclone device KR102662767B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230073079A KR102662767B1 (en) 2023-06-07 2023-06-07 Submerged flow-electrode capacitive deionization system with hydrocyclone device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230073079A KR102662767B1 (en) 2023-06-07 2023-06-07 Submerged flow-electrode capacitive deionization system with hydrocyclone device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102662767B1 true KR102662767B1 (en) 2024-05-03

Family

ID=91077269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230073079A KR102662767B1 (en) 2023-06-07 2023-06-07 Submerged flow-electrode capacitive deionization system with hydrocyclone device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102662767B1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Yong-Uk Shin 외 3인. "Improving the feasibility and applicability of low-electrode capacitive deionization (FCDI): Review of process optimization and energy efficiency". Desalination 502 (2021) 114930.*

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107624106B (en) Method for continuous water desalination and ion separation by capacitive deionization and single module flow electrode device therefor
JP5816622B2 (en) Desalination system and method
CN106044965B (en) Device and method for recovering heavy metals in electroplating wastewater
US20080078672A1 (en) Hybrid Capacitive Deionization and Electro-Deionization (CDI-EDI) Electrochemical Cell for Fluid Purification
JP2010533587A (en) Apparatus and method for separating ions from a porous electrode that is part of a deionization system
CN102153166B (en) Electrodeionization (EDI) method and system dispensing with ion exchange membranes
CN1309111C (en) Method and device for deionizing cooling media for fuel cells
JP2014530755A (en) Desalination system and method
CN103130363B (en) Desalination system and desalination method
TW200414922A (en) Electrodeionization apparatus
CN1974879A (en) Method and device for the purification of process solutions
KR20150008348A (en) Hybrid seawater desalination systems
KR20120133229A (en) Capacitive deionization method for drinking water treatment
CN102491460A (en) Soluble metal salt recovery and wastewater purification device and method thereof
KR102662767B1 (en) Submerged flow-electrode capacitive deionization system with hydrocyclone device
CN105692731B (en) It is a kind of that waste water and regeneration method are handled using electric conductivity filtering material
CN2764765Y (en) Spiral wound type capacitive ion remover
KR102662766B1 (en) Submerged flow-electrode capacitive deionization system with membrane-based flow-electrode regenerative device
KR101929855B1 (en) Capacitive Deionization Device and Capacitive Deionization Module
CN215975097U (en) Electric flocculation reaction device for landfill leachate treatment
KR100979028B1 (en) Separator Membrane for Capacitive Deionization of Waste Water or Saltwater, and Method for Deionization of Waste Water or Saltwater By Using the Separator Membrane
CN212174544U (en) Membrane-free electric deionization device with current perpendicular to water flow direction
KR101992312B1 (en) Water treating apparatus for saving energy and water treating method using the same
CN209866960U (en) Autonomous controllable soil or sediment pollutant electric acidification dissociation device
KR102020795B1 (en) Apparatus of electro contaminant removal

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant