KR20050067224A - 전기탈이온 장치 - Google Patents

전기탈이온 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20050067224A
KR20050067224A KR1020057007834A KR20057007834A KR20050067224A KR 20050067224 A KR20050067224 A KR 20050067224A KR 1020057007834 A KR1020057007834 A KR 1020057007834A KR 20057007834 A KR20057007834 A KR 20057007834A KR 20050067224 A KR20050067224 A KR 20050067224A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chamber
exchange resin
anion
exchanger
concentration
Prior art date
Application number
KR1020057007834A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100709693B1 (ko
Inventor
마사유키 미와
사토신
타카유키 모리베
Original Assignee
쿠리타 고교 가부시키가이샤
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 쿠리타 고교 가부시키가이샤 filed Critical 쿠리타 고교 가부시키가이샤
Publication of KR20050067224A publication Critical patent/KR20050067224A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100709693B1 publication Critical patent/KR100709693B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/46—Apparatus therefor
    • B01D61/48—Apparatus therefor having one or more compartments filled with ion-exchange material, e.g. electrodeionisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/46—Apparatus therefor
    • B01D61/50—Stacks of the plate-and-frame type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J39/00—Cation exchange; Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/08—Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/16—Organic material
    • B01J39/18—Macromolecular compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J41/00—Anion exchange; Use of material as anion exchangers; Treatment of material for improving the anion exchange properties
    • B01J41/08—Use of material as anion exchangers; Treatment of material for improving the anion exchange properties
    • B01J41/12—Macromolecular compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/02—Column or bed processes
    • B01J47/04—Mixed-bed processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/02—Column or bed processes
    • B01J47/06—Column or bed processes during which the ion-exchange material is subjected to a physical treatment, e.g. heat, electric current, irradiation or vibration
    • B01J47/08—Column or bed processes during which the ion-exchange material is subjected to a physical treatment, e.g. heat, electric current, irradiation or vibration subjected to a direct electric current
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C02F1/4693—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis
    • C02F1/4695—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis electrodeionisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • C02F2001/427—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange using mixed beds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination

Landscapes

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

Abstract

농축실(15)과 탈염실(16)을 교대로 형성하도록 양극(12)과 음극(11) 사이에 다수의 음이온 교환막(13)과 양이온 교환막(14)이 교대로 배열된 전기탈이온 장치가 개시된다. 농축실(15)과 탈염실(16)은 이온 교환체로 충전되어 있고, 농축실(15)에서의 이온 교환체의 양이온 교환체에 대한 음이온 교환체의 비율은 탈염실(16)에서의 이온 교환체의 양이온 교환체에 대한 음이온 교환체의 비율보다 크다.

Description

전기탈이온 장치{ELECTRODEIONIZATION APPARATUS}
본 발명은 전기탈이온 장치(electrodeionization apparatus)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CO2 및 실리카(silica)를 포함하는 약이온의 고 부하에서도 우수한 탈염 용량(desalting capacity) 및 기능적 안정성을 갖는 전기탈이온 장치에 관한 것이다.
전통적으로, 연구 설비뿐만 아니라 반도체 제조 산업, 액정 제조 산업, 제약 산업, 식품 산업 및 전력 산업 등을 포함하여 다양한 산업들에 사용되는 탈이온수는, 예를 들면, 일본 특허 제 1782943호, 제 2751090호 및 제 2699256호에 개시된 유형의 전기탈이온 장치를 이용하여 생산된다. 이러한 전기탈이온 장치에 있어서, 농축실(concentrating compartment)과 탈염실(desalting compartment)을 교대로 형성하도록 양극(cathode)과 음극(anode) 사이에 다수의 음이온 교환막들 및 양이온 교환막들이 교대로 배열된다. 상기 탈염실은 이온 교환용 섬유 또는 이와 유사한 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지가 혼합된 이온 교환 수지로 구성된 이온 교환체(ion exchanger)로 충전된다. 또한, 상기 농축실의 전기 저항을 줄여 원하는 전류의 세기를 유지하기 위하여 상기 이온 교환체로 충전된 농축실을 포함하는 전기탈이온 장치가 일본 공개 특허 제 2002-205069호에 제시되어 있다.
전술한 전기탈이온 장치에 있어서, 탈염실로 운반된 각 종류의 이온은 이온교환체와 반응하고 그 이온의 친화도, 농도 및 이동 속도에 따라 특정한 방식으로 전위 구배 방향을 따라 이온 교환체 내에서 이동한다. 이온들은 나아가 모든 실(compartment)들이 전기적으로 중성을 유지하도록 막을 통과한다. 또한, 이온들은 막의 반투과성과 전위 구배의 방향성 때문에 탈염실로부터 이동하여 인접한 농축실에 농축된다. 즉, 양이온과 음이온이 각각 양이온 교환막과 음이온 교환막을 통하여 투과하여 농축실에 농축되는 것이다. 따라서, 탈염실로부터 생산된 물을 탈이온화수(순수; pure water)로 되돌릴 수 있다.
상술한 전기탈이온 장치는 이온 교환수지를 재생할 필요 없이 탈염 처리를 효율적으로 수행할 수 있다. 따라서, 이러한 전기탈이온 장치는 매우 고순도의 탈이온수를 연속적으로 생산할 수 있다.
상기 인용 문헌들은 다음과 같다:
특허 문헌 1: 일본특허 제 1782943호
특허 문헌 2: 일본특허 제 2751090호
특허 문헌 3: 일본특허 제 2699256호
특허 문헌 4: 일본공개특허 제 2002-205069호
그러나, 전술한 전기탈이온 장치에 있어서, CO2와 실리카를 포함하는 약이온의 고 부하가 걸리면, 즉, 피처리수에 CO2와 실리카를 포함하는 약이온의 농도가 높거나 그 피처리수의 양이 많으면, 생산되는 탈이온수의 순도는 그 고유 저항(specific resistivity)으로 인해 낮아지게 된다. 더구나, 오랜 기간의 사용으로 시스템의 전기 저항이 높아지면, 상기 전기탈이온 장치의 기능적 안정성은 낮아진다.
또한, 일본 공개 특허 제 2002-205069호는 농축실 또한 이온 교환체로 충전될 수 있음을 개시하고 있다. 상기 인용 문헌들에 기재된 바와 같이, 이온 교환체와 같은 전기 전도체는 단지 원하는 전류 세기를 유지하기 위해 농축실에 충전되어 있고, 따라서 이온 교환체의 양이온 교환체에 대한 음이온 교환체의 비율은 특별히 논의되지 않는다. 이에 따라, 일본 공개 특허 제 2002-205069호에는 농축실에도 탈염실의 경우와 같은 7:3 정도의 "양이온 교환수지에 대한 음이온 교환수지의 부피비"를 갖는 혼합 이온 교환 수지가 충전되어 있는 것이 예시되어 있다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 목적은 CO2와 실리카를 포함하는 약이온의 고 부하에서도 우수한 탈염 용량과 기능적 안정성을 가지는 전기탈이온 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기탈이온 장치의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 전기탈이온 장치는, 농축실과 탈염실을 교대로 형성하도록 양극과 음극 사이에 교대로 배열된 다수의 음이온 교환막들과 양이온 교환막들을 포함한다. 상기 농축실과 탈염실은 이온 교환체로 충전되고, 상기 농축실에서 이온 교환체의 양이온 교환체에 대한 음이온 교환체의 비율은 상기 탈염실에서의 비율보다 높다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기탈이온 장치에 있어서, 피처리수의 양이온은 상기 양이온 교환막을 통과하여 상기 농축실에 농축되고 후에 제거된다. 동시에, 피처리수의 음이온은 상기 음이온 교환막을 통과하여 상기 농축실에 농축되고 후에 제거된다. 반면, 제거되기 어려운 약이온인 CO2와 실리카는 상기 탈염실에서의 수화반응으로부터 생성된 OH-이온에 의해 HCO3 -와 HSiO3 -로 변환되어 상기 농축실로 배출되게 된다.
일반적으로 전기탈이온 장치에 있어서, 음이온 종들(anionic species)은 농도 분극화 효과로 인하여 농축실에 인접한 음이온 교환막의 경계면에 가장 많이 농축된다. 이동 속도가 낮은 HCO3 -와 HSiO3 -의 농도 분극화가 과도하게 커지면, 시스템의 전기 저항이 상승하여 이온 제거가 어려워진다. 따라서, 종래의 전기탈이온 장치에서는 이온의 제거 비율이 낮다.
전술한 경우에 있어서, 상기 농축실에 인접한 음이온 교환막의 경계면에 반대 전하인(counter-charged) 양이온 교환체가 위치하면, 음이온의 이동이 지연되기 때문에 상술한 농도 분극화가 더 쉽게 일어난다. 반대로, 음이온 교환체가 경계면에 있으면, 음이온의 이동이 가속화되므로 농도 분극화는 일어나기 어렵다. 특히, 농축실 내의 이온 교환체에서 양이온 교환체에 대한 음이온 교환체의 비율(이하, 음이온/양이온 비율이라 칭함)이 본 발명과 같이 탈염실에서의 비율보다 높으면, HCO3 -와 HSiO3 -를 포함하는 음이온의 이동이 가속화된다.
본 발명에 따른 전기탈이온 장치는 다수의 탈염실과 농축실을 구비하며, 상기 농축실에서의 이온 교환체의 음이온/양이온 비율은 바람직하게는 75/25 내지 95/5 정도이다. 또한, 상기 농축실의 이온 교환체는 바람직하게는 이온 교환 수지이며, 상기 음이온 교환 수지의 교차 결합도(crosslinking)는 바람직하게는 3-8% 정도이고, 양이온 교환 수지의 교차 결합도는 바람직하게는 5-10% 정도이다. 음이온 교환 수지는 바람직하게는 특히 내열성(thermostable) 음이온 교환수지이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기탈이온 장치는 CO2와 실리카를 포함하는 약이온의 고 부하에서도 우수한 탈염 용량과 기능적 안정성을 갖는다. 그러므로, 탈염실의 음이온 교환막의 유효 면적(dm2)에 대하여 탈염실로 주입되는 물의 주입 속도(L/h)의 비율이 5 이상이거나, 다음 두 가지 조건 (1)과 (2)중 적어도 하나를 만족시키면, 전류 밀도를 300mA/dm2 또는 그 이상으로 하였을 경우 탈염 용량과 전기 저항을 포함하는 몇 가지 특성 면에서 좋은 결과를 얻을 수 있다. 조건 (1)은 상기 탈염실 음이온 교환막의 유효 면적(dm2)에 대하여 상기 탈염실로 들어가는 탄산염의 비율(mg-CO2/h)이 80 이상인 조건이다. 조건 (2)는 상기 탈염실 음이온 교환막의 유효 면적(dm2)에 대하여 상기 탈염실로 들어가는 실리카의 비율(mg-SiO2/h)이 8 이상인 조건이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기탈이온 장치의 단면도를 도시한 것이다. 이하, 본 발명에 따른 전기탈이온 장치를 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 전기탈이온 장치에 있어서, 다수의 음이온 교환막들(13)과 양이온 교환막들(14)은 다수의 농축실(15)과 탈염실(16)을 교대로 형성하도록 두 전극(음극(11) 및 양극(12)) 사이에 교대로 배열된다. 탈염실(16)과 농축실(15)은 각각 양이온 교환 수지(10A)와 음이온 교환 수지(10B)가 혼합된 이온 교환 수지로 충전된다. 음극실(anode compartment)은 참조 부호 "17"로 표시되어 있으며, 양극실(cathode compartment)은 참조 부호 "18"로 표시되어 있다.
본 발명에 있어서, 농축실(15)에 충전된 혼합 이온 교환 수지의 음이온/양이온 비율은 탈염실(16)에 충전된 혼합 이온 교환 수지에서의 비율보다 높다. 따라서, 상술한 바와 같이, HCO3 -와 HSiO3 -를 포함하는 음이온의 이동이 가속화되어 음이온 교환막(13) 근처의 농도 분극화는 저해된다. 그러나, 농축실(15)의 혼합 이온 교환 수지의 음이온/양이온 비율이 과도하게 높으면, 농축실(15)의 양이온 교환막(14) 옆의 농축 경계면에서 양이온의 농도 분극화가 일어날 것이다. 그러므로, 농축실(15)의 혼합 이온 교환 수지의 음이온/양이온 비율은 일반적으로는 75/25 내지 95/5 정도이고, 바람직하게는, 80/20 내지 90/10 정도이다. 또한, 음이온/양이온 비율은 재생된 형태(regenerated forms)를 기준으로 양이온 교환 수지에 대한 음이온 교환 수지의 부피비로 정의된다.
비록 이온 교환 수지가 도 1에 도시한 전기탈이온 장치의 농축실(15)에 있는 이온 교환체로써 사용되지만, 농축실(15)에 충전되는 이온 교환체는 이온 교환 수지로 제한되지 않으며, 이온 교환 섬유(ion exchange fibers)나 접목 교환체(graft exchanger) 역시 사용될 수 있다. 그러나, 이온 교환체로는 바람직하게는 취급이 용이한 이온 교환 수지가 사용된다. 또한, 이온 교환 자리가 없는 불활성 수지와 이온 교환 수지를 혼합하는 것도 가능하다. 이 경우에, 불활성 수지를 제외한 이온 교환체의 음이온/양이온 비율 또한 전술한 범위 내에 속한다.
혼합 이온 교환 수지가 농축실(15)에 충전되는 이온 교환체로 사용될 때, 음이온 결합 수지의 교차 결합도는 바람직하게는 3-8% 정도이며, 양이온 교환 수지의 교차 결합도는 바람직하게는 5-10% 정도이다. 각각의 이온 교환 수지의 교차 결합도가 이에 상응하는 하한값보다 낮으면, 이들의 역학적 강도가 낮아진다. 각각의 이온 결합 수지의 교차 결합도가 상응하는 상한값보다 높으면, 역으로 시스템의 전기 저항이 높아진다.
더욱이, 농축실(15)의 이온 교환 수지의 음이온 교환 수지 백분율이 높으면, 장기간의 작동이 전기 저항을 상승시켜 분해(degradation)가 일어날 것이다. 즉, 일반적으로 이온 교환 수지가, 예를 들어, 이온 교환 수지가 산소 존재 하에서 산화/분해될 때, 음이온 교환 수지가 양이온 교환 수지보다 앞서 분해된다. 그러므로, 농축실(15)의 음이온 교환 수지의 백분율이 높으면, 산화/분해에 대해 더 높은 저항성과 내열성을 갖는 음이온 교환 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전기탈이온 장치에 공급되는 물은 일반적으로 활성탄과 역삼투(reverse osmosis; RO)분리에 의해 처리된 수도용수와 같은 일종의 원수(raw water)이며, 상기 공급수의 전기 전도도는 3-10??S/cm 정도이고, CO2의 농도는 3-30ppm 정도이며 실리카의 농도는 0.2-1.0ppm 정도이다. 이러한 물을 처리하기 위하여, 탈염실(16)의 이온 교환 수지의 음이온/양이온 비율은 60/40 내지 70/30 장도가 될 것이 요구된다. 또한, 탈염실(16)은 이온 교환 수지로 충전되는 것으로 한정되지 않으며, 이온 교환 섬유나 이와 유사한 다른 유형의 이온 교환체가 사용될 수도 있다.
종래의 전기탈이온 장치와 같이, 피처리수는 본 발명에 따른 전기탈이온 장치의 농축실(15)과 탈염실(16)로 주입된다. 피처리수의 이온이 탈염실(16)로 운반됨에 따라, 양이온과 음이온은 각각 양이온 교환막(14)과 음이온 교환막(13)을 통과하여 농축실(15)에 농축된다. 반면에, 탈염실(16)로부터 생성된 물은 탈이온수(deionized water)가 되어 모인다. 반면에, 고농도의 이온을 포함하는 농축수는 농축실(15)로부터 배출된다.
또한, 음극실(17)과 양극실(18)은 또한 전극수(electrode water)로 채워지는데, 이는 일반적으로 전기 전도도를 유지하기 위해 농축실(15)의 고농도의 이온을 포함하는 방출수(농축수)이다.
보다 상세하게는, 농축실(15)의 고농도 이온을 포함하는 농축수는 일반적으로 몇 부분으로 나누어진다. 한 부분은 물의 회수율을 증가시키기 위해 농축실(15)의 입구(inlet)로 순환된다. 또 다른 부분은 음극실(17)의 입구로 공급되며, 남은 부분은 폐수가 시스템 안에 있으면 이온 농축을 방해하기 때문에 시스템 밖으로 배출된다. 반면, 음극실(17)의 방출수는 양극실(18)의 입구로 공급되며, 양극실(18)의 방출수는 폐수와 마찬가지로 시스템 밖으로 배출된다.
전술한 과정에서, 농축실(15)의 음이온 교환막(13)의 농축 경계면에서 일어나는 농도 분극화의 가능성은 특히 CO2와 실리카를 포함하는 약이온에 있어서, 다음 요인이 증가함에 따라 증가한다. 한 가지 요인은 탈염실(16)로 도입되는, CO2와 실리카를 포함하는 약이온의 양이다. 또 다른 요인은 탈염실(16)로부터 음이온 교환막(13)을 통하여 농축실(15)로 이동하는, CO2와 실리카를 포함하는 약이온의 양이다. 또, 다른 요인은 인가되는 전류 밀도이다.
그러나, 농축실(15)의 이온 교환체의 상기 음이온/양이온 비율은 탈염실(16)의 이온 교환체의 비율보다 높은 본 발명에 따른 전기탈이온 장치에서는, 약이온의 고 부하시에도 우수한 탈염 용량과 기능적 안정성을 얻을 수 있다. 예컨대, 상기 전기탈이온 장치는 탈염실(16)의 음이온 교환막(13)의 유효 면적(dm2)에 대한 탈염실(16)로의 탄산염 주입 비율(mg-CO2/h)이 80 이상(또는, 심지어 250-300)이거나, 탈염실 (16)의 음이온 교환막(13)의 유효 면적(dm2)에 대한 탈염실(16)로의 실리카 주입 비율(mg-SiO2/h)이 8 이상(또는, 심지어 15-25)이거나 전류 밀도가 300mA/dm2 이상(또는 심지어 600-1200mA/dm2)인 조건에서도 탈염 용량과 전기 저항을 포함하는 측면에 있어서 안정하다. 따라서, 상기 전기탈이온 장치는 더 소형화될 수 있고, 이것은 경제적인 측면에서 매우 유리하다.
또한, 본 발명에 따른 전기탈이온 장치에 있어서, 음극실(17)이나 양극실(18)은 또한 전기 전도체나 이온 교환 수지와 같은 이온 교환체로도 충전될 수도 있다.
하기의 실시예들 및 비교예들은 본 발명을 명확히 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
1000L/h의 수처리 용량을 갖는 전기탈이온 장치를 사용한다. 상기 전기탈이온 장치는 각기 250mm × 400mm × 5mm(유효 너비 ×높이 ×두께)의 치수를 갖는 8개의 탈염실과 2.5mm 정도의 두께를 갖는 농축실로 구성된다. 상기 탈염실과 농축실은 각기 다음에 설명하는 혼합 이온 교환 수지로 충전된다. 상기 전기탈이온 장치에 공급되는 물은 활성탄과 역삼투(RO) 분리 처리된 수도용수이다. 상기 공급수의 특성은 다음과 같다: 전기 전도도=10 μS/cm; CO2 농도=20ppm; SiO2 농도=1ppm; 수온=10℃. 또한, 상기 전기탈이온 장치에서 탈염실의 음이온 교환막의 유효 면적(dm2)은 10dm2이다.
탈염실: 7/3(v/v)의 "음이온 교환 수지/양이온 교환 수지(음이온/양이온 비)" 비율을 갖는 혼합 이온 교환 수지.
농축실: 하기 표 1에 제시된 음이온/양이온 비율을 갖는 혼합 이온 교환 수지
탈염실 입구로 주입되는 물의 유속은 1000L/h이고, 농축실 입구로 주입되는 물의 유속은 400L/h이다. 농축실로부터 나오는 농축수는 세 부분으로 나누어지는데, 한 부분은 시스템 밖으로 200L/h의 속도로 버려지고, 다른 부분은 음극실과 양극실을 통하여 연속적으로 운반된 후 50L/h의 유속으로 시스템 밖으로 버려진다. 나머지 부분은 농축실의 입구로 순환된다.
물주입 작동은 8A의 전류 하에서 한 달 동안 계속되는데, 이때 주입수의 조건은 하기에 나타나 있다. 한 달 후의 배출수의 고유저항(specific resistivity)과 작동 전압(operation voltage)은 표 1에 나와 있다. 고유저항과 작동 전압은 안정하며 초기 측정값에서 벗어나지 않는다. 주입수의 조건은 다음과 같다:
1) 탈염실 음이온 교환막의 유효 면적(dm2)에 대하여 탈염실로 주입되는 물의 주입 속도(L/h)의 비율은 12.5;
2) 탈염실 음이온 교환막의 유효 면적(dm2)에 대하여 탈염실로 주입되는 탄산염 주입 비율(mg-CO2/h)은 250;
3) 탈염실 음이온 교환막의 유효 면적(dm2)에 대하여 탈염실로 주입되는 실리카 주입 비율(mg-SiO2/h)은 12.5;및
4) 전류 밀도는 800mA/dm2.
실시예 2-4 및 비교예 1-2
각 예에서, 물 주입 작동은 농축실에 충전된 혼합 이온 교환수지의 음이온/양이온 비율을 표 1과 같이 변화시킨 것 외에는 실시예 1과 같다. 각 예에서, 한 달 후의 배출수의 고유 저항과 동작 전압은 표 1에 나타나 있다.
농축실에 충전된 이완 교환 수지의 음이온/양이온 비율(음이온 교환수지: 양이온 교환수지(v/v) 물 주입 한 달 후
생산수의 고유 저항(㏁ㆍ㎝) 동작 전압(V)
실시예 1 8: 2 15 86
2 9: 1 14 86
3 7.5: 2.5 15 90
4 9.5: 0.5 14 88
비교예 1 7: 3 12 126
2 6: 4 11 134
표 1에서 보는 것과 같이, 농축실에 충전된 이온 교환 수지의 음이온/양이온 비율이 농축실에 충전된 이온 교환 수지의 비율보다 높을 때, 특히 농축실의 양이온 교환 수지에 대한 음이온 교환수지의 부피비가 8:2에서 9:1일 때, CO2와 실리카를 포함하는 약이온의 고 부하가 걸려있을 때조차 우수한 탈염 용량과 동작의 안정성을 달성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기탈이온 장치는 CO2와 실리카를 포함하는 약이온의 고부하가 걸려있을 때조차 우수한 탈염 용량과 동작의 안정성을 제공한다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 적어도 하나의 농축실(concentrating compartment)과 적어도 하나의 탈염실(desalting compartment)을 교대로 형성하도록 양극(cathode)과 음극(anode) 사이에 다수의 음이온 교환막(anion exchange membrane)과 다수의 양이온 교환막(cation exchange membrane)이 교대로 배열되어 있으며,
    상기 농축실과 탈염실은 이온 교환체(ion exchanger)로 충전되어 있고, 상기 농축실에서의 이온 교환체의 양이온 교환체에 대한 음이온 교환체의 비율은 상기 탈염실에서의 이온 교환체의 양이온 교환체에 대한 음이온 교환체의 비율보다 큰 것을 특징으로 하는 전기탈이온 장치(electrodeionization apparatus).
