KR20160004063A - Removal system of sulfate in seawater using ion exchange resin - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 해수 속의 특정이온 제거방법에 관한 것으로, 상세하게는 해수담수화 과정에서 나오는 유해 성분인 황산이온을 이온교환 수지 등을 사용하여 효율적으로 제거하는 단계, 전기투석장치(ED)와 연계하여 음이온을 효율적으로 제거하는 단계, 여러 가지 해수담수화 장치와 이온교환 수지방법을 연계하여 음이온을 제거하는 단계, 사용한 이온교환 수지를 재생하는 단계를 포함하는 것으로, 기존 해수담수화 공정에서 유해성분을 제거하는데 경제적으로 개선된 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a specific ion removal method in seawater, and more particularly, to a method for removing specific ions in seawater, and more particularly, to a method for removing specific ions in seawater by using an ion exchange resin or the like, Removing the anion by linking with various seawater desalination apparatuses and ion exchange resin methods, and regenerating the used ion exchange resin. In order to remove harmful components from existing seawater desalination processes, To an improved method.
해수 1kg에는 965g (96.5%)이 물이고 염소이온은 18.98g (1.9%), 나트륨이온은 10.556g (1.1%), 황산이온은 2.649g (0.3%), 마그네슘이온은 1.272g (0.1%), 칼슘이온은 0.4g (0.04%), 칼륨이온은 0.38g (0.04%), 중탄산이온은 0.14g (0.01%)이 존재한다. 이들 주성분 양이온과 음이온은 해수 1.0 kg에 총 3.4% 용존되어 있고 나머지 0.1%는 미량금속이 용해되어 있으며 총 92종 용존물질이 해수에 존재하는 것으로 알려져 있다.1kg of seawater contained 96.5g (96.5%) of water, 18.98g (1.9%) of chlorine ion, 10.556g (1.1%) of sodium ion, 2.649g (0.3%) of sulfuric acid ion and 1.272g 0.4 g (0.04%) of calcium ion, 0.38 g (0.04%) of potassium ion and 0.14 g (0.01%) of bicarbonate ion are present. The cation and anion of these main components are dissolved in 1.0 kg of sea water in total 3.4% and the remaining 0.1% is dissolved in trace metals and a total of 92 kinds of dissolved substances are known to exist in seawater.
전통적으로 해수는 증발법에 의해 담수화되었고, 최근에는 막에 의한 분리법이나 전기투석법이 이용되고 있다. 증발법은 해수를 증발시켜 수증기를 응축시키는 원리를 이용하였다. 막에 의한 담수화 방법은 물에 용해되어 있는 이온성 물질을 멤브레인 막으로 이용하여 염은 배제하고, 순수한 물만 통과시키는 방법이며, 전기투석법은 음이온막과 양이온막을 교대로 배치한 후, 음이온막과 양이온막의 양단에 위치한 전극에 직류전압을 걸어, 양이온 및 음이온을 제거하여, 순수한 담수를 얻는 방법이다. 기존의 해수로부터 미네랄 추출 분리방법은 해수를 증발 농축하여 염화나트륨 염, 탄산칼슘염, 염화칼슘염 또는 황산 마그네슘염, 염화마그네슘염 등과 같은 미네랄염을 분리하는 방법이었다.Traditionally, seawater has been desalted by evaporation, and membrane separation or electrodialysis has been used recently. The evaporation method used the principle of condensing water vapor by evaporating seawater. The membrane-based desalination method uses an ionic material dissolved in water as a membrane to exclude salts and pass pure water only. In the electrodialysis method, an anion membrane and a cation membrane are alternately arranged, and then an anion membrane A direct current voltage is applied to the electrodes located at both ends of the cation membrane to remove the positive ions and the negative ions to obtain pure fresh water. Conventional methods for separating minerals from seawater are methods for separating mineral salts such as sodium chloride, calcium carbonate, calcium chloride, magnesium sulfate, and magnesium chloride by evaporating and concentrating seawater.
그러나 이들 미네랄 추출 방법을 사용할 경우에는, 해수에 포함된 각종 미네랄 성분 중에서 칼슘과 마그네슘을 효율적으로 분리하기 어려우며, 미네랄 성분의 회수율이 낮고 에너지가 많이 소요되는 단점이 있다. 상기와 같은 미네랄 추출 방식으로 추출된 미네랄 염은 음이온인 염소이온(Cl-)과 황산이온(SO4 2-)이 제거되지 않고 양이온과 결합하여 염을 형성하기 때문에 이러한 미네랄염을 다시 용해하여 미네랄 수를 제조할 때에는 먹는 물 수질기준 항목인 염소이온과 황산이온이 재 용해되어 경도 400 이상의 고경도수의 제조가 불가능한 단점이 있다. 또한 증발법을 이용한 고경도수 제조 공정은 해수를 농축하는 과정 중에 해수를 증발하기 위해서는 에너지가 대량을 소모되는 시스템으로 에너지 효율이 낮았다.However, when these minerals extraction methods are used, it is difficult to efficiently separate calcium and magnesium from various minerals contained in seawater, and there is a disadvantage in that the recovery rate of mineral components is low and energy is large. Since the mineral salts extracted by the above-described mineral extraction method are combined with cations to form salts without removing the anions such as chloride ion (Cl - ) and sulfate ion (SO 4 2- ), the mineral salts are dissolved again to form minerals When producing water, it is disadvantageous that it is impossible to manufacture high-hardness water having a hardness of 400 or higher because the chlorine ion and the sulfate ion are re-dissolved as the water quality standards of the water to be consumed. In addition, the process of producing high hardness water using evaporation method is energy consuming system which consumes a large amount of energy to evaporate seawater during the process of concentrating seawater.
본 발명은 해수 담수화과정을 통하여 미네랄을 많이 포함하는 고경도 먹는 물을 제조할 때, 먹는 물 수질기준 항목인 황산이온 농도 250 mg/L 을 만족하도록 음이온 교환수지를 이용하여 해수 중 황산이온 등의 음이온은 제거하는 동시에, 칼슘이온, 마그네슘이온 등의 미네랄 경도성분은 잔존시키는 기술이다.The present invention relates to a method for preparing a high-purity water containing a large amount of minerals through a desalination process using an anion exchange resin so as to satisfy a sulfate ion concentration of 250 mg / L, The anion is removed, while the mineral hardness components such as calcium ions and magnesium ions remain.
기존의 담수화방법 (증발법, 역삼투법)의 문제점인 미네랄 경도성분이 증가하면서 황산이온의 농도도 같이 증가하여, 경도 400 mg/L 이상의 고경도 수에서는 먹는물 수질기준 중 황산이온과 염소이온을 충족할 수 없었던 기술적 한계를 극복하는 방법으로, 이온교환 장치를 이용한 해수 중 황산이온 제거 시스템은 나노여과 방식(NF)으로 칼슘과 마그네슘 등 미네랄을 농축한 미네랄 농축수에서 전기투석(ED)와 이온교환(IX) 시스템의 복합적인 방법을 사용하여 선택적인 미네랄을 잔존시키면서, 전기투석막(ED)과 이온교환 시스템 (IX)을 사용하여 염소이온과 황산이온 등 특정 물질을 제거할 수 있다.As the mineral hardness component, which is a problem of the existing desalination method (evaporation method, reverse osmosis method), increases, the concentration of sulfuric acid ion also increases, and in the hardness water having hardness of 400 mg / L or more, the sulfate ion and chlorine ion In order to overcome the technical limitations that can not be overcome, the system for removing sulfuric acid from seawater using ion exchanger is a system that uses electrodialysis (ED) and ion exchange (ion exchange) in minerally concentrated water, which is enriched with minerals such as calcium and magnesium, (ED) and the ion exchange system (IX) can be used to remove specific substances such as chloride ions and sulfate ions while leaving selective minerals using a complex method of the ion exchange system (IX) system.
NF/IX/ED 연계공정을 이용하여 해수 담수화 과정 중 미네랄 함량은 높이면서 황산이온과 염소이온을 제거하여 먹는 물 수질기준을 충족하는 최적 수질조정 기술을 통하여 현행 먹는 물 수질기준에 적합하면서 미네랄 함량이 높은 고경도 프레미엄 먹는 물을 제조방법을 제공하고자 한다. 또한 사용한 이온교환 수지(IX)의 경제적 사용을 위하여 사용한 이온교환 수지의 재생 방법에 관한 내용도 포함한다.
By using the NF / IX / ED linkage process, the mineral water content of the seawater desalination process is increased while the sulfate ion and chlorine ion are removed. This high hardness premium is intended to provide a way to manufacture water to eat. Also included are methods for regenerating ion exchange resins used for economical use of used ion exchange resins (IX).
해수 담수화를 통한 고경도 먹는 물 생산 방법은 대부분 역삼투법과 증발법을 응용한 방법을 사용하였으나, 에너지 소비량이 크며 황산이온, 염소이온, 증발잔류물질 등이 생겨, 경도 500 이상의 먹는 물 제조가 불가능 하였다. 이러한 근본적인 원인으로는 증발법을 이용하였을 때 황산이온 및 염소이온의 함량이 많아 먹는 물 기준에 부적합 한 이유에서다. 또한 증발 농축법은 에너지 소모가 많다는 단점이 있다. 따라서 본 발명은 이러한 증발법의 문제점을 막 분리법 및 이온 교환 방법으로서 극복하고자 한다.
Most of the methods of producing high-calorie water through seawater desalination were based on reverse osmosis and evaporation methods. However, the energy consumption was high and sulfate ion, chlorine ion, and evaporation residue were produced, . The basic reason for this is that the evaporation method has a high content of sulfate ion and chlorine ion and is inadequate for the water standard. In addition, the evaporation and concentration method has a disadvantage of consuming a lot of energy. Therefore, the present invention overcomes such problems of the evaporation method as a membrane separation method and an ion exchange method.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해수 처리과정은 다음과 같다.In order to solve the above problems, the seawater treatment process of the present invention is as follows.
해수(해양심층수원수 또는 농축수)를 NF를 사용하여 고경도 농축수를 제조하고, 생산된 고경도 농축수를 전기투석(ED)을 통하여 1가 이온(염분)을 제거하고, 상기 ED를 통하여 나온 생산수를 강염기성 염소이온 교환수지를 사용하여 황산이온을 제거하는 단계로 구성된다(도 1 실시예 1).The present invention relates to a process for producing high-hardness concentrated water using seawater (raw seawater or concentrated water) by NF, removing the monovalent ions (saline) through electrodialysis (ED) And removing the sulfate ions by using a strong basic chloride ion exchange resin (FIG. 1, Example 1).
이때 상기 이온교환 수지는 치환시키고자 하는 이온의 극성에 따라 양이온 교환수지나 음이온교환 수지를 사용할 수 있다. 또한 상기 이온교환수지의 양은 치환시키고자 하는 이온의 농도와 유속에 따라 정할 수 있다.The ion exchange resin may be cation exchange resin or anion exchange resin depending on the polarity of the ion to be replaced. The amount of the ion exchange resin can be determined according to the concentration and the flow rate of the ion to be replaced.
이온교환수지의 효능이 떨어질 경우, 소금물을 사용하여 자동으로 재생사용 할 수 있으며, 수지 종류별로 재생 방법에 맞게 사용할 수 있다. 재생원리 및 방법은 아래와 같다.When the efficacy of the ion exchange resin is lowered, it can be regenerated automatically using salt water, and it can be used according to the regeneration method for each resin type. The principle and method of reproduction are as follows.
a. 이온수지를 2시간이상 정수로 세척한다.a. Wash ionized water with water for 2 hours or more.
b. 재생통에 정수를 재생 할 수지의 양대비 1/3의 비율로 채운다.b. The regenerator is filled with a ratio of 1/3 of the amount of resin to be used for regenerating the purified water.
c. 정수대비 10%~15% NaCl을 넣어 융해시킨다.c. Add 10% to 15% NaCl to the water and let it melt.
d. 이온교환장치에 정수대비 NaCl용액을 1/10로 들어가게 설정한다.d. Set the ion exchange apparatus to contain 1/10 of the NaCl solution to the water.
e. 재생시간은 오래 할수록 효과가 있으나, 보통 30분 이내로 진행한다.
e. The longer the playing time, the more effective it is, but it usually takes less than 30 minutes.
다음으로 본원발명의 또 다른 실시예로서 해수(해양심층수원수 또는 농축수)를 NF/RO/ED/PRO/FO/MD 등의 담수화 기기를 이용하여 생산수와 농축수를 생산하고 생산수는 이온 교환하며, 농축수는 ED를 통하여 염분을 제거하여 염분이 제거된 생산수를 이온교환 하는 단계로 변경하여 구성할 수 있다(도 1 실시예 2).Next, as another embodiment of the present invention, seawater (raw seawater or concentrated water) is produced by using desalination equipment such as NF / RO / ED / PRO / FO / And the concentrated water is changed to a step of removing salinity through ED to ion exchange the saline-depleted production water (FIG. 1, Example 2).
다음으로 본원발명의 또 다른 실시예로서 해수(해양심층수원수 또는 농축수)를 RO/ED/PRO/FO/MD등을 통해 생산된 농축수를 다시 증발법, 막투과법, 전기분해법을 구현할 수 있는 담수화 장비를 사용하여 생산수를 만들어내고 담수화장비를 통하여 나온 생산수를 이온 교환하는 단계로 설계변경가능하다(도 1 실시예 3).Next, as another embodiment of the present invention, concentrated water produced through RO / ED / PRO / FO / MD or the like may be re-evaporated, membrane permeated or electrolyzed by sea water (deep sea water or concentrated water) (Fig. 1, Example 3), and the production water is produced using the desalination equipment having the desalination equipment and the production water is discharged through the desalination equipment.
또한 해수(해양심층수원수 또는 농축수)를 담수화 과정의 전처리로 이온교환을 한 후, NF/RO/ED/PRO/FO/MD 등의 담수화 기기를 이용하여 생산수와 농축수를 생산하고 할 수 있도록 구성가능하다(도 1 실시예 4). In addition, it is possible to produce seawater (deep sea water or concentrated water) by ion-exchange by pretreatment of desalination process, and then to produce water and concentrated water by using desalination equipment such as NF / RO / ED / PRO / FO / (Fig. 1 embodiment 4).
또한 해수를 MF (Micro filteration)막을 이용하여 전처리한 후, 1차로 나노막 (NF)을 통과시켜 농축수 (Concentrated seawater)와 투과수(permeate seawater)로 분리하고, 농축수를 재차 나노(NF)막을 이용하여 경도 20,000ppm의 2차 농축수로 제조하며, 상기 2차 농축수를 전기투석 장치에 투입하여 경도 성분은 보존하고 나트륨과 염소이온을 분리하여 NF 농축수로부터 염소이온을 제거하는 단계; 상기 염소이온이 제거된 탈염수를 강염기성 염소 이온 수지를 사용하여 염소이온과 탈염수속의 황산이온을 치환하는 이온교환하여 황산이온을 제거하는 것을 특징으로 하는 이온교환 장치를 이용한 해수 담수화 과정 중의 황산이온 제거방법이 제공된다.
In addition, seawater is pretreated with a MF (micro filteration) membrane, and then separated into concentrate seawater and permeate seawater through the NF membrane, And removing the chlorine ions from the NF concentrated water by separating the sodium and chlorine ions from the second concentrated water by charging the second concentrated water into the electrodialysis unit by preserving the hardness component; Wherein the desalted water from which the chlorine ion has been removed is subjected to ion exchange to replace sulfate ions in chlorine ion and desalted water by using a strongly basic chlorine ion resin to remove sulfate ions. Method is provided.
기존의 기술로는 경도농도가 높아짐에 따라 염소이온과 황산이온의 농도가 같이 높아지기 때문에 경도 400이상에서는 염소이온과 황산이온의 농도가 먹는 물 수질기준인 250 mg/L을 초과하게 된다.With the existing technology, as the hardness concentration increases, the concentration of chlorine ion and sulfate ion increases so that the concentration of chlorine ion and sulfate ion exceeds 250 mg / L, which is the water quality of water, at hardness higher than 400.
본 발명은 해수 담수화과정을 통하여 미네랄을 많이 포함하는 고경도 먹는 물을 제조할 때, 먹는 물 수질기준 항목인 황산이온 농도 250 mg/L 을 만족하도록 음이온 교환수지를 이용하여 해수 중 황산이온 등의 음이온은 제거하는 동시에, 칼슘이온, 마그네슘이온 등의 미네랄 경도성분은 잔존시키는 기술로서, 기존의 담수화방법(증발법, 역삼투법)의 문제점인 미네랄 경도성분이 증가하면서 황산이온의 농도도 같이 증가하여, 경도 400 mg/L 이상의 고경도수에서는 먹는 물 수질기준 중 황산이온과 염소이온을 충족할 수 없었던 기술적 한계를 극복할 수 있다.The present invention relates to a method for preparing a high-purity water containing a large amount of minerals through a desalination process using an anion exchange resin so as to satisfy a sulfate ion concentration of 250 mg / L, Minerals hardness components such as calcium ions and magnesium ions are remained, while the mineral hardness component, which is a problem of the conventional desalting method (evaporation method and reverse osmosis method), is increased and the concentration of sulfate ions is also increased, In hard water with hardness of 400 mg / L or more, it is possible to overcome the technical limitations that could not satisfy sulfate and chloride ions in water quality standards.
본 발명의 이온교환 장치를 이용한 해수 중 황산이온 제거 시스템은 나노여과 방식으로 칼슘과 마그네슘 등 미네랄을 농축한 미네랄농축수에서 전기투석(ED)와 이온교환(IX) 시스템의 복합적인 방법을 사용하여 선택적인 미네랄을 잔존시키면서, 전기투석막(ED)과 이온교환 시스템 (IX)을 사용하여 염소이온과 황산이온 등 특정 물질을 제거할 수 있다.
The system for removing sulfuric acid in seawater using the ion exchange apparatus of the present invention uses a composite method of electrodialysis (ED) and ion exchange (IX) system in a mineral concentrated water in which minerals such as calcium and magnesium are concentrated by a nano filtration method Specific materials such as chlorine ions and sulfate ions can be removed by using an electrodialysis membrane (ED) and an ion exchange system (IX) while remaining selective minerals.
도 1은 이온교환 장치를 이용한 해수의 황산이온 제거 시스템을 나타낸다.
도 2는 이온교환 수지의 개념도를 나타낸다.
도 3은 Cation(+)이온교환 수지와 Anion(-)이온교환수지의 이온선택성을 나타낸다.
도 4은 이온교환 시스템의 황산이온 결과를 나타낸다.
도 5은 이온교환 시스템의 황산이온 결과를 나타낸다.
도 6은 이온교환 전 후의 황산이온 결과 값을 나타낸다.
도 7는 이온교환 전 후의 경도 결과 값을 나타낸다.
도 8는 이온교환 시스템의 황산이온 결과를 나타낸다.
도 9은 유속변화에 따른 황산이온 결과(좌: 180ml/min, 우: 600ml/min)를 나타낸다.
도 10는 유속 변화에 따른 황산이온 결과(좌: 265 ml/min, 우: 115 ml/min)를 나타낸다.
도 11는 NF-이온교환-ED 공정 변화에 따른 황산이온 결과(유속: 50ml/min)를 나타낸다.1 shows a system for removing sulfate ions from a seawater using an ion exchange apparatus.
Fig. 2 shows a conceptual view of an ion exchange resin.
Figure 3 shows ion selectivity of Cation (+) ion exchange resin and Anion (-) ion exchange resin.
Figure 4 shows the sulfate ion results of the ion exchange system.
Figure 5 shows the sulfate ion results of the ion exchange system.
Fig. 6 shows the results of sulfate ion after ion exchange.
Fig. 7 shows the hardness results after ion exchange.
Figure 8 shows the sulfate ion results of the ion exchange system.
9 shows the results of the sulfate ion (left: 180 ml / min, right: 600 ml / min) according to the flow velocity change.
Fig. 10 shows the sulfate ion result (left: 265 ml / min, right: 115 ml / min) according to the flow velocity change.
11 shows the sulfate ion result (flow rate: 50 ml / min) according to the NF-ion exchange-ED process change.
I 해양심층수 처리수 제조공정 및 고경도수에서의 미네랄과 음이온 수질 특성I Mineral and Anion Water Quality Characteristics in Deep Ocean Water Treatment Process and Hard Water
1. 고경도수 제조 공정 및 음이온 수질 특성1. Characterization of high hardness water and anion water quality
본 발명에서 해양심층수 처리수 제조 과정은 다음과 같다. 전체 공정은 해수(해양심층수)를 전처리(모래여과, 급속여과막, 마이크로필터 (MF), 침지맴브레인필터(SMF), 울트라필터(UF) 등으로 여과)한 해양심층수(원수)를 전기투석(Electro-dialysis)장치의 염분 농축조에 넣고, 3단 NF(Nano filteration)를 통한 NF 3차 농축수를 ED 장치의 경도 농축조에 넣은 후, ED 장치에 20 mS/cm 의 전기전도도를 투입하여 가동시키면, 염분 농축조에는 함수가 생성되고 경도 농축조에는 미네랄농축수가 생성되어 미네랄 함량이 해수보다 높으며 (마그네슘+칼슘)/나트륨 의 비가 1.0 이상인 해양심층수 미네랄농축수를 제조하는 방법이다.In the present invention, the process of producing deep-sea water treated in the ocean is as follows. The entire process is performed by the deep sea water (raw water) that has been subjected to pretreatment (sand filtration, rapid filtration membrane, MF filter, SMF filter, UF filter, etc.) -dialysis apparatus, the NF tertiary concentrated water through NF (Nano Filtering) is placed in the hardness concentration tank of the ED apparatus, and the electric conductivity of 20 mS / cm is applied to the ED apparatus, A method of producing concentrated deep-sea mineral water with a ratio of (magnesium + calcium) / sodium of 1.0 or more and a mineral content to a sea water is produced in a salt concentration tank and mineral concentrated water is produced in a hardness concentration tank.
전처리 과정 중 나노필터(NF) 막을 통과하지 못한 농축수에서는 황산이온 (SO4 2 -)이 농축되고 원수 중 마그네슘과 칼슘 등 2가 이온들은 NF막을 통과하는 과정 중 50%가 NF막을 통과하지 못하고 농축수에 농축된다. 나노필터(NF) 막을 이용하여 생산된 농축수에서 마그네슘과 칼슘 등 2가 이온들은 NF막을 통과하는 과정 중 50%가 NF막을 통과하지 못하고 농축수에 농축되므로 NF 농축수를 2회에 걸쳐 나노필터 (NF)로 여과하면 칼슘과 마그네슘이 원수에 비하여 더 많이 미네랄농축수를 생산 할 수 있다.During the pretreatment process, sulfate ions (SO 4 2 - ) are concentrated in the concentrated water that has not passed through the NF membrane and 50% of the divalent ions such as magnesium and calcium in raw water pass through the NF membrane can not pass through the NF membrane Concentrated in concentrated water. In the concentrated water produced by the NF membrane, magnesium ions and calcium ions, such as divalent ions, pass through the NF membrane, 50% of the NF membrane can not pass through the concentrated water is concentrated, so concentrated NF concentrated water, (NF), calcium and magnesium can produce more mineral-enriched water than raw water.
기존의 공정인 역삼투법과 증발법을 이용한 농축기술은 간단하지만 농축수 중 경도(미네랄)성분의 비율((Ca+Mg)/Na)이 낮고 농축수 중 대표 음이온인 염소이온(Cl-)과 황산이온(SO4 2-)이 분리되지 않는 문제가 있었다. ED 공정은 농축수의 농도를 역삼투과 증발법 공정에 비하여 높일 수 있으나 경도 농축조에 황산이온 (SO4 2-)이 제거되지 않는 문제가 있었다.Conventional reverse osmosis and evaporation techniques are simple, but the ratio of the mineral component ((Ca + Mg) / Na) in the concentrated water is low, and the chloride anion (Cl - ), ion (SO 4 2-) was the separation is not a problem. The ED process can raise the concentration of the concentrated water compared to the reverse osmosis and evaporation process, but there is a problem that the sulfate ion (SO 4 2- ) is not removed from the hardness concentration tank.
이러한 문제점을 해결하고 생산수율을 높이기 위하여 NF-ED-이온교환 공정을 복합적으로 결합하여, NF 공정을 통해 7% 이상 염분농도를 가진 농축수를 제조하고, NF를 통하여 칼슘과 마그네슘이 나트륨에 비하여 상대적으로 많이 농축된 1차 미네랄농축수를 얻고, 전기투석막(ED) 공정을 통해 나트륨과 염소이온(Cl-)가 제거되고 칼슘과 마그네슘 등이 농축된 미네랄농축수를 제조하였으며, 표 1에 NF-ED-이온교환 실험 결과 값을 나타내고 있다.In order to solve these problems and to increase the production yield, a concentrated water having a salinity concentration of 7% or more is prepared by NF-ED-ion exchange process in combination with NF process and calcium and magnesium are mixed with NF A concentrated mineral water with a relatively high concentration of primary mineral was obtained, and sodium and chlorine ions (Cl - ) were removed through an electrodialytic membrane (ED) process and mineral concentrated water with concentrated calcium and magnesium was prepared. -ED- Ion exchange test results are shown.
황산이온(SO4 2-)이 얼마나 적은가 여부와 염분제거, 그리고 칼륨, 칼슘, 마그네슘의 함량 균형 여부에 따라 제조된 물의 품질이 달려있다. NF 공정, ED공정, 이온교환 공정을 연계함으로써 황 성분이 획기적으로 감소된 미네랄 고농축수를 미네랄 추출물에 사용할 수 있었으며, 기존 방법의 문제점으로 지적되었던 염소이온과 황산이온을 제거함으로서 결정화 과정 중 칼슘, 마그네슘 등을 결정화시켜 다시 용해해야 하는 불편함의 개선과 에너지 절감의 효과를 얻을 수 있었다.
The quality of the water produced depends on how small the sulfate (SO 4 2- ) is, how much salt is removed, and how much potassium, calcium and magnesium are balanced. By combining NF process, ED process and ion exchange process, it was possible to use minerals with high concentration of sulfur in drastically reduced minerals. Also, by removing chlorine and sulfate ions, It is possible to obtain the effect of reducing the inconvenience of dissolving the magnesium and the like by re-crystallizing and reducing the energy.
2. 먹는 2. Eating 해양심층수의Deep sea water 음이온 수질 기준 Anion water quality standard
먹는 물의 수질기준은 미생물에 관한 기준, 건강상 유해영향 무기물질에 관한 기준, 건강상 유해영향 유기물질에 관한 기준, 심미적 영향물질에 관한 기준 등으로 나누고 있다. 이중 심미적 영향물질 중에 염소이온과 황산이온의 규제가 들어있다. 염소이온과 황산이온은 해수에 가장 많이 존재하는 음이온(99%이상)으로서 먹는 물 기준은 염소이온은 250mg/L 이하, 황산이온은 200mg/L 이하로 설정하고 있다.
The water quality standards of the drinking water are divided into the criteria for microorganisms, the criteria for harmful health effects, the criteria for inorganic substances in health, the criteria for harmful organic substances, and the criteria for aesthetic effect substances. Dual esthetic influences contain regulating of chloride and sulfate ions. Chloride ion and sulfate ion are the most common anion (more than 99%) in seawater. The standard of water to be consumed is set to 250 mg / L for chlorine ion and 200 mg / L for sulfate ion.
3.3. 고경도수에서From high hardness water 미네랄 및 음이온 수질 분석 방법Mineral and anion water quality analysis method
미네랄 및 음이온 수질 분석 장치는 아래 표에 나타내었다. 나트륨, 마그네슘, 칼슘과 칼륨과 같은 양이온은 Thermoscientific사의 양이온 칼럼 IonPac CS12A을 이용한 이온크로마토그래프로 분석하였으며, 염소이온과 황산이온과 같은 음이온은 Thermoscientific사의 음이온 칼럼 IonPac AS14을 이용한 이온크로마토그래프 분석법으로 분석하였다. 해양심층수 원수 중 측정된 마그네슘 이온의 농도와 칼슘이온 농도로부터 탄산칼슘으로 환산한 경도 값을 다음 식에 의하여 계산하였다.(Lenore S. C et. al., 1998)Mineral and anion water quality analyzers are shown in the table below. Cations such as sodium, magnesium, calcium and potassium were analyzed by ion chromatography using a cation column IonPac CS12A from Thermoscientific, and anions such as chloride ion and sulfate ion were analyzed by ion chromatographic analysis using anion column IonPac AS14 from Thermoscientific . The concentration of magnesium ion and calcium ion concentration in the deep seawater was calculated by the following formula (Lenore S. C et al., 1998)
Hardness as calcium carbonate (mg/L) = 2.497 × [Ca] + 4.119 × [Mg]
Hardness as calcium carbonate (mg / L) = 2.497 x [Ca] + 4.119 x [Mg]
(Na, Mg, Ca, K)Cation:
(Na, Mg, Ca, K)
- model : Cation - ICS-1000, Thermoscientific,
- Cation Column : IonPac CS12A, IC (Ion Chromatography)
- model: Cation - ICS-1000, Thermoscientific,
- Cation Column: IonPac CS12A,
(Cl, SO4 2-)Anion
(Cl, SO 4 2-)
- model : ICS-1100, Thermoscientific
- Anion Column : IonPac AS14IC (Ion Chromatography)
- model: ICS-1100, Thermoscientific
- Anion Column: IonPac AS14
II. 이온교환 단위공정의 시스템 특성 및 전기투석 장치와의 연계공정II. System characteristics of ion exchange unit process and connection process with electrodialysis unit
1. 이온교환 수지의 음이온 및 미네랄 분리 특성1. Anion and Mineral Separation Characteristics of Ion Exchange Resins
황산이온 제거에 사용된 이온수지는 강염기성 염소 이온으로 비중 1.11g/mL, 교환용량 1.3 meq/mL, 유효 pH 0~14, 완구율 95% 이상의 수지를 사용하였으며, 도 2에 도시한 바와 같이 이온교환수지의 염소이온과 탈염수속의 황산이온이 치환되는 원리를 이용하였다.The ionic water used in the removal of sulfate ion was strongly basic chloride ion with a specific gravity of 1.11 g / mL, exchange capacity of 1.3 meq / mL, effective pH of 0 to 14, and a toys ratio of 95% or more. As shown in FIG. 2, The principle of substitution of chlorine ion in the exchange resin and sulfate ion in the demineralized water was used.
