KR20020016142A

KR20020016142A - 혼상탑 이온교환수지 재생방법

Info

Publication number: KR20020016142A
Application number: KR1020000049301A
Authority: KR
Inventors: 강신경
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2002-03-04

Abstract

본 발명은 혼상탑 이온교환수지 재생방법에 관한 것으로 혼상탑의 서로 다른 수지가 혼합되어 있는 혼합층 상부과 하부에 재생폐액을 배출할 수 있는 콜렉터를 각각 설치하여 수지 재생동안 서로 다른 재생제에 의한 수지 오염을 방지할 수 있는 혼상탑 이온교환수지 재생방법을 제공한다. 본 발명의 이온교환수지 재생방법은 기존의 재생방법에 비해 재생 후 이온교환수지의 초기 누출되는 이온의 양을 현저히 줄였을 뿐만 아니라 처리수의 수질을 양호하게 유지할 수 있다.

Description

혼상탑 이온교환수지 재생방법{Regenerating method for mixed bed ion exchange resin}

본 발명은 혼상탑 이온교환수지 재생방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는혼상탑 내에 음이온수지와 양이온수지의 혼합층에 두 개의 콜렉터를 설치함으로써 이온교환수지의 재생효과를 높일 수 있는 혼상탑 이온교환수지 재생방법에 관한 것이다.

통상적으로 증기터빈 설비나 다른 산업설비에서 물은 증기발생 또는 기타 목적으로 많이 이용되고 있다. 특히, 증기터빈 발전설비의 증기발생장치에 공급되는 물은 터빈날개, 튜브 등의 표면에 점식 및 부식의 원인이 되는 고형물과 이온성 물질들이 철저히 제거된 순수를 사용하여야만 한다.

비록, 복수가 닫힌 계를 순환하여도 표면 점식이나 부식의 원인이 되는 성분들이 보충수의 유입이나 냉각수 계통의 누수로 인하여 복수에 축적되는데, 이와 같은 성분들은 강염기성 수지의 수산이온(OH^-)과 강산성 수지의 수소이온(H⁺) 또는 암모늄이온(NH4⁺)과의 치환반응에 의해 제거되어 진다. 이중에서도 혼상식 이온교환 수지탑을 사용하는 경우 가장 우수한 결과를 얻을 수 있는 것으로 알려져 널리 사용되고 있다.

하지만 복수가 혼상식 이온교환 수지탑을 통과하게 되면, 복수에 함유되어 있는 중금속 산화물이나 이온성 물질들의 대부분은 이온교환수지에 의해 제거됨에 따라 이온교환수지는 점차로 이온교환기능을 상실하게 된다. 따라서, 탈염기능을 상실한 양이온 교환수지는 황산(H₂SO₄)이나 염산(HCl)과 같은 강산으로 재생을 하게 되고, 음이온 교환수지는 가성소다(NaOH)와 같은 강염기에 의하여 재생을 하게 된다.

그러나 하나의 탑에 한 종류의 이온교환수지가 충전되어 있는 단상탑의 경우는 비교적 쉽게 재생할 수 있으나, 하나의 탑에 양이온수지와 음이온수지가 동시에 충진되어 있는 혼상탑에 경우 양이온수지와 음이온수지의 재생제가 서로 달라 재생시에 두 종류의 수지를 분리시킨 후 각각 재생과정을 실시하여야 한다.

통상적으로, 혼상식 이온교환수지의 수지분리방법은 역세를 함으로써, 비중이 가벼운 음이온 교환수지(음이온수지: 1.05 - 1.15)는 탑 상부로 보내고, 비중이 무거운 양이온 교환수지(양이온수지:1.25 - 1.30)는 탑 하부로 떨어뜨리는 수력분리에 의한 기술에 의존한다. 그러나 이와 같은 단순한 수력분리에 의한 수지분리방법은 두 가지 이유로 두 종류의 수지를 완벽하게 분리시킬 수 없다는 한계를 지니고 있었다. 그 첫 번째는 이온교환수지는 입자직경이 0.4 내지 1.2 mm 의 분포를 갖고 있어 두 수지의 비중차에도 불구하고 음이온수지 중 큰 입자와 양이온수지 중 작은 입자가 서로 섞이는 부분이 발생하게 된다는 것이고, 두 번째 이유는 설계가 잘된 혼상탑이라 하더라도 역세시 위치별 유량의 불균일에 따른 편류(channeling)현상의 발생으로 두 수지의 분리 경계층이 평행하지 못하고 양이온수지와 음이온수지가 서로 혼합되어 있는 혼합층이 필연적으로 발생된다는 것이다.

상기한 문제점을 보완하기 위하여 대한민국 특허공고 제 96-1632호에서는 탑외 재생형 혼상식 복수 탈염설비의 이온교환수지 이송분리 재생방법 및 장치를 제안하였으나 이는 양이온수지와 음이온수지의 비중차에 의존하여 분리하고 혼합층은 별도로 수집하는 방법으로 양이온수지, 음이온수지, 혼합층을 분리시키는 여러 가지 장치와 공간이 요구되어진다. 대한민국 특허공고 제 95-31445는 이온교환막과 직류전류를 이용한 방법으로 재생을 위한 별도의 장치 고안이 필요한 방법이다. 또한 대한민국 특허공보 제 95-32149호의 이온교환탑의 재생방법 및 장치에선 이온교환 수지탑에 산 및 염기를 주입하고 난 후 세척공정에서 공기를 투입하여 강제적으로 세척하는 방법을 제안하였으나, 이는 재생법이 아닌 수지 재생 후 세척 방법을 공지한 것이다.

통상적으로 사용되고 있는 또 다른 혼상탑의 재생방법은 도 1의 도시한 것으로, 콜렉터를 혼합층 내에 설치하는 것이다. 먼저 가성소다를 상부에서 하부로 주입시키면서 상부에 위치한 음이온수지를 먼저 재생하고 이때 가성소다가 하부로 내려와 양이온수지를 오염시키는 것을 방지하기 위하여 유지수를 하부에서 양이온수지층을 거쳐 상부로 유입시키면서 중간부분에 위치한 콜렉터(1)로 가성소다 폐액과 동시에 배출시키면서 재생한다. 다음은 염산을 하부에서 상부로 주입시키면서 하부의 양이온수지를 재생하는데 재생폐액은 중간부분의 콜렉터를 통해 장치외부로 배출시켜 재생이 완료되게 된다.

상기 방법으로 재생과정을 실시할 때 음이온수지와 양이온수지가 혼합된 혼합층 내에서는 하기와 같은 반응이 일어난다.

[가성소다(NaOH) 첨가시]

[염산(HCl) 첨가시]

따라서 혼합층내의 양이온수지는 (3)식과 같이 가성소다에 의해, 음이온수지는 (5)식과 같이 염산에 의해 오염되어 오히려 재생한 이온교환수지는 기능을 수행하지 못하게 되며, 통수시 초기에 나트륨 염소 이온 등이 누출되거나 처리수의 수질을 악화시키는 주요 요인으로 작용하고 있다. 따라서 혼상탑에서 분리효율의 저하에 따른 발생한 혼합층은 상기 방법으로 재생과정을 실시하였을 때 심각한 문제를 유발하게 되어 혼상탑의 효율을 급격히 저하시키므로 효과적인 이온교환수지 재생방법으로 사용할 수 없는 실정이다.

따라서, 본 발명은 혼상탑내의 이온교환수지를 재생함에 있어서 양이온수지와 음이온수지간의 오염 없이 효과적으로 재생할 수 있는 이온교환수지 재생방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 혼상탑내의 이온교환수지를 재생함에 있어서 양이온수지와 음이온수지간의 오염 없이 효과적으로 재생할 수 있는 이온교환수지 재생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 기존의 혼상탑 내에서 이온교환수지를 재생시키는 공정을 도시한 도면이고,

도 2는 본 발명의 혼상탑에서 이온교환수지를 재생하는 공정을 도시한 도면이고,

1: 혼상탑 2: 혼합층

3: 음이온수지 재생 콜렉터 4: 양이온수지 재생 콜렉터

5: 음이온교환수지 6: 음이온수지 재생제

7: 유지수 8: 양이온교환수지

9: 양이온수지 재생제

도 3은 본 발명의 이온교환수지 재생방법과 기존의 이온교환수지 재생방법으로 실시한 후 이온교환수지의 재생정도를 처리수의 전기전도도로 도시한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 음이온수지와 양이온수지가 존재하는 혼합층(2)을 포함하는 이온교환수지 재생장치(1)에 있어서,

음이온수지층(5)과 혼합층(2) 사이에 음이온수지 재생 콜렉터(3)가 설치되고, 혼합층과 양이온수지층(8) 사이에 양이온수지 재생 콜렉터(4)가 설치되어 각각의 콜렉터를 통해 음이온수지 재생폐액과 양이온수지 재생폐액을 각각 배출시키도록 된 것을 특징으로 하는 이온교환수지 재생장치를 제공한다.