  2. 제 1 항에 있어서, 다수의 농축실과 다수의 탈염실을 포함하며, 상기 농축실에서의 이온 교환체의 양이온 교환체에 대한 음이온 교환체의 비율이 75/25 내지 95/5의 범위인 것을 특징으로 하는 전기탈이온 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 농축실의 이온 교환체가 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지를 포함하는 혼합 이온 교환 수지를 포함하고, 상기 음이온 교환 수지의 교차 결합도(crosslinking degree)가 3-8%이며, 상기 양이온 교환 수지의 교차 결합도가 5-10%인 것을 특징으로 하는 전기탈이온 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈염실의 음이온 교환막의 유효 면적(dm2)에 대한 탈염실로 주입되는 물의 주입 속도(L/h)의 비율이 5이상인 것을 특징으로 하는 전기탈이온 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 다음 조건 (1)과 (2)중 적어도 하나를 만족하는 것을 특징으로 하는 전기탈이온 장치:
    (1) 탈염실 음이온 교환막의 유효 면적(dm2)에 대한 상기 탈염실로의 탄산염 주입 비율(mg-CO2/h)이 80 이상; 및
    (2) 탈염실 음이온 교환막의 유효 면적(dm2)에 대한 상기 탈염실로의 실리카 주입 비율(mg-SiO2/h)이 8 이상.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 인가되는 전류 밀도가 300mA/dm2이상인 것을 특징으로 하는 전기탈이온 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 농축실이 내열성(thermostable) 음이온 교환 수지를 포함하는 음이온 교환 수지로 충전된 것을 특징으로 하는 전기탈이온 장치.
KR1020057007834A 2002-11-15 2003-11-11 전기탈이온 장치 KR100709693B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002332672A JP3956836B2 (ja) 2002-11-15 2002-11-15 電気脱イオン装置
JPJP-P-2002-00332672 2002-11-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050067224A true KR20050067224A (ko) 2005-06-30
KR100709693B1 KR100709693B1 (ko) 2007-04-19

Family

ID=32375718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057007834A KR100709693B1 (ko) 2002-11-15 2003-11-11 전기탈이온 장치

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7485213B2 (ko)
JP (1) JP3956836B2 (ko)
KR (1) KR100709693B1 (ko)
CN (1) CN100339161C (ko)
AU (1) AU2003276528A1 (ko)
CA (1) CA2503733C (ko)
GB (1) GB2409685B (ko)
TW (1) TWI257324B (ko)
WO (1) WO2004047991A1 (ko)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4400218B2 (ja) * 2004-01-09 2010-01-20 栗田工業株式会社 電気式脱イオン装置及び脱イオン方法
US7892848B2 (en) * 2005-04-14 2011-02-22 Trovion Singapore Pte. Ltd., Co. Method of ion chromatography wherein a specialized electrodeionization apparatus is used
SG174801A1 (en) * 2006-06-22 2011-10-28 Siemens Water Tech Corp Electrodeionization apparatus and low scale potential water treatment
US20080067069A1 (en) 2006-06-22 2008-03-20 Siemens Water Technologies Corp. Low scale potential water treatment
JP4867720B2 (ja) * 2007-03-06 2012-02-01 栗田工業株式会社 純水製造方法及び装置
US8585882B2 (en) 2007-11-30 2013-11-19 Siemens Water Technologies Llc Systems and methods for water treatment
JP2010201361A (ja) * 2009-03-04 2010-09-16 Japan Organo Co Ltd 電気式脱イオン水製造装置及びこれを用いた脱イオン水の製造方法
US9490418B2 (en) 2011-03-29 2016-11-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising collar and acoustic reflector with temperature compensating layer
US9637397B2 (en) 2011-10-27 2017-05-02 Pentair Residential Filtration, Llc Ion removal using a capacitive deionization system
US8671985B2 (en) 2011-10-27 2014-03-18 Pentair Residential Filtration, Llc Control valve assembly
US8961770B2 (en) 2011-10-27 2015-02-24 Pentair Residential Filtration, Llc Controller and method of operation of a capacitive deionization system
US9010361B2 (en) 2011-10-27 2015-04-21 Pentair Residential Filtration, Llc Control valve assembly
US9695070B2 (en) 2011-10-27 2017-07-04 Pentair Residential Filtration, Llc Regeneration of a capacitive deionization system
