KR20170002047A - Purification system for potable water and ultra pure water - Google Patents

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KR20170002047A
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소용신
이윤석
장원택
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Abstract

The present invention relates to a system for producing ultrapure cooling water and drinking water. More specifically, provided is a system for producing ultrapure cooling water and drinking water, ensuring continuous operation of a water treatment process even when repairing or cleaning the processing apparatuses. To this end, a plurality of capacitive deionization (CDI) stacks for conducting brackish water desalination in a capacitive deionization method are connected in a parallel, some of the plurality of CDI stacks get to continuously conduct the water treatment process in turn.

Description

음용수 및 초순수급 냉각수 제조시스템 {Purification system for potable water and ultra pure water}{Purification system for potable water and ultra pure water}

본 발명은음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 축전식 탈염 방식으로 기수 담수화를 수행하는 CDI 스택(Stack)을 복수개 병렬 연결하고, 복수개 CDI 스택 중 일부와 나머지 일부가 번갈아 연속적으로 수처리 공정을 수행함으로써 공정 장비의 세정이나 수리 상황에서도 계속적으로 수처리 공정의 수행이 가능한 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템에 대한 것이다.More particularly, the present invention relates to a system for producing drinking water and ultrarapid water supply and cooling water, in which a plurality of CDI stacks for performing desalination of a water by desalination are connected in parallel, The present invention relates to a drinking water and an ultrapure water supply / cooling water production system capable of continuously performing a water treatment process even in a cleaning or repairing process equipments by performing a water treatment process.

최근 전 세계적으로 물 부족 문제가 심화되고 있는데, 지구상에 존재하는 물의 약 97%를 차지하는 해수를 담수화하는 방안이 물 부족 문제를 해결하는 가장 현실적인 방안으로 부각되고 있다.In recent years, the problem of water shortage has been worsening globally. Desalination of seawater, which accounts for about 97% of the water present on the earth, has become the most realistic way to solve the water shortage problem.

해수를 담수화하는 수처리 기술로는 크게 증발증류나 역삼투막 분리와 같은 물리적 처리방법, 생물분해 또는 화학적 산화 및 침전과 같은 생화학적 처리방법, 전기투석 또는 이온교환 등과 같은 전기화학적 처리방법으로 분류할 수 있는데, 도 1에 도시된 종래 해수 담수화 공정을 참조하여 종래 기술에 따른 수처리 공정을 살펴보기로 한다. Water treatment techniques for seawater desalination can be roughly classified into physical treatment methods such as evaporation distillation and reverse osmosis membrane separation, biochemical treatment methods such as biodegradation or chemical oxidation and precipitation, electrochemical treatment such as electrodialysis or ion exchange The conventional water treatment process will be described with reference to the conventional seawater desalination process shown in FIG.

상기 도 1의 (a)는 역삼투분리막 RO(Reverse Osmotic)를 적용한 해수 담수화 공정으로서, 적용 원수 농도(TDS; Total Dissolved Solids) 500mg/L 이하의 음용수를 만들기 위해 DAF(Dissolved Air Flotation), DMF(Dual Media Filter), MF(Micro Filtration) 또는 UF(Ultra Filtration)와 같은 전처리 공정을 실시한 후,해수 담수화 SWRO(Sea Water Reverse Osmosis) 공정을 거쳐 TDS 1000mg/L수준의 기수(Brackish Water)를 생산하고 연이어 기수 담수화 BWRO(Brackish WaterReverse Osmosis) 공정을 수행한 후 CO2와 칼슘 등의 미네랄을 첨가하는 음용수화 공정(Potabilization)을 수행하는 공정으로 진행된다.1 (a) is a seawater desalination process using a reverse osmosis RO (reverse osmosis). In order to make drinking water having a total dissolved solids (TDS) of 500 mg / L or less, a DAF (Dissolved Air Flotation) (Dual Media Filter), MF (Micro Filtration) or UF (Ultrafiltration), and then it produces Sea Water Reverse Osmosis (SWRO) process to produce TDS 1000 mg / L Brackish Water Followed by a BWRO (Brackish Water Reverse Osmosis) process, followed by a potableization process in which minerals such as CO 2 and calcium are added.

나아가서 상기 도 1의 (b)는 이온 교환 수지를 이용하여 대용량 초순수를 제조하는 공정으로서, 상기 도 1의 (a)에 따라 기수 담수화 BWRO 공정을 수행한 후 순차적으로 양이온교환수지탑(Cation exchanger), 탈탄산탑(Decarbonator), 음이온교환수지탑(Anion exchanger)을 거치는데, 공정이 복잡하고 이온교환수지를 주기적으로 재생해야 함에 따라 다량의 재생폐수가 발생하는 등 문제가 있다.1 (b) is a process for producing a large-capacity ultrapure water by using an ion exchange resin. The BWRO process is carried out in accordance with the method of FIG. 1 (a), and then a cation exchange resin is sequentially introduced. A decarbonator, and an anion exchanger. However, there is a problem in that the process is complicated and a large amount of regenerated wastewater is generated due to periodic regeneration of the ion exchange resin.

최근에는 상기 도 1의 (c)와 같은 축전식탈염 EDI(Electro De-Ionization) 공정이 개발되어 초순수를 제조하는데 있어 간편해졌다. 그러나 EDI 공정은 15 MΩcm 기준으로 운전조건이 연속운전 최대압력 5.5 bar, 최대전류 9A, 최대전압 160V DC 등으로 운전압력과 소비전력이 높아 대용량 담수화 공정의 경우 전통적으로 사용하는 이온교환수지탑 방식을 선호하고 있는 실정이므로, 다른 기술적 대안이 필요한 실정이다.In recent years, the electrodeposition EDI (Electrode-Ionization) process as shown in FIG. 1 (c) has been developed to simplify the production of ultrapure water. However, the EDI process is based on 15 MΩcm and the operating conditions are continuous operation maximum pressure 5.5 bar, maximum current 9 A, maximum voltage 160 V DC, etc. Because the operation pressure and power consumption are high, the conventional ion exchange resin tower method used for large- Because it is preferred, another technical alternative is needed.

한걸음 더 나아가서 수처리 공정 장비에 대한 세정 공정을 수행하거나 주요 수처리 공정 장비의 고장으로 인해 수리가 필요한 경우에 전체 수처리 시스템의 동작을 중단시켜야 하는 문제가 발생된다.There arises a problem that the operation of the entire water treatment system must be stopped when the water treatment process equipment is further cleaned or a repair of the main water treatment process equipment is required due to a failure.

특허출원번호 제10-2015-0008348호Patent Application No. 10-2015-0008348 특허출원번호 제10-2012-0133229호Patent Application No. 10-2012-0133229

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 저에너지형 탈염기술인 축전식 탈염(CDI)을 적용하여 해수 담수화 공정의 전력 소모를 줄이면서 고효율의 담수화 공정을 수행할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a method of performing a highly efficient desalination process while reducing power consumption of a seawater desalination process by applying a storage desalination (CDI) I want to present it.

특히, 수처리 공정 장비에 대한 세정 공정을 수행하거나 주요 수처리 공정 장비의 고장으로 인해 수리가 필요한 경우에 전체 수처리 시스템의 동작을 중단시켜야 하는 문제점을 해결하고자 한다.In particular, the present invention solves the problem of performing a cleaning process for a water treatment process equipment or stopping the operation of the entire water treatment process when a repair of the main water treatment process equipment is required.

상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템은, 해수로부터 기수를 생성하는 전처리 수단; 및 축전식 탈염 방식으로 기수 담수화를 수행하는 CDI 스택(Stack)이 복수개 병렬 연결되고, 각각의 상기 CDI 스택 전단에 제어 밸브가 설치된 CDI 수단을 포함하며, 복수개의 상기 CDI 스택 중 일부와 나머지 일부가 번갈아 연속적으로 수처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a system for producing drinking water and ultrapure water cooling water, comprising: a pretreatment means for generating nose water from seawater; And CDI stacks in which a plurality of CDI stacks for performing desalination of water by a storage desalination method are connected in parallel and control valves are provided in front of each of the CDI stacks, And the water treatment process is carried out alternately and continuously.

바람직하게는 상기 CDI 수단은, 복수개의 상기 CDI 스택 각각에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 전원 공급부와 상기 제어 밸브를 제어하여, 복수개의 상기 CDI 스택 중 하나 이상의 CDI 스택은 이온 흡착으로 축전식탈염수처리 공정을 수행하고, 나머지 중 하나 이상의 CDI 스택은 이온 탈착으로 세정 공정을 수행하도록 상기 CDI 장치를 선택적으로 동작시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.Preferably, the CDI means comprises: a power supply for supplying power to each of the plurality of CDI stacks; And controlling the power supply and the control valve such that one or more CDI stacks of the plurality of CDI stacks perform a deodorization treatment with ion adsorption and one or more of the remaining CDI stacks perform a cleaning process with ion desorption And a controller for selectively operating the CDI device.

보다 바람직하게는 상기 전처리 수단은, 역삼투분리막을 이용하여 해수로부터 기수를 생성하는 SWRO 장치를 포함할 수 있다.More preferably, the pretreatment means may include a SWRO device for generating a nodal number from seawater using a reverse osmosis membrane.

나아가서 상기 CDI 수단으로 세정액을 공급하는 세정 수단을 더 포함할 수 있다.And a cleaning means for supplying the cleaning liquid to the CDI means.

여기서 상기 세정 수단은, 상기 CDI 수단의 전단과 후단에 연결되어 순환방식의 CIP(Cleaning In Place)로 상기 CDI 수단 중 선택된 하나 이상의 CDI 스택을 세정할 수 있다.The cleaning means may be connected to the front and rear ends of the CDI means to clean one or more selected CDI stacks of the CDI means with a circulating CIP.

한걸음 더 나아가서 상기 CDI 수단의 후단에 연결되어 상기 CDI 장치를 통해 생성된 순수로부터 음용수 또는 초순수를 생성하는 후처리 수단을 더 포함할 수 있다.Further comprising a post-processing unit connected to a downstream end of the CDI unit to generate drinking water or ultrapure water from the pure water generated through the CDI unit.

바람직하게는 상기 후처리 수단은, 순수에 미네랄을 첨가하는 음용수화 설비를 포함할 수 있다.Preferably, the post-treatment means may include a drinking water treatment facility for adding minerals to pure water.

또는 상기 후처리 수단은, 불순물을 제거하기 위한 이온 교환탑을 포함할 수 있다.Alternatively, the post-treatment means may include an ion exchange column for removing impurities.

또는 상기 후처리 수단은, 순차적으로 양이온 교환탑, 탈탄산탑 및 음이온 교환탑을 포함할 수 있다.Or the post-treatment means may sequentially include a cation exchange column, a decarbonated column and an anion exchange column.

또는 상기 후처리 수단은, 혼상 이온교환 수지탑(Mixed bed polisher)을 포함할 수 있다.Alternatively, the post-treatment means may comprise a mixed phase bed polisher.

또는 상기 후처리 수단은, 전기탈이온 방식으로 초순수를 생성하는 EDI 장치를 포함할 수 있다.Or the post-treatment means may comprise an EDI device for producing ultra pure water in an electrodeionization manner.

이와 같은 본 발명에 의하면, 저에너지형 탈염기술인 축전식 탈염(CDI)을 적용하여 해수 담수화 공정의 전력 소모를 줄이면서 고효율의 담수화 공정의 수행이 가능해진다.According to the present invention, it is possible to perform a highly efficient desalination process while reducing the power consumption of the seawater desalination process by applying the storage desalination (CDI) which is a low energy desalination technique.

특히, 병렬식으로 복수의 CDI 스택을 구비하고, 일부 CDI 스택과 나머지 CDI 스택이 번갈아 연속적으로 수처리 공정을 수행함으로써, 일부 공정 장비의 세정이나 수리 상황에서도 지속적으로 수처리 공정의 수행이 가능해진다.Particularly, since a plurality of CDI stacks are provided in parallel, and some CDI stacks and the remaining CDI stacks are alternately subjected to the water treatment process, the water treatment process can be continuously performed even in the cleaning or repair of some process equipment.

도 1은 종래 기술에 따른 수처리공정에 대한 개략적인 구성도를 도시하며,
도 2는 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템에 대한 일실시예의 구성도를 도시하며,
도 3은 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템에서 CDI 수단의 일실시예에 대한 구성도를 도시하며,
도 4는 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템에서 CDI 스택의 동작도를 도시하며,
도 5는 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템에서 CDI 수단에 대한 전압 입력 조건에 따른 전기전도도의 변화 및 탈염 진행의 예시 그래프를 도시하며,
도 6은 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템의 다양한 실시예에 대한 구성도를 도시한다.
Figure 1 shows a schematic diagram of a prior art water treatment process,
2 is a block diagram of an embodiment of a drinking water and ultrapure water supply / cooling water producing system according to the present invention,
3 is a block diagram of an embodiment of the CDI means in the drinking water and ultrapure water supply and cooling water production system according to the present invention,
FIG. 4 shows the operation of the CDI stack in the drinking water and ultrapure water supply and cooling water production system according to the present invention,
5 is a graph showing an example of a change in electric conductivity and a desalination process according to a voltage input condition for the CDI unit in the drinking water and the ultrapure water supply and cooling water production system according to the present invention,
FIG. 6 shows a configuration diagram of various embodiments of the drinking water and ultrapure water supply / cooling water production system according to the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings.

먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.First, the terms used in the present application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention, and the singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. . Also, in this application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify that there are stated features, integers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명은, 축전식 탈염 방식으로 기수 담수화를 수행하는 CDI 스택(Stack)을 복수개 병렬 연결하고, 복수개 CDI 스택 중 일부와 나머지 일부가 번갈아 연속적으로 수처리 공정을 수행함으로써 공정 장비의 세정이나 수리 상황에서도 계속적으로 수처리 공정의 수행이 가능한 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템을 개시한다.In the present invention, a plurality of CDI stacks (stacks) for carrying out a desalination desalination system are connected in parallel, and a part of a plurality of CDI stacks and a remainder of the CDI stack are sequentially subjected to a water treatment process, Disclosed is a drinking water and ultrapure water supply / cooling water production system capable of continuously performing a water treatment process.

도 2는 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템에 대한 일실시예의 구성도를 도시한다.FIG. 2 shows a configuration diagram of an embodiment of a drinking water and ultrapure water supply / cooling water production system according to the present invention.

본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템은, 개략적으로 전처리 수단(100), CDI 수단(200), 후처리 수단(400)을 포함하며, CDI 수단(200)을 주요 구성으로 하여 전처리 수단(100)과 후처리 수단(400)은 선택적으로 구성될 수 있고 또한 전처리 수단(100)과 후처리 수단(400)은 필요에 따라 적절하게 그 세부적인 구성이 변형될 수 있다.The drinking water and the ultrapure water supply and cooling water production system according to the present invention roughly includes a preprocessing means 100, a CDI means 200 and a post-processing means 400. The system includes a CDI means 200 as a main component, 100 and the post-processing means 400 can be selectively configured, and the detailed configuration of the preprocessing means 100 and post-processing means 400 can be appropriately modified as necessary.

본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템의 주요 구성인 CDI 수단(200)은 복수개의 CDI 스택(210a, 210b, 210c,...210d)이 병렬로 연결되어 CDI 장치(210)를 구성하는데, 여기서 각 CDI 스택(210a, 210b, 210c,...210d)은 축전식 탈염 방식의 CDI(Capacitive Deionization) 공정을 수행하는 구성으로서, CDI 공정은 비파라데이(non-Faraday) 전극에 의하여 탈염, 이온성 물질을 제거 및 처리하는 기술로서 전기역학적인 기법으로 양이온 및 음이온성 물질을 제거하는 수처리 방식을 의미한다.The CDI unit 200, which is a main component of the drinking water and ultrarapid supply and cooling water production system according to the present invention, includes a plurality of CDI stacks 210a, 210b, 210c, ... 210d connected in parallel to constitute a CDI unit 210 , Wherein each CDI stack 210a, 210b, 210c, ... 210d is configured to perform a capacitive deionization (CDI) process of a capacitive desalination type, wherein the CDI process is performed by a non- , A technique for removing and treating an ionic material, means a water treatment method for removing cationic and anionic materials by an electro-dynamic technique.

CDI 스택(210a, 210b, 210c,...210d)의 내부 구성은 CDI 수처리 공정을 위해 제시된 다양한 구성이 포함될 수 있으며, 본 발명에서는 CDI 공정을 효과적으로 이용하기 위한 기술적 사상을 제시하는 것으로서, CDI 공정 자체를 수행하기 세부 구성은 필요에 따라 선택적으로 변형될 수 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.The internal structures of the CDI stacks 210a, 210b, 210c, ... 210d may include various structures proposed for the CDI water treatment process. The present invention proposes a technical idea for effectively using the CDI process, The details of performing the self-configuration can be optionally modified according to need, so a detailed description thereof will be omitted.

각각의 CDI 스택(210a, 210b, 210c,?210d) 전단에는 각 CDI 스택(210a, 210b, 210c,...210d)으로 해수 또는 기수의 유입을 제어하기 위한 제어 밸브(220a, 220b, 220c,...220d)가 구비되며, 제어 밸브(220)를 제어하는 제어부(300)가 포함된다.Control valves 220a, 220b, 220c, and 220d for controlling the inflow of seawater or nadir to respective CDI stacks 210a, 210b, 210c, ..., 210d are provided in front of the respective CDI stacks 210a, 210b, 210c, ... 220d, and includes a control unit 300 for controlling the control valve 220. As shown in FIG.

본 발명에서는 이와 같은 CDI 수단(200)에 대한 구성을 통해 복수개의 상기 CDI 스택 중 일부와 나머지 일부가 번갈아 연속적으로 수처리 공정을 수행하는 특징이 있다.In the present invention, a part of a plurality of the CDI stacks and a remaining part of the plurality of CDI stacks are alternately and continuously subjected to a water treatment process through the configuration of the CDI unit 200.

즉, 제어부(300)는 CDI 수단(200)에 구비된 복수개의 CDI 스택(210a, 210b, 210c,...210d) 중 일부를 선택하고, 이에 대응하는 전원 공급과 제어 밸브(220a, 220b, 220c,...220d)를 제어하여 선택된 일부 CDI 스택이 축전식 탈염 방식으로 수처리를 수행하도록 한다. 그리고 선택되지 않은 나머지 일부 CDI 스택은 대기 상태를 유지하거나 또는 이온 탈착으로 세정 공정을 수행함으로써 선택된 일부 CDI 스택의수처리 공정 후 바로 연이어서 제어부(300)는 나머지 CDI 스택 중에서 일부를 선택하여 수처리 공정을 중단없이 지속적으로 수행하게 된다.That is, the control unit 300 selects a part of the plurality of CDI stacks 210a, 210b, 210c, ..., 210d provided in the CDI unit 200, and supplies corresponding power supply and control valves 220a, 220b, 220c,... 220d to control the selected CDI stack to perform the water treatment by the storage desalination method. Then, the remaining CDI stacks that are not selected remain in the standby state or are washed immediately after the water treatment process of the selected CDI stacks by performing the washing process by ion desorption, and then the control unit 300 selects some of the remaining CDI stacks to perform the water treatment process Continuously without interruption.

전처리 수단(100)은 CDI 수단(200)의 수처리 공정에 투입 전 해수를 기수로 담수화시키는 공정을 처리하는데, 이를 위해서 전처리 수단(100)은 DAF(Dissolved Air Flotation), DMF(Dual Media Filter), MF(Micro Filtration) 또는 UF(Ultra Filtration)와 같은 전처리 공정을 수행하기 위한 구성을 포함할 수 있고, 또는 전처리 수단(100)은 역삼투분리막을 이용하여 해수로부터 기수를 생성하는 SWRO 장치를 포함할 수도 있다.The preprocessing means 100 processes dewatered air flotation (DAF), a dual media filter (DMF), and the like, Or may include a configuration for performing a pretreatment process such as MF (Micro Filtration) or UF (Ultra Filtration), or the pretreatment means 100 may include a SWRO device for generating a radix from seawater using a reverse osmosis membrane It is possible.

그리고 후처리 수단(100)은 CDI 수단(200)에서 수처리된 순수를 초순수까지 그 순도를 올리기 위해서 불순물이나 염도를 낮추기 위한 다양한 구성을 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 이후 실시예를 통해 좀더 살펴보기로 한다.The post-treatment means 100 may include various structures for lowering impurities or salinity to increase the purity of pure water treated in the CDI means 200 up to ultrapure water. do.

본 발명의 주된 구성인 CDI 수단에 대하여 세부적으로 살펴보기로 하는데, 도 3은 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템에서 CDI 수단의일실시예에 대한 구성도를 도시한다.FIG. 3 is a block diagram of a CDI unit in the drinking water and ultrapure water supply / cooling water production system according to the present invention.

본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템에서 CDI 수단은, 복수개의 CDI 스택(210a, 210b, 210c, 210d,...210n)이 병렬로 연결된 CDI 장치(210)와 각 CDI 스택(210a, 210b, 210c, 210d,...210n)의 전단에 각 CDI 스택(210a, 210b, 210c, 210d,...210n)으로 처리수의 유입을 제어하는 제어 밸브(220)가 설치된다.In the system for producing drinking water and ultrarapid cooling water according to the present invention, the CDI unit includes a CDI unit 210 in which a plurality of CDI stacks 210a, 210b, 210c, 210d, ... 210n are connected in parallel, 210b, 210c, 210d,..., 210n are provided at the front ends of the control valves 210a, 210b, 210c, 210d, ... 210n.

그리고 CDI 장치(210)로 전원을 공급하는 전원 공급부(350)가 구비되는데, 전원 공급부(350)는 각 CDI 스택(210a, 210b, 210c, 210d,...210n)별로 개별적인 전원을 공급할 수 있도록 구성된다.And a power supply unit 350 that supplies power to the CDI device 210. The power supply unit 350 may supply power to the CDI stacks 210a, 210b, 210c, 210d, ..., .

제어 밸브(220)와 전원 공급부(350)는 제어부(300)에 의해 제어되며, 제어부(300)는 제어 밸브(220)와 전원 공급부(350)의 제어를 통해 CDI 장치(210)에 포함된 복수개의 CDI 스택(210a, 210b, 210c, 210d,...210n) 각각의 수처리 수행을 개별적으로 제어할 수 있다.The control valve 220 and the power supply unit 350 are controlled by the control unit 300. The control unit 300 controls the control valve 220 and the power supply unit 350, It is possible to individually control the water treatment performance of each of the CDI stacks 210a, 210b, 210c, 210d, ... 210n.

즉, 제어부(300)는 CDI 장치(210)에서 하나 이상의 CDI 스택을 선택하고 이에 대응되는 제어 밸브(220)와 전원 공급부(350)의 제어를 통해 선택된 하나 이상의 CDI 스택이 이온 흡착으로 축전식탈염수처리 공정을 수행하도록 제어할 수 있으며, 복수개의 CDI 스택(210a, 210b, 210c, 210d,...210n) 각각을 번갈아 가면서 선택하여 수처리 공정을 끊김없이 계속적으로 수행하도록 제어할 수 있다.That is, the control unit 300 selects one or more CDI stacks in the CDI device 210, and one or more CDI stacks selected through the control of the control valve 220 and the power supply unit 350 corresponding thereto are subjected to ion- And can control the water treatment process to be continuously performed without interruption by alternately selecting each of the plurality of CDI stacks 210a, 210b, 210c, 210d, ... 210n.

나아가서 제어부(300)는 수처리 공정을 수행하지 않는 CDI 스택 중 하나 이상의 CDI 스택을 선택하여 이온 탈착으로 세정 공정을 수행하도록 제어할 수 있다.Further, the control unit 300 may select one or more CDI stacks among the CDI stacks not to be subjected to the water treatment process to control the cleaning process by ion desorption.

본 발명에서 CDI 스택이 이온 흡착으로 축전식탈염수처리 공정과 이온 탈착의 세정 공정을 수행하는 동작과 관련하여 도 4는 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템에서 CDI 스택의 동작도를 도시한다.In the present invention, an operation of the CDI stack to perform a cleaning process of a deodorizing water treatment process and an ion desorption process by ion adsorption is shown in FIG. 4. FIG. 4 shows an operation diagram of a CDI stack in a drinking water and ultrapure water supply and cooling water production system according to the present invention .

CDI 기술은 하전(charged)된 전극의 계면에 형성되는 전기 이중층(electric double layer, EDL)에서 전기적 힘에 의한 이온들의 흡착 및 탈착반응의 원리를 이용한 것으로서, 도 4는 하전된 전극 표면에서 이온들의 흡착 및 탈착과정을 도시한다.The CDI technique is based on the principle of adsorption and desorption of ions by an electric force in an electric double layer (EDL) formed at the interface of a charged electrode. Adsorption and desorption processes.

상기 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 전극반응이 일어나지 않는 전위 범위(약 1.2 V) 내에서 전압을 인가하면 전극에는 일정한 전하량이 하전되고, 하전된 전극에 이온을 포함한 염수를 통과시키면 하전된 전극과 반대 전하를 가진 이온들이 정전기력에 의해 각각의 전극으로 이동하여 전극표면에 흡착되어 전극을 통과한 물은 이온이 제거된 처리수를 얻을 수 있다. As shown in FIG. 4A, when a voltage is applied within a potential range (about 1.2 V) where no electrode reaction occurs, a certain amount of charge is charged to the electrode, and when salt water containing ions is passed through the charged electrode, Ions having opposite electric charges to the electrodes are moved to the respective electrodes by the electrostatic force and adsorbed on the electrode surface, so that the water having passed through the electrodes can be treated to remove ions.

전극에 흡착되는 이온의 양은 사용된 전극의 정전용량(capacitance)에 따라 결정되기 때문에 CDI에 사용되는 전극은 주로 비표면적이 큰 다공성 탄소전극(carbon electrode)이 일반적으로 사용된다.Since the amount of ions adsorbed on the electrode is determined by the capacitance of the electrode used, a porous carbon electrode having a large specific surface area is generally used as the electrode used for CDI.

전극의 흡착용량이 포화되면 더 이상의 이온을 흡착할 수 없게 되어 유입수의 이온들이 그대로 유출수로 나오게 된다. 따라서 CDI 스택의 세정 공정이 요구되는데, 상기 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 전극에 흡착된 이온들을 탈착시켜 전극을 재생하기 위해 전극들을 쇼트(short)시키거나 흡착전위와 반대전위를 인가한다. 이 경우 전극들은 전하를 잃거나 반대 전하를 갖게 되어 흡착된 이온들을 빠르게 탈착시켜 전극의 재생이 이루어지게 된다. When the adsorption capacity of the electrode is saturated, no more ions can be adsorbed, and the ions of the influent water are directly discharged into the effluent. Therefore, a cleaning process of the CDI stack is required. As shown in FIG. 4 (b), the electrodes are short-circuited to desorb ions adsorbed on the electrodes to regenerate the electrodes, do. In this case, the electrodes lose charge or have opposite charges, so that the adsorbed ions are quickly desorbed and the electrode is regenerated.

본 발명에서는 복수의 CDI 스택 중 선택적으로 일부와 나머지 일부를 상이하게 전극의 전위만을 변화시켜서 흡착과 탈착을 번갈아 수행하면서 CDI 장치(210)를 통한 계속적인 수처리 공정의 수행이 가능해진다.In the present invention, it is possible to continuously perform the water treatment process through the CDI device 210 while alternately performing the adsorption and the desorption by alternately changing the potential of the electrode and a part of the plurality of CDI stacks.

다시 상기 도 3으로 회귀하여 본 발명에 따른 CDI 수단의 일실시예를 계속 살펴보기로 한다.3, the CDI unit according to the present invention will be described in further detail.

이와 같은 CDI 수단의 전단에는 전처리 공정을 수행한 공정 처리수를 저장하여 기수 탱크(150)가 설치되는데, 상기 도 3에서는 CDI 수단의 전단에 SWRO 장치(미도시)를 설치하여 역삼투분리막을 이용하여 해수로부터 기수를 생성하여 기수 탱크(150)에 기수를 저장하는 구성을 도시하였다.3, a SWRO device (not shown) is installed at the front end of the CDI device, and a reverse osmosis membrane (not shown) is used in the front end of the CDI device to store the process water subjected to the pretreatment process. Thereby generating a radix from the seawater and storing the radix in the radix tank 150.

그리고 원수 펌프(230)를 설치하여 기수 탱크(150)로부터 기수를 CDI 수단으로 공급하며, 이때 기수의 이물질을 걸러내기 위해서 카트리지 필터(240)가 중단에 설치된다. Then, a raw water pump 230 is installed to supply nose water from the nose tank 150 to the CDI means. At this time, the cartridge filter 240 is installed to interrupt the nuisance foreign matter.

이와 같은 본 발명의 구성을 통해 CDI 수단에서는 복수개의 CDI 스택(210a, 210b, 210c, 210d,...210n) 각각을 번갈아 가면서 선택하여 수처리 공정과 세정 공정을 수행하며, 수처리 공정으로 배출되는 순수는 순수 탱크(270)로 유입시키고 수처리 공정 중 발생하는 염수는 별도의 염수 탱크(290)로 유입시킨다.According to the structure of the present invention as described above, the CDI unit alternately selects a plurality of CDI stacks 210a, 210b, 210c, 210d, ... 210n to perform a water treatment process and a cleaning process, And the salt water generated during the water treatment process flows into the separate salt water tank 290. [

나아가서 CDI 스택은 전기적인 흡착과 탈착 공정을 거치면서 그 내부에 적층된 셀 내의 전극과 이온교환막에 파울링(fouling)이나 스케일(scale)이 발생된다. 이와 같은 오염을 제거하기 위해서 본 발명에서는 주기적인 세정 공정을 도입하는데, CDI 수단의 세정시 세정액을 공급하는 세정 수단으로서 상기 도 3의 실시예에서는 CDI 수단의 전단과 후단에 연결되어 순환방식의 CIP(Cleaning In Place)로 CDI 수단 중 선택된 하나 이상의 CDI 스택을 세정한다.Furthermore, fouling and scale are generated in the electrode and the ion exchange membrane in the cell stacked in the CDI stack through an electrical adsorption and desorption process. In order to remove such contamination, the present invention adopts a periodic cleaning process. In the embodiment of FIG. 3, as the cleaning means for supplying the cleaning liquid during the cleaning of the CDI means, the circulation type CIP (Cleaning In Place) to clean one or more selected CDI stacks of CDI measures.

이를 위해서 CIP 탱크(250)와 CIP 펌프(255)를 설치하고 세정 공정의 수행시 구연산(citric acid) 등을 유입시켜 스케일을 제거하며, 또한 세정 공정의 수행시차아염소산나트륨(NaOCl) 등을 유입시켜 바이오 파울링(biofouling)을 제어한다.For this purpose, a CIP tank 250 and a CIP pump 255 are installed. During the cleaning process, citric acid or the like is introduced to remove scale, and sodium hypochlorite (NaOCl) Thereby controlling biofouling.

이와 같이 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템은, 병렬식으로 복수의 CDI 스택을 구비하고, 일부 CDI 스택과 나머지 CDI 스택이 번갈아 연속적으로 수처리 공정을 수행함으로써, 일부 공정 장비의 세정이나 수리 상황에서도 지속적으로 수처리 공정의 수행이 가능해진다.As described above, the drinking water and the ultrapure water supply / cooling water production system according to the present invention includes a plurality of CDI stacks in parallel, and the CDI stack and the remaining CDI stacks alternately perform the water treatment process, The water treatment process can be continuously performed even in the situation.

도 5는 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템에서 CDI 수단에 대한 전압 입력 조건에 따른 전기전도도의 변화 및 탈염 진행의 예시 그래프를 도시한다.FIG. 5 is a graph illustrating an example of change in electrical conductivity and desalination according to voltage input conditions for the CDI unit in the drinking water and ultrapure water supply and cooling water production system according to the present invention.

본 발명에서 적용하는 축전식 탈염(CDI, Capacitive De-Ionization) 공정은 활성탄과 같은 다공성 전극을 이용하여 양전하와 음전하를 인가하면 대응되는 음이온과 양이온이 상대전극에 흡착되어 담수화되는 원리로서 물의 전기분해 전압인 1.23V 이하와 유입수의 농도에 따라 1.6~16A 수준으로, 0.5~1.0 bar의 운전압력에서 운전되는 저에너지형 탈염기술로서, 상기에서 살펴본 CDI 스택에 대한 전압 입력조건을 조절함으로써 제거효율을 변동시킬 수 있는데, 상기 도 5에서 보는 바와 같이 본 발명에서 제시하는 CDI 스택의 전압 입력조건을 조절하여 전기전도도의 변화에 따라 탈염 진행을 보다 효과적으로 조절할 수 있다.In the capacitive de-ionization (CDI) process applied in the present invention, when a positive charge and a negative charge are applied using a porous electrode such as activated carbon, the corresponding anions and cations are adsorbed on the counter electrode to desalinate, It is a low-energy type desalination technology that operates at an operating pressure of 0.5 to 1.0 bar at a voltage of 1.23 V or less and a concentration of influent water of 1.6 to 16 A and controls the voltage input conditions for the CDI stack As shown in FIG. 5, it is possible to more effectively control the desalination process according to the change of electrical conductivity by adjusting the voltage input conditions of the CDI stack proposed in the present invention.

나아가서 앞서 상기 도 2의 실시예에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템의 전처리 수단(100)과 후처리 수단(400)은 필요에 따라 그 구성이 선택적으로 변경될 수 있는데, 이와 관련하여 도 6은 본 발명에 따른 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템의 다양한 실시예에 대한 구성도를 도시한다.2, the pre-processing unit 100 and the post-processing unit 400 of the drinking water and ultrapure water supply and cooling water producing system according to the present invention may be selectively changed in configuration as needed, In this regard, FIG. 6 shows a configuration diagram of various embodiments of the drinking water and the ultrapure water supply / cooling water production system according to the present invention.

상기 도 6의 다양한 실시예에서는 전치리 수단(100)이 DAF(Dissolved Air Flotation), DMF(Dual Media Filter), MF(Micro Filtration) 또는 UF(Ultra Filtration)와 같은 전처리 공정을 수행하기 위한 구성(110)과 역삼투분리막을 이용하여 해수로부터 기수를 생성하는 SWRO 장치(130)를 포함한다.In the various embodiments of FIG. 6, the pre-processing unit 100 may be configured to perform a preprocessing process such as Dissolved Air Flotation (DAF), Dual Media Filter (DMF), Micro Filtration (MF), or Ultra Filtration And a SWRO device 130 for generating nodal water from seawater using a reverse osmosis membrane.

그리고 상기 도 6의 (a)에서는 후처리 수단(400a)이 CO2와 칼슘 등의 미네랄을 첨가하는 음용수화 설비(410a)를 포함하며, 후처리 수단은 불순물을 제거하기 위한 이온 교환탑을 포함할 수 있는데, 상기 도 6의 (b)에서는 후처리 수단(400b)이 고농도의 붕소(Boron)가 함유된 유입수의 경우 붕소만을 선택적으로 제거하기 위한 붕소 이온 흡착탑(410b)을 포함한다.6 (a), the post-treatment means 400a includes a drinking water treatment facility 410a for adding minerals such as CO 2 and calcium, and the post-treatment means includes an ion exchange tower for removing impurities 6 (b), the post-treatment means 400b includes a boron ion adsorption tower 410b for selectively removing only boron in the case of inflow water containing high concentration of boron.

나아가서 상기 도 6의 (c)와 같이 후처리 수단(400c)은 붕소 이온 흡착탑(410b)과 음용수화 설비(410c)를 모두 포함할 수도 있다.Further, as shown in FIG. 6C, the post-treatment means 400c may include both the boron ion adsorption tower 410b and the drinking water treatment facility 410c.

또한 상기 도 6의 (d)와 같이 이온교환수지를 이용하여 초순수를 제조하기 위해 후처리 수단(400d)은 양이온 교환탑(410d), 탈탄산탑(430d), 음이온 교환탑(450d) 등을 포함할 수 있다.6 (d), the post-treatment means 400d includes a cation exchange column 410d, a decarbonation column 430d, an anion exchange column 450d and the like for producing ultrapure water using an ion exchange resin. .

그리고 상기 도 6의 (e)와 같은 복잡한 구성을 보다 단순화시키고 CDI 공정을 통해 얻은 순수를 초순수 수준까지 처리하기 위해서 후처리 수단(400e)은 양이온 교환수지와 음이온 교환수지를 단일탑에 충전한 혼상 이온교환 수지탑(Mixed bed polisher)(410e)을 포함할 수도 있다.In order to further simplify the complicated structure as shown in FIG. 6E and to treat the pure water obtained through the CDI process up to the level of the ultra pure water, the post-treatment means 400e includes a cation exchange resin and an anion exchange resin, And an ion exchange resin tower (Mixed bed polisher) 410e.

한걸음 더 나아가서 상기 도 6의 (f)와 같이 후처리 수단(400f)이 전기탈이온 방식으로 초순수를 생성하는 EDI 장치(410f)를 포함하여, EDI 공정을 통해 초순수를 제조하면서 EDI의 장점인 재생 폐액 발생이 적고 운전이 간편한 점을 채용할 수도 있다.6 (f), the post-processing means 400f includes an EDI device 410f for generating ultrapure water in an electrodeionization system. In this way, the ultra-pure water is produced through the EDI process, It is also possible to adopt a point that the generation of waste liquid is small and the operation is simple.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments of the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 전처리 수단,
110 : 전처리 구성, 130 : SWRO 장치
150 : 기수 탱크,
200 : CDI 수단,
210 : CDI 장치,
210a, 210b, 210c, 210d,?210n : CDI 스택,
220, 220a, 220b, 220c, 220d : 제어밸브,
230 : 원수 펌프, 240 : 카트리지 필터,
250 : CIP 탱크, 255 : CIP 펌프,
270 : 순수 탱크, 290 : 염수 탱크.
100: preprocessing means,
110: preprocessing configuration, 130: SWRO device
150: Rider tank,
200: CDI means,
210: CDI device,
210a, 210b, 210c, 210d, 210n: CDI stack,
220, 220a, 220b, 220c, 220d: control valve,
230: raw water pump, 240: cartridge filter,
250: CIP tank, 255: CIP pump,
270: Pure tank, 290: Salt water tank.

Claims (11)

해수로부터 기수를 생성하는 전처리 수단; 및
축전식 탈염 방식으로 기수 담수화를 수행하는 CDI 스택(Stack)이 복수개 병렬 연결되고, 각각의 상기 CDI 스택 전단에 제어 밸브가 설치된 CDI 수단을 포함하며,
복수개의 상기 CDI 스택 중 일부와 나머지 일부가 번갈아 연속적으로 수처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템.
A pretreatment means for generating a nose from seawater; And
CDI stacks in which a plurality of CDI stacks for carrying out a basin desalination in a storage desalination system are connected in parallel and control valves are provided in front of each of the CDI stacks,
Wherein a part of the plurality of CDI stacks and a remaining part of the plurality of CDI stacks alternately perform a water treatment process in succession.
제 1 항에 있어서,
상기 CDI 수단은,
복수개의 상기 CDI 스택 각각에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및
상기 전원 공급부와 상기 제어 밸브를 제어하여, 복수개의 상기 CDI 스택 중 하나 이상의 CDI 스택은 이온 흡착으로 축전식 탈염 수처리 공정을 수행하고, 나머지 중 하나 이상의 CDI 스택은 이온 탈착으로 세정 공정을 수행하도록 상기 CDI 장치를 선택적으로 동작시키는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the CDI means comprises:
A power supply unit for supplying power to each of the plurality of CDI stacks; And
Wherein the at least one CDI stack of the plurality of CDI stacks is controlled by the power supply unit and the control valve to perform a storage desalination water treatment process by ion adsorption and at least one of the remaining CDI stacks is subjected to a cleaning process Further comprising a controller for selectively operating the CDI device.
제 1 항에 있어서,
상기 전처리 수단은,
역삼투 분리막을 이용하여 해수로부터 기수를 생성하는 SWRO 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템.
The method according to claim 1,
The pre-
And a SWRO device for generating nodal water from seawater using a reverse osmosis membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 CDI 수단으로 세정액을 공급하는 세정 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising cleaning means for supplying a cleaning liquid to the CDI means.
제 4 항에 있어서,
상기 세정 수단은,
상기 CDI 수단의 전단과 후단에 연결되어 순환방식의 CIP(Cleaning In Place)로 상기 CDI 수단 중 선택된 하나 이상의 CDI 스택을 세정하는 것을 특징으로 하는 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템.
5. The method of claim 4,
The cleaning means,
Wherein the CDI stack is connected to the front end and the rear end of the CDI unit to clean one or more CDI stacks selected from among the CDI units using a circulating CIP (Cleaning In Place).
제 1 항에 있어서,
상기 CDI 수단의 후단에 연결되어 상기 CDI 장치를 통해 생성된 순수로부터 음용수 또는 초순수를 생성하는 후처리 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising post-processing means connected to a downstream end of the CDI means for generating drinking water or ultrapure water from the pure water generated through the CDI device.
제 6 항에 있어서,
상기 후처리 수단은,
순수에 미네랄을 첨가하는 음용수화 설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템.
The method according to claim 6,
The post-
Characterized in that the system comprises a drinking water system for adding minerals to pure water.
제 6 항에 있어서,
상기 후처리 수단은,
불순물을 제거하기 위한 이온 교환탑을 포함하는 것을 특징으로 하는 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템.
The method according to claim 6,
The post-
And an ion exchange column for removing impurities.
제 6 항에 있어서,
상기 후처리 수단은,
순차적으로 양이온 교환탑, 탈탄산탑 및 음이온 교환탑을 포함하는 것을 특징으로 하는 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템.
The method according to claim 6,
The post-
Wherein the system comprises a cation exchange column, a decarboxylation column and an anion exchange column sequentially.
제 6 항에 있어서,
상기 후처리 수단은,
혼상 이온교환 수지탑(Mixed bed polisher)을 포함하는 것을 특징으로 하는 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템.
The method according to claim 6,
The post-
And a mixed-phase ion exchange resin tower (Mixed bed polisher).
제 6 항에 있어서,
상기 후처리 수단은,
전기탈이온 방식으로 초순수를 생성하는 EDI 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 음용수 및 초순수급 냉각수 제조 시스템.
The method according to claim 6,
The post-
And an EDI device for generating ultrapure water by an electric deionization system.
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