또한 본 발명은

(a) 음이온수지 재생을 위해 상부의 콜렉터 밸브를 열고 음이온수지 재생제를 상부에서, 유지수를 하부에서 동시에 주입하면서 상부의 콜렉터를 통해 재생폐액과 세정수를 배출시키는 단계; 및

(b) 양이온수지 재생을 위해 하부의 콜렉터밸브를 열고 양이온수지 재생제를 하부에서 주입하면서 하부의 콜렉터를 통해 재생폐액을 배출시키는 단계를 포함하는 이온교환수지 재생방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 혼상탑내의 혼합층 상, 하부에 콜렉터를 두 개 설치하여 음이온수지 재생시 상부의 콜렉터를 사용하고 양이온수지 재생시 하부 콜렉터를 이용할수 있는 방법 및 장치를 고안하였다.

본 발명의 이온교환수지 재생장치는 도 2의 도면에 의거하여 설명한다. 도 2는 본 발명에서 고안한 이온교환수지 재생장치로, 원통형의 혼상탑(1)내에 음이온수지와 양이온수지가 혼합되어져 있는 혼합층(2)과 음이온수지층(5), 양이온수지층(8)이 있다. 혼합층과 음이온수지층 사이에 상부 콜렉터인 음이온수지 재생 콜렉터(3)가 존재하며 양이온수지층과 혼합층 사이에 양이온수지 재생 콜렉터(4)가 존재한다. 상기 콜렉터는 밸브를 통하여 여닫음을 실시할 수 있다. 또한 혼상탑 상부에 음이온수지 재생제를 흘려주는 투입구(6)가 있으며, 혼상탑의 하부에 유지수를 투입하는 유지수 투입구(7)와 양이온수지 재생제 투입구(9)가 있다.

본 발명의 이온교환수지 재생방법은 하기와 같이 실시한다.

먼저, 이온교환수지를 재생하기 위하여 역세시키는 과정을 통상적으로 실시한다. 역세수는 수지의 오염을 방지하기 위하여 순수를 사용하는데, 역세펌프를 통해 역세수를 하부로부터 상부로 상향류식으로 유입시키면 혼합층 내의 수지들이 유동화 되면서 비중 차에 의해 양이온 수지는 하부로 음이온수지는 상부에 위치하게 된다. 일정시간 역세 후 역세수의 공급을 멈추고 혼상탑을 정치시키면 혼합층 내의 수지들이 분리되면서 홉상탑 내에 가라앉게 된다. 그러나 두 수지들의 비중차가 완전하지 못하기 때문에 양이온수지 중 비중이 작은 수지와 음이온수지 중 비중이 큰 수지가 섞여있는 혼합층이 두 수지의 분리 경계층에 존재하게 된다. 이 혼합층의 길이는 수지의 균일도에 따라 다르며 통상 전체 수지층 높이의 약 5 내지 10 % 정도에 해당한다.

[재생방법]

(a) 음이온수지 재생을 위해 상부의 콜렉터 밸브를 열고 음이온수지 재생제를 상부에서, 유지수를 하부에서 동시에 같은 유량으로 주입하면서 상부의 콜렉터를 통해 재생폐액과 세정수를 배출시키는 단계.

(b) 양이온수지 재생을 위해 하부의 콜렉터밸브를 열고 양이온수지 재생제를 하부에서 주입하면서 하부의 콜렉터를 통해 재생폐액을 배출시키는 단계.

상기 본 발명의 이온교환수지 재생방법은 단계(a)에서 유입되는 음이온수지 재생제와 유입수의 유량은 2 내지 8 BV/hr(BV, Bed Volume = 1㎥의 수지당 1㎥의 유량)으로 20분 내지 40분간 실시하는 것이 바람직하고, 상기 음이온수지 재생제는 3 내지 6 %의 가성소다(NaOH)가 바람직하다. 상기 단계(a)를 실시함으로써 하부에서 주입된 유지수에 의해 음이온수지 재생제는 혼합층 흘러들지 못하고 유지수와 함께 상부콜렉터로 배출되어 혼합층내의 양이온수지가 음이온재생제에 의하여 변성되지 않는다.

또한 상기 단계(b)의 양이온수지 재생은 2 내지 5 BV/hr의 유량으로 20분 내지 40분간 실시하는 것이 바람직하고, 상기 바람직한 양이온수지 재생제는 2 내지 5 %의 염산이다. 상기 단계 (b)를 실시함으로써 양이온수지 재생폐액은 혼합층 하부로 빠지게 되어 혼합층에 있는 음이온수지가 양이온수지 재생제로 오염되지 않는다. 따라서 역세척으로 분리된 음이온수지와 양이온수지는 각각의 재생제로 재생작업을 실시하고 역세척 후에도 혼합층 내에 존재하는 소량의 음이온수지와 양이온수지는 오염되지 않은 상태로 존재하게 된다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

직경 140 mm, 높이 2000 mm의 원통형 아크릴로 혼상탑을 제조한 후 도 2와 같이 양이온수지 재생 콜렉터를 하부로부터 550 mm 위치에 설치하고 음이온수지 콜렉터는 하부로부터 650 mm 위치에 설치하였다. 설치한 혼상탑 내에 하기 표 1과 같은 조건의 양이온수지와 음이온수지를 충진하였다.

[표 1]

구분	양이온수지	음이온수지
수지충전부피(L)	7	10
재생제	염산	가성소다(NaOH)
재생레벨(g/L)	50	40

[비교예]

직경 140 mm, 높이 2000 mm의 원통형 아크릴로 혼상탑을 제조한 후 도 1과 같이 하부로부터 600 mm 위치에 하나의 콜렉터(1)를 설치하였다. 준비한 혼상탑의 충진 수지는 실시예의 표 1과 동일하다.

[실험예]

상기 실시예와 비교예의 두 혼상탑을 1.5 m³/hr의 동일한 유량으로 순수를 이용하여 10분간 역세척 하였다. 역세 후 두 혼상탑의 하부에서 550 mm에서 650 mm 사이에 양이온수지와 음이온수지가 혼합되어 있는 혼합층이 발생하였다. 4 %의가성소다를 이용하여 0.5 m³/hr의 유량으로 상부에서 하부로, 유지수는 0.5 m³/hr의 동일한 유량으로 하부에서 상부로 30 분간 음이온수지 재생과정을 실시하였다. 이때 실시예의 혼상탑은 상부의 음이온수지 재생 콜렉터를 통하여 가성소다 재생폐액과 유지수를 배출시키고 비교예의 혼상탑은 중간에 위치한 콜렉터를 통하여 배출시켰다. 이후 양이온수지 재생을 위하여 3 %의 염산을 0.5 m³/hr 유량으로 하부에서 상부로 주입하면서 20분간 실시하였다. 실시예의 혼상탑은 하부 양이온수지 콜렉터를 이용하여 재생폐수를 배출시켰고, 비교예의 혼상탑은 중간의 콜렉터를 통하여 재생폐액을 배출시켰다. 재생이 완료된 두 혼상탑 내는 전기전도도가 90 ㎲/㎝인 원수를 0.5 m³/hr의 유량으로 상부에서 하부로 유입시키면서 처리수의 전기전도도를 운전시간에 따라 측정하였다.

도 3은 본 발명의 이온교환수지 재생방법과 기존의 이온교환수지 재생방법으로 실시한 후 이온교환수지의 재생정도를 처리수의 전기전도도로 도시한 것이다. 본 발명의 이온교환수지 재생방법은 기존의 방법에 비해 초기 누출되는 이온의 양이 현저히 감소하였고 이온교환수지의 기능이 재생되었음을 알 수 있었다. 또한 재생한 이온교환수지의 효능이 기존의 재생 이온교환수지에 비해 장기간 지속됨을 알 수 있었다.

상기에 언급한 바와 같이, 본 발명의 이온교환수지 재생방법은 재생 후 이온교환수지의 초기 누출되는 이온의 양을 현저히 줄였을 뿐만 아니라 장기간 사용하여도 처리수의 수질을 고순도로 유지시킬 수 있다.

Claims

음이온수지와 양이온수지가 존재하는 혼합층(2)을 포함하는 이온교환수지 재생장치(1)에 있어서,

음이온수지층(5)과 혼합층(2) 사이에 음이온수지 재생 콜렉터(3)가 설치되고, 혼합층과 양이온수지층(8) 사이에 양이온수지 재생 콜렉터(4)가 설치되어 각각의 콜렉터를 통해 음이온수지 재생폐액과 양이온수지 재생폐액을 각각 배출시키도록 된 것을 특징으로 하는 이온교환수지 재생장치.
(a) 음이온수지 재생을 위해 상부의 콜렉터 밸브를 열고 음이온수지 재생제를 상부에서, 유지수를 하부에서 동시에 주입하면서 상부의 콜렉터를 통해 재생폐액과 세정수를 배출시키는 단계; 및

(b) 양이온수지 재생을 위해 하부의 콜렉터밸브를 열고 양이온수지 재생제를 하부에서 주입하면서 하부의 콜렉터를 통해 재생폐액을 배출시키는 단계;

를 포함하는 이온교환수지 재생방법.