JP2017140548A (ja) * 2016-02-08 2017-08-17 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置の運転方法
JP7213006B2 (ja) * 2017-02-09 2023-01-26 栗田工業株式会社 導電性水溶液の製造装置及び導電性水溶液の製造方法
JP2019177328A (ja) * 2018-03-30 2019-10-17 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置の運転方法
JP6627943B2 (ja) * 2018-10-02 2020-01-08 三菱ケミカルアクア・ソリューションズ株式会社 純水製造方法
JP2021037469A (ja) * 2019-09-03 2021-03-11 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置及び脱イオン水の製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0170895B1 (en) 1984-07-09 1989-03-22 Millipore Corporation Improved electrodeionization apparatus and method
JPH0472567A (ja) 1990-07-13 1992-03-06 Canon Inc 免疫的に活性な物質の測定方法および測定装置
JP2751090B2 (ja) 1993-04-21 1998-05-18 日本錬水株式会社 純水製造装置
JP2699256B2 (ja) 1993-10-05 1998-01-19 株式会社荏原製作所 電気再生式連続イオン交換装置とその使用方法
GB9600633D0 (en) * 1996-01-12 1996-03-13 Glegg Water Conditioning Inc Elecrodeionization apparatus having geometric arrangement of ion exchange material
US5868915A (en) * 1996-09-23 1999-02-09 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus and method
JPH10277557A (ja) * 1997-04-10 1998-10-20 Asahi Glass Co Ltd 脱イオン水製造装置
JP3794268B2 (ja) 2001-01-05 2006-07-05 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置及びその運転方法
US6649037B2 (en) * 2001-05-29 2003-11-18 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus and method
JP3864891B2 (ja) * 2002-07-01 2007-01-10 栗田工業株式会社 電気式脱イオン装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN100339161C (zh) 2007-09-26
US7485213B2 (en) 2009-02-03
CA2503733C (en) 2008-08-19
JP3956836B2 (ja) 2007-08-08
US20060037862A1 (en) 2006-02-23
JP2004167291A (ja) 2004-06-17
WO2004047991A1 (ja) 2004-06-10
GB2409685B (en) 2006-06-28
CN1711136A (zh) 2005-12-21
AU2003276528A1 (en) 2004-06-18
TW200414922A (en) 2004-08-16
GB2409685A (en) 2005-07-06
TWI257324B (en) 2006-07-01
GB0507593D0 (en) 2005-05-18
CA2503733A1 (en) 2004-06-10
KR100709693B1 (ko) 2007-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100709693B1 (ko) 전기탈이온 장치
US7666288B2 (en) Apparatus for electrodeionization of water
US6824662B2 (en) Electrodeionization apparatus and method
US6733646B2 (en) Method and apparatus for electrodeionization of water
KR100409416B1 (ko) 전기탈이온법에의한탈이온수의제조법
KR100643068B1 (ko) 전기 탈이온 장치
KR20040086244A (ko) 부분 탈이온화 공정
KR101981353B1 (ko) 담수화 시스템 및 방법
KR101138382B1 (ko) 전기식 탈이온수 제조장치의 운전방법, 전기식 탈이온수제조시스템 및 전기식 탈이온수 제조장치
KR20010050042A (ko) 전기 탈이온화 장치 및 정수 제조 장치
CN100345615C (zh) 一种双极膜电去离子制取超纯水的方法及其设备
EP1640344B1 (en) Pure water production system
JP3788318B2 (ja) 電気脱イオン装置及び電気脱イオン方法
JP2001259646A (ja) 電気式脱イオン水製造装置
KR20140060298A (ko) 담수화 시스템 및 방법
JP4552273B2 (ja) 電気脱イオン装置
KR20180052765A (ko) 수처리 장치 및 수처리 방법
JP2003001258A (ja) 電気脱イオン装置
JP2011121027A (ja) 電気式脱イオン水製造装置
JP2002205071A (ja) 電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法
JP2007301430A (ja) 電気再生式純水製造装置および純水の製造方法
KR100692698B1 (ko) 전기탈이온장치 및 그것을 사용한 전기탈이온화처리방법
JP3700244B2 (ja) 純水製造装置
JP4660890B2 (ja) 電気脱イオン装置の運転方法
JP2001276836A (ja) 脱イオン水の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130321

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140319

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160318

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee