KR20180059738A - 수처리용 이온교환체 성능평가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온교환에 의하여 처리수 내의 이온을 제거하는 이온교환체의 성능을 평가하는 수처리용 이온교환체의 성능평가장치로서, 상기 이온교환체의 불순물을 제거하기 위한 전처리 용액을 수용하는 제1 수용조; 상기 이온교환체를 세척하기 위한 세척수를 공급하는 워터탱크; 상기 이온교환체에 의하여 수처리 될 처리수를 수용하는 제2 수용조; 상기 이온교환체를 수용하고, 상기 전처리 용액, 상기 세척수 및 상기 처리수가 통과하는 교체가능한 성능평가칼럼; 및 상기 성능평가칼럼을 통과한 상기 전처리 용액 및 상기 세척수는 외부로 배출하고, 상기 처리수는 수용하는 제3 수용조를 포함하고, 상기 제2 수용조 및 상기 제3 수용조에는 상기 처리수 내의 기설정된 이온 양을 측정할 수 있는 제1 측정부 및 제2 측정부를 각각 구비여, 상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부에서 측정된 처리수 내의 이온 양의 비교를 통하여 상기 이온교환체의 성능을 평가할 수 있는,수처리용 이온교환체의 성능평가장치를 제공하는 것이다.

Description

수처리용 이온교환체 성능평가장치{APPARATUS FOR EVALUATING PERFORMANCE OF ION EXCHANGE SUBSTANCE}

본 발명은 수처리용 이온교환섬유의 성능을 평가하는 기술에 관한 것이다.

이온교환이란 용액 중의 다양한 이온들과 불용성 수지 사이에서 같은 하전(Positive or negative)을 가진 이온들의 가역적인 교환을 말한다. 이온교환체란 이러한 이온 교환능이 있는 물질등의 총칭으로서, 양의 전하를 갖고 음이온을 포착하는 것을 음이온 교환체, 음의 전하를 갖고 양이온을 포착하는 것을 양이온 교환체라 한다.

이온교환체는 화학적 흡착제로 기존의 물리적 흡착제보다 흡착능, 재생능이 우수하며, 고도산화, 막분리 공정에 비해 공정비용 낮고, 높은 처리 및 회수가 가능하다.

또한, 이온교환체는 수처리용으로 사용되기 시작하여 현재 용수 및 폐수처리에 광범위하게 사용되며, 특히 물의 연수화, 탈염, 암모니아 제거, 폐수의 중금속 처리 및 방사성 폐기물 처리 등에 이용되고 있다. 나아가 식품, 의약, 반도체, 촉매 등 다양한 응용분야로 사용범위가 확대되고 있으며 특수 정제 용도 및 반도체, LCD용 초순수 등의 경우 시장 규모가 증가 추세에 있다.

이온교환체들은 상에 따라 수지 혹은 섬유형태로 제작되며, 현재 상용화된 이온교환체로 이온교환수지가 많이 사용되고 있다. 그런데 이온교환수지는 작은 비표면적과 낮은 흡착능을 지니므로, 오염물질을 완전히 제거할 수 없으며, 수지의 형태가 분말 또는 입상이기 때문에 흡착용량이 적어서 수지의 충진량이 많아 설비면적이 증가하고, 시설비 및 관리비가 증가하는 문제점이 있다.

이에 따라서 이온교환수지에 비하여 흡착능력이 매우 뛰어나고 비표면적이 2-5배 이상 크고, 사용하기 편리하며 재생성이 우수한 새로운 흡착소재인 이온교환섬유가 개발되고 있다.

그런데 이러한 이온교환수지 및 이온교환섬유는 다양한 합성방법, 재료 및 혼성 기술 방식으로 제조되며, 이에 따라 성능의 차이가 있기 때문에 적절한 성능시험평가방법이 필요하다. 또한, 이온교환체의 이온 교환 성능은 처리되어야 할 용액의 온도가 높거나 낮은 경우, 또는 pH에 따라서 달라지게 된다.

본 발명의 발명자는 다양한 환경에서 이온교환체의 이온교환 성능을 측정하기 위하여 오랫동안 연구하고 시행착오를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 이온교환수지 또는 이온교환섬유 등의 다양한 이온교환체의 성능을 평가하기 위한 이온교환체 성능평가장치를 제공하는 것이다.

이온교환체를 수용하는 성능평가갈럼은 교체가능하도록 형성되어 여재의 모양, 종류, 양에 따라 다양한 칼럼을 선택적으로 적용할 수 있는 이온교환체 성능평가장치를 제공하고자 한다.

또한, 처리수의 다양한 환경 조건(온도, pH 등)에 따라서 이온교환체의 성능이 어떻게 달라질 수 있는지를 알아볼 수 있는 이온교환체 성능평가장치를 제공할 수 있다.

또한, 하나의 장치에서 전처리, 역세, 반응처리 등 모든 공정을 진행하게 함으로써, 공정을 단순화하고 효율을 증진시킬 수 있는 이온교환체 성능평가장치를 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 제 1 국면은, 이온교환에 의하여 처리수 내의 이온을 제거하는 이온교환체의 성능을 평가하는 수처리용 이온교환체의 성능평가장치로서,

상기 이온교환체의 불순물을 제거하기 위한 전처리 용액을 수용하는 제1 수용조;

상기 이온교환체를 세척하기 위한 세척수를 공급하는 워터탱크;

상기 이온교환체에 의하여 수처리 될 처리수를 수용하는 제2 수용조;

상기 이온교환체를 수용하고, 상기 전처리 용액, 상기 세척수 및 상기 처리수가 통과하는 교체가능한 성능평가칼럼; 및

상기 성능평가칼럼을 통과한 상기 전처리 용액 및 상기 세척수는 외부로 배출하고, 상기 처리수는 수용하는 제3 수용조를 포함하고,

상기 제2 수용조 및 상기 제3 수용조에는 상기 처리수 내의 기설정된 이온 양을 측정할 수 있는 제1 측정부 및 제2 측정부를 각각 구비여, 상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부에서 측정된 처리수 내의 이온 양의 비교를 통하여 상기 이온교환체의 성능을 평가할 수 있는,

수처리용 이온교환체의 성능평가장치를 제공하는 것이다.

상기 제1 수용조는 염산 용액 또는 수산화나트륨 용액을 수용할 수 있다.

상기 제2 수용조는

상기 수용조 내부의 처리수의 온도를 측정할 수 있는 온도측정부;

상기 수용조 내부의 처리수의 pH를 측정할 수 있는 pH측정부;

상기 수용조 내부에 열을 공급하여 처리수의 온도를 조절할 수 있는 열공급부; 및

상기 수용조 내부의 처리수를 혼합하는 교반기를 포함할 수 있다.

본 발명은, 상기 제1 수용조, 상기 제2 수용조 및 상기 워터탱크와 상기 성능평가칼럼을 연결하는 각각의 연결라인에는 각 연결라인의 개폐를 조절하는 조절밸브가 형성되고, 각각의 상기 조절밸브는 제어부에 의하여 제어될 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부에 연결되어 상기 이온교환체의 성능을 평가하는 이온교환성능평가부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 국면은, 이온교환에 의하여 처리수 내의 이온을 제거하는 이온교환체의 성능을 평가하는 수처리용 이온교환체의 성능평가장치로서,

상기 이온교환체의 불순물을 제거하기 위한 전처리 용액 또는 상기 이온교환체에 의하여 수처리될 처리수를 수용하는 수용조;

상기 이온교환체를 세척하기 위한 세척수를 공급하는 워터탱크;

상기 이온교환체를 수용하고, 상기 전처리 용액, 상기 세척수 및 상기 처리수가 통과하는 교체가능한 성능평가칼럼; 및

상기 성능평가칼럼을 통과한 상기 전처리 용액 및 상기 세척수는 외부로 배출하고, 상기 처리수는 수용하는 제3 수용조를 포함하고,

상기 제1 수용조 및 상기 제3 수용조에는 상기 처리수 내의 기설정된 이온 양을 측정할 수 있는 제1 측정부 및 제2 측정부를 각각 구비여, 상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부에서 측정된 처리수 내의 이온 양의 비교를 통하여 상기 이온교환체의 성능을 평가할 수 있는,

수처리용 이온교환체의 성능평가장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 효과는 명확하다.

본 발명을 이용하면, 이온교환수지 또는 이온교환섬유 등의 다양한 이온교환체의 성능을 평가할 수 있다.

또한, 처리수의 다양한 환경 조건(온도, pH 등)에 따라서 이온교환체의 성능이 어떻게 달라질 수 있는지를 알아볼 수 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 이온교환체 성능평가장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수처리용 이온교환체 성능평가장치를 나타낸 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.

이하, 본 발명에 따른 수처리용 이온교환체의 성능평가장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 이온교환체 성능평가장치를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 수처리용 이온교환체 성능평가장치는 이온교환에 의하여 처리수 내의 이온을 제거하는 이온교환체의 성능을 평가하는 수처리용 이온교환체의 성능평가장치로서, 제1 수용조(700), 워터탱크(400), 제2 수용조(100), 성능평가칼럼(200), 및 제3 수용조(300)를 포함한다.

그리고 제2 수용조(100) 및 제3 수용조(300)에는 처리수 내의 기설정된 이온의 양을 측정하는 제1 측정부(140) 및 제2 측정부(310)가 각각 구비되어 있다.

제1 수용조(700)는 이온교환체의 불순물을 제거하기 위한 전처리 용액을 수용한다. 전처리 용액으로는 염산 용액과 수산화나트륨 용액이 사용된다. 이온교환체에 전처리 용액을 공급함으로써, 이온교환체의 불순물이 제거되고, 이온교환체가 조정될 수 있다.

이온교환체의 조정의 방법은 이온교환체를 성능평가칼럼(200)에 삽입하고, 이러한 성능평가칼럼(200)에 염산을 통과시키고, 이후 탈염수 또는 세척수를 흘려서 이온교환체를 세척하게 된다. 이후 다시 수산화나트륨을 이온교환체를 수용한 성능평가칼럼(200)에 통과시키게 된다. 이렇게 염산 용액 및 수산화나트륨 용액, 그리고 세척수를 교대로 공급하면서, 이온교환체의 불순물을 제거하면서 원하는 이온교환체로 조정할 수 있다.

상술한 이온교환체의 조정의 방법은 염기성 음이온교환체의 조정방법일 수 있다. 양이온 교환체의 조정을 위해서는 수산화나트륨과 염산의 순서가 뒤바뀔 수 있다.

즉, 이온교환체를 성능평가칼럼(200)에 삽입하고, 수산화나트륨을 통과시킨 다음, 탈염수 또는 세척수를 흘려보내 이온교환체를 세척하고, 이후 염산을 이온교환체를 수용한 성능평가칼럼(200)에 통과시킬 수 있다. 이러한 공정을 통하여 양이온교환체의 조정이 가능하게 된다.

워터탱크(400)는 이온교환체를 세척하기 위한 세척수를 공급하는 것이다. 상술한 바와 같이, 이온교환체가 성능평가칼럼(200)에 주입된 이후, 염산, 수산화나트륨 및 세척수가 교대로 투입되면서 이온교환체를 세척하거나 또는 조정하게 된다. 이때 워터탱크(400)의 세척수가 이온교환체를 수요한 성능평가칼럼(200)에 주입되는 것이다.

제2 수용조(100)는 이온교환체에 의하여 수처리될 처리수를 수용하는 곳이다. 제2 수용조(100)는 온도측정부(120), pH측정부, 열공급부(110), 교반기(150) 등을 포함할 수 있다.

즉 제2 수용조(100)에 수용된 처리수의 온도를 조정하여 다양한 환경에서의 이온교환체의 성능을 평가해 볼 수 있다. 즉, 열공급부(110)에 의한 열공급 조절로 처리수의 온도가 달라지고, 다양한 온도를 갖는 처리수의 경우에 해당하는 이온교환체의 이온교환능을 평가해 볼 수 있다.

이때, 온도측정부(120)와 열공급부(110) 사이에는 조절부(130)가 형성되고, 조절부(130)는 설정된 온도에 맞추어 처리수의 온도를 조정하게 된다. 즉, 온도측정부(120)에서 측정된 온도가 기설정된 온도가 아닌경우, 해당 온도에 맞추기 위하여 조절부(130)가 열공급부(110)를 동작시킬 수 있는 것이다.

pH측정부는 처리수 내의 pH를 측정함으로써, pH에 따른 이온교환체의 이온교환능도 확인해 볼 수 있다.

교반기(150)는 수용조 내부의 처리수가 균등한 온도를 유지하게 하거나, 수용된 처리수 내의 오염물질 등이 균일하게 분포하게 하기 위하여 처리수를 교반하는 것이다. 이러한 교반기(150)의 동작을 통하여 이온교환능 비교를 더욱 정교하게 할 수 있다.

성능평가칼럼(200)은 이온교환체를 수용하는 것으로서, 전처리 용액, 세척수 및 처리수가 이온교환체가 수용된 성능평가칼럼(200)을 통과하게 되는 것이다.

이때 성능평가칼럼(200)은 수처리용 이온교환체 성능평가장치에 교체가능하게 결합된다. 즉, 다양한 모양, 종류, 양에 따른 이온교환체의 성능을 평가할 수 있도록 성능평가칼럼(200) 또한 교체 가능하도록 탈부착식 등으로 형성되어, 원하는 이온교환체의 성능을 평가할 수 있게 된다.

제3 수용조(300)는 성능평가칼럼(200)을 통과한 전처리 용액, 세척수는 수용하지 않고 외부로 배출하며, 성능평가칼럼(200)을 통과한 처리수는 수용하여 저장하게 된다.

이때, 처리수를 수용하여 저장하는 제2 수용조(100) 및 제3 수용조(300)에는 각각 제1 측정부(140) 및 제2 측정부(310)가 구비되어 각 처리수 내의 이온양을 측정하게 된다. 이러한 제1 측정부(140) 및 제2 측정부(310)는 이온크로마토그래피를 포함할 수 있다. 즉, 각 수용조에 수용된 처리수 내의 이온을 서로 분류하고, 각 이온의 양을 측정함으로써, 이온교환체 통과 전후의 사용자가 원하는 이온의 증감을 확인해 볼 수 있다.

그리고 제1 측정부(140) 및 제2 측정부(310) 사이에는 이온교환성능평가부(600)가 연결된다. 이온교환성능평가부(600)는 제1 측정부(140) 및 제2 측정부(310)에 연결되어 각 측정부로부터의 측정된 이온양을 전달받아 비교함으로써, 해당 이온교환체의 성능을 평가할 수 있게 된다.

본 발명은 이온교환체로 유입되는 세척수, 전처리 용액, 및 처리수의 유량을 조절하는 유량조절펌프(500)를 더 포함할 수 있다. 즉, 유량조절펌프(500)를 통하여 이온교환체를 통과하는 처리수의 양을 조절하고, 조절된 처리수의 양과 제1 측정부(140) 및 제2 측정부(310)로부터 측정된 해당 이온의 양으로부터 이온교환체의 이온교환능을 구체적으로 파악할 수 있게 된다.

나아가, 본 발명은 제1 수용조(700), 제2 수용조(100) 및 워터탱크(400)와 성능평가칼럼(200)을 연결하는 각각의 연결라인을 구비하고, 각각 연결라인에는 연결라인의 개폐를 조절하는 조절밸브(501,502,503)가 형성된다.

그리고 이러한 조절밸브(501,502,503)는 제어부(800)와 각각 연결되어 제어부(800)의 제어에 의하여 각 조절밸브(501,502,503)의 개폐가 조절될 수 있다. 이러한 제어부(800)의 구성을 통하여, 성능평가칼럼(200)에 세척수를 유입하거나, 또는 전처리 용액을 공급하거나, 또는 처리수를 전달할 수 있게 된다. 즉, 제어부(800)에 의하여 자동적으로 성능평가칼럼(200)에 공급되는 용액 등을 조절함으로써 전처리 공정, 세척공정, 처리수의 반응공정이 자동적으로 조절될 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수처리용 이온교환체 성능평가장치를 나타낸 도면이다. 즉, 본 발명의 다른 국면에서는 처리수와 전처리 용액이 하나의 수용조(100)에 수용되어 저장될 수 있다. 즉, 하나의 수용조에서 전처리 용액과 처리수를 포함함으로써 추가적인 수용조에 요구되는 비용 및 공간을 절약할 수 있다.

그외 본 발명에 따른 제2 국면의 발명의 다른 구성은 제1 국면의 구성과 동일하므로 이하 자세한 설명은 생략한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 하나의 성능평가장치를 이용하여 다양한 모양, 종류, 양의 이온교환체의 성능을 평가할 수 있다. 또한, 다양한 조건(다양한 온도, pH)에 따라서 이온교환체의 성능이 어떻게 달라지는지 확인해 볼 수 있다.

나아가 하나의 장치에서 전처리, 역세, 반응처리 등 모든 공정을 진행함으로써, 성능평가를 위한 공정을 단순화 하고 성능평가의 효율을 증진시킬 수 있게 된다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

100: 수용조, 제2 수용조
110: 열공급부
120: 온도측정부
130: 조절부
140: 제1 측정부
150: 교반기
200: 성능평가칼럼
300: 제3 수용조
310: 제2 측정부
400: 워터탱크
500: 유량조절펌프
501, 502, 503: 조절밸브
600: 이온교환성능평가부
700: 제1 수용조
800: 제어부

Claims (3)

1. 이온교환에 의하여 처리수 내의 이온을 제거하는 이온교환체의 성능을 평가하는 수처리용 이온교환체의 성능평가장치로서,
   상기 이온교환체의 불순물을 제거하기 위한 전처리 용액을 수용하는 제1 수용조;
   상기 이온교환체를 세척하기 위한 세척수를 공급하는 워터탱크;
   상기 이온교환체에 의하여 수처리 될 처리수를 수용하는 제2 수용조;
   상기 이온교환체를 수용하고, 상기 전처리 용액, 상기 세척수 및 상기 처리수가 통과하되, 다양한 모양, 종류, 또는 양에 따른 상기 이온교환체의 성능을 평가하기 위하여 교체가능하도록 탈부착식으로 형성된 성능평가칼럼; 및
   상기 성능평가칼럼을 통과한 상기 전처리 용액 및 상기 세척수는 외부로 배출하고, 상기 처리수는 수용하는 제3 수용조를 포함하고,
   상기 제2 수용조는
   상기 수용조 내부의 처리수의 온도를 측정할 수 있는 온도측정부;
   상기 수용조 내부의 처리수의 pH를 측정할 수 있는 pH측정부;
   상기 온도측정부에서 측정된 온도가 기설정된 온도가 아닌 경우 상기 수용조 내부에 열을 공급하여 처리수의 온도를 기설정된 온도로 조절할 수 있는 열공급부; 및
   상기 수용조 내부의 처리수를 혼합하는 교반기를 포함하며,
   상기 제2 수용조 및 상기 제3 수용조에는 상기 처리수 내의 기설정된 이온 양을 측정할 수 있는 제1 측정부 및 제2 측정부를 각각 구비여, 상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부에서 측정된 처리수 내의 이온 양의 비교를 통하여 상기 이온교환체의 성능을 평가할 수 있고,
   상기 제1 수용조, 상기 제2 수용조 및 상기 워터탱크와 상기 성능평가칼럼을 연결하는 각각의 연결라인에는 각 연결라인의 개폐를 조절하는 조절밸브가 형성되고, 각각의 상기 조절밸브는 제어부에 의하여 제어됨으로써, 상기 성능평가칼럼에 세척수를 유입하거나, 또는 전처리 용액을 공급하거나, 또는 처리수를 공급하는 것이 상기 제어부에 의하여 자동적으로 제어되는 것을 특징으로 하는,
   수처리용 이온교환체의 성능평가장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 수용조는 염산 용액 또는 수산화나트륨 용액을 수용하는 것을 특징으로 하는,
   수처리용 이온교환체의 성능평가장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부에 연결되어 상기 이온교환체의 성능을 평가하는 이온교환성능평가부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   수처리용 이온교환체의 성능평가장치.
   

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