KR20130027678A - 이온교환수지필터 모듈 - Google Patents

이온교환수지필터 모듈 Download PDF

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KR20130027678A
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손정우
손유경
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손정우
김민영
손유경
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Abstract

본 발명은 지하수, 수도수, 기수(brackish water), 중수 및 산업폐수에 용존되어 있는 이온성 물질을 제거하기 위한 이온교환수지필터 모듈로 재생물질을 사용하지 않고 전극을 이용하여 이온교환수지를 재생할 수 있는 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양이온교환수지와 음이온교환수지를 하우징(housing)에 4부분으로 나누어 상하좌우를 서로 다르게 양이온교환수지와 음이온교환수지로 분리하여 채워지고, 이온교환수지 필터의 상부(above part)와 하부(below part)에 양이온교환수지와 음이온교환수지가 서로 다르게 채워져 이온교환수지의 혼합수지가 채워진 효과를 가지며, 이온교환수지 필터의 상부와 하부에 이온교환수지를 재생할 때 전위(voltage)를 인가할 수 있도록 양이온교환수지에 양전극(positive electrode)을 음이온교환수지에는 음전극(negative electrode)을 각각 구성하고, 재생시 이온교환수지부의 상부와 하부의 전기 인가는 개별적으로 분리하여 구동할 할 수 있도록 구성되어 있으며, 필터의 크기와 전극의 간격에 따라 인가 전위를 달리할 수 있고, 인가전위에 의해 재생이 가능한 이온교환수지필터 모듈에 관한 것이다.
이온교환필터, 재생필터, 전기적 재생, 연수 및 정수필터, 정화필터

Description

이온교환수지필터 모듈 {Ion Exchange Resin Filter Module}
본 발명은 지하수, 수도수, 기수(brackish water), 중수 및 산업폐수에 용존되어 있는 이온성 물질을 제거하기 위한 이온교환수지필터로 재생물질을 사용하지 않고 전기적으로 재생할 수 있는 이온교환수지필터 모듈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 양이온교환수지와 음이온교환수지가 모듈의 하우징의 상하 좌우로 서로 다르게 양이온교환수지와 음이온교환수지로 분리하여 채워지며, 이온교환수지부의 상부와 하부에 이온교환수지를 재생할 때 사용할 수 있도록 양이온교환수지에 양전극(Positive electrode)을 음이온교환수지에는 음전극(Negative electrode)를 구성하고, 재생시 상부와 하부의 전기 인가는 개별적으로 분리하여 구동할 할 수 있도록 구성되어 있으며, 이온교환수지의 이온교환능력이 떨어질 때 전극에 전위(Voltage)를 인가하면 양이온교환수지에 흡착된 이온들이 음전극으로 탈착되고 음이온교환수지에 흡착된 이온들이 양전극으로 탈착된다. 이렇게 탈착된 이온들은 흐르는 물에 의해 버려지고 상부의 이온교환수지 층이 재생되면 하부의 이온교환수지층이 재생된다. 전기적인 인력에 의해 쉽게 재생되는 이온교환수지필터 모듈로 모듈의 크기와 모듈속의 전극의 간격에 따라 인가 전위를 달리하여 재생할 수 있는 이온교환수지필터 모듈에 관한 것이다.
생활용수나 산업용수의 제조에서 탈염기술은 사람의 건강이나 공정의 효율, 제품의 성능을 결정하는데 매우 중요한 역할을 한다. 일반적으로 수돗물과 같은 상수도에는 살균과정에서 사용된 다량의 염소성분이 포함되어 있으며, 노후된 관 및 수질오염 등으로 인해 인체에 해로운 철, 아연, 납, 수은 등의 각종 중금속이 함유되어 있다. 중금속이나 질산성 질소, 불소 이온들이 포함된 물을 사람이 장기간 음용했을 때 건강에 치명적인 영향을 끼칠 수 있다.
경도물질과 같은 금속성 이온물질이 포함된 물은 비누의 작용을 방해하여 비눗물을 완벽하게 제거할 수 없게 하고, 세탁시 섬유에 비누성분이 흡착되어 얼룩을 만들며, 칼슘이온이나 마그네슘이온이 비누의 지방산과 결합하여 금속성 이물질을 만들게 되고, 이러한 금속성 이물질은 피부자극 물질로 작용하여 각종 피부질환을 일으키거나 피부노화를 촉진시키게 된다. 또한 경도물질이 포함된 보일러 수는 보일러나 열교환기에 스케일을 유발하여 공정의 효율을 크게 떨어뜨릴 수 있고 전자산업이나 의약산업에서도 이온물질을 완전히 제거한 초순수는 제품의 성능을 결정하는 중요한 요인으로 작용한다.
현재 수용액 중의 이온성 물질을 제거하는 방법으로 이온교환수지를 이용한 이온교환법이 많이 사용되고 있다. 이온교환법의 이온교환수지 필터는 하우징 내에 미세한 알갱이 형상의 이온교환수지가 대량으로 저장되어 있는 상태로 이온성 물질이 함유된 물을 하우징 내로 계속 통과시켜 이온교환수지와 접촉시킴으로써 이온성 물질을 제거하게 된다. 이 방법은 대부분의 이온성 물질들을 효과적으로 분리할 수 있지만 이온교환이 완료된 수지를 재생하는 과정에 서 다량의 산, 염기, 또는 염의 폐액이 발생한다는 단점을 가지고 있다.
종래의 이온교환수지 필터는 주기적으로 재생작업이 필요할 때마다 별도의 재생통이 필요하며, 재생작업 중에도 소금 등 이온교환수지 재생물질 부족하면 다시 채워야하는 불편한 문제점이 있다. 재생의 불편함을 해결하기 위해, 이온교환막과 전극을 이용하여 이온교환수지를 재생시킬 수 있는 이온교환수지필터(출원번호 10-2003-0031552)가 개발되었으나 이온교환수지 재생을 위해 펌프를 이용하여 컬럼 내부의 물을 지속적으로 순환시켜 주어야 하므로, 전력 소모가 많다는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위해 이온교환수지 재생구조가 개선된 이온교환수지필터(출원번호 10-2008-0039830)에 관한 것을 개발하였으나 이온교환막과 전극을 구성요소로 하고 있어 제조비용이 높고 조립공정이 복잡하였다. 이를 해결하기 위한 방법(출원번호 10-2008-0065443)을 개발하여 제조비용을 줄이고 조립공정을 간단하게 하려는 노력이 시도되었으나 여전히 이온교환막에 의한 제조비용이 높았다.
또한 고가의 이온교환막을 사용하지 않고 판전극과 망전극을 이용한여 이온교환수지를 재생할 수 있는 방법(출원번호10-2007-0049217)이 있으나 망전극과 판전극 사이의 유로를 만들어 주어야 하며 조립성이 복잡하였다. 게다가 망전극의 전기 이중층형성에 의한 재생효율이 낮은 단점을 갖고 있으며 이온교환수지의 혼합탑(Mixed bed)에서 전극만 가지고 재생하는 방법(출원번호 10-2008-0080152)이 있으나 탈착된 이온들이 다시 흡착되어 재생효율이 떨어지는 단점을 갖고 있다.
또한 이온 교환 수지 및 킬레이트 수지 등에 의해 흡착된 금속을 효율적으로 회수하기 위한 것으로 이미 사용된 흡착재로 이루어진 전극과 쌍이 되는 반대극을 전해액 중에 배치하고 양 전극간에 전압을 인가하여 산화 환원 반응에 의해서 전해액에 흡착된 이온들을 이온 상태로 용출시키는 것을 특징으로 하는 흡착재의 재생방법(출원번호 JP-P-2003-00092746, JP-P-2003-00198122, 10-2004-0020618)이 있으나 흡착된 양이온 혹은 음이온을 별도로 분리해야 하는 번거로움과 화학물질을 전해액으로 사용하고 있어 2차 폐액을 발생하는 단점을 갖고 있다.
본 발명은 재생물질을 사용하지 않고 효과적으로 이온교환수지를 재생할 수 있는 이온교환수지필터 모듈의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 고가의 이온교환막을 사용하지 않아 제조비용도 저렴하고 조립공정도 간단하며, 이온교환수지에 흡착된 이온들을 탈착할 때 탈착이온들이 분리되어 이동할 수 있는 별도의 유로가 없이 이온교환수지를 재생할 수 있는 이온교환수지필터 모듈의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 이온교환수지를 하우징에 양이온교환수지와 음이온교환수지를 분리하여 상하좌우가 서로 다르게 이온교환수지로 교차해서 채움으로 양이온교환수지와 음이온 이온교환수지의 혼합된 이온교환수지 필터의 효과를 갖도록 하며, 각각의 양이온교환수지에 양전극과 음이온교환수지에 음전극을 구성하여 이온교환수지를 재생할 수 있는 이온교환수지필터 모듈의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 전극에 전위를 인가하면 상부의 양이온교환수지에 있는 양전극에 는 음이온교환수지에 흡착되어 있던 음이온들이 탈착되어 양전극으로 이동하게 되고, 음이온교환수지에 있는 음전극에는 양이온교환수지에 흡착된 양이온들이 탈착되어 음전극으로 이동하게 되며, 하우징에 물을 흘려주면 탈착된 이온들이 씻겨나가게 되고, 상부의 재생이 완료되면 하부의 이온교환수지를 재생하기 때문에 재생효율이 우수한 이온교환수지필터 모듈의 제조 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원수배관과 연결할 수 있는 입수구와 출수배관과 연결할 수 있는 출수구가 구비된 중공원통형의 하우징: 상기 하우징 내측의 입수구와 상기 출수구 사이를 4부분으로 나누어 양이온교환수지와 음이온교환수지를 각각 상하좌우로 서로 교차하도록 충진되어 상기 입수구(901)로 유입된 원수의 용존 이온들이 흡착 제거되는 이온교환수지부; 상기 이온교환수지부(106)의 내측 상부(above part) 에서 길이 방향으로 양이온교환수지(401)에는 제1전극(601)이 구성되어 있으며 제1전극(601)이 인가되는 제1전극부(603)와 음이온교환수지(501)에는 제2전극(701)이 구성되어 있으며 제2전극(701)이 인가되는 제2전극부(703); 상기 이온교환수지부(106)의 내측 하부(below part)에서 길이 방향으로 양이온교환수지(402)에는 제3전극(602)이 구성되어 있으며 제3전극(602)이 인가되는 제3전극부(604)와 음이온교환수지(502)에는 음전극제4전극(702)이 구성되어 있으며 제4전극(702)이 인가되는 제4전극부(704);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이온교환수지부의 상부에 있는 제1전극(601)과 제2전극(701)에 전위를 인가하면 제1전극(601)에는 음이온교환수지(501)에 흡착되어 있던 음이온들이 탈착 되어 제1전극(601) 쪽으로 이동하게 되고, 제2전극(701)에는 양이온교환수지(401)에 흡착된 양이온들이 탈착되어 제2전극(701) 쪽으로 이동하게 되며, 상기 하우징의 입수구(901)에서 원수를 흘려주면 탈착된 이온들과 원수가 혼합된 농축액이 하부의 이온교환수지 층을 거쳐 출수구(902)로 빠져나가게 되고, 상부 재생이 완료되면 하부에 있는 제3전극(602)과 제4전극(702)에 전위가 인가된다. 이때 제3전극(602)에는 음이온교환수지(502)에 흡착되어 있던 음이온들이 탈착되어 제3전극(602) 쪽으로 이동하게 되고, 제4전극(702)에는 양이온교환수지(402)에 흡착된 양이온들이 탈착되어 제4전극(702) 쪽으로 이동하게 되며, 상기 하우징의 입수구(901)에서 원수를 흘려주면 탈착된 이온들과 원수가 혼합된 농축액이 출수구(902)를 통해 흘러나가게 되어 재생이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 처리용량에 따라 이온교환수지부(106)를 구조가 양이온교환수지층과 음이온교환수지층을 하우징의 내측길이에 따라 다수 층을 만들어 구성할 수 있고, 항우징의 내측 폭을 따라 다수의 층을 만들어 단극구조나 복극구조로 구성할 수 있으며, 재생할 때 인가 전위와 재생시간 전극의 간격과 이온교환수지층의 높이에 따라 조절할 수 있는 것도 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 모든 전극과 전극부는 전기전도성이 우수하고 주어진 전위에서 전해가 일어나지 않는 재료로 된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 재생물질을 사용하지 않고 이온교환수지를 재생시킴으로서 2차 오염물질을 발생하지 않은 환경친화적인기술로 이온교환수지의 재생에 의한 환경오염 저감과 재생비용 절감하는 효과가 있고, 이온교환막을 사용하지 않으면서 전극을 이용하여 이온교환수지를 재생시킴으로써 이온교환수지필터 모듈을 이용하는 각종 설비의 제조비용을 절감시킬 수 있다는 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명은 이온교환수지를 위쪽과 아래쪽에 서로 다른 양이온교환수지와 음이온교환수지가 채워져 있기 때문에 양이온교환수지와 음이온교환수지가 혼합된 이온교환수지로 채워진 효과를 가지면서도 양전극이 있는 양이온교환수지와 음전극이 있는 음이온교환수지가 따로 분리되어 있어 재생 때 양전극으로 모인 음이온이 흡착되지 않고 원수에 혼합되어 나가기 때문에 재생효율이 우수한 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 재생물질을 사용하지 않고 이온교환수지를 재생할 수 있는 이온교환수지필터 모듈을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 하우징 내측에 양이온교환수지와 음이온교환수지가 분리되어 채워지는 이온교환수지부의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 하우징 내측 전극의 조립방법 및 구성도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 양이온교환수지와 음이온교환수지에 따른 양전극과 음전극의 구성도며, 도 4는 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 원수가 유입되는 입수구가 있는 뚜껑과 용존 이온이 제거된 깨끗한 물이나 재생시 농축수가 나가는 출수구의 뚜껑 구성도이고, 도 5는 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 조립도를 나타낸 도면이며, 도 6는 본 발명 에 의한 이온교환수지필터 모듈의 전극을 나누지 않고 하나의 전극으로 구성된 이온교환수지필터 모듈의 구성도이고, 도 7은 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 전극을 양이온교환수지와 음이온교환수지의 아래쪽으로 구성한 구성도이며, 도 8은 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 하우징 내측의 폭 방향과 길이 방향으로 양이온교환수지와 음이온교환수지를 교대로 다수 층을 만들어 전극을 구성하여 고도정수 및 대용량화를 나타낸 도면이다.
본 발명의 재생물질 없이 재생할 수 있는 이온교환수지필터 모듈은 입수구(901)가 구비된 뚜껑(801)과 출수구(902))가 구비된 뚜껑(802)과, 이온교환수지가 충진된 하우징(101)과, 하우징 폭의 중간을 양이온교환수지(401)와 음이온교환수지(501)를 나누어 채우고 물속이 이온이 자유롭게 움직일 수 있도록 만들어진 중간 다공판(201)과, 상부와 하부의 이온교환수지가 서로 다르게 분리하여 채울 수 있고 상부의 이온교환수지의 재생시 탈착된 이온들이 배출될 수 있도록 만들어진 층간 다공판(301)과, 상부의 양이온교환수지(401)에는 제1전극(601)과 제1전극부(603)가 구성되고 음이온교환수지(501)에는 제2전극(701)과 제2전극부(703)가 각각 구성되어 하우징 밖에서 전기를 인가할 수 있게 하우징과 결합되며, 하부의 양이온교환수지(402)에는 제3젼극(602)과 제3전극부(604)가 구성되고 음이온교환수지(502)에는 제4전극(702)과 제4전극부(704)가 각각 구성되어 하우징(101) 밖에서 전기를 인가할 수 있도록 하우징(101)과 결합되며, 상기 상부의 제1전극부(603)와 제2전극부(703)에 전기를 인가하여 이온교환수지를 재생한 후 하부의 제3전극부(604)와 제4전극부(704)에 전기를 인가하여 이온교환수지를 재생할 수 있도록 하는 이온교환수 지필터 모듈을 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(101) 내측의 이온교환수지부(106)는 양이온교환수지와 음이온교환수지가 좌측과 우측 그리고 상부와 하부로 분리되어 채워지도록 중간 다공판(201)과 층간 다공판(301)은 하우징의 각각 길이와 폭에 길이 맞게 구비되고, 중간 다공판(201)은 길이의 중간에 폭의 절반 정도 홈(202)이 구비되고, 층간 다공판(301)의 직경의 중간에 절반이 홈(302)이 구비되며 상기 중간 다공판과 층간 다공판의 홈을 서로 마주보게 하여 끼워 넣어 결합되고, 상기 도 1에서와 같이 결합된 다공판은 하우징(101)의 중심에 가도록 결합된다.
다공판은 양이온교환수지와 음이온교환수지를 분리하여 채울수 있게 하기 위한 것으로 물과 이온을 자유롭게 왕래할 수 있는 다공성 구조를 갖고 있는 유기소재나 무기소재의 판재, 폼(foam), 직물, 부직포 등을 사용할 수 있으나 좋게는 전기적인 부도체의 다공성 고분자 소재를 사용하거나 섬유직물에 이온교환수지를 담아서 하우징에 채우는 것도 가능하나 이에 한정되지 않는다.
하우징(101)은 입수구 및 출수구가 연결할 수 있는 중공의 형상으로 구성된다. 하우징의 외형은 원통형뿐만 아니라 다양한 형상 예를 들어 사각형으로 구성될 수도 있으며, 부도체인 것이 바람직하다.
이온교환수지부(106)는 원수 입수구가 있는 뚜껑과 연결되는 하우징의 내부에 구비되어 있는 것으로서 양이온교환수지와 음이온교환수지가 충진되어 있는 공간을 말한다.
이온교환수지부(106)는 원수 입수구로 유입된 원수에서 나트륨이온(Na+),칼륨이온(K+), 칼슘이온(Ca2+), 마그네슘이온(Mg2+) 등과 같은 양이온과 염소이온(Cl-), 불소이온(F-), 질산이온(NO3 -), 황산이온(SO4 2-), 인산이온(PO4 3-) 등과 같은 음이온을 제거하는 기능을 수행한다.
상기 전극과 전극 단자대는 도 2에서와 같이 제1전극(601)이 연결된 제1전극부(603)이 결합되어 있고, 상기 제1전극부(603)에는 오링(고무링)(608)을 끼워넣고 하우징의 홀(109)로 넣어 결합하며, 상기 제1전극부는 오링에 의하여 누수가 되지 않도록 하우징의 밖에서 너트(609)로 고정할 수 있도록 나사 홈이 구성되고, 상기 제1전극부(603)과 하우징(101)은 너트(609)를 이용하여 체결된다. 상기의 제2전극(701)과 제2전극부(703), 제3전극(602)과 제3전극부(604), 제4전극(702)과 제4전극부(704)도 제1전극(601)과 제1전극부(603)가 하우징(101)과의 체결방법으로 조립된다.
전극과 단자대는 이온교환수지의 흡착능이 떨어졌을 때 전기를 인가하여 이온교환수지에 흡착된 이온들을 탈착하기 위한 것으로 전기 전도성을 갖고 있는 도체인 금속 판, 금속 망, 금속 봉, 흑연(graphite) 판, 흑연 봉, 흑연 시트(sheet)를 사용할 수 있으나 좋게는 전기전도성이 좋거 전기분해에 대한 내구성이 우수한 스테인레스, 티타늄, 흑연 및 불용성 전극을 사용하거나 혼합하여 전극을 구성할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 도 3에서와 같이 이온교환수지부(106)에서 양이온교환수지(401, 402)가 채워져 있는 제1전극(601)과 제3전극(602)은 + 전기를 인가하는 양전극(positive electrode)으로 구성되고, 음이온교환수지(501,502)가 채워져 있는 제2전극(701)과 제4전극(702)은 - 전기를 인가하는 음전극(Negative electrode)으로 구성된다.
이온교환수지부에 구성된 전극들은 각각 양이온교환수지와 음이온교환수지의 내부 층에 구성되지만 좋게는 도 3과 같이 전극이 좌우 한 쌍으로 구성될 경우 하우징의 벽에 고정하는 것이 바람직하고 도 8에서와 같이 하우징의 폭 방향으로 여러 층을 구성할 경우 양이온교환수지와 음이온교환수지 층의 중앙에 놓는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
제1전극(601)과 제1전극부(603))는 이온교환수지부의 상부에 충진되어 있는 음이온교환수지(501) 재생시키기 위한 것으로서, 이온교환수지 재생과정에서 +전기가 인가되며, 음이온교환수지(501)에 붙잡혀 있는 음이온들을 분리시키는 기능을 수행한다. 제2전극(701)과 제2전극부(703)는 이온교환수지부의 상부에 충진되어 있는 양이온교환수지(401)를 재생시키기 위한 것으로서, 제1전극(601)과 마주보도록 구성되어 있으며, 이온수지 재생과정에서 -전기가 인가되며, 양이온교환수지(401)에 붙잡혀 있는 양이온들을 분리시키는 기능을 수행한다. 이온교환수지부의 상부의 재생이 끝난 후 하부의 이온교환수지의 재생을 수행하며, 제3전극(602)과 제3전극부(604))는 이온교환수지부(106)의 하부에 충진되어 있는 음이온교환수지(502) 재생시키기 위한 것으로서, 이온교환수지 재생과정에서 +전기가 인가되며, 음이온교환수지(502)에 붙잡혀 있는 음이온들을 분리시키는 기능을 수행한다. 제4전극(702) 과 제4전극부(704)는 이온교환수지부(106)의 하부에 충진되어 있는 양이온교환수지(402)를 재생시키기 위한 것으로서, 제3전극(602)과 마주보도록 구성되어 있으며, 이온수지 재생과정에서 -전기가 인가되며, 양이온교환수지(402)에 붙잡혀 있는 양이온들을 분리시키는 기능을 수행한다.
이온교환수지의 재생이 필요시 미도시된 제어부에 의해 제1전극부와 제2전극부에 전원을 인가하거나 제3전극부와 제4전극부에 전원을 인가하는 기능을 수행하며, 또한 전극의 간격에 따라 인가되는 전위의 세기를 변화할 수 있고, 필요시 출수구의 전도도를 측정하여 이온교환수지필터 모듈의 재생시기와 재생완료시점을 감지할 수 있는 기능을 도입할 수 있다.
상기 도 4에서와 같이 원수가 유입되는 입수구가 있는 뚜껑(801)과 용존 이온이 제거된 깨끗한 물이나 재생시 농축수가 나가는 출수구의 뚜껑(802)에는 원수가 유입될 때 좁은 유입구에 의해 이온교환수지부에 중심에만 원수가 흐르는 것을 방지하고 전체적으로 균일하게 흐를 수 있도록 해주며, 재생시 탈착된 이온들과 원수가 혼합된 농축수가 좁은 출수구를 통해 나갈 때 저항에 의해 서로 섞여 이온교환수지에 흡착되는 것을 방지하기 위해 다공판이 구성되었다. 이때 다공판은 입수구와 출수구에서 각각 1～100 mm의 간격을 두고 구성할 수 있으나 좋게는 3～30mm의 간격을 두는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
입수구와 출수구가 구성되어 있는 뚜껑은 하우징과 열융착과 마찰 융착하여 고정하거나 접착제를 사용하여 고정할 수 있으며, 물에 대한 안정성을 갖는 고분자 재료인 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), PVC(Poly vinyl chloride), 나일론(Nylon), 폴리에스테르(Polyester), 아세탈수지(Acetal resin), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리우레탄(Polyuretane), 폴리아크릴계 수지(Polyacryl resin), ABS수지(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene resin)와 같은 열가소성 고분자 수지와 요소수지, 멜라민수지, 페놀수지, 에폭시수지와 같은 열경화성 수지를 사용할 수 있으며 좋게는 열가소성 수지가 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
입수구와 출수구가 포함된 뚜껑을 하우징의 내측에 이온교환수지가 충진되고 전극이 구성된 것과 결합하면, 상기 도 5와 같이 재생물질을 사용하지 않고 전기적인 인력에 의해 이온교환수지를 재생할 수 있는 이온교환수지필터 모듈을 조립하게 된다.
상기 도 6에서와 같이 이온교환수지부의 양이온교환수지와 음이온교환수지를 서로 다르게 충진하고 한쌍의 전극; 즉 한쪽에는 제1전극(601)과 제1전극부(603)를 다른 한쪽에 제2전극(701)과 제2전극부(703)를 구성하여 재생물질 없이 전극을 이용하여 재생할 수 있는 이온교환수지 필터를 만들 수 있며, 상부에 있는 이온교환수지를 재생할 때 양이온교환수지(401)가 있는 제1전극(601)에 + 전기를 인가하고 음이온교환수지(501)가 있는 제2전극(701)에 - 전기를 인가하여 이온교환수지를 재생하고, 하부의 이온교환수지를 재생할 때 전극에 인가되는 전위를 극전환(Polarity change)하여 양이온교환수지(402)에 있는 제2전극(701)에 + 전기를 인가하고, 음이온교환수지(502)에 있는 제1전극에 - 전기가 인가하여 하부의 이온교환수지를 재생하게 되는 것도 포함한다.
상기 도 7에서와 같이 전극을 하우징의 단면 방향 즉 유입된 원수가 흐름의 단면 방향으로 전극을 구성하는 것으로 양이온교환수지의 아래에 제1전극(701)과 음이온교환수지의 위쪽에 제3전극(702)을 제1전극부(703)에 연결하여 전극을 구성하고 음이온교환수지와 양이온교환수지의 사이에 제2전극(601)을 제2전극부(603)와 연결하여 구성하며, 제1전극부(703)와 제2전극부(603)는 전기적 전열을 위해 절연튜브로 감싸 인접하는 전극과의 전기적 절연이 되며, 전기를 인가할 경우 제1전극(701)은 양이온교환수지에서 흡착되었던 양이온들이 탈착되어 제1전극(701) 쪽으로 모이이고 제2전극(601)은 음이온교환수지에 흡착되었던 음이온들이 탈착되어 모이며, 제3전극(702)은 음이온교환수지의 음이온들이 제2전극(601)에 의해 탈착되어 이온들이 모일 수 있도록 전기적인 보조 역활을 할 수 있도록 구성된 형태도 될 수 있다.
상기 도 8 (a)에서와 같이 이온교환수지필터 모듈의 하우징 내측의 폭 방향과 길이 방향으로 양이온교환수지와 음이온교환수지를 교대로 다수 층을 구성하고 양이온교환수지층의 중앙에 양전극을 구성하고 음이온교환수지의 중앙에 음전극을 구성하며, 다수의 양전극과 음전극을 각각 하나의 전극단자에 연결하여 하우징 밖에서 전기를 인가를 하는 단전극 시스템으로 구성하거나, 상기 도 8(b)에서와 같이 전극을 양이온교환수지와 음이온교환수지의 사이의 경계면에 구성하고 양이온교환수지가 있는 방향은 양전극이 되고 음이온교환수지가 있는 방향은 음전극이 되도록 하우징 벽에 있는 양쪽 끝의 전극에만 전기를 인가하여 복극 형태의 다층 전극 시스템을 만들어 대용량화를 할 수 있으며, 상기 도 8(c)에서와 같이 하우징의 길이 방향으로 여러 층의 이온교환수지층과 전극을 구성하여 단계별로 재생하는 시스템으로 고도정수에 이용할 수 있는 형태도 될 수 있다.
이하, 전술한 재생물질 없이 전극으로 재생 가능한 이온교환수지필터 모듈의 작동에 대하여 설명한다.
이온교환수지필터 모듈은 입수구로부터 원수가 유입될 때 입수구 쪽에 있는 다공판에 의해 원수가 하우징 내로 균일하게 흐를 수 있도록 해주며, 유입된 원수는 하우징 내측의 이온교환수지부의 양이온교환수지와 음이온교환수지에 의해 원수에 포함되어 있는 이온성분을 흡착 분리하게 되며 정수된 물은 출수구를 통해 내보내지게 된다. 이온교환수지 필터의 이온교환능이 떨어지면 이온교환수지부 상부의 양이온교환수지에 있는 제1전극에 + 전기를 인가하고 음이온교환수지에 있는 제2전극에 - 전기를 인가한다. 제1전극은 음이온교환수지에 흡착되어 있던 음이온들이 탈착되어 양이온교환수지가 있는 제1전극 쪽으로 이동하게 되고, 제2전극은 양이온 교환수지에 흡착된 양이온들이 탈착되어 음이온교환수지가 있는 제2전극 쪽으로 이동하게 되며, 상기 하우징의 입수구에서 원수가 유입되면 탈착된 이온들은 이온교환수지와 반대의 극성을 갖고 있기 때문에 흡착되지 않고 원수와 함께 혼합되어 농축액 상태로 하부의 이온교환수지 층을 거쳐 출수구로 빠져나가게 된다. 상부 재생이 완료되면 하부의 양이온교환수지 쪽에 있는 제3전극에 + 전기를 인가하고 음이온교환수지 쪽에 있는 제4전극에 - 전기를 인가한다. 제3전극은 음이온교환수지에 흡착되어 있던 음이온들이 탈착되어 양이온교환수지가 있는 제3전극 쪽으로 이동하게 되고, 제4전극은 양이온교환수지에 흡착된 양이온들이 탈착되어 음이온교환수지 가 있는 제4전극 쪽으로 이동하게 되며, 또한 입수구에서 원수가 유입되면 탈착된 이온들은 이온교환수지에 흡착되지 않고 원수와 농축되어 출수구로 빠져나가게 된다. 이때 하우징을 통해 흐르던 물이 좁아지는 출수구로 모이게 됨으로 탈착된 이온들이 혼합되어 재 흡착이 일어날 수 있으나 다공판을 이용하여 출수구와 이온교환수지 층이 약간 간격을 줌으로서 다시 흡착 되는 것을 방지하여 재생효율을 향상시킬 수 있게 된다.
(실시예)
이온교환수지필터 모듈 하우징의 내경(Ø)을 70mm이고 길이(L)가 300mm가되는 PVC관에 직경이 5mm인 다수의 홀을 갖고 있는 PET 시트에 이온교환수지가 빠져나가지 않도록 티백(Tea bag)천으로 이온교환수지를 담을 수 있도록 용기를 만들어 양이온교환수지와 음이온교환수지를 각각 넣은 후 하우징에 분리해서 채웠으며, 이때 강산성 양이온교환수지를 염산(HCI) 10％용액으로 세정하여 H-형(form)바꾼 후 pH가 중성일 될 때 까지 충분히 증류수로 세정한 것과, 강염기성 음이온교환수지(이륭화학 TRILITE AMP 14)을 수산화나트륨(NaOH) 10％용액으로 세정하여 OH-형(form)으로 바꾼 후 pH가 중성이 될 때 까지 충분히 증류수로 세정하여 사용되었다. 전극은 전기화학적으로 안정한 스테인레스강(SUS 304)을 이용하여 뚜께 2mm, 폭은 30mm, 길이가 140mm로 하우징 내벽에 일치하도록 굴곡지게 만들어 고정하였다.
실험에 사용된 원수는 NaCI 0.1M 의 수용액 10L를 통과시켜 포화흡착이 되도록 한 후 통과시킨 용액을 모두 받아 용액속의 이온농도의 감소로부터 최초의 흡착 량과 비교하여 재생효율을 계산하였다. 재생할 때 인가전압은 15V를 사용하였으며, 재생시 세정수는 3차 증류수를 사용하여 재생효율을 계산한 결과 90％이상으로 10회 이상의 반복 재생에서도 거의 유사한 결과로 우수한 재생효율 얻었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 하우징 내측에 양이온교환수지와 음이온교환수지가 분리하여 채우기 위한 다공판의 구성도
도 2는 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 하우징에 전극을 조립도
도 3은 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 양이온교환수지와 음이온교환수지에 따른 양전극과 음전극의 구성도
도 4는 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 원수의 입수구와 출수구가 있는 뚜껑과 하우징의 구성된 도면
도 5는 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 조립도
도 6는 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 전극을 나누지 않고 하나의 전극으로 구성된 이온교환수지필터 모듈의 구성도
도 7은 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 전극을 하우징의 단면방향으로 구성된 도면
도 8은 본 발명에 의한 이온교환수지필터 모듈의 대용량화 및 고도정수를 위한 모듈의 도면.
**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**
101: 하우징 106: 이온교환수지 부
109: 하우징의 전극부 홀 201: 하우징 길이방향의 다공판
202: 길이방향 다공판 홈 301: 하우징 단면방향의 다공판
302: 단면방향 다공판 홈 401: 상부의 양이온교환수지
402: 하부의 양이온교환수지 501: 상부의 음이온교환수지
502: 하부의 음이온교환수지 601: 제1전극
602: 제3전극 603: 제1전극부
604: 제3전극부 608: 고무링(오링)
609: 전극부 고정너트 701: 제2전극
702: 제4전극 703: 제2전극부
704: 제4전극부 801: 입수구가 있는 뚜껑
802: 출수구가 있는 뚜껑 803: 다공판
901: 입수구 902: 출수구

Claims (8)

  1. 물이 유입되는 입수구(901)가 구비된 뚜껑(801)과 처리수와 농축수 배출되는 출수구(902))가 구비된 뚜껑(802);
    이온교환수지가 충진된 하우징(101);
    상기 하우징에 양이온교환수지(401,402)와 음이온교환수지(501, 502)를 서로 다르게 분리해서 채울 수 있는 다공판(201, 301);
    상기 하우징 내의 상부 양이온교환수지(401)에는 제1전극(601)과 제1전극부(603)가 구성되고 음이온교환수지(501)에는 제2전극(701)과 제2전극부(703)가 각각 구성되고, 하부의 양이온교환수지(402)에는 제3젼극(602)과 제3전극부(604)가 구성되고 음이온교환수지(502)에는 제4전극(702)과 제4전극부(704)가 구성되며;
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온교환수지필터 모듈
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 양이온교환수지에 흡착된 양이온은 음극으로 이동하고 음이온교환수지에 흡착된 음이온은 양극으로 이동하도록 제1전극과 제3전극대에는 + 전기가 인가되고, 제2전극과 제4전극에는 - 전기가 인가되며, 단계적으로 상부의 이온교환수지가 재생된 후 하부의 이온교환수지가 재생되는 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온교환수지필터 모듈
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입수구(901)와 배수구(902)가 구비된 뚜껑(801,802), 이온교환수지가 충진된 하우징(101)과 다공판(201, 301) 등은 전기적 부도체이고 전극은 전해질 용액 속에서 전기분해에 안정한 도체인 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온교환수지필터 모듈
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극(601)과 4전극(702)을 하나로 통합하여 제1전극(601)을 만들고 제2전극(701)과 제3전극(602)을 하나로 통하여 제2전극(701)을 만들어 상부의 이온교환수지(401, 501)를 재생할 때 제1전극(601)에 +전기를 인가하고 제2전극(701)에 -전기를 인가하여 재생한 후 하부의 이온교환수지(402, 502)를 재생할 때 전극의 극을 전환하여 제1전극(601)에 -전기를 인가하고 제2전극(701)에 +전기를 인가하여 단계적으로 재생할 수 있도록 구성된 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온교환수지필터 모듈
  5. 물이 유입되는 입수구(901)가 구비된 뚜껑(801)과 처리수와 농축수 배출되는 출수구(902))가 구비된 뚜껑(802);
    이온교환수지가 충진된 하우징(101);
    상기 하우징에 양이온교환수지(401)와 음이온교환수지(501)를 상하로만 분리해서 채울 수 있는 다공판(301);
    상기 하우징에 양이온교환수지와 음이온교환수지를 상하로 분리하여 채우고 전극을 하우징의 단면 방향으로 전극을 구성하는 것으로 출수구와 입수구의 이온교환수지와 밀착하여 제1전극(701)과 제3전극(702)을 제1전극부(703)에 연결하여 전극을 구성하고, 다공판(301)에 제2전극(601)을 제2전극부(603)와 연결하여 구성하며, 전기적 절연을 위해 제1전극부(703)와 제2전극부(603)는 절연튜브로 감아서 구성된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환수지필터 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 내측의 폭 방향과 길이 방향으로 양이온교환수지와 음이온교환수지를 교대로 다수 층을 구성하고 양이온교환수지층의 중앙에 양전극을 구성하고 음이온교환수지의 중앙에 음전극을 구성하며, 다수의 양전극과 음전극을 각각 하나의 전극단자에 연결하여 전기를 인가를 하는 단전극 시스템으로 대용량화가 가능한 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온교환수지필터 모듈
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 내측의 폭 방향과 길이 방향으로 양이온교환수지와 음이온교환수지를 교대로 다수 층을 구성하고 전극을 양이온교환수지와 음이온교환수지의 사이의 경계면에 구성하고 양이온교환수지가 있는 방향은 양전극이 되고 음이온교환수지가 있는 방향은 음전극이 되도록 하우징 벽에 있는 양쪽 끝의 전극에만 전기를 인가하여 복극 형태의 다층 전극 시스템으로 대용량화가 가능한 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온교환수지필터 모듈
  8. 제 1 항에 있어서,
    이온교환수지의 재생시 제어부에 의해 제1전극부와 제2전극부에 전원을 인가하거나 제3전극부와 제4전극부에 전원을 인가하는 기능을 수행하며, 또한 전극의 간격에 따라 인가되는 전위의 세기를 변화할 수 있고, 필요시 출수구의 전도도를 측정하여 이온교환수지의 재생시기와 재생완료시점을 감지할 수 있는 기능을 도입되는 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온교환수지 필터 모듈
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