KR20210022540A - Electric deionization device, ultrapure water production system, and ultrapure water production method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 붕소 제거 성능 및 이온 성분의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 전기식 탈이온 장치 및 이것을 사용한 초순수 제조 시스템 및 초순수 제조 방법의 제공하는 것으로, 양극을 갖는 양극실과, 음극을 갖는 음극실과, 상기 양극실과 음극실 사이에 교대로 배치된 복수의 아니온 교환막 및 카티온 교환막과, 상기 복수의 아니온 교환막 및 카티온 교환막 사이에 교대로 형성된 농축실 및 탈염실과, 상기 탈염실 내에 충전된 이온 교환체를 갖는 전기식 탈이온 스택과, 상기 전기식 탈이온 스택에 전압을 인가하기 위한 양극 및 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 직류 전압을 인가하는 전원 장치를 갖는 전기식 탈이온 장치로서, 상기 전원 장치가 공급하는 직류 전압이 소정 기간의 최대 전압을 Vmax, 최소 전압을 Vmin이라고 했을 때에, 관계식: Vmax-Vmin)/(Vmax＋Vmin)≤0.3을 만족시키는 전기식 탈이온 장치에 관한 것이다.The present invention provides an electric deionization device capable of improving boron removal performance and removal efficiency of ionic components, an ultrapure water production system using the same, and an ultrapure water production method, comprising: an anode chamber having an anode, a cathode chamber having a cathode, and the anode A plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes alternately disposed between the chamber and the cathode chamber, concentration chambers and desalination chambers alternately formed between the plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes, and an ion exchanger filled in the desalination chamber An electric deionization apparatus having an electric deionization stack having a, an anode and a cathode for applying a voltage to the electric deionization stack, and a power supply for applying a DC voltage between the anode and the cathode, wherein the power supply is supplied It relates to an electric deionization apparatus that satisfies the relational expression: Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)≦0.3 when the maximum voltage of the DC voltage for a predetermined period is Vmax and the minimum voltage is Vmin.
Description
본 발명은 전기식 탈이온 장치, 초순수 제조 시스템 및 초순수 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electric deionization apparatus, an ultrapure water production system, and an ultrapure water production method.
이온 교환 수지 등의 이온 교환체에 피처리수를 통수시켜서 이온 교환 반응에 의해 탈이온을 행하는 이온 교환 장치가 알려져 있다. 이온 교환 장치로서 대표적인 것이, 이온 교환체로서 이온 교환 수지를 사용한 이온 교환 수지 장치이다. 이 이온 교환 수지 장치에서는 이온 교환 수지의 이온 교환기가 포화되었을 때에 산이나 알칼리 등의 약제를 통액하여 이온 교환 수지의 재생을 행할 필요가 있다. 따라서, 이온 교환 수지 장치에서는 연속 운전을 행할 수 없고, 약제 보충의 수고도 필요하다는 과제를 갖는다. 따라서, 최근 이온 교환체의 약제에 의한 재생이 불필요한 전기식 탈이온(EDI(Electro Deionization)) 장치가 실용화되어 있다.An ion exchange device is known in which deionization is performed by an ion exchange reaction by passing water to be treated through an ion exchanger such as an ion exchange resin. A typical ion exchange device is an ion exchange resin device using an ion exchange resin as an ion exchanger. In this ion exchange resin device, when the ion exchange group of the ion exchange resin is saturated, it is necessary to pass through a chemical agent such as an acid or an alkali to regenerate the ion exchange resin. Therefore, the ion exchange resin device has a problem that continuous operation cannot be performed, and labor of replenishing drugs is also required. Therefore, in recent years, an electric deionization (EDI) apparatus that does not require regeneration by a drug of an ion exchanger has been put into practical use.
전기식 탈이온 장치에서는 카티온(양이온)만을 투과시키는 카티온 교환막과 아니온(음이온)만을 투과시키는 아니온 교환막 사이에 이온 교환체(아니온 교환체 및/또는 카티온 교환체)를 충전하여 탈염실을 구성하고, 카티온 교환막 및 아니온 교환막의 외측에 농축실을 배치한 구성을 갖는다. 그리고, 탈염실에서 보아 아니온 교환막측에 양극을, 카티온 교환막측에 음극을 배치한다. 양극과 음극 사이에 직류 전압을 인가한 상태로 탈염실에 피처리수를 통수하면, 피처리수 중의 이온 성분은 탈염실 내의 이온 교환체에 포착됨과 함께, 물의 해리 반응에 의해 생성하는 수소 이온(H＋)과 수산화물 이온(OH-)에 의해 이온 교환체의 재생이 행해진다.In the electric deionization device, an ion exchanger (anion exchanger and/or cation exchanger) is charged between the cation exchange membrane that permeates only cation (cation) and the anion exchange membrane that only permeates anion (anion) to demineralize. A chamber is formed, and a concentration chamber is disposed outside the cation exchange membrane and the anion exchange membrane. Then, an anode is disposed on the side of the anion exchange membrane and a cathode is disposed on the side of the cation exchange membrane as viewed from the desalination chamber. When the water to be treated is passed through the desalination chamber with a direct current voltage applied between the anode and the cathode, ionic components in the water to be treated are captured by the ion exchanger in the desalination chamber, and hydrogen ions generated by the dissociation reaction of water ( H +) and hydroxide ions (OH - regeneration of the ion exchangers by a) is carried out.
전기식 탈이온 장치를 사용한 초순수 제조 시스템에서는 원하는 목적에 따른 시스템 구성의 연구가 이루어져 있고, 예를 들면, 정지 상태로부터 운전을 재개했을 때의 수질의 상승을 빠르게 하기 위해, 전기식 탈이온 장치의 EDI 스택과 직류 전원 사이에 다이오드를 배치한 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또한, 붕소 농도의 저감을 목적으로 하여, 전기식 탈이온 장치를 2단 직렬로 접속한 2단 EDI 장치를 사용한 초순수 제조 시스템이나, 전기식 탈이온 장치와 붕소 선택성 수지를 병용한 초순수 제조 시스템 등이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2, 3 참조).In the ultrapure water production system using the electric deionizer, research on the system configuration according to the desired purpose is made.For example, to speed up the increase in water quality when the operation is resumed from a standstill, the EDI stack of the electric deionizer A device in which a diode is disposed between a DC power supply and a DC power supply has been proposed (for example, see Patent Document 1). In addition, for the purpose of reducing the boron concentration, an ultrapure water production system using a two-stage EDI device in which an electric deionization device is connected in series in two stages, and an ultrapure water production system in which an electric deionization device and a boron-selective resin are used in combination are proposed. (For example, see
그러나, 상기한 종래의 시스템에서는 아직 붕소 농도의 저감이 충분히 달성되지 않는 것이 현상황이다. 또한, 상기한 2단 EDI 장치나, 전기식 탈이온 장치와 붕소 선택성 수지의 병용에서는 초순수 제조 시스템의 구성이 복잡해진다는 문제가 있고, 특히, 2단 EDI 장치에서는 전기식 탈이온 장치의 사용 대수가 많아지는 것, 그 때문에 소비 전력이 많아지는 것이 문제로 되어 있었다. 또한, 전기식 탈이온 장치를 사용한 초순수 제조 시스템에 있어서, 붕소 농도를 현저하게 저감시키고자 하면, 전기식 탈이온 장치의 공급 전원에 따라서는 공급 전압이 현저하게 불안정해지기 쉽고, 전원 장치의 교환 빈도가 증대된다는 과제가 새롭게 발생되었다.However, the present situation is that the reduction in boron concentration is not sufficiently achieved in the conventional system described above. In addition, there is a problem that the configuration of an ultrapure water production system becomes complicated when the two-stage EDI device described above or the combination of an electric deionization device and a boron-selective resin is used.In particular, in the two-stage EDI device, the number of electric deionization devices is large. Losing, and thus, increased power consumption was a problem. In addition, in the ultrapure water production system using the electric deionization device, if the boron concentration is to be significantly reduced, the supply voltage tends to become remarkably unstable depending on the power supply of the electric deionization device, and the frequency of replacement of the power supply device is reduced. The task of increasing has arisen anew.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 붕소 제거 성능 및 이온 성분의 제거 효율을 향상시키고, 또한 전원 장치의 공급 전압을 장기간, 안정적으로 유지할 수 있는 전기식 탈이온 장치 및 이것을 사용한 초순수 제조 시스템 및 초순수 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in order to solve the above problems, and improves the boron removal performance and the removal efficiency of ionic components, and also, an electric deionization device capable of stably maintaining a supply voltage of a power supply for a long period of time, and an ultrapure water production system using the same And an ultrapure water manufacturing method.