즉 같은 극성을 가진 음이온들이 반응하여 서로 치환되며, 극성이 다른 양이온들은 주변 인자로 작용하여 실질적인 반응에 참여하지 않는 원리를 이용한 것이다. 이러한 원리를 이용하여 양이온 성분인 마그네슘, 칼슘 등과 같은 미네랄 성분은 잔류하게 되며, 음이온 성분인 황산이온과 염소이온은 활발하게 반응하여 서로 치환하게 된다. 또한 도 3에 도시한 바를 보면 이온교환 수지의 이온선택성에서 황산이온의 선택성이 뛰어남을 확인할 수 있었다.
That is, the anions having the same polarity react with each other, and the cations having different polarities are used as the peripheral factors, so that they do not participate in the actual reaction. Using this principle, mineral components such as magnesium, calcium and the like, which are positive ion components, remain, and sulfate ions and chloride ions, which are anion components, actively react and substitute each other. Also, as shown in FIG. 3, it was confirmed that the selectivity of sulfate ion was excellent in the ion selectivity of the ion exchange resin.
2. 이온교환 단위공정의 시스템 특성2. System Characteristics of Ion Exchange Unit Process
이온교환 시스템은 컬럼 용량, 이온교환수지의 양, 유속, 농도 조건에 영향을 받는다.Ion exchange systems are affected by column capacity, the amount of ion exchange resin, flow rate, and concentration conditions.
1) 실험실 규모로 350ml의 컬럼 부피로 이온수지를 300ml 충진하고 유속을 66 ml/min 실험을 진행하였을 때 황산이온은 6배로 감소되었으며, 경도 변화는 없었다. (도 4)1) When 300 ml of ionized resin was charged in a 350 ml column volume at a laboratory scale and the flow rate was 66 ml / min, the sulfate ion was reduced to 6 times and there was no change in hardness. (Figure 4)
2) 실험 규모를 조금 키워서 8L의 컬럼 부피로 이온수지를 5L 충진하고 유속을 148 ml/min으로 실험을 진행하였을 때 황산이온은 각각 5.6배로 감소 되었으며, 경도 변화는 없었다. (도 5) 2) Experiments were carried out at a flow rate of 148 ml / min with 5L of ionized water at a column volume of 8L. The sulfate ion concentration was reduced to 5.6 times and the hardness was not changed. (Fig. 5)
3) 파일럿(pilot) 규모로 60L의 수지 탑탱크 부피로 이온수지를 50L 충진하고 유속을 600 ml/min 으로 실험을 진행하였을 때 도 6, 7의 결과와 같이 황산이온은 3.7배로 감소되었으며, 경도 변화는 없었다. (도 8)3) When 50L ionic resin was filled in a resin tank tank volume of 60L on a pilot scale and the flow rate was 600 ml / min, the sulfate ion was reduced to 3.7 times as shown in Figs. 6 and 7, . (Fig. 8)
4) 양산 규모로 600L의 수지 탑탱크 부피로 이온수지를 500L 충진하고 유속을 6 L/min 으로 실험을 진행하였을 때 상기 3)의 결과와 유사하게 나왔다.
4) It was similar to the result of the above 3) when 500L of ion resin was filled in a resin tank tank volume of 600L in mass production and the experiment was carried out at a flow rate of 6 L / min.
3. 이온교환 단위공정의 음이온 제거 효율 3. Anion removal efficiency of ion exchange unit process
이온교환 전 후의 황산이온 결과 값을 도 6에 나타내었다. 이온교환 전의 값은 14,500mg/L 였으며 이온교환 후의 값은 3,800mg/L로 3.7배가 감소 되었다. 이온교환 전 후의 경도 결과 값을 도 7에 나타내었다. 이온교환 전의 값은 19,500mg/L 였으며 이온교환 후의 값은 19,800mg/L로 유지되었다.The results of the sulfate ion before and after ion exchange are shown in FIG. The value before ion exchange was 14,500 mg / L and the value after ion exchange was 3,800 mg / L, 3.7 times decreased. The results of hardness before and after ion exchange are shown in Fig. The value before ion exchange was 19,500 mg / L and the value after ion exchange was maintained at 19,800 mg / L.
이러한 결과값은 먹는 해양심층수 경도 1,000mg/L를 제조시 약 20배 희석했을 때, 황산이온은 190 mg/L 가 되어, 먹는 물 수질 기준치에 적합하게 된다. 기존 방식으로 제조하게 되면 경도 500mg/L이상일 경우, 황산이온이 250 mg/L을 초과하게 되는 해양심층수 먹는 물 제조의 한계성을 극복한 사례가 된다.These results show that when the deep sea water hardness of 1,000 mg / L is diluted about 20 times during manufacturing, the sulfate ion is 190 mg / L, which is suitable to the water quality standard of the drinking water. If the hardness is above 500 mg / L, it will be a case of overcoming the limitation of producing deep-sea water in which the sulfate ion exceeds 250 mg / L.
실험조건 중 유속에 따른 결과에서는 상기 2. 3)의 파일럿 기준으로 볼 경우, 이온교환 수지 50L의 함량 등 동일 조건에서 유속만 180 ml/min와 600 ml/min의 결과값이 도 9와 같이 유사하게 나옴을 알 수 있었다.As a result of the flow rate according to the experimental conditions, the results of the flow rates of 180 ml / min and 600 ml / min are shown in FIG. 9 .
또한 상기 2. 2) 경우 동일조건에서 유속변화를 115 ml/min와 265 ml/min의 결과값도 도 10와 같이 유사하게 나옴을 확인할 수 있었다. In addition, the results of the flow rate changes of 115 ml / min and 265 ml / min are shown in Fig.
위 결과값을 활용 양산 규모의 최적 조건은 파일럿 규모의 10배로 이온교환 수지함량 500L, 유속을 6L/min로 설계할 수 있었다.The optimal conditions for the mass production scale were 10 times the pilot scale and the ion exchange resin content was 500L and the flow rate was 6L / min.
이상의 결과를 종합하면, 상기 각각의 인자에 따라 이온교환 수지 양과 유속 등의 조건을 조절할 수 있으나, 이온교환의 이온의 농도 : 이온교환수지 양 : 유속 비 : 제거용량의 비는 각각 20,000ppm이상 : 50L이상 : 600ml/min이상 : 100kg이상의 비로 정하는 것이 바람직한 것으로 판단된다. 더욱 상세하게는 이온교환의 이온교환수지 양 : 유속 비는 0.35-50L : 66-600ml/min의 비로 정하고, 이온교환의 이온의 농도 : 제거용량의 비는 각각 20,000ppm이상 : 100kg이상이 되는 것이 바람직하다.
As a result, the conditions such as the amount of ion exchange resin and the flow rate can be adjusted according to the respective factors, but the ratio of the ion exchange ion concentration: ion exchange resin amount: flow rate ratio: removal capacity is 20,000 ppm or more, 50 L or more: 600 ml / min or more: 100 kg or more. More specifically, the ion exchange resin amount: flow rate ratio of ion exchange is determined by the ratio of 0.35-50 L: 66-600 ml / min, and the ratio of ion concentration to removal capacity is 20,000 ppm or more: 100 kg or more desirable.
4. 이온교환-전기투석 장치와의 연계공정4. Ion exchange - connection with electrodialysis unit
NF에서 생산 된 고경도 농축수의 경우 다량의 염소이온과 황산이온을 포함하고 있음을 확인할 수 있다. 염소이온은 ED로 제거가 가능하며, 황산이온은 이온교환으로 제거가 가능함을 위에 표 2에 제시하였다. 이러한 전기투석장치를 이온교환수지 방법과 연계하여 1가 음이온인 염소이온은 전기투석장치로 제거하고, 전기투석장치로 제거되지 못했던 2가 음이온인 황산이온은 이온교환수지로서 제거가 가능할 수 있었다.It can be confirmed that the high-hardness concentrated water produced in NF contains a large amount of chloride ion and sulfate ion. Table 2 shows that chlorine ion can be removed by ED and sulfate ion can be removed by ion exchange. In this electrodialysis device, chlorine ion, which is a monovalent anion, was removed by an electrodialysis device in conjunction with ion exchange resin method, and sulfate ion which is a divalent anion which could not be removed by an electrodialysis device could be removed as an ion exchange resin.
그리고 이러한 경우 이온교환의 순서를 다음과 같이 NF-이온교환-ED과 NF-ED-이온교환의 두 가지 공정을 생각할 수 있다. 상기 2-2는 NF-ED-이온교환 순서의 결과값이며, 8L의 컬럼 부피로 이온수지를 5L 충진하고 유속을 148ml/min으로 실험을 진행하였을 때 황산이온은 각각 5.6배로 감소 되었으며, 경도 변화는 없었다.In this case, the two processes of NF-ion exchange-ED and NF-ED- ion exchange can be considered as follows. 2-2 is the result of the NF-ED-ion exchange sequence. When the ionic resin was packed into 5 L of the column volume of 8 L and the flow rate was 148 ml / min, the sulfate ion was reduced to 5.6 times, There was no.
반면 도 11은 NF-이온교환-ED 순서의 결과값을 나타내고 있다. 두 결과를 비교해 보았을 때 NF-ED-이온교환 공정은 NF-이온교환-ED 공정에 비해 황산이온의 제거율이 월등히 좋음을 알 수 있으며, 유속변화에서도 NF-ED-이온교환 공정이 3배 정도 빠름에도 황산이온 제거률이 좋음을 알 수 있었다. 이는 이온교환 수지의 효능부분에서 해수의 농도가 큰 부분을 차지하고 있음을 알려주고 있는 대목이다. 따라서 본 연구에서는 NF-ED-이온교환 공정으로 실험 설계를 진행하였다.
Figure 11, on the other hand, shows the results of the NF-ion exchange-ED sequence. Comparing the two results, it can be seen that the NF-ED-ion exchange process is superior to the NF-ion exchange-ED process in the removal rate of sulfuric acid ions, and the NF-ED- ion exchange process is about three times faster It was found that the removal rate of edo sulfate ion was good. This indicates that the concentration of seawater occupies a large part in the efficacy part of the ion exchange resin. Therefore, in this study, experimental design was carried out by NF-ED- ion exchange process.
5. 이온교환 수지방법의 응용성5. Applicability of ion exchange resin method
1) 실험에 사용 한 고경도 농축수 제조 시 NF 대신에 RO/PRO/FO/MD 등의 여러 가지 담수화 기기를 이용하여 나온 농축수를 ED를 통하여 염분을 제거한 후, 이온 교환할 수 있다.1) In the preparation of high-hardness concentrated water used in the experiment, concentrated water from various desalination equipment such as RO / PRO / FO / MD instead of NF can be ion-exchanged after removing salinity through ED.
2) ED를 사용하여 염분을 제거한 방법 외에 증발법, 막투과법, 전기분해법 등의 다양한 담수화 장비를 대신사용 한 후, 이온교환을 할 수 있다.2) In addition to removing salinity using ED, various desalination equipment such as evaporation method, membrane permeation method and electrolysis method can be used instead, and ion exchange can be performed.
3) 해수(해양심층수원수 또는 농축수) 담수화 과정의 전처리로 이온교환을 할 수 있게 구성할 수 있다.3) Seawater (deep sea water or concentrated water) can be configured to perform ion exchange by pretreatment of desalination process.
4) 이온교환 수지는 치환시키고자 하는 이온의 극성에 따라서 양이온교환수지나 음이온교환 수지를 사용할 수 있다.4) Depending on the polarity of the ion to be replaced, cation exchange resin or anion exchange resin may be used for the ion exchange resin.
5) 상기 4)의 이온교환수지의 양은 치환시키고자 하는 이온의 농도와 유속 등에 따라 정할 수 있다.5) The amount of the ion exchange resin in the above 4) can be determined according to the concentration and the flow rate of the ion to be replaced.
6) 이온교환수지의 효능이 떨어질 경우 소금물을 사용하여 자동으로 재생 사용할 수 있으며, 사용한 수지의 종류별로 재생방법에 맞게 사용할 수 있다.
6) When the efficacy of the ion exchange resin is lowered, it can be automatically regenerated by using brine, and it can be used according to the regeneration method for each type of resin used.
III. 이온교환 수지의 재생 방법 III . Regeneration method of ion exchange resin
1. 이온교환 수지의 재생 시스템 구성1. Regeneration system configuration of ion exchange resin
이온교환 실험이 끝난 후 이온수지의 재생을 위하여 수지 탑에 자동 재생 장치를 연결하고, 자동으로 역세 및 재생을 진행할 수 있다. 이때 사용된 이온교환 수지의 양 및 교환 능력에 따라 재생액의 농도 및 시간을 컨트롤할 수 있다. 만약 자동 재생장치가 없을 경우 아래 2의 방법으로 재생액을 만들어 수동으로 진행할 수도 있다.
After the ion exchange experiment, the automatic regeneration device is connected to the resin tower for the regeneration of the ion resin, and the backwash and regeneration can be performed automatically. The concentration and time of the regeneration liquid can be controlled according to the amount of the ion exchange resin used and the exchange ability. If there is no automatic playback device, you can create the regeneration solution and proceed it manually.
2. 이온교환 수지의 재생 방법2. Regeneration method of ion exchange resin
이온교환수지의 효능이 떨어질 경우 소금물을 사용하여 자동으로 재생 사용 할 수 있으며, 수지 종류별로 재생 방법에 맞게 사용할 수 있다. 재생원리 방법은 아래와 같다.When the efficacy of the ion exchange resin deteriorates, it can be automatically regenerated using salt water, and it can be used according to the regeneration method for each resin type. The playback method is as follows.
a. 이온수지를 1시간이상 정수로 세척한다.a. Wash ionized water with water for at least 1 hour.
b. 재생통에 정수를 재생할 수지의 양대비 1/3의 비율로 채운다.b. The regenerator is filled with a ratio of 1/3 to the amount of resin to be purified.
c. 정수대비 10%~15% NaCl을 넣어 융해시킨다.c. Add 10% to 15% NaCl to the water and let it melt.
d. 이온교환장치에 정수대비 NaCl용액을 1/10로 들어가게 설정한다.d. Set the ion exchange apparatus to contain 1/10 of the NaCl solution to the water.
e. 재생시간은 오래 할수록 효과가 있지만, 보통 30분 이내로 진행한다.
e. The longer the playing time, the more effective it is, but it usually takes less than 30 minutes.
3. 이온교환 수지의 재생 효율3. Regeneration efficiency of ion exchange resin
강염기성 염소 이온용 이온교환수지는 정제된 NaCl 함량 99%이상의 정제염을 사용하였을 경우 사용한 이온수지를 정수로 충분하게 역세하고, 재생용액(NaCl)과 정수를 일정 비율로 사용했을 경우 최대 90% 이상의 재생 결과를 얻을 수 있으나, 경제성 등을 고려하여 60% 이상의 재생 효과를 통상적으로 사용하고 있다. 재생된 이온교환 수지의 한계성은 1,000회로서 보통 3년에서 5년을 사용할 수 있다.
Ion exchange resin for strongly basic chloride ion is used when the refined salt of refined NaCl content 99% or more is used and the ionized resin is sufficiently backwashed with purified water and when regenerating solution (NaCl) and purified water are used at a constant ratio, However, in consideration of economical efficiency and the like, a regenerating effect of 60% or more is usually used. The limit of regenerated ion exchange resins is 1,000, usually 3 to 5 years.
< 실시예 ><Examples>
해수(해양심층수원수 또는 농축수)의 담수화 과정에서 생산되는 유해성분을 효율적으로 제거하기 위한 본 발명의 시스템의 공정은 다음과 같이 실시될 수 있다.The process of the system of the present invention for efficiently removing harmful components produced in the desalination process of seawater (deep sea water or concentrated water) can be carried out as follows.
해수를 MF (Micro filteration)막을 이용하여 전처리 한 후 1차로 나노막 (NF)을 통과시켜 농축수 (Concentrated seawater)와 투과수(permeate seawater)를 분리한 후 농축수를 재차 나노(NF)막을 이용하여 경도 20,000ppm의 2차 농축수로 제조한다. 2차 농축된 NF 농축수를 전기투석 장치에 투입하여 경도 성분은 보존하고 나트륨과 염소이온을 분리하여 NF 농축수로부터 염소이온을 제거하는 단계; 전기투석 장치에서 염소이온을 충분히 제거해주어 이온교환 시스템에서 이온들의 치환성을 높일 수 있다.The seawater is pretreated with a MF (micro filteration) membrane and then passed through a NF membrane to separate the concentrate seawater from the permeate seawater. The concentrated water is again fed to the NF membrane To prepare a second concentrated water having a hardness of 20,000 ppm. Removing the chlorine ions from the NF-enriched water by separating the sodium and chlorine ions by storing the hardness component by injecting the second concentrated NF-enriched water into the electrodialysis unit; It is possible to increase the substitution of ions in the ion exchange system by sufficiently removing chlorine ions from the electrodialysis device.
상기 경도농축조의 탈염수를 이온교환 수지를 사용하여 황산이온을 제거하는 단계로; 황산이온 제거에 사용된 이온수지는 강염기성 염소 이온 수지를 사용 하였으며, 이온교환수지의 염소이온과 탈염수속의 황산이온이 치환되는 원리를 이용한다.Removing desalted water from the hardness concentrator by using an ion exchange resin; The ion-exchange resin used in the removal of sulfate ion was a strongly basic chloride ion resin, and the principle of substitution of chlorine ion in ion exchange resin and sulfate ion in desalted water was used.
부가적으로 이온교환수지의 효과가 떨어졌다고 판단되는 경우 사용한 이온교환 수지를 소금 (NaCl) 물로 자동 재생하여 경제성을 높일 수 있다.
In addition, when it is judged that the effect of the ion exchange resin is lowered, the ion exchange resin used can be automatically regenerated with salt (NaCl) water to improve the economical efficiency.
또 다른 실시예로서 해수(해양심층수원수 또는 농축수)를 NF를 사용하여 고경도 농축수를 제조하고, 생산된 고경도 농축수를 전기투석(ED)을 통하여 1가 이온(염분)을 제거하고, 상기 ED를 통하여 나온 생산수를 강염기성 염소이온 교환수지를 사용하여 황산이온을 제거하는 단계로 구성된다(도 1 실시예 1).In another embodiment, high-hardness concentrated water is prepared using seawater (deep sea water or concentrated water) with NF, and the produced high-density concentrated water is subjected to electrodialysis (ED) to remove monovalent ions , And removing the sulfate ions using the strongly basic chloride ion exchange resin (FIG. 1, Example 1).
이때 상기 이온교환 수지는 치환시키고자 하는 이온의 극성에 따라 양이온 교환수지나 음이온교환 수지를 사용할 수 있다. 또한 상기 이온교환수지의 양은 치환시키고자 하는 이온의 농도와 유속에 따라 정할 수 있다.The ion exchange resin may be cation exchange resin or anion exchange resin depending on the polarity of the ion to be replaced. The amount of the ion exchange resin can be determined according to the concentration and the flow rate of the ion to be replaced.
이온교환수지의 효능이 떨어질 경우, 소금물을 사용하여 자동으로 재생사용 할 수 있으며, 수지 종류별로 재생 방법에 맞게 사용할 수 있다. 재생원리 및 방법은 아래와 같다.When the efficacy of the ion exchange resin is lowered, it can be regenerated automatically using salt water, and it can be used according to the regeneration method for each resin type. The principle and method of reproduction are as follows.
a. 이온수지를 2시간이상 정수로 세척한다.a. Wash ionized water with water for 2 hours or more.
b. 재생통에 정수를 재생 할 수지의 양대비 1/3의 비율로 채운다.b. The regenerator is filled with a ratio of 1/3 of the amount of resin to be used for regenerating the purified water.
c. 정수대비 10% ~ 15% NaCl을 넣어 융해시킨다.c. Add 10% to 15% NaCl to the water and let it melt.
d. 이온교환장치에 정수대비 NaCl용액을 1/10로 들어가게 설정한다.d. Set the ion exchange apparatus to contain 1/10 of the NaCl solution to the water.
e. 재생시간은 오래 할수록 효과가 있으나, 보통 30분 이내로 진행한다.
e. The longer the playing time, the more effective it is, but it usually takes less than 30 minutes.
다음으로 본원발명의 또 다른 실시예로서 해수(해양심층수원수 또는 농축수)를 NF/RO/ED/PRO/FO/MD 등의 담수화 기기를 이용하여 생산수와 농축수를 생산하고 생산수는 이온 교환하며, 농축수는 ED를 통하여 염분을 제거하여 염분이 제거된 생산수를 이온교환 하는 단계로 변경하여 구성할 수 있다(도 1 실시예 2).Next, as another embodiment of the present invention, seawater (raw seawater or concentrated water) is produced by using desalination equipment such as NF / RO / ED / PRO / FO / And the concentrated water is changed to a step of removing salinity through ED to ion exchange the saline-depleted production water (FIG. 1, Example 2).
다음으로 본원발명의 또 다른 실시예로서 해수(해양심층수원수 또는 농축수)를 RO/ED/PRO/FO/MD등을 통해 생산된 농축수를 다시 증발법, 막투과법, 전기분해법을 구현할 수 있는 담수화 장비를 사용하여 생산수를 만들어내고 담수화장비를 통하여 나온 생산수를 이온 교환하는 단계로 설계변경가능하다(도 1 실시예 3).Next, as another embodiment of the present invention, concentrated water produced through RO / ED / PRO / FO / MD or the like may be re-evaporated, membrane permeated or electrolyzed by sea water (deep sea water or concentrated water) (Fig. 1, Example 3), and the production water is produced using the desalination equipment having the desalination equipment and the production water is discharged through the desalination equipment.
또한 해수(해양심층수원수 또는 농축수)를 담수화 과정의 전처리로 이온교환을 한 후, NF/RO/ED/PRO/FO/MD 등의 담수화 기기를 이용하여 생산수와 농축수를 생산하고 할 수 있도록 구성가능하다(도 1 실시예 4).
In addition, it is possible to produce seawater (deep sea water or concentrated water) by ion-exchange by pretreatment of desalination process, and then to produce water and concentrated water by using desalination equipment such as NF / RO / ED / PRO / FO / (Fig. 1 embodiment 4).
NF/IX/ED 연계공정을 이용하여 해수 담수화 과정 중 미네랄 함량은 높이면서 황산이온과 염소이온을 제거하여 먹는 물 수질기준을 충족하는 최적 수질조정 기술을 통하여 현행 먹는 물 수질기준에 적합하면서 미네랄 함량이 높은 고경도 프레미엄 먹는 물을 제조방법을 제공하여 국민건강에 기여할 수 있다. 또한 사용한 이온교환 수지 (IX)의 경제적 사용을 위하여 사용한 이온교환 수지의 재생 방법에 관한 내용도 포함하고 있고 미네랄 함유 고경수 제조에 소요되는 에너지도 저감할 수 있어 고경도 수 제조비용도 절감할 수 있다.By using the NF / IX / ED linkage process, the mineral water content of the seawater desalination process is increased while the sulfate ion and chlorine ion are removed. This high hardness premium can contribute to the public health by providing a manufacturing method of drinking water. In addition, the present invention includes a method for regenerating the ion exchange resin used for the economical use of the ion exchange resin (IX) used, and it is possible to reduce the energy required for manufacturing the mineral high-hardness water, .
Claims (9)
상기 생산된 고경도 농축수를 전기투석(ED)을 통하여 1가 이온(염분)을 제거하며;
상기 ED를 통하여 나온 생산수를 이온교환하여 황산이온을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온교환 장치를 이용한 해수 담수화 과정 중의 황산이온 제거방법
Using seawater (deep sea water or concentrated water) with nanofilter (NF) to produce high-hardness concentrated water;
Removing the univalent ions (saline) through the electrodialysis (ED) of the produced high-hardness concentrated water;
And removing the sulfuric acid ions by ion-exchanging the produced water through the ED. [7] The method for removing sulfate ions in a desalination process
생산수는 이온교환하며, 농축수는 ED를 통하여 염분을 제거하여 염분이 제거된 생산수를 이온교환하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온교환 장치를 이용한 해수 담수화 과정 중의 황산이온 제거방법
Producing production water and concentrated water by using at least one desalination device selected from NF, Reverse Osmosis (RO), ED, PRO, FO, and MD as seawater (deep sea water or concentrated water);
Wherein the production water is ion-exchanged and the concentrate water is desalted through ED to remove ion-exchanged production water. The ion exchange apparatus for removing sulfuric acid ions
The concentrated water produced by using at least one desalination device selected from RO, ED, PRO, FO, and MD as the seawater (raw seawater or concentrated water) is further subjected to one or more methods selected from an evaporation method, a membrane permeation method, And a step of ion-exchanging the produced water produced through the desalination equipment. The method for removing sulfate ions in the desalination process of seawater using the ion exchange apparatus
Produced water and concentrated water are produced using one or more desalination equipment selected from NF, RO, ED, PRO, FO, and MD after seawater (deep sea water or concentrated water) is ion-exchanged by pretreatment of desalination process A method for removing sulfate ions during a desalination process using an ion exchange apparatus
The ion exchange apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the ion exchange is replaced by a cation exchange resin or an anion exchange resin depending on the polarity of the ion to be replaced. Ion removal method
5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the ion exchange resin amount: flow rate ratio of ion exchange is in the range of 0.35 to 50 L: 66 to 600 ml / min. Sulfuric acid ion removal method
The method of claim 6, wherein the concentration of ions in the ion exchange is 20,000 ppm or more, and the removal capacity is set to 100 kg or more.
a. 이온수지를 2시간 이상 정수로 세척하고,
b. 재생통에 정수를 재생 할 수지의 양대비 1/3의 비율로 채운 후,
c. 정수대비 10%~15% NaCl을 넣어 융해시키고,
d. 이온교환장치에 정수대비 NaCl용액을 1/10로 들어가게 설정,
재생시간을 30분 이내로 설정하여 재생하는 것을 특징으로 하는 이온교환 장치를 이용한 해수 담수화 과정 중의 황산이온 제거방법
8. The method according to claim 7, wherein when the efficiency of ion exchange removal capacity is reduced,
a. The ionized resin was washed with water for 2 hours or more,
b. After filling the regenerator with a ratio of 1/3 of the amount of resin to be used for regenerating the purified water,
c. 10% to 15% NaCl was added to the solution,
d. Ion exchanger was set to contain 1/10 of NaCl solution as an integer,
And the regeneration time is set to 30 minutes or less for regeneration. The method for removing sulfate ions during the desalination process
농축수를 재차 나노(NF)막을 이용하여 경도 20,000ppm의 2차 농축수로 제조하며, 상기 2차 농축수를 전기투석 장치에 투입하여 경도 성분은 보존하고 나트륨과 염소이온을 분리하여 NF 농축수로부터 염소이온을 제거하는 단계;
상기 염소이온이 제거된 탈염수를 강염기성 염소 이온 수지를 사용하여 염소이온과 탈염수속의 황산이온을 치환하는 이온교환하여 황산이온을 제거하는 것을 특징으로 하는 이온교환 장치를 이용한 해수 담수화 과정 중의 황산이온 제거방법The seawater was pretreated with a MF (micro filteration) membrane, and then passed through a NF membrane to separate it into a concentrate seawater and a permeate seawater.
The concentrated water is again made into a second concentrated water having a hardness of 20,000 ppm by using a NF membrane. The second concentrated water is put into an electrodialysis device to retain hardness components and to separate sodium and chlorine ions, Removing chlorine ions from the solution;
Wherein the desalted water from which the chlorine ion has been removed is subjected to ion exchange to replace sulfate ions in chlorine ion and desalted water by using a strongly basic chlorine ion resin to remove sulfate ions. Way
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