KR20060131831A - 전기 탈이온 장치 및 탈이온 방법 - Google Patents

전기 탈이온 장치 및 탈이온 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20060131831A
KR20060131831A KR1020067015687A KR20067015687A KR20060131831A KR 20060131831 A KR20060131831 A KR 20060131831A KR 1020067015687 A KR1020067015687 A KR 1020067015687A KR 20067015687 A KR20067015687 A KR 20067015687A KR 20060131831 A KR20060131831 A KR 20060131831A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exchange resin
water
chamber
anion exchange
ion exchange
Prior art date
Application number
KR1020067015687A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101163244B1 (ko
Inventor
구니히로 이와사키
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 KR20060131831A publication Critical patent/KR20060131831A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101163244B1 publication Critical patent/KR101163244B1/ko

Links

Images

Classifications

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

Abstract

약전해질 성분도 충분히 제거되고, 충분히 비저항이 높은 처리수를 생산할 수 있는 전기 탈이온 장치의 탈염실은 직사각형상의 프레임(20)과, 이 프레임(20) 내에 배치된 바람직하게는 도전성을 갖는 구획 부재(21)와, 구획 부재(21)에 의해 형성된 소실(22) 내에 충전된 이온 교환 수지(23)와, 프레임(20)을 사이에 두도록 배치된 음이온 교환막(24) 및 양이온 교환막(25)에 의해 구성되어 있다. 구획 부재(21)는 육각형의 허니콤 형상의 것이다. 이온 교환 수지(23)는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 혼합물이며, 상류측과 하류측에서 혼합비가 다르다.

Description

전기 탈이온 장치 및 탈이온 방법{ELECTRIC DEIONIZATION DEVICE AND ELECTRIC DEIONIZATION METHOD}
본 발명은 반도체, 액정, 제약, 식품 공업 등의 각종 산업에서 이용되는 전기 탈이온 장치에 관한 것이며, 특히 처리수의 비저항값과 약전해질 음이온의 제거율의 향상을 도모하고, 고순도의 순수를 연속적으로 제조할 수 있는 전기 탈이온 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이 전기 탈이온 장치를 이용한 탈이온 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공장, 액정 공장, 식품 공업, 전력 공업 등의 각종 산업, 민생용 내지 연구 시설 등에서 사용되는 탈이온수의 제조에 도 6에 도시하는 바와 같이 전극[양극(11), 음극(12)] 사이에 복수의 음이온 교환막(13) 및 양이온 교환막(14)을 교대로 배열하여 농축실(15)과 탈염실(16)을 교대로 형성하고, 탈염실(16)에 이온 교환체(10)를 충전한 전기 탈이온 장치가 이용되고 있다. 도 6에서 17은 양극실, 18은 음극실이다.
또한, 농축실(15)로부터 유출된 농축수의 일부를 양극실(17) 및 음극실(18)에 흘린다.
전기 탈이온 장치는 물 해리에 의해 H+ 이온과 OH- 이온을 생성시키고, 탈염실 내에 충전되어 있는 이온 교환체를 연속하여 재생하는 것에 의해 효율적인 탈염 처리가 가능하고, 종래부터 탈염 처리에 널리 이용되어 온 이온 교환 수지 장치와 같은 약품을 이용한 재생 처리를 필요로 하지 않으며, 완전한 연속 채수가 가능하고, 고순도의 물을 얻을 수 있다고 하는 우수한 효과를 나타내어, 순수 제조 장치 등에 편입되어 널리 사용되고 있다.
일반적으로 전기 탈이온 장치에서는 한계 전류 밀도 이상의 전류를 흘려 탈염을 행하지만, 이때, 전술한 바와 같이 물 해리가 발생하여 OH-, H+가 발생하고, 전하를 나르게 된다. 이 H+ 이온의 이온 이동도는 349.7 cm2Ω-1eq-1로, 다른 이온의 이온 이동도(30 내지 70 cm2Ω-1eq-1)에 비해 압도적으로 빠르다. 이 때문에 특히 탈염실의 두께(W)가 커지면, 물 해리가 발생하였을 때에 이온 이동도의 차이에 의한 이동 속도의 차가 넓어져, H+는 신속하게 농축실측에 배출되며, OH- 이온이 탈염실에 남겨지기 쉽다. 또한, Ca2+, Mg2+ 등의 다가의 양이온이나 음이온은 비교적 용이하게 농축실측에 배출되지만, Na+, K+은 1가인 동시에, H+ 이온이 전하를 나르는 역할을 하고 있기 때문에 탈염실에 남기 쉽다. 이 결과로서, 처리수중에 NaOH, KOH 등의 1가의 알카리 금속 수산화물이 함유되게 되어, 처리수(탈이온수)의 Na 이온 농도가 높아지는 현상(Na 누설 현상)이 발생하기 쉬워진다.
탈염실 내에 상하 방향으로 구획용 리브를 설치하고, 탈염실 내를 상하 방향으로 긴 소실(小室)로 구획한 전기 탈이온 장치가 일본 특허 공고 평4-72567호 공보에 기재되어 있다. 이와 같이 탈염실 내를 리브에 의해 가늘고 긴 소실로 구획하고, 각 소실에 각각 이온 교환 수지를 충전한 전기 탈이온 장치에 있어서는, 탈염실의 입구로부터 출구를 향해 국부적으로 기울어 물이 흐르는 채널화 현상이 방지되는 동시에, 탈염실 내에서 이온 교환 수지가 압축되거나 이동하는 것이 방지된다.
이 일본 특허 공고 평4-72567호에서는 탈염실에는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지를 등량씩(즉, 음이온 교환 수지비가 50 체적%) 혼합한 것을 충전하고 있다.
이 일본 특허 공고 평4-72567호의 전기 탈이온 장치에 있어서는, 탈염실을 상하로 가늘고 긴 소실로 구획하기 때문에, 소실의 수에 제한이 있다. 즉, 너무 많은 소실을 형성할 수 없다. 리브에 의해 물의 좌우 방향에의 흐름이 저지되기 때문에, 물과 이온 교환 수지의 접촉 효율이 나쁘다. 소실의 하부에 있어서는 이온 교환 수지가 압축되고, 상부에 간극이 생겨, 이온 교환 수지의 충전율이 낮아지는 경향이 있다.
본 출원인은 이러한 여러 가지의 단점을 극복하고, 물과 이온 교환 수지의 접촉 효율이 높으며, 이온 교환 수지 등의 충전 밀도도 높은 전기 탈이온 장치를 일본 특허 공개 제2001-25647호에서 제안하고 있다. 또한, 이 전기 탈이온 장치에서의 탈염실의 음이온 교환 수지비를 60 내지 80 체적%로 함으로써 탈이온 효율을 높이는 것을 일본 특허 공개 제2003-126862호에서 제안하고 있다.
이들 전기 탈이온 장치는 탈염실 내를 구획 부재에 의해 다수의 소실로 구획하고, 각 소실에 이온 교환 수지를 충전한 것이다. 이 각 소실을 향하는 구획 부재의 적어도 일부는 탈염실 내의 평균적인 물의 흐름 방향에 대하여 경사져 있고, 이 경사진 부분은 물은 통과시키지만, 이온 교환 수지는 통과시키지 않는 구조로 되어 있다. 이 때문에 탈염실 내에 유입한 물의 적어도 일부는 평균적인 물의 흐름 방향에 대하여 경사 방향으로 흐르게 되고, 탈염실 내의 전체에 분산되어 흐른다. 따라서, 물과 이온 교환 수지의 접촉 효율이 향상하고, 탈이온 특성이 향상한다.
이 소실을 평균적인 물의 흐름 방향 및 이것과 직교 방향의 어느 하나에서도 막면을 따라 복수 개 배치함으로써(예컨대 종횡으로 다수 배치함으로써), 물과 이온 교환 수지의 접촉 효율이 매우 높은 것이 된다. 각 소실 내의 상하 방향의 높이가 작아져, 이온 교환 수지가 국부적으로 잘 압축되지 않게 된다. 따라서, 소실에 간극이 생기지 않아, 이온 교환 수지의 충전 밀도가 높다.
일반적으로 전기 탈이온 장치는 피처리수중의 이온을 전극간의 전위 차에 기초하여 탈염실로부터 농축실로 이동시키는 것이기 때문에, 탄산이나 실리카와 같은 약전해질 성분은 잘 제거되지 않는다. 예컨대, 일본 특허 공고 평4-72567호와 같이 음이온 교환 수지비를 50 체적%로 한 전기 탈이온 장치에 의하면, 실리카의 제거율은 70 내지 90% 정도의 낮은 값이다.
상기 일본 특허 공개 제2003-126862호의 전기 탈이온 장치는 탈염실 내에 구획 부재가 배치되고, 이 구획 부재와 이 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의해 둘러싸인 다수의 소실이 이 탈염실 내에 형성되어 있으며, 각 소실에 각각 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지를 포함하는 혼합물을 충전한 전기 탈이온 장치에서, 약전해질의 제거 성능을 높이기 위해, 이 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 합량에 대한 음이온 교환 수지의 비율을 60 내지 80 체적%로 한 것이다.
동호 공보에서, 음이온 교환 수지의 비율을 늘린 것은 다음의 이유 때문이다.
약전해질인 탄산(CO2)은 전기 탈이온 장치 내에서 수산화물 이온(OH-)과의 이온화 반응에 의해 중탄산 이온으로 변한다(CO2 + OH- + HCO- 3).
이 중탄산 이온이 탈염실 내를 이동하고, 음이온 교환막을 통과하여 농축실로 이동한다. 따라서, 첫째 이온화 반응을 촉진시키는 것, 둘째 중탄산 이온의 이동도를 개선하는 것이 탄산 제거에 중요하다. 이 탄산의 이온화 반응(중탄산 이온의 생성) 촉진을 위해서는 OH- 이온의 공급이 필요하며, 이것은 물 해리(H2O+→H+ + OH-)에 의해 초래된다.
이 물 해리가 발생하는 장소는 이온 교환 수지 사이 및 이온 교환 수지와 이온 교환막 사이이다. 이온 교환 수지 사이에서 발생한 수소 이온 및 수산화물 이온은 탈염실 내에서 재차 회합하기 때문에 그 수명은 짧다. 그 때문에 탄산의 이온화를 위한 OH-로서는, 이온 교환막과 이온 교환 수지 사이, 특히 양이온 교환막과 음 이온 교환 수지 사이에서 발생하는 OH- 이온이 유효하다. 음이온 교환 수지의 비율을 늘리면 양이온 교환막에의 음이온 수지의 접촉율이 상승하고, 이에 따라 발생하는 OH- 이온량도 증가한다. 이 결과, 탄산의 이온화 반응이 촉진된다.
음이온 교환 수지의 비율을 높이면 OH- 이온 발생량은 증가하지만, H+ 이온이 감소하기 때문에 Na+ 이온의 제거성이 저하되어, 처리수의 비저항을 나쁘게 한다.
일본 특허 공개 제2003-126862호에서는 전기 탈이온 장치로서 탈이온 특성이 우수한 상기 일본 특허 공개 제2001-25647호의 전기 탈이온 장치의 구조(탈염실 내를 다수의 수실로 구획하는 구조)를 채용함으로써 Na 누설을 방지하고 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공고 평4-72567호 공보
특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2001-25647호 공보
특허 문헌 3: 일본 특허 공개 제2003-126862호 공보
수중의 탄산 농도가 많아지면 그에 맞는 만큼 당량 전기 전도가 증가하기 때문에, 탈이온에 필요한 전류 밀도는 종래에 비해 높아진다. 탈염실에 충전하는 음이온 교환 수지의 비율이 많은 경우는, 음이온 교환 수지비가 50%인 경우에 비해 전류 밀도를 높이기 위해서는 전극간 인가하는 전압을 높여야 한다. 즉, 탈염실에서 음이온 교환 수지의 비율을 늘리면, 당연히 양이온 교환 수지의 비율이 적어진다. 음이온 교환 수지의 비율을 60%에서 70%로 하면 음이온 교환 수지를 통해 이동하는 경로는 약 3배로 증가하지만, 양이온 교환 수지의 비율이 40%에서 30%가 됨으 로써, 양이온 교환 수지를 통해 이동하는 경로는 약 10분의 1로 감소한다.
전술한 바와 같이, 전류 밀도를 높이면 물의 해리에 의해 발생하는 H 이온량도 증가한다. 이동 경로가 적은 양이온 교환 수지를 통해, Na+ 이온과 H+ 이온이 경쟁적으로 이동하지만, 이온 이동도가 압도적으로 빠른 H+ 이온이 우선적으로 이동 경로를 점령해 버리고, Na+ 이온이 잘 이동하지 않게 되어, 전기 저항의 증가, 즉 전압 상승을 야기한다.
일본 특허 공개 제2003-126862호와 같이 단순히 탈염실 내의 음이온 교환 수지비를 높인 경우에는 전류 밀도를 높게 취할 수 없고, 탄산 제거가 불충분해져 비저항의 저하를 초래한다. 전압 상승은 소비 전력의 증가로 이어지기 때문에 비경제적이 된다.
발명의 개요
본 발명은 상기 과제를 해결하고, 낮은 인가 전압에서도 약전해질 성분을 제거하기 위해 필요한 전류 밀도를 확보할 수 있으며, 고수질의 처리수를 얻을 수 있는 전기 탈이온 장치 및 전기 탈이온 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1 측면의 전기 탈이온 장치는, 전극 사이에 복수의 양이온 교환막과 음이온 교환막을 교대로 배열하여 탈염실과 농축실을 교대로 형성하고, 탈염실에 이온 교환 수지를 충전하며, 탈염실에 피처리수를 통수하고, 농축실에 농축수를 통수하도록 한 전기 탈이온 장치로서, 이 이온 교환 수지는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지를 포함하는 혼합물인 전기 탈이온 장치에서, 이 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 합량에 대한 음이온 교환 수지의 비율이 이 탈염실 내의 상류측에서 66 내지 80 체적%이며, 하류측에서 50 내지 65 체적%인 것을 특징으로 하는 것이다.
제2 측면의 전기 탈이온 장치는, 전극 사이에 복수의 양이온 교환막과 음이온 교환막을 교대로 배열하여 탈염실과 농축실을 교대로 형성하고, 탈염실에 이온 교환 수지를 충전하며, 탈염실에 피처리수를 통수하고, 농축실에 농축수를 통수하도록 한 전기 탈이온 장치로서, 이 이온 교환 수지는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지를 포함하는 혼합물인 전기 탈이온 장치에서, 이 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 합량에 대한 음이온 교환 수지의 비율이 이 탈염실 내의 상류측에서 50 내지 65 체적%이며, 하류측에서 66 내지 80 체적%인 것을 특징으로 하는 것이다.
제3 측면의 탈이온 방법은, 제1 또는 제2 측면의 장치를 이용하여 전류 밀도 300 mA/dm2 이상으로 운전하는 것을 특징으로 한다.
제4 측면의 탈이온 방법은, 제1 또는 제2 측면의 장치를 이용하여 Na 이온 농도가 300 ppb 이상인 피처리수를 탈이온하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 실시 형태에 따른 탈염실의 구성을 도시하는 분해 사시도이다.
도 2는 구획 부재의 주요부 사시도이다.
도 3은 구획 부재의 분해 사시도이다.
도 4는 구획 부재의 통수 상황을 도시하는 정면도이다.
도 5a 및 도 5b는 탈염실에서의 음이온 교환 수지의 비율을 도시하는 사시도이다.
도 6은 전기 탈이온 장치가 일반적인 구성을 도시하는 모식적인 단면도이다.
발명의 바람직한 형태의 상세한 설명
전기 탈이온 장치에서, 탈염실의 상류측 또는 하류측에 음이온 교환 수지 66 내지 80 체적%의 영역을 설치함으로써, 이 부분에서 약전해질이 충분히 제거된다.
제1 측면의 전기 탈이온 장치에 있어서는, 물 해리(이하, 스프리트라고 하는 경우가 있음)의 발생이 많은 탈염실의 출구, 즉 하류측에 설치한 음이온 교환 수지의 비율이 50 내지 65 체적%의 층에서, 스프리트에 의한 H 이온량과 Na 이온의 양방을 충분히 이동시키는 만큼의 양이온 교환 수지의 이동 경로를 확보할 수 있다. 그 결과, Na 누설이 방지되는 동시에, 전압을 상승시키지 않고 전류 밀도를 높일 수 있다.
제2 측면의 전기 탈이온 장치에 있어서는, 탈염실의 입구, 즉 상류측에 설치한 음이온 교환 수지의 비율이 50 내지 65 체적%의 층에서의 Na 이온의 제거율이 높아짐으로써, 하류측에 유입하는 Na 이온량이 감소하기 때문에, Na 누설이 방지되는 동시에, Na 이온의 이동 부하가 경감되어, 전압을 상승시키지 않고 전류 밀도를 높일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 실시 형태에 관해서 설명한다. 도 1은 실시 형태에 따른 탈염실의 구성을 도시하는 분해 사시도, 도 2는 구획 부재의 주요부 사시도, 도 3은 구획 부재의 분해 사시도, 도 4는 구획 부재의 통수 상황을 도시하는 정면도이다.
이 탈염실은, 직사각형상의 프레임(20)과, 이 프레임(20) 내에 배치된 바람직하게는 도전성을 갖는 구획 부재(21)와, 구획 부재(21)에 의해 형성된 소실(22) 내에 충전된 이온 교환 수지(23)와, 프레임(20)을 사이에 두도록 배치된 음이온 교환막(24) 및 양이온 교환막(25)에 의해 구성되어 있다.
프레임(20)의 상부에는 피처리수(원수) 도입용 통수 구멍(26) 및 농축수(유입측)의 통수 구멍(27)이 천공되고, 하부에는 탈염수의 통수 구멍(28) 및 농축수(배출측)의 통수 구멍(29)이 천공되어 있다. 이 원수 도입용 통수 구멍(26) 및 탈염수의 통수 구멍(28)은 절결(切缺)형의 수로(26a, 28a)를 통해 각각 프레임(20)의 내측에 연통하고 있다.
수로(26a)는, 도 1에서는 좌측 위의 소실에만 연통하도록 도시하고 있지만, 좌우 방향의 각 소실에 원수가 균등하게 분배되도록 수로(26a)는 실제로는 프레임(20)의 상부에 복수 설치되고, 통수 구멍(26)은 최상부의 각 소실에 직접 연통하고 있다. 도 1에서는 수로(28a)는 우측 아래의 소실에만 연통하도록 도시되어 있지만, 실제로는 수로(28a)는 프레임(20)의 하부에 복수 개 설치되어 있고, 통수 구멍(28)은 최하부의 각 소실에 직접 연통하고 있다.
이 실시 형태에 따른 구획 부재(21)는 육각형의 허니콤 형상의 것이고, 소실(22)은 상하 좌우에 다수 배치되어 있다. 각 소실(22)의 한 쌍의 측변이 프레 임(20)의 길이 방향 즉 상하 방향이 되도록 배치되어 있다.