본 발명의 전기식 탈이온 장치는 양극과, 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되고, 상기 양극에 접하는 양극실과, 상기 음극에 접하는 음극실과, 상기 양극실과 상기 음극실 사이에 교대로 배치된 아니온 교환막 및 카티온 교환막과, 상기 아니온 교환막 및 상기 카티온 교환막 사이에 교대로 형성된 농축실 및 탈염실과, 상기 탈염실 내에 충전된 이온 교환체를 갖는, 전기식 탈이온 스택과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 직류 전압을 인가하는 전원 장치를 갖는 전기식 탈이온 장치이며, 상기 직류 전압이 소정 기간의 최대 전압을 Vmax, 최소 전압을 Vmin이라고 했을 때에, 하기 관계식 (1)을 만족시키는 것을 특징으로 한다.The electric deionization apparatus of the present invention includes an anode, a cathode, and an anode chamber disposed between the anode and the cathode, and an anode chamber in contact with the anode, a cathode chamber in contact with the cathode, and alternately disposed between the anode chamber and the cathode chamber. An electric deionization stack having an anion exchange membrane and a cation exchange membrane, a concentration chamber and a desalination chamber alternately formed between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane, and an ion exchanger filled in the desalination chamber, and the anode and An electric deionization device having a power supply for applying a DC voltage between the cathodes, wherein the DC voltage satisfies the following relational expression (1) when the maximum voltage for a predetermined period is Vmax and the minimum voltage is Vmin. do.
(Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)≤0.3 …(1)(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)≤0.3... (One)
본 발명의 전기식 탈이온 장치에 있어서, 전기식 탈이온 스택은 상기 농축실내, 상기 양극실 내 및 상기 음극실 내에 충전된 이온 교환체 또는 전기 도전체를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 전기식 탈이온 장치에 있어서, 상기 전원 장치는 상기 전원 장치에 공급된 교류 전압을 상기 직류 전압으로 변환하여 출력하는 변환기인 것이 바람직하다.In the electric deionization apparatus of the present invention, it is preferable that the electric deionization stack has an ion exchanger or an electric conductor charged in the concentration chamber, the anode chamber, and the cathode chamber. Further, in the electric deionization apparatus of the present invention, it is preferable that the power supply device is a converter that converts the AC voltage supplied to the power supply device into the DC voltage and outputs the converted DC voltage.
본 발명의 전기식 탈이온 장치에 있어서, 상기 소정의 기간은 상기 교류 전압의 교류 주기의 1/2 이상인 것이 바람직하다.In the electric deionization apparatus of the present invention, it is preferable that the predetermined period is equal to or greater than 1/2 of the alternating current period of the alternating voltage.
본 발명의 전기식 탈이온 장치에 있어서, 상기 변환기는 전파(全波) 정류 방식으로 교류 전압을 상기 직류 전압으로 변환하는 전파 정류식 변환기 또는 스위칭 방식으로 교류 전압을 상기 직류 전압으로 변환하는 스위칭식 변환기인 것이 바람직하다.In the electric deionization apparatus of the present invention, the converter is a full wave rectification type converter that converts AC voltage to the DC voltage by a full wave rectification method, or a switching type converter that converts AC voltage to the DC voltage by a switching method. It is preferable to be.
본 발명의 초순수 제조 시스템은 역침투막 장치와, 이온 교환 장치를 순서대로 갖는 초순수 제조 시스템으로서, 상기 이온 교환 장치는 상기 본 발명의 전기식 탈이온 장치로 구성되는 것이 바람직하다.The ultrapure water production system of the present invention is an ultrapure water production system having a reverse osmosis membrane device and an ion exchange device in sequence, and the ion exchange device is preferably constituted by the electric deionization device of the present invention.
본 발명의 초순수 제조 시스템에 있어서, 상기 역침투막 장치는 2기(基)의 역침투막 장치를 직렬로 접속하여 구성된 2단 역침투막 장치인 것이 바람직하다.In the ultrapure water production system of the present invention, the reverse osmosis membrane device is preferably a two-stage reverse osmosis membrane device configured by connecting two reverse osmosis membrane devices in series.
본 발명의 초순수 제조 시스템은 이온 교환 수지 장치와, 탈기 장치와, 이온 교환 장치를 순서대로 갖는 초순수 제조 시스템으로서, 상기 이온 교환 장치는 상기 본 발명의 전기식 탈이온 장치로 구성되는 것이 바람직하다.The ultrapure water production system of the present invention is an ultrapure water production system having an ion exchange resin device, a degassing device, and an ion exchange device in order, and the ion exchange device is preferably constituted by the electric deionization device of the present invention.
본 발명의 초순수 제조 시스템에 있어서는, 상기 전기식 탈이온 장치의 투과 수 중의 붕소 농도는 1μg/L(as B) 이하가 바람직하다.In the ultrapure water production system of the present invention, the boron concentration in the permeated water of the electric deionization device is preferably 1 μg/L (as B) or less.
본 발명의 초순수 제조 방법은 피처리수를 전기식 탈이온 장치에서 처리하는 공정을 포함하는 초순수 제조 방법으로서, 상기 전기식 탈이온 장치는 양극과, 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되고, 상기 양극에 접하는 양극실과, 상기 음극에 접하는 음극실과, 상기 양극실과 상기 음극실 사이에 교대로 배치된 아니온 교환막 및 카티온 교환막과, 상기 아니온 교환막 및 상기 카티온 교환막 사이에 교대로 형성된 농축실 및 탈염실과, 상기 탈염실 내에 충전된 이온 교환체를 갖는 전기식 탈이온 스택과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 직류 전압을 인가하는 전원 장치를 갖고, 상기 직류 전압이 소정 기간의 최대 전압을 Vmax, 최소 전압을 Vmin이라고 했을 때에, 하기 관계식 (1)을 만족시키는 조건으로, 상기 피처리수를 처리하는 것을 특징으로 한다.The ultrapure water production method of the present invention is a method for producing ultrapure water including a step of treating water to be treated in an electric deionization device, wherein the electric deionization device is disposed between an anode, a cathode, and the anode and the cathode, and the An anode chamber in contact with an anode, a cathode chamber in contact with the cathode, an anion exchange membrane and a cation exchange membrane alternately disposed between the anode chamber and the cathode chamber, and a concentration chamber alternately formed between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane And a deionization chamber, an electric deionization stack having an ion exchanger charged in the desalination chamber, and a power supply device for applying a DC voltage between the anode and the cathode, wherein the DC voltage is a maximum voltage for a predetermined period of Vmax, When the minimum voltage is Vmin, the water to be treated is treated under conditions that satisfy the following relational expression (1).
(Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)≤0.3 …(1)(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)≤0.3... (One)
본 발명의 초순수 제조 방법에 있어서, 상기 전기식 탈이온 스택은 상기 농축실 내, 상기 양극실 내 및 상기 음극실 내에 충전된 이온 교환체 또는 전기 도전체를 갖는 것이 바람직하다.In the ultrapure water production method of the present invention, it is preferable that the electric deionization stack has an ion exchanger or an electric conductor charged in the concentration chamber, the anode chamber, and the cathode chamber.
본 발명의 초순수 제조 방법에 있어서는, 추가로 원수를 역침투막 장치에 의해 처리하여 상기 피처리수를 얻는 공정을 갖고, 상기 공정에 이어서 상기 피처리수를 상기 전기식 탈이온 장치에서 처리하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 역침투막 장치는 2기의 역침투막 장치를 직렬로 접속하여 구성된 2단 역침투막 장치인 것이 바람직하다.In the ultrapure water production method of the present invention, it is preferable to further include a step of treating raw water with a reverse osmosis membrane device to obtain the water to be treated, and subsequent to the step, the water to be treated is treated with the electric deionization device. Do. In addition, the reverse osmosis membrane device is preferably a two-stage reverse osmosis membrane device configured by connecting two reverse osmosis membrane devices in series.
본 발명의 초순수 제조 방법에 있어서는, 추가로 원수를 이온 교환 수지 장치와, 탈기 장치에 의해 처리하여 상기 피처리수를 얻는 공정을 갖고, 상기 공정에 이어서 상기 피처리수를 상기 전기식 탈이온 장치에서 처리하는 것이 바람직하다.In the ultrapure water production method of the present invention, further comprising a step of treating raw water with an ion exchange resin device and a degassing device to obtain the water to be treated, and subsequent to the step, the water to be treated is transferred in the electric deionization device. It is desirable to process.
본 발명의 초순수 제조 방법에 있어서는, 상기 전기식 탈이온 장치의 투과 수 중의 붕소 농도는 1μg/L(as B) 이하가 바람직하다.In the ultrapure water production method of the present invention, the boron concentration in the permeated water of the electric deionization device is preferably 1 μg/L (as B) or less.
본 발명의 전기식 탈이온 장치에 의하면, 전기식 탈이온 장치에서의 붕소 제거 성능 및 이온 성분의 제거 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 장기간의 사용에도 전원 장치의 공급 전압을 안정적으로 유지할 수 있고, 전원 장치에 대한 부하를 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 초순수 제조 시스템 및 초순수 제조 방법에 의하면, 전기식 탈이온 장치에서의 붕소 제거 성능 및 이온 성분의 제거 효율을 향상시킬 수 있으므로, 붕소 농도가 현저하게 저감된 초순수를 효율적으로 얻을 수 있다.According to the electric deionization apparatus of the present invention, the boron removal performance and the removal efficiency of ionic components in the electric deionization apparatus can be improved. In addition, it is possible to stably maintain the supply voltage of the power supply device even with long-term use, and reduce the load on the power supply device. In addition, according to the ultrapure water production system and the ultrapure water production method of the present invention, since the boron removal performance and the removal efficiency of ionic components in the electric deionization apparatus can be improved, ultrapure water having a remarkably reduced boron concentration can be efficiently obtained. .
도 1은 실시형태의 전기식 탈이온 장치를 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 실시형태의 초순수 제조 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 실시예 및 비교예의 전기식 탈이온 장치에서의 붕소 투과율의 시간 경과에 의한 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 및 비교예의 전기식 탈이온 장치에서의 투과수의 저항율의 시간 경과에 의한 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예 및 비교예의 전기식 탈이온 장치에서의 농축수의 도전율의 시간 경과에 의한 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예에서 사용한 스위칭 방식에 의한 AC-DC 변환기의 출력 전압 파형을 나타내는 그래프이다.
도 7은 다른 실시예에서 사용한 전파 정류 방식에 의한 AC-DC 변환기의 출력 전압 파형을 나타내는 그래프이다.
도 8은 비교예에서 사용한 반파 정류 방식에 의한 AC-DC 변환기의 출력 전압 파형을 나타내는 그래프이다.1 is a block diagram schematically showing an electric deionization apparatus according to an embodiment.
2 is a block diagram schematically showing an ultrapure water production system according to an embodiment.
3 is a graph showing changes over time in boron transmittance in the electric deionization apparatus of Examples and Comparative Examples.
4 is a graph showing the change over time in the resistivity of permeated water in the electric deionization apparatus of Examples and Comparative Examples.
5 is a graph showing changes over time in the conductivity of concentrated water in the electric deionization apparatus of Examples and Comparative Examples.
6 is a graph showing an output voltage waveform of an AC-DC converter according to the switching method used in the embodiment.
7 is a graph showing an output voltage waveform of an AC-DC converter using a full-wave rectification method used in another embodiment.
8 is a graph showing an output voltage waveform of an AC-DC converter using a half-wave rectification method used in a comparative example.
이하, 도면을 참조하여 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 이들 실시형태를 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 변경 또는 변형할 수 있다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the present invention is not limited to these embodiments, and these embodiments can be changed or modified without departing from the spirit and scope of the present invention.
[전기식 탈이온 장치][Electric deionization device]
도 1은 본 실시형태의 전기식 탈이온 장치(11)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 전기식 탈이온 장치(11)는 전기식 탈이온 스택(110)과, 전기식 탈이온 스택(110)에 전압을 인가하기 위해 전기식 탈이온 스택(110)을 협지하도록 배치되는 양극(111) 및 음극(112)과, 양극(111)과 음극(112) 사이에 직류 전압을 인가하는 전원 장치(113)를 갖는다.1 is a diagram schematically showing an
전기식 탈이온 스택(110)은 양극(111)에 접하는 양극실(115a)과, 음극(112)에 접하는 음극실(115b)과, 양극실(115a)과 음극실(115b) 사이에 양극실(115a)로부터 그 순서대로 교대로 배치된 복수의 카티온 교환막(11c)과, 복수의 아니온 교환막(11a)을 갖는다. 아니온 교환막(11a)와 카티온 교환막(11c) 사이에는 탈염실(114)과 농축실(116)이 교대로 설치되어 있다. 탈염실(114)에는 이온 교환체가 충전되어 있다. 농축실(116), 양극실(115a) 및 음극실(115b)에는 예를 들면, 이온 교환체, 또는 활성탄이나 금속 등으로 이루어지는 전기 도전체가 충전되어 있다.The
전기식 탈이온 스택(110)에 있어서, 탈염실(114)과 접하여 양극(111)측에 배치되는 이온 교환막은 아니온 교환막(11a)이며, 탈염실(114)과 접하여 음극(112)측에 배치되는 이온 교환막은 카티온 교환막(11c)이다. 전기식 탈이온 스택(110)은 탈염실(114)과 탈염실(114)의 양측에 각각 아니온 교환막(11a) 또는 카티온 교환막(11c)을 개재하여 배치된 1쌍의 농축실(116)에 의해 하나의 셀을 구성하고 있다. 1쌍의 농축실(116)의 적어도 한쪽 내부에는 이온 교환 수지 등의 이온 교환체가 충전되어 있어도 된다. 또한, 전기식 탈이온 스택(110)은 양극(111)과 음극(112) 사이에서 복수의 셀이 병치되도록 구성되어도 된다.In the
카티온 교환막(11c) 및 아니온 교환막(11a)으로는 막의 구조에 따라 불균질막, 반균질막, 균질막이 있으나, 균질막인 것이 이온 성분의 제거 효율면, 또한 전기식 탈이온 장치에서의 저항 증대의 억제면에서 바람직하다.The
탈염실(114)에 충전되는 이온 교환체로는 카티온 교환 수지와 아니온 교환 수지를 혼합한 이온 교환체를 사용할 수 있다. 이 카티온 교환 수지와 아니온 교환 수지의 혼합비는 체적비로, 아니온 교환 수지 비율을 20∼80％인 것이 이온 성분의 제거 효율면, 또한 전기식 탈이온 장치에서의 저항 증대의 억제면에서 바람직하다. 이온 교환체로는 카티온 교환 수지와 아니온 교환 수지를 유로 방향으로 적층한 이온 교환체를 사용하는 것도 가능하다.As the ion exchanger filled in the
전기식 탈이온 스택(110)에 있어서는 피처리수는 탈염실(114)의 일단으로부터 공급되어 탈염실(114)의 타단으로부터 유출된다. 이 과정에서, 피처리수 중의 이온 성분이 탈염실 내의 이온 교환체에 흡착된다. 또한, 이 때에 양극(111) 및 음극(112) 사이에 정류된 직류 전압이 인가되어 직류 전류가 탈염실(114) 내의 피처리수의 흐름과 직교하는 방향으로 흐른다. 이 전류에 의해 물이 수소 이온과 수산화물 이온으로 해리되어, 이 해리된 수소 이온과 수산화물 이온이 각각 이온 교환체에 흡착된 이온 성분과 교환된다. 교환된 이온 성분은 농축실(116), 양극실(115a) 및 음극실(115b)로 이동하고, 이들을 거쳐 전기식 탈이온 스택으로부터 유출된다.In the
전기식 탈이온 스택(110)으로는 시판되는 전기식 탈이온 스택이 사용 가능하다. 전기식 탈이온 스택(110)의 시판품으로는 예를 들면, 전기식 탈이온 스택(110)에 양극(111)과 음극(112)이 설치된 것으로서, VNX50, VNX55, VNX-55EX(이상 Evoqua사 제조), E-CELL MK3, MK2(이상 GE사 제조) 등이 사용 가능하다.As the
전기식 탈이온 장치(11)에 있어서, 전원 장치(113)로는 양극(111)과 음극(112) 사이에 하기 관계식 (1)을 만족하는 직류 전압을 인가할 수 있는 것이 사용된다.In the
(Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)≤0.3 …(1)(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)≤0.3... (One)
또한, 식 (1)에서의 Vmax는 소정의 기간에서의 최대 전압을 나타내고, Vmin은 소정의 기간에서의 최소 전압을 나타낸다.In addition, Vmax in Equation (1) represents the maximum voltage in a predetermined period, and Vmin represents the minimum voltage in a predetermined period.
전원 장치(113)는 예를 들면, 교류(AC) 전원으로부터 공급되는 교류 전압을, 상기 식 (1)을 만족하는 직류(DC) 전압으로 변환하는, AC-DC 변환기이다.The
종래 일반적인 전기식 탈이온 장치에 있어서는, 특히 대유량의 초순수를 제조하는 경우, 전원 비용을 억제하기 위해 간단하게 AC-DC 변환하는 변환기가 사용되고 있다. 이것은 초순수의 양이 많고, AC-DC 변환한 직류 전압의 질, 즉, 전압 리플의 유무가 수질에 미치는 영향이 거의 없다고 생각되고 있었기 때문이다. 그 때문에, 초순수 수질의 향상을 도모하는 경우, 특히, 붕소(B)나 실리카(Si) 등의 약전해질을 고도로 제거하기 위해서는 전압 실효값을 크게 하는 방법이 채택되고 있었다.BACKGROUND ART In a conventional electric deionization apparatus, particularly when producing ultrapure water with a large flow rate, a converter for simply AC-DC conversion is used in order to suppress the power supply cost. This is because the amount of ultrapure water was large, and the quality of the DC voltage converted from AC-DC, that is, the presence or absence of voltage ripple, was thought to have little effect on the water quality. Therefore, in the case of improving the quality of ultrapure water, in particular, in order to highly remove weak electrolytes such as boron (B) and silica (Si), a method of increasing the effective voltage value has been adopted.
이에 대해, 본 발명에서는 전기식 탈이온 장치의 전기식 탈이온 스택에 인가되는 직류 전압의 질에 주목하여, 처리수 수질의 향상을 실현하였다. 구체적으로는, 전원 장치(113)를 사용하여 양극(111)과 음극(112)을 통해 전기식 탈이온 스택(110)에 인가되는 직류 전압이 식 (1)의 요건을 만족함으로써, 전기식 탈이온 장치(11)의 투과수 중의 붕소를 조기에 또한 현저하게 저감시킬 수 있다는 것이다.On the other hand, in the present invention, attention is paid to the quality of the DC voltage applied to the electric deionization stack of the electric deionization apparatus, and the quality of the treated water is improved. Specifically, the DC voltage applied to the
또한, 직류 전압이 식 (1)을 만족하는 것은 이하에 설명하는 바와 같이, 상기 직류 전압의 전압 리플이 저감되어 있는 것을 나타내고, 이와 같이 전압 리플을 작게 함으로써 복수의 전기식 탈이온 장치(11)를 직렬 접속하여 운전한 경우에 전원 장치로부터의 공급 전압을 장기간 안정적으로 유지할 수 있다는 이점도 있다. 특히, 붕소나 실리카 등의 약전해질을 고도로 제거하기 위해 전압 실효값을 크게 함으로써 전원 장치에 걸리는 부하가 커졌을 경우에, 전원 장치로부터의 공급 전압을 장기간 안정적으로 유지한다는 우수한 효과를 발휘하기 쉽다.In addition, the fact that the DC voltage satisfies Equation (1) indicates that the voltage ripple of the DC voltage is reduced, as described below, and by reducing the voltage ripple in this way, a plurality of
여기서, 일본국 내에서는 전력 공급 업자로부터 전원 주파수가 50Hz 혹은 60Hz의 교류 전압이 공급되기 때문에, 이것을 직류 전압으로 변환하면, 전압 리플이 상기 전원 주파수에 따른 주기로 발생하는 경우가 있다. 예를 들면, 간단한 정류 방식인 단상 전파 정류 방식에서는 전원 주파수의 1/2의 주기로 대략 주기적인 전압 리플이 발생된다.Here, in Japan, since an AC voltage having a power supply frequency of 50 Hz or 60 Hz is supplied from a power supply company, when this is converted to a DC voltage, a voltage ripple may occur at a cycle according to the power supply frequency. For example, in the single-phase full-wave rectification method, which is a simple rectification method, approximately periodic voltage ripple occurs with a cycle of 1/2 of the power supply frequency.
본 발명에서 사용하는 전원 장치(113)는 예를 들면, 이러한 전압 리플 발생의 주기를 소정의 기간으로 하여 이 사이에서의 전압의 최대값 Vmax와 최소값Vmin의 차와, 소정 기간에서의 전압의 평균값((Vmax＋Vmin)/2로 근사된다)의 비가 작은 것을 사용하기로 하였다. 즉, 식 (1)((Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)≤0.3)은 본 발명이 효과를 발휘하기 위해서 지표가 되는 전압 리플을 규정하는 식이며, 식 (1)을 만족함으로써, 전압 리플을 작게 하고, 전기식 탈이온 장치(11)의 투과수 중의 붕소를 조기에 또한 현저하게 저감시킨다는 효과를 실현하였다. 이 원리는 어디까지나 추측이지만, 일례로서 다음과 같이 생각할 수 있다.In the
상술한 바와 같이, 전기식 탈이온 스택(110) 내에서는 피처리수가 탈염실(114) 내를 통류하는 과정에서, 이온 교환체에 피처리수 중의 이온 성분이 흡착됨과 동시에, 이온 교환체에 흡착된 이온 성분이 전류에 의해 물이 해리하여 생긴 수소 이온 및 수산화 이온과 이온 교환함으로써 이온 교환체로부터 탈리하고, 농축실(116)로 이동한다.As described above, in the process of passing the water to be treated in the
이 때, 양극 및 음극 사이에 인가되는 직류 전압의 리플이 큰 경우, 양극에서 음극으로 흐르는 전류값의 변동이 전압 리플을 따라 커지고, 소정의 기간의 사이에서 전류가 상대적으로 큰 기간과 작은 기간이 생긴다. 그리고, 이 전류가 작은 기간에서는 이온 교환체가 흡착한 이온 성분의 탈리가 쉽게 일어나지 않기 때문에, 그 결과, 양극에서 음극으로 흐르는 전류가 작은 기간에서는 이온 교환체의 이온 교환기를 흡착할 수 있는 이온 성분의 양이 적어지고, 투과수 중에 전부 제거할 수 없는 이온 성분이 잔류하기 쉬워진다. 특히, 붕소나 실리카 등의 약전해질이 투과수 중에 남기 쉬워진다.At this time, when the ripple of the DC voltage applied between the anode and the cathode is large, the fluctuation of the current value flowing from the anode to the cathode increases along the voltage ripple, and between a predetermined period, a period in which the current is relatively large and a period in which the current is relatively large Occurs. In addition, in the period when the current is small, the ion component adsorbed by the ion exchanger is not easily desorbed. As a result, in the period when the current flowing from the anode to the cathode is small, the ion exchanger capable of adsorbing the ion exchanger The amount becomes small, and ionic components that cannot be completely removed are liable to remain in the permeated water. Particularly, weak electrolytes such as boron and silica tend to remain in the permeated water.
이에 대해, 전압 리플이 작은 직류 전압이 인가된 경우에는, 정상적으로 전류가 흐르기 때문에, 이온 교환체로부터의 이온 성분의 탈리와 이온 교환기에 대한 이온 성분의 흡착이 연속적이고 또한 정상적으로 행해지고, 그 결과, 피처리수 중의 이온 성분을 보다 고도로 저감시킬 수 있게 된다. 특히, 붕소나 실리카 등의 약전해질의 농도를 비약적으로 저감시킬 수 있게 된다. 또한, 전기식 탈이온 스택 내에서의 이온 성분의 체류가 쉽게 일어나지 않기 때문에, 이온 성분을 농축수 중에 신속하게 배출할 수 있으므로, 이온 성분의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.On the other hand, when a DC voltage with a small voltage ripple is applied, since current flows normally, desorption of ionic components from the ion exchanger and adsorption of ionic components to the ion exchanger are continuously and normally performed. The ionic component in the treated water can be further reduced. In particular, it is possible to drastically reduce the concentration of weak electrolytes such as boron and silica. Further, since the retention of ionic components in the electric deionization stack does not easily occur, the ionic components can be quickly discharged into the concentrated water, thereby improving the removal efficiency of the ionic components.
본 발명의 전기식 탈이온 장치(11)에 있어서, 전원 장치(113)가 AC-DC 변환기인 경우, 전원 장치(113)에 외부에서 전력을 공급하는 방식은 예를 들면, 3상 3선식이어도 되고, 단상 3선식이어도 된다. 어떤 경우여도, 이온 성분의 제거 효율 향상 및 붕소 제거 성능의 향상 효과를 얻을 수 있다. 공급 전압은 통상 100∼240V의 범위이며, 주파수는 50Hz 또는 60Hz 중 어느 것이어도 되고, 이들은 사용하는 전원 장치에 맞추어 선택할 수 있다.In the
한편, 식 (1)에서의 전압의 최대값 Vmax와 최소값 Vmin을 규정하기 위한 기간인 소정의 기간으로는 예를 들면, 전원 장치(113)가 단상 교류 전원으로부터 전력 공급될 경우, 공급되는 교류 전압의 주파수의 교류 주기의 1/2 이상이 바람직하다. 혹은, 예를 들면, 전원 장치(113)가 3상 교류 전원으로부터 전력 공급될 경우, 소정의 기간으로는 공급되는 교류 전압의 주파수의 교류 주기의 1/6 이상이 바람직하다.On the other hand, as a predetermined period that is a period for defining the maximum value Vmax and the minimum value Vmin of the voltage in Equation (1), for example, when the
또한, 본 발명의 전기식 탈이온 장치(11)에 있어서, 붕소나 실리카 등 약전해질을 보다 고도로 제거하는 관점에서, 수회수율은 90∼96％가 바람직하고, 전기식 탈이온 스택(111)에서의 전류 밀도는 500∼3000mA/dm2인 것이 바람직하고, 1500∼2500mA/dm2인 것이 보다 바람직하다.In addition, in the
전원 장치(113)로는 출력하는 직류 전압에서의 전압 리플이 작은 것으로서, 스위칭 방식에 의한 AC-DC 변환기를 사용할 수 있다. 이 스위칭 방식에 의한 AC-DC 변환기의 기본 구성은 1차측 회로와 2차측 회로를 갖는다. 1차측 회로는 다이오드를 조합한 다이오드 브릿지와, 전해 콘덴서와, 스위칭 소자와, 고주파 트랜스를 구비하고, 2차측 회로는 고주파 트랜스와, 다이오드와, 전해 콘덴서를 구비한다. 상기 다이오드 브릿지는 대표적으로는 4개의 다이오드를 조합하여 교류 전압의 마이너스측을 반전시킴으로써 전파를 정류한다.As the
스위칭 방식에 의한 AC-DC 변환기에서는 우선 교류 전원에서 1차측 회로로 공급된 교류 전압이 다이오드 브릿지에 의해 정류된 후, 전해 콘덴서에 의해 평활화되어 직류 전압으로 변환된다. 상기 직류 전압은 스위칭 소자에 의해 고주파 직류 전압으로 변환된 후, 1차측 회로와 2차측 회로의 고주파 트랜스에 의해 2차측 회로로 이송된다. 그리고, 이송된 직류 전압은 2차측 회로의 다이오드와 전해 콘덴서로 정류, 평활화되어 출력된다. 또한 제어 회로를 설치하고, 이 출력 전압이 일정하게 유지되도록 스위칭 소자를 피드백 제어한다. 이 스위칭 방식에 의한 AC-DC 변환기에 의하면, 상기 식 (1)에서의 (Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)로 나타내는 값을 바람직하게는 0.1 이하, 보다 바람직하게는 0.01 이하로 할 수 있다.In the AC-DC converter using the switching method, first, the AC voltage supplied from the AC power source to the primary circuit is rectified by a diode bridge, and then smoothed by an electrolytic capacitor and converted into a DC voltage. The DC voltage is converted into a high-frequency DC voltage by a switching element, and then is transferred to a secondary circuit by a high-frequency transformer of a primary circuit and a secondary circuit. Then, the transferred DC voltage is rectified and smoothed by a diode and an electrolytic capacitor of the secondary circuit, and then output. In addition, a control circuit is installed, and the switching element is feedback-controlled so that this output voltage is kept constant. According to the AC-DC converter using this switching method, the value represented by (Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin) in the above formula (1) can be preferably 0.1 or less, more preferably 0.01 or less.
본 발명에서 사용하는 스위칭 방식에 의한 AC-DC 변환기는 1차측 회로에서 2차측 회로에 대한 에너지의 전달을 스위칭 ON일 때에 행하는 포워드 방식이어도 되고, 스위칭 OFF일 때 행하는 플라이 백 방식이어도 된다. 또한, 1차측 및 2차측의 스위칭 소자나 다이오드, 전해 콘덴서의 수는 각각 하나로 한정되지 않고, 변환 방식에 따라서 2 이상이어도 된다.The AC-DC converter according to the switching method used in the present invention may be a forward method in which energy is transferred from the primary circuit to the secondary circuit when switching is ON, or may be a flyback method performed when the switching is OFF. In addition, the number of switching elements, diodes, and electrolytic capacitors on the primary side and the secondary side is not limited to one, and may be two or more depending on the conversion method.
스위칭 방식에 의한 AC-DC 변환기의 시판품으로는 예를 들면, 키쿠스이 고교사 제조의 PAT-T 시리즈 등을 들 수 있다.As a commercial item of the AC-DC converter using the switching system, the PAT-T series manufactured by Kikusui Kogyo, etc. can be mentioned, for example.
전원 장치(113)로는 스위칭 방식 이외에도 예를 들면, 전파 정류 방식에 의한 AC-DC 변환기가 사용 가능하다. 전파 정류 방식에 의한 AC-DC 변환기의 기본 구성은 다이오드를 조합한 다이오드 브릿지와, 전해 콘덴서를 갖는다. 이 다이오드 브릿지는 대표적으로는 4개의 다이오드를 조합하여 교류 전압의 마이너스측을 반전시킴으로써 전파를 정류한다. 전파 정류 방식에 의한 AC-DC 변환기에서는 교류 전원에서 공급된 교류 전압은 다이오드 브릿지에 의해 정류된 후, 전해 콘덴서에 의해 평활화되어 직류 전압으로서 출력된다. 전파 정류 방식에 의한 AC-DC 변환기에서는 전해 콘덴서의 용량과 부하에 의해 출력되는 직류 전압의 전압 리플이 조정된다. 이 전파 정류 방식에 의한 AC-DC 변환기에 의하면 상기 식 (1)에서의 (Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)로 나타내는 값을, 바람직하게는 0.27 이하, 보다 바람직하게는 0.15 이하로 할 수 있다.In addition to the switching method, an AC-DC converter using, for example, a full-wave rectification method may be used as the
전파 정류 방식에 의한 AC-DC 변환기의 시판품으로는 예를 들면, Evoqua사 제조의 IP-POWER600-G2 등을 들 수 있다.As a commercial item of an AC-DC converter using a full-wave rectification method, for example, IP-POWER600-G2 manufactured by Evoqua, etc. can be mentioned.
전원 장치(113)가 공급하는 직류 전압의 실효값은 사용하는 전기식 탈이온 장치에 따라 상이하지만, 일례로서 전기식 탈이온 스택(110)에 충분한 전류를 흐르게 하기 위해, 100∼150V 정도의 직류 전압을 양극(111)과 음극(112) 사이에 인가하는 것이 바람직하다.The effective value of the DC voltage supplied by the
실시형태의 전기식 탈이온 장치에 사용하는 전원 장치의 특성, 특히 출력하는 직류 전압의 리플의 정도를 평가할 때는 50∼200V의 정전압을 출력시켜서 평가할 수 있고, 예를 들면, 70∼90V의 직류 전압을 출력시켜서 평가하는 것이 바람직하다.When evaluating the characteristics of the power supply device used in the electric deionization apparatus of the embodiment, in particular, the degree of ripple of the DC voltage to be output, it can be evaluated by outputting a constant voltage of 50 to 200 V, for example, a DC voltage of 70 to 90 V. It is preferable to output and evaluate.
이상에서 설명한 실시형태의 전기식 탈이온 장치에 의하면, 전기식 탈이온 장치에서의 붕소 제거 성능 및 이온 성분의 제거 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 장기간 사용에 있어서도 전원 장치의 공급 전압을 안정적으로 유지할 수 있고, 전원 장치에 대한 부하를 저감시킬 수 있다.According to the electric deionization apparatus of the embodiment described above, the boron removal performance and the removal efficiency of ionic components in the electric deionization apparatus can be improved. Further, even in long-term use, the supply voltage of the power supply device can be stably maintained, and the load on the power supply device can be reduced.
[초순수 제조 방법 및 초순수 제조 시스템][Ultra-pure water manufacturing method and ultra-pure water manufacturing system]
실시형태의 초순수 제조 방법은 이하의 구성의 전기식 탈이온 장치를 사용하여, 양극과 음극 사이에 인가되는 직류 전압이 상기 식 (1)을 만족시키는 조건으로 피처리수를 처리하는 공정을 포함한다. 실시형태의 초순수 제조 방법에 있어서 피처리수를 처리하는 조건으로는 양극과 음극 사이에 인가되는 직류 전압에 대해 상기 식 (1)에서의 (Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)로 나타내는 값이, 바람직하게는 0.27 이하, 보다 바람직하게는 0.15 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 이하, 한층 더 바람직하게는 0.01 이하가 되는 조건이다.The ultrapure water production method of the embodiment includes a step of treating the water to be treated under the condition that the DC voltage applied between the positive electrode and the negative electrode satisfies the above formula (1) using an electric deionization apparatus having the following configuration. In the ultrapure water production method of the embodiment, as a condition for treating the water to be treated, a value represented by (Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin) in the above formula (1) with respect to the DC voltage applied between the anode and the cathode is preferable. Preferably, the condition is 0.27 or less, more preferably 0.15 or less, still more preferably 0.1 or less, and even more preferably 0.01 or less.
실시형태의 초순수 제조 방법에 사용하는 전기식 탈이온 장치는 양극과, 음극과, 양극과 음극 사이에 배치되고, 양극에 접하는 양극실과, 음극에 접하는 음극실과, 양극실과 음극실 사이에 교대로 배치된 아니온 교환막 및 카티온 교환막과, 아니온 교환막 및 카티온 교환막 사이에 교대로 형성된 농축실 및 탈염실과, 탈염실 내에 충전된 이온 교환체를 갖는, 전기식 탈이온 스택과, 양극과 음극 사이에 직류 전압을 인가하는 전원 장치를 갖는다. 상기 전기식 탈이온 장치로는 예를 들면, 본 실시형태의 전기식 탈이온 장치를 사용할 수 있다.The electric deionization apparatus used in the ultrapure water production method of the embodiment is disposed between an anode, a cathode, and an anode and a cathode, and is alternately disposed between an anode chamber in contact with the anode, a cathode chamber in contact with the cathode, and between the anode chamber and the cathode chamber. An electric deionization stack having an anion exchange membrane and a cation exchange membrane, a concentration chamber and a desalination chamber alternately formed between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane, and an ion exchanger filled in the desalination chamber, and a direct current between the anode and the cathode It has a power supply to apply voltage. As the electric deionization apparatus, for example, the electric deionization apparatus of the present embodiment can be used.
전기식 탈이온 장치에 의해 처리되는 피처리수는 예를 들면, 원수를 전처리부에 의해 처리하여 얻어진다. 즉, 실시형태의 초순수 제조 방법은 예를 들면, 원수를 전처리부에 의해 처리하여 피처리수를 얻는 공정을 갖고, 얻어진 피처리수를 상기 전기식 탈이온 장치를 사용하여 상기 조건으로 처리하는 공정에 제공해도 된다. 원수로는 수돗물, 우물물, 지하수, 공업용수, 반도체 제조 공장 등에서 사용되고, 회수되어 전처리된 물(회수수）등이 사용된다. 원수는 수돗물, 우물물, 지하수, 공업용수, 회수수 등에서 현탁 물질을 제거하기 위해 이러한 물을 모래 여과 장치, 정밀 여과 장치 등에서 처리한 것이어도 된다. 또한, 원수는 열교환기 등에 의해 온도 조정되어 있어도 된다.The water to be treated to be treated by the electric deionization apparatus is obtained, for example, by treating raw water with a pretreatment unit. That is, the ultrapure water production method of the embodiment includes, for example, a step of treating raw water by a pretreatment unit to obtain water to be treated, and a step of treating the obtained water to be treated under the above conditions using the electric deionization device. You may provide it. Raw water is used in tap water, well water, ground water, industrial water, semiconductor manufacturing plants, etc., and recovered and pretreated water (recovered water) is used, etc. Raw water removes suspended substances from tap water, well water, ground water, industrial water, recovered water, etc. For this purpose, such water may be treated by a sand filtration device, a microfiltration device, etc. Further, the raw water may be temperature-controlled by a heat exchanger or the like.
전처리부는 역침투막 장치여도 되고, 이온 교환 수지 장치와 탈기 장치를 그 순서대로 갖는 구성이어도 되고, 이들을 조합시켜서 구성되어도 된다. 역침투막 장치는 2기의 역침투막 장치를 직렬로 접속하여 구성된 2단 역침투막 장치인 것이 바람직하다. 또한, 원수의 수질에 따라서는 전처리부의 일부 또는 전부는 생략되어도 된다.The pretreatment unit may be a reverse osmosis membrane device, may have an ion exchange resin device and a degassing device in that order, or may be configured by combining them. The reverse osmosis membrane device is preferably a two-stage reverse osmosis membrane device configured by connecting two reverse osmosis membrane devices in series. In addition, some or all of the pretreatment unit may be omitted depending on the quality of the raw water.
실시형태의 초순수 제조 방법은 이하에 설명하는 전처리부와 실시형태의 전기식 탈이온 장치를 구비하는 실시형태의 초순수 제조 시스템을 사용하여 실행되는 것이 바람직하다. 이하에 도 2을 참조하여 실시형태의 초순수 제조 시스템 및 상기 시스템을 사용한 초순수 제조 방법에 대해 설명한다.It is preferable that the ultrapure water production method of the embodiment is carried out using the ultrapure water production system of the embodiment including the pretreatment unit described below and the electric deionization device of the embodiment. Hereinafter, an ultrapure water production system of an embodiment and an ultrapure water production method using the system will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 본 실시형태의 전기식 탈이온 장치(11)를 사용한 초순수 제조 시스템(1)을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 초순수 제조 시스템(1)은 2기의 역침투막 장치(제1 단의 역침투막 장치(RO1)와 제2 단의 역침투막 장치(RO2))를 직렬로 접속하여 구성된 2단 역침투막 장치(12)와, 전기식 탈이온 장치(EDI)(11)를 갖고 있다. 도 2에 나타내는 초순수 제조 시스템(1)에서는 2단 역침투막 장치(12)가 전처리부에 상당한다.2 is a block diagram schematically showing an ultrapure
초순수 제조 시스템(1)을 사용하여 실시형태의 초순수 제조 방법을 행하는 경우, 원수는 2단 역침투막 장치(12)에 공급된다. 2단 역침투막 장치를 구성하는 제1 단 및 제2 단의 역침투막 장치(RO1, RO2)는 각각 원수 중의 염류나 이온성의 유기물, 콜로이드성의 유기물을 제거한다. 제1 단 및 제2 단의 역침투막 장치(RO1, RO2)에 사용하는 역침투막으로는 예를 들면, 삼아세트산 셀룰로오스계 비대칭막이나, 폴리아미드계, 폴리비닐알콜계 또는 폴리술폰계의 복합막 등을 들 수 있다. 막 형상은 시트 평막, 스파이럴막, 관형상막, 중공사막 등이지만, 이들에 한정되지 않는다. 그 중에서도 염류의 제거율이 높은 점에서, 폴리아미드계의 복합막인 것이 바람직하고, 가교 전방향족 폴리아미드계의 복합막인 것이 보다 바람직하다. 막 형상은 스파이럴막인 것이 바람직하다.When the ultrapure water production method of the embodiment is performed using the ultrapure
2단 역침투막 장치(12)를 구성하는 제1 단 및 제2 단의 역침투막 장치(RO1, RO2)의 탈염률(나트륨 이온의 제거율)은 각각 96∼99.8％인 것이 바람직하다. 나트륨 이온의 제거율은 25℃, pH＝7, NaCl 농도 0.2질량％의 급수를 수회수율 15％, 급수 압력 1.5MPa로 역침투막에 통수했을 때의 나트륨 이온의 제거율로서 계측된다.It is preferable that the desalination rate (sodium ion removal rate) of the reverse osmosis membrane devices RO1 and RO2 of the first stage and the second stage constituting the two-stage reverse
2단 역침투막 장치(12)에 있어서, 이온 성분을 효율적으로 제거하는 점에서, 수회수율은 제1 단의 역침투막 장치(RO1)에서는 60∼98％가 바람직하고, 80∼95％가 보다 바람직하다. 제2 단의 역침투막 장치(RO2)에서는 80∼95％가 바람직하고, 85∼95％가 보다 바람직하다. 또한, 제1 단의 역침투막 장치(RO1)의 급수에는 필요에 따라서 스케일 방지제, 제균제, pH 조정제 등이 첨가되어도 된다.In the two-stage reverse
제1 단 및 제2 단의 역침투막 장치(RO1, RO2)는 각각, 초저압형, 저압형, 고압형의 역침투막 장치 중 어느 것이어도 되고, 초순수의 제조 효율면에서 초저압형 또는 저압형의 역침투막 장치인 것이 바람직하다. 또한, 2단 역침투막 장치(12)의 전단에는 원수를 소정의 압력으로 가압하여 2단 역침투막 장치(12)에 공급하는 급수 펌프가 구비되는 것이 바람직하다.The reverse osmosis membrane devices of the first stage and the second stage (RO1, RO2) may be any of an ultra-low pressure type, a low pressure type, and a high pressure type reverse osmosis membrane device, respectively, and in terms of production efficiency of ultrapure water, an ultra-low pressure type or It is preferable that it is a low-pressure type reverse osmosis membrane device. In addition, it is preferable that a feed water pump is provided at the front end of the two-stage reverse
여기서, 초저압형의 역침투막 장치는 운전 압력이 0.4MPa∼0.8MPa이며, 바람직하게는 0.6MPa∼0.7MPa이다. 저압형의 역침투막 장치는 운전 압력이 0.8MPa를 초과하고 2.5MPa 미만이며, 바람직하게는 1MPa∼1.6MPa이다. 고압형의 역침투막 장치는 운전 압력이 2MPa를 초과하고 8MPa 이하이며, 바람직하게는 5MPa를 초과하고 6MPa 이하이다. 또한, 상기 초저압형, 저압형, 고압형의 역침투막 장치의 운전 압력은 각 역침투막 장치의 제조시의 설계 압력(표준 압력)으로 구별할 수 있으나, 실제로는 상기 범위 이외의 압력으로 운전되는 경우도 있다.Here, the ultra-low pressure type reverse osmosis membrane device has an operating pressure of 0.4 MPa to 0.8 MPa, preferably 0.6 MPa to 0.7 MPa. The low-pressure type reverse osmosis membrane device has an operating pressure of more than 0.8 MPa and less than 2.5 MPa, preferably 1 MPa to 1.6 MPa. In the high-pressure type reverse osmosis membrane device, the operating pressure exceeds 2 MPa and is 8 MPa or less, and preferably exceeds 5 MPa and is 6 MPa or less. In addition, the operating pressure of the ultra-low pressure type, low pressure type, and high pressure type reverse osmosis membrane device can be distinguished by the design pressure (standard pressure) at the time of manufacture of each reverse osmosis membrane device, but in reality, the pressure is outside the above range. In some cases, it is driven.
2단 역침투막 장치(12)를 구성하는 제1 단 및 제2 단의 역침투막 장치(RO1, RO2)의 시판품으로는 각각 도레이사 제조의 TM820K-400, TM720-400, TM720D-400, SUL-G20, DOW사 제조의 BW30-400, BW30-400FR, 닛토 덴코사 제조의 CPA5, CPA5-LD 등을 사용할 수 있다.Commercial products of the reverse osmosis membrane devices RO1 and RO2 of the first stage and the second stage constituting the two-stage reverse
전기식 탈이온 장치(11)는 상기한 실시형태의 전기식 탈이온 장치가 사용된다. 2단 역침투막 장치(12)의 투과수가 피처리수로서 전기식 탈이온 장치(11)에 공급되어, 여기에서 이온 교환 처리되어 투과수가 생성된다. 이 투과수가 초순수로서 초순수의 사용 장소(POU)(13)에 공급된다.As the
전기식 탈이온 장치(11)를 거친 투과수의 수질은 붕소 농도가 예를 들면, 1μg/L(as B) 이하, 바람직하게는 0.2μg/L(as B) 이하, 보다 바람직하게는 0.1μg/L(as B) 이하, 비저항(저항율)이 17.5MΩ·cm 이상을 얻을 수 있다. 붕소 농도는 예를 들면, 센트럴 가가쿠(주) 판매, SIEVERS 온라인 붕소 분석계, 혹은 초순수를 샘플링하여 ICP-MS(유도 결합 플라즈마 질량 분석계) 등으로 측정할 수 있다. 전기 탈이온 장치(11)는 1대를 1단으로 사용해도 되고, 2대 이상을 직렬로 접속하여 복수단으로서 사용해도 된다. 특히, 전기 탈이온 장치(11)를 10대 이상, 추가로 50대 이상 설치하면, 전압 리플에 의한 전원 장치의 결함이 생기기 쉽기 때문에 본 발명의 커다란 효과를 얻기 쉽다.The water quality of the permeated water that has passed through the
또한, 초순수 제조 시스템(1)은 2단 역침투막 장치(12)와 전기식 탈이온 장치(11) 사이에, 탈기 장치를 구비하고 있어도 된다. 이로 인해, 수중의 탄산 가스가 고도로 제거되므로, 전기식 탈이온 장치(11)에서의 스케일의 생성을 억제하고, 이온 성분 제거 효율을 향상시킬 수 있다. 탈기 장치로는 예를 들면, 탈기막 장치를 사용할 수 있다. 탈기막 장치는 기체 투과성 막의 1차측에 액체, 이 경우는 2단 역침투막 장치의 투과수를 통수하면서 막의 2차측을 필요에 따라 감압함으로써 액체 중의 용존 기체만을 2차 측으로 이행시켜서 제거하는 장치이다.Further, the ultrapure
또한, 초순수 제조 시스템(1)은 2단 역침투막 장치(12)의 제2 단의 역침투막 장치(RO2)를 대신하여, 경도 성분을 제거하는 이온 교환 수지 장치를 구비하고 있어도 된다. 이로 인해 전기식 탈이온 장치(11)에서의 스케일의 생성을 억제하고, 이온 성분 제거 효율을 향상시킬 수 있다. 경도 성분을 제거하는 이온 교환 수지 장치로는 염형(鹽型)의 강산성 카티온 교환 수지를 사용한 이온 교환 수지 장치 등을 사용할 수 있다.Further, the ultrapure
또한, 초순수 제조 시스템(1)은 2단 역침투막 장치(12)를 대신하여 이온 교환 수지 장치와 탈기 장치를 그 순서대로 갖는 구성이어도 된다. 이온 교환 수지 장치 및 탈기 장치는 상기와 동일한 것을 사용할 수 있다. 또한, 초순수 제조 시스템(1)의 후단에 자외선 조사 장치, 비재생형 이온 교환 수지 장치, 탈기 장치, 한외 여과 장치 등을 조합한 2차 순수 장치를 설치하는 것도 가능하다.In addition, the ultrapure
이상 설명한 실시형태의 초순수 제조 방법 및 초순수 제조 시스템에 의하면, 전기식 탈이온 장치에서의 붕소 제거 성능 및 이온 성분의 제거 효율을 향상시킴으로써, 붕소 농도가 현저하게 저감된 초순수를 효율적으로 얻을 수 있다.According to the ultrapure water production method and ultrapure water production system of the embodiment described above, by improving the boron removal performance and the removal efficiency of ionic components in the electric deionization apparatus, it is possible to efficiently obtain ultrapure water having a remarkably reduced boron concentration.
(실시예)(Example)
이어서, 실시예에 대해 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예로 한정되지 않는다.Next, examples will be described. The present invention is not limited to the following examples.
(실시예 1)(Example 1)
이하에 나타내는 사양의 2단 역침투막 장치, 탈기막 장치 및 전기식 탈이온 장치를 그 순서대로 갖는 초순수 제조 시스템(A)를 제작하였다.An ultrapure water production system (A) having, in that order, a two-stage reverse osmosis membrane device, a degassing membrane device, and an electric deionization device having the specifications shown below was produced.
2단 역침투막 장치:Two-stage reverse osmosis membrane device:
제1 단의 역침투막 장치(도레이 주식회사 제조, TM820K-400, 급수 압력은 2.5MPa(표준 운전 압력의 범위), 수회수율 80％),Reverse osmosis membrane device of the first stage (manufactured by Toray Corporation, TM820K-400, water supply pressure is 2.5 MPa (range of standard operating pressure),
제2 단의 역침투막 장치(도레이 주식회사 제조, SUL-G20, 급수 압력은 0.5MPa(표준 운전 압력의 범위), 수회수율 90％)Reverse osmosis membrane device in the second stage (manufactured by Toray Corporation, SUL-G20, water supply pressure is 0.5 MPa (range of standard operating pressure), water recovery rate 90%)
탈기막 장치(폴리 포어사 제조, X40)Degassing membrane device (manufactured by Polypore, X40)
전기식 탈이온 장치(양극, 음극이 부착된 전기식 탈이온 스택으로서 Evoqua사 제조 VNX50, 전원 장치로서 키쿠스이 고교사 제조, PAT-650-12.3, 스위칭 방식에 의한 AC-DC 변환기(후술하는 방법으로 측정된 (Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)은 0이다)를 조합하여 사용하였다).Electric deionization device (electric deionization stack with positive and negative electrodes, VNX50 manufactured by Evoqua, as a power supply device manufactured by Kikusui Kogyo, PAT-650-12.3, AC-DC converter by switching method (measured by the method described later) (Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin) is 0) was used in combination).
초순수 제조 시스템(A)를 사용하여 원수(수돗물)을 이하와 같이 처리하여 초순수를 제조하였다. 즉, 원수를 2단 역침투막 장치에서 처리한 후, 탱크에 저류하고, 탱크 내의 2단 역침투막 처리수를 탈기막 장치에 공급하여, 탈기막 장치의 처리수를 피처리수로서 전기식 탈이온 장치에 공급하고, 전기식 탈이온 장치의 투과수를 초순수로서 얻었다. 얻어진 초순수의 붕소 농도는 0.03∼0.04μg/L(as B), 저항율은 18.1∼18.2MΩ·cm였다. 붕소 농도는 샘플수를 유도 결합 플라즈마 질량 분석(ICP-MS) 장치에 의해, 저항율은 HORIBA사 제조, HE-960RW로 측정하였다. 또한, 초순수 제조 시스템(A)를 17일간 가동시켜 성능을 평가하였다.Using the ultrapure water production system (A), raw water (tap water) was treated as follows to prepare ultrapure water. In other words, after the raw water is treated in a two-stage reverse osmosis membrane device, it is stored in a tank, and the two-stage reverse osmosis membrane-treated water in the tank is supplied to the degassing membrane device, and the treated water of the degassing membrane device is electrically desorbed as target water. It was supplied to an ion apparatus, and permeated water of an electric deionization apparatus was obtained as ultrapure water. The boron concentration of the obtained ultrapure water was 0.03 to 0.04 μg/L (as B), and the resistivity was 18.1 to 18.2 MΩ·cm. The boron concentration was measured by measuring the number of samples by an inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) device, and the resistivity by using HE-960RW, manufactured by HORIBA. In addition, the ultrapure water production system (A) was operated for 17 days to evaluate its performance.