이 구획 부재(21)는 미리 일체 성형된 것이더라도 좋고, 복수의 부재를 조합시킨 것이더라도 좋다. 예컨대 도 3과 같이 지그재그형 굴곡판(30)의 길이 방향면(31)을 연결함으로써 구성된다. 이 굴곡판(30)은, 길이 방향면(31)에 대하여 120°의 각도로 연속해 있는 통수성의 경사면(32,33)을 구비하고 있다. 길이 방향면(31)을 연결하기 위해서는 예컨대 접착제를 이용할 수 있다. 이 굴곡판(30)은 물은 통과시키지만 이온 교환 수지는 통과시키지 않는 재료, 예컨대 직포, 부직포, 메쉬, 다공질재 등에 의해 구성되어 있다. 이 굴곡판(30)은 내산성 및 내알카리성을 갖는 합성 수지 또는 금속에 의해 강성을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 길이 방향면(31)은 통수성을 갖고 있더라도 좋고, 갖고 있지 않더라도 좋다.
구획 부재(21)는 프레임(20)에 끼워 넣어져 있더라도 좋다. 프레임(20)의 한 면측에 투수성 시트 또는 메쉬를 설치하고, 이에 구획 부재를 접착하더라도 좋다.
이 탈염실을 갖는 전기 탈이온 장치의 전체 구조 그 자체는 상기 도면 6과 동일하다.
이 전기 탈이온 장치에 통수하여 탈염 운전을 행하는 경우, 탈염실에 유입된 원수는 도 4와 같이 소실(22)을 둘러싸는 구획 부재(21)를 통과하여 인접하는 소실(22)에 유입되고, 서서히 아래쪽으로 흐르는 동안에 탈이온 처리를 받는다. 결국은 탈염실의 하부에 도달하고, 수로(28a)를 통해 탈염수 취출용 구멍(28)에 유입되며, 탈염수로서 전기 탈이온 장치 밖으로 취출된다.
이 탈염실에서의 평균적인 물의 흐름 방향은, 원수 유입용 수로(26a)가 프레 임(20)의 상부에 존재하고, 탈염수 취출용 수로(28a)가 프레임(20)의 하부에 존재하기 때문에, 위에서 아래를 향하는 수직 방향으로 되어 있다. 이 평균적인 물의 흐름 방향에 대하여 소실의 상부 및 하부가 경사져 있기 때문에, 피처리수는 하나의 소실(22)로부터 좌측 및 우측의 소실(22)에 경사지게 나뉘어 아래로 흐르게 된다. 이 때문에 피처리수가 각 소실(22)에 거의 균등하게 분산되어 흐르게 되어, 피처리수와 이온 교환 수지의 접촉 효율이 양호한 것이 된다.
이 탈염실에 있어서는, 소실(22)이 비교적 작고, 이온 교환 수지의 자중 및 수압에 의해 각 소실(22) 내에서 이온 교환 수지에 대하여 부가되는 하향 압력이 작다. 따라서, 어느 소실(22) 내에서도 이온 교환 수지가 압축되지 않고, 이온 교환 수지가 소실 내의 하부에서 국부적으로 압밀화되지 않는다.
각 소실(22)에 대하여 충전되는 이온 교환 수지는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 혼합물이다. 탈염실 내에는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 합량에 대한 음이온 교환 수지의 비율이 66 내지 80 체적%, 바람직하게는 70 내지 80 체적%인 음이온 교환 수지의 대과잉 영역과, 50 내지 65 체적%인 등량 내지 소과잉 영역(이하, 소과잉 영역이라고 함)이 존재한다.
제1 형태에서는, 도 5a와 같이 탈염실의 상류측에 대과잉 영역을 배치하고, 하류측에 소과잉 영역을 배치하고 있다.
제2 형태에서는, 도 5b와 같이 탈염실의 상류측에 소과잉 영역을 배치하고, 하류측에 대과잉 영역을 배치하고 있다.
도 5a, 5b 중 어느 형태에서도, 대과잉 영역과 소과잉 영역의 경계(B)는 탈 염실이 평균적인 물의 흐름 방향(도 5에서는 위에서 아래를 향하는 방향)에서 유입측으로부터 25 내지 75%, 특히 40 내지 60%의 범위에 위치하는 것이 바람직하다.
대과잉 영역에서의 음이온 교환 수지의 비율이 66 체적%보다 적으면 물의 해리에 의한 OH- 생성량이 부족하고, 탄산의 중탄산 이온에의 이온화가 부족하여, 탄산 제거 효과가 낮아진다. 대과잉 영역에서의 음이온 교환 수지의 비율이 80 체적%보다 많아지면 Na+ 이온 등의 양이온의 제거 효율이 나빠져, 처리수중의 Na+ 이온 등의 농도가 높아진다. 대과잉 영역에서 음이온 교환 수지가 66 내지 80 체적%의 범위이면, 탄산 및 Na+ 이온 등의 제거가 모두 충분히 행해지는 동시에, 약산인 실리카의 이온화도 촉진되어, 실리카 제거율도 높아진다. 소과잉 영역에서의 음이온 교환 수지비가 50 체적%보다 적으면, 그 영역에서 음이온이 누설되기 쉬워지는 한편, 65 체적%보다 많으면 양이온이 누설되기 쉬워져, 그 결과 본 발명의 효과를 얻을 수 없게 된다.
대과잉 영역과 소과잉 영역 사이에 음이온 교환 수지비가 이들의 중간인 중과잉 영역을 설치하더라도 좋다. 대과잉 영역 및 소과잉 영역은 상기 음이온 교환 수지 비율이면 다른 비율로 더 분할하더라도 좋고, 또한 이 비율을 만족시키는 한 상류에서 하류를 향해 음이온 교환 수지 비율을 점감 또는 점증시키더라도 좋다.
본 발명에 의하면, 전류 밀도를 300 mA/dm2 이상, 예컨대 300 내지 1200 mA/dm2의 고전류 밀도로 운전하여, Na 이온 농도가 300 ppb 이상, 예컨대 300 내지 2000 ppb의 피처리수로부터도 10 MΩ·cm 이상의 고 비저항의 처리수를 생산하는 것이 가능하다.
도 1 내지 4에서는 소실은 육각형이지만, 사각형, 예컨대 마름모형이더라도 좋다. 구획 부재는 삼각형의 소실을 형성하는 삼각 격자형 구획 부재이더라도 좋고, 또한 다른 형상의 소실을 갖는 구획 부재이더라도 좋다. 소실은 형성되지 않더라도 좋고, 이 경우 구획 부재는 필요없다.
본 발명의 전기 탈이온 장치에서, 소실의 이온 교환막면에의 투영 면적은 1 내지 100 cm2, 특히 5 내지 80 cm2, 특히 10 내지 50 cm2 정도가 바람직하다. 탈염실을 사이에 두는 한 쌍의 음이온 교환막과 양이온 교환막의 간격, 즉 탈염실의 두께는 1.5 내지 15 mm 특히 3 내지 10 mm 정도가 바람직하다. 소실을 작게 할수록 하나의 소실에 충전하는 이온 교환 수지의 양이 적어져, 이온 교환 수지의 유동이 억제되는 동시에, 구획 부재 및 탈염실의 강도도 커지지만, 탈염실의 통수압 손해가 커진다.
농축실의 두께는 0.3 내지 1 mm 정도가 바람직하다. 농축실 내에는 20 내지 60 메쉬 정도의 스페이서가 배치되는 것이 바람직하다.
이온 교환 수지의 입경은 0.1 내지 1 mm, 특히 0.2 내지 0.6 mm 정도가 바람직하다. 이 이온 교환 수지는 소실의 용적 100 내지 140 % 정도의 양을 소실에 수용한 후, 이온 교환막으로 양측으로부터 사이에 두고, 이온 교환 수지를 소실 내에 치밀하게 충전하는 것이 바람직하다.
소실 내에 이온 교환 수지를 충전하여 전기 탈이온 장치를 조립하는 경우, 소실 내에 이온 교환 수지를 충전하고, 양단에 상대하는 이온 교환막을 설치 후, 원수를 공급하여 내부 이온 교환 수지를 팽윤시킨 후, 소실을 체적비가 100 내지 102 % 정도가 되도록 체결하더라도 좋다.
농축실 내에도 이온 교환 수지를 충전할 수 있다. 농축실에 이온 교환 수지를 충전함으로써, 전류가 흐르기 쉬워, 난류 효과도 개선되며, 전류 효율이 향상한다. 농축실에 배치되는 스페이서 대신에 탈염실과 마찬가지로 구획 부재로 다수의 소실을 형성하고, 각 소실에 이온 교환 수지를 충전하더라도 좋다.
일반적으로, 음극실은 알카리성을 나타내기 때문에, 통상 양극실을 통과한 산성의 양극수가 공급되고, 음극실에서 중화되어 일부 순수가 된다. 이 때문에 음극실의 도전성은 저하하여 국부적으로 전압이 상승하여, 스케일이 발생하기 쉽다. 이 상황을 방지하기 위해, 음극을 메쉬 전극 또는 부직포형 전극을 단독 또는 조합한 전극을 사용함으로써, 전극 면적을 늘리고 전극면의 전류 밀도를 내림으로써, 스케일의 발생을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 전기 탈이온 장치를 운전하는 경우, 농축수를 순환시켜, 순환수중의 이온 농도를 급수의 5 내지 40 배의 범위 내로 제어하는 것이 바람직하다. 이 경우, 농축수의 스케일 성분인 경도 성분을 전기적으로 분리 배제하고, 순환수의 란게리아 지수를 마이너스로 하는 것이 바람직하다. 경도 성분 제거에 약산성 이온 교환 수지를 사용하더라도 좋다.
이하, 실시예 1, 2, 참고예 1, 2 및 비교예 1, 2에 관해서 설명한다.
이 실시예 및 비교예에서 이용한 전기 탈이온 장치는 도 1 내지 4에 도시하는 구조의 탈염실을 가지며, 농축실에 관해서는 상하 방향으로 3 개의 리브를 연장하여 설치한 구조의 것이다.
탈염실 및 농축실의 크기는 폭 130 mm, 높이 400 mm이며, 탈염실의 두께는 5 mm, 농축실의 두께는 2.5 mm이다.
탈염실의 수는 3, 농축실의 수는 4이며, 양자는 도 6과 같이 교대로 배치되어 있다. 가장 외측 농축실의 양측(외측)에 도 6과 마찬가지로 전극실이 배치되어 있다. 그리고, 농축수는 급수의 싱글패스 카운터 플로우(대향류)로 되어 있다.
탈염실 내의 소실은 도시한 바와 같이 정육각형이며, 육각형의 한 변의 길이는 16.1 mm이다. 소실을 형성하는 구획 부재의 재질은 세로 벽부가 폴리프로필렌, 경사진 메쉬부가 폴리에스테르제이다.
탈염실의 각 소실에는 각각 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 혼합물을 충전하였다. 양 수지의 합량에 대한 음이온 교환 수지의 비율은 다음과 같다. 또한, 실시예 1, 2에서, 경계부(B)의 위치는 탈염실의 상하 방향의 중간으로 하였다. 비교예 1 내지 4에서는 탈염실 내에서의 음이온 교환 수지비는 전체 영역에 걸쳐 동일하게 하였다.
실시예 1 상류측 75%, 하류측 60%
실시예 2 상류측 60%, 하류측 75%
비교예 1, 참고예 1, 2 70%
비교예 2 60%
농축실에는 양이온 교환 수지와 음이온 교환 수지를 4:6의 체적비로 혼합한 것을 충전하고, 전극실에는 양이온 교환 수지를 충전하였다.
그 외의 운전 조건은 다음과 같다.
피처리수: 수도물을 역침투막 분리 처리한 탄산 농도 18 mg CO2/L, Na 이온 농도 760 ppb(참고예 1에서는 110 ppb), 도전율 10 μS/cm(참고예 1에서는 1 μS/cm)의 물.
탈염실 통수량: 190 L/h
농축실 통수량: 40 L/h
전압: 20 V
전류: 4 A
전류 밀도: 800 mA/dm2(참고예 2에서는 200 mA/dm2)
전류 효율: 20%
얻어진 처리수의 수질을 하기 표 1에 나타낸다. 표 1과 같이, 탈염실의 상부 또는 하부에 음이온 교환 수지의 대과잉 영역을 배치하고, 이것과 반대측에 소과잉 영역을 배치함으로써, Na 이온 농도가 300 ppb 이상의 피처리수에 대하여 전류 밀도 800 mA/dm2로 운전하더라도 전압은 상승하지 않고 탄산 제거가 가능해졌다.
참고예 1은 원수의 Na 이온 농도가 낮은 경우이며, 원수의 조건이 좋으면 전압 상승은 발생하지 않는다. 참고예 2는 처리할 때의 전류 밀도가 낮은 경우이며, 그와 같은 조건에서는 전압 상승은 발생하지 않는다.
Figure 112006055762915-PCT00001

Claims (6)

  1. 전극 사이에 복수의 양이온 교환막과 음이온 교환막을 교대로 배열하여 탈염실과 농축실을 교대로 형성하고, 탈염실에 이온 교환 수지를 충전하며, 탈염실에 피처리수를 통수하고, 농축실에 농축수를 통수하도록 한 전기 탈이온 장치로서,
    상기 이온 교환 수지는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지를 포함하는 혼합물인 전기 탈이온 장치에 있어서,
    상기 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 합량에 대한 음이온 교환 수지의 비율이 상기 탈염실 내의 상류측에서 A 체적%이고, 하류측에서 B 체적%이며,
    A가 66 내지 80, B가 50 내지 65이거나, 또는
    A가 50 내지 65, B가 66 내지 80인 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 장치.
  2. 제1항에 있어서, A가 66 내지 80, B가 50 내지 65인 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 장치.
  3. 제1항에 있어서, A가 50 내지 65, B가 66 내지 80인 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 장치.
  4. 제1항에 기재된 전기 탈이온 장치를 이용하여 물을 탈이온 처리하는 전기 탈이온 방법.
  5. 제4항에 있어서, 전류 밀도 300 mA/dm2 이상으로 탈이온 처리하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방법.
  6. 제4항에 있어서, Na 이온 농도가 300 ppb 이상인 물을 탈이온 처리하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방법.
KR1020067015687A 2004-01-09 2004-12-24 전기 탈이온 장치 및 탈이온 방법 KR101163244B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2004-00004425 2004-01-09
JP2004004425A JP4400218B2 (ja) 2004-01-09 2004-01-09 電気式脱イオン装置及び脱イオン方法
PCT/JP2004/019300 WO2005066079A1 (ja) 2004-01-09 2004-12-24 電気脱イオン装置及び脱イオン方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060131831A true KR20060131831A (ko) 2006-12-20
KR101163244B1 KR101163244B1 (ko) 2012-07-05

Family

ID=34747120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067015687A KR101163244B1 (ko) 2004-01-09 2004-12-24 전기 탈이온 장치 및 탈이온 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7520971B2 (ko)
JP (1) JP4400218B2 (ko)
KR (1) KR101163244B1 (ko)
CN (1) CN100490954C (ko)
TW (1) TWI319996B (ko)
WO (1) WO2005066079A1 (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080067069A1 (en) 2006-06-22 2008-03-20 Siemens Water Technologies Corp. Low scale potential water treatment
JP4748318B2 (ja) * 2006-09-14 2011-08-17 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置
MX2010005876A (es) 2007-11-30 2010-06-15 Siemens Water Tech Corp Sistemas y metodos para tratamiento de agua.
DE102010015361A1 (de) * 2010-04-16 2011-10-20 Atotech Deutschland Gmbh Membranelektrolysestapel, diesen enthaltende Elektrodialyseeinrichtung sowie Verfahren zum Regenerieren eines außenstromlos arbeitenden Bades zur Metallabscheidung
EP2420478A1 (en) * 2010-08-17 2012-02-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and device for purifying water
JP5606841B2 (ja) * 2010-09-14 2014-10-15 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置
US8496797B2 (en) 2010-12-14 2013-07-30 General Electric Company Electrical deionization apparatus
CN103732545A (zh) * 2011-08-03 2014-04-16 3M创新有限公司 可再充电电化学电池
US8354030B1 (en) 2011-09-12 2013-01-15 Allen John Schuh Purification system for cyanotoxic-contaminated water
JP6011655B2 (ja) * 2015-02-17 2016-10-19 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置及び純水製造装置
WO2016183767A1 (zh) * 2015-05-18 2016-11-24 佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司 洗碗机
WO2017056792A1 (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 オルガノ株式会社 水処理装置および水処理方法
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
JP6728876B2 (ja) * 2016-03-29 2020-07-22 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
JP7129965B2 (ja) * 2019-12-25 2022-09-02 野村マイクロ・サイエンス株式会社 純水製造方法、純水製造システム、超純水製造方法及び超純水製造システム
JP7374400B1 (ja) * 2022-05-25 2023-11-06 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置及び純水製造方法
WO2023228606A1 (ja) * 2022-05-25 2023-11-30 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置及び純水製造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
JP3389889B2 (ja) 1999-07-13 2003-03-24 栗田工業株式会社 電気的脱イオン装置
US6649037B2 (en) * 2001-05-29 2003-11-18 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus and method
JP2003071300A (ja) * 2001-09-04 2003-03-11 Kurita Water Ind Ltd イオン交換装置の製造方法及びイオン交換装置
JP3985494B2 (ja) 2001-10-23 2007-10-03 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
JP3781361B2 (ja) 2002-02-08 2006-05-31 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置
JP3928469B2 (ja) 2002-04-24 2007-06-13 栗田工業株式会社 電気式脱イオン装置
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
JP4345272B2 (ja) * 2002-08-12 2009-10-14 栗田工業株式会社 純水製造装置
JP2004105869A (ja) * 2002-09-19 2004-04-08 Nippon Rensui Co Ltd 電気再生式純水製造装置
JP3956836B2 (ja) * 2002-11-15 2007-08-08 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置
JP4193586B2 (ja) * 2003-05-26 2008-12-10 日本錬水株式会社 電気再生式純水製造装置

Also Published As

Publication number Publication date
TWI319996B (en) 2010-02-01
US7520971B2 (en) 2009-04-21
US20060266651A1 (en) 2006-11-30
CN100490954C (zh) 2009-05-27
WO2005066079A1 (ja) 2005-07-21
JP2005193205A (ja) 2005-07-21
CN1926069A (zh) 2007-03-07
KR101163244B1 (ko) 2012-07-05
TW200528182A (en) 2005-09-01
JP4400218B2 (ja) 2010-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101163244B1 (ko) 전기 탈이온 장치 및 탈이온 방법
KR100643068B1 (ko) 전기 탈이온 장치
KR100405642B1 (ko) 전기식 탈이온수 제조장치 및 탈이온수 제조방법
JP3389889B2 (ja) 電気的脱イオン装置
US8871073B2 (en) Electrodeionization apparatus for producing deionized water
US20080078672A1 (en) Hybrid Capacitive Deionization and Electro-Deionization (CDI-EDI) Electrochemical Cell for Fluid Purification
EP3708544B1 (en) Hybrid power generation apparatus capable of electricity production and deionization simultaneously
AU2013356701A1 (en) Electrochemical separation systems and methods
JP3305139B2 (ja) 電気脱イオン法による脱イオン水の製造方法
JP5295927B2 (ja) 電気式脱イオン水製造装置
WO1997046491A1 (fr) Procede de production d'eau deionisee par une technique de deionisation electrique
CN111320243A (zh) 一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子方法和装置
JP2009142724A (ja) 電気式脱イオン水製造装置および脱イオン水製造方法
JP4597388B2 (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
JP3985494B2 (ja) 電気式脱イオン装置及び脱イオン方法
CN212174544U (zh) 一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置
CN201201910Y (zh) 浓水充填的电除盐装置
JP4631173B2 (ja) 電気脱イオン装置
KR102184220B1 (ko) 전기흡착식 수처리 셀 및 이를 포함하는 수처리 장치
JP7374400B1 (ja) 電気式脱イオン水製造装置及び純水製造方法
JP2002136971A (ja) 電気的脱イオン装置
JP4036732B2 (ja) 海水淡水化方法及び装置
KR20240149399A (ko) 전기 탈이온화 디바이스들에서의 유량의 증가
CN118647444A (zh) 增加电去离子装置中的流量
JP2024017877A (ja) 電気式脱イオン水製造装置および電気式脱イオン水製造装置用の枠体

Legal Events

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

Payment date: 20150626

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160624

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170523

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180518

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190521

Year of fee payment: 8