한편, 측정 기간을 통해 전기식 탈이온 장치에 공급되는 피처리수 수질은 도전율이 0.5∼2.9μS/㎝, 붕소 농도가 9.4∼11ppb(약 9.4∼11μg/L)(as B)였다. 전기식 탈이온 장치에서의 수회수율은 95∼97％, 전류가 10A가 되는 직류 전압을 인가하였다. 본 예에 있어서, 전기식 탈이온 장치에서의 전류 밀도는 2000mA/dm2이다.On the other hand, the quality of the water to be treated supplied to the electric deionization apparatus through the measurement period had a conductivity of 0.5 to 2.9 μS/cm and a boron concentration of 9.4 to 11 ppb (approximately 9.4 to 11 μg/L) (as B). The water recovery rate in the electric deionization apparatus was 95 to 97%, and a DC voltage with a current of 10 A was applied. In this example, the current density in the electric deionization device is 2000 mA/dm 2 .
전기식 탈이온 장치의 투과수 중의 붕소 농도와, 투과수의 저항율, 농축수의 도전율의 시간 경과에 의한 변화를 측정하였다. 전기식 탈이온 장치의 급수 중의 붕소 농도와, 투과수 중의 붕소 농도를 사용하여 전기식 탈이온 장치에서의 붕소의 투과율을 산출하였다. 붕소의 투과율의 시간 경과에 의한 변화를 도 3에, 투과수의 저항율의 시간 경과에 의한 변화를 도 4에, 농축수의 도전율의 시간 경과에 의한 변화를 도 5에 나타낸다.Changes over time in the boron concentration in the permeated water of the electric deionization apparatus, the resistivity of the permeated water, and the conductivity of the concentrated water were measured. The boron concentration in the feed water of the electric deionization apparatus and the boron concentration in the permeate water were used to calculate the boron transmittance in the electric deionization apparatus. Fig. 3 shows the change of the transmittance of boron with the passage of time, Fig. 3 shows the change of the resistivity of the permeate with the passage of time, and Fig. 5 shows the change of the conductivity of the concentrated water with the passage of time.
(실시예 2)(Example 2)
실시예 1에 있어서, 전기식 탈이온 장치의 전원 장치를 Evoqua사 제조의 IP-POWER600-G2(전파 정류 방식에 의한 AC-DC 변환기(후술하는 방법으로 측정된 (Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)은 0.27이다))로 변경한 것 이외에는 동일하게 하여 초순수 제조 시스템(B)를 제작하였다. 초순수 제조 시스템(B)를 사용하여, 실시예 1과 동일하게 수처리를 행하고, 전기식 탈이온 장치의 투과수를 초순수로서 얻었다. 얻어진 초순수의 붕소 농도는 0.08∼0.09μg/L(as B), 저항율은 18.1∼18.2MΩ·cm였다. 또한, 초순수 제조 시스템(B)를 17일간 가동시키고, 성능을 평가하였다.In Example 1, the power supply of the electric deionization device was IP-POWER600-G2 manufactured by Evoqua (AC-DC converter by the full-wave rectification method ((Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin) measured by the method described later) 0.27)), except for changing to, was carried out in the same manner to prepare an ultrapure water production system (B). Using the ultrapure water production system (B), water treatment was performed in the same manner as in Example 1, and the permeated water of the electric deionization apparatus was obtained as ultrapure water. The boron concentration of the obtained ultrapure water was 0.08 to 0.09 μg/L (as B), and the resistivity was 18.1 to 18.2 MΩ·cm. Further, the ultrapure water production system (B) was operated for 17 days, and the performance was evaluated.
전기식 탈이온 장치의 급수 중 및 투과수 중의 붕소 농도와, 저항율, 농축수의 도전율의 시간 경과에 의한 변화를 측정하고, 전기식 탈이온 장치에서의 붕소의 투과율을 산출하였다. 붕소의 투과율의 시간 경과에 의한 변화를 도 3에, 투과수의 저항율의 시간 경과에 의한 변화를 도 4에, 농축수의 도전율의 시간 경과에 의한 변화를 도 5에 각각 실시예 1과 함께 나타낸다.Changes in the boron concentration, resistivity, and conductivity of the concentrated water in the feed water and permeated water of the electric deionization apparatus over time were measured, and the transmittance of boron in the electric deionization apparatus was calculated. Fig. 3 shows the change of the transmittance of boron with the passage of time, Fig. 4 shows the change of the resistivity of the permeate with the passage of time, and Fig. 5 shows the change of the conductivity of the concentrated water with the passage of time. .
(비교예 1)(Comparative Example 1)
실시예 1에 있어서, 전기식 탈이온 장치의 전원 장치를 Evoqua사 제조의 IP-DCR600V15A-R2/M(반파 정류 방식의 AC-DC 변환기(후술하는 방법으로 측정된 (Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)은 0.96이다))로 변경한 것 이외에는 동일하게 하여, 초순수 제조 시스템(C)를 제작하였다. 초순수 제조 시스템(C)를 사용하여 실시예 1과 동일하게 수처리를 행하고, 전기식 탈이온 장치의 투과수를 초순수로서 얻었다. 얻어진 초순수의 붕소 농도는 0.3∼0.4μg/L(as B), 저항율은 18.1∼18.2MΩ·cm였다. 또한, 초순수 제조 시스템(C)를 17일간 가동시키고, 성능을 평가하였다.In Example 1, the power supply of the electric deionization device was IP-DCR600V15A-R2/M manufactured by Evoqua (half-wave rectifying AC-DC converter (measured by the method described later (Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)). Is 0.96)), in the same manner, to prepare an ultrapure water production system (C). Water treatment was performed in the same manner as in Example 1 using an ultrapure water production system (C), and the permeated water of the electric deionization apparatus was obtained as ultrapure water. The boron concentration of the obtained ultrapure water was 0.3 to 0.4 μg/L (as B), and the resistivity was 18.1 to 18.2 MΩ·cm. Further, the ultrapure water production system (C) was operated for 17 days, and the performance was evaluated.
전기식 탈이온 장치의 급수 중 및 투과수 중의 붕소 농도와, 저항율, 농축수의 도전율의 시간 경과에 의한 변화를 측정하고, 전기식 탈이온 장치에서의 붕소의 투과율을 산출하였다. 붕소 농도의 시간 경과에 의한 변화를 도 3에, 투과수의 저항율의 시간 경과에 의한 변화를 도 4에, 농축수의 도전율의 시간 경과에 의한 변화를 각각 실시예 1과 함께 나타낸다.Changes in the boron concentration, resistivity, and conductivity of the concentrated water in the feed water and permeated water of the electric deionization apparatus over time were measured, and the transmittance of boron in the electric deionization apparatus was calculated. The change over time of the boron concentration is shown in FIG. 3, the change over time of the resistivity of permeate water is shown in FIG. 4, and the change over time of the conductivity of the concentrated water is shown together with Example 1, respectively.
또한, 실시예 1, 2 및 비교예 1에서 사용한 전원 장치의 출력 전압의 파형을 도 6∼도 8에 나타낸다. 전원 장치의 출력 전압의 파형은 아날로그 오실로스코프(형식: AD-5132A, 에이·앤드·디사 제조)로 측정하였다. 도 6∼도 8에서 산출되는 각 전원 장치의 (Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)의 값은 다음과 같다.Further, waveforms of the output voltages of the power supply devices used in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 6 to 8. The waveform of the output voltage of the power supply device was measured with an analog oscilloscope (form: AD-5132A, manufactured by A&D). The values of (Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin) of each power supply device calculated in FIGS. 6 to 8 are as follows.
실시예 1: (Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)＝0Example 1: (Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)=0
실시예 2: (Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)＝0.27Example 2: (Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)=0.27
비교예 1: (Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)＝0.96Comparative Example 1: (Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)=0.96
도 4에 나타내는 바와 같이, 투과수의 저항율에서는 실시예, 비교예에서 큰 차는 없다. 이것은 투과수의 저항율에 커다란 영향을 주는 나트륨(Na) 이온 등의 강전해질의 제거에 관해서는, 실시예와 비교예 사이에서 큰 차가 없음을 나타내고 있다. 그러나, 도 3에 나타내는 바와 같이, 실시예에서는 붕소의 투과율이 1％ 이하(즉, 제거율이 99％ 이상)를 얻을 수 있고, 비교예보다도 우수한 붕소 제거율을 실현할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 도 5에서, 실시예는 비교예에 비해 농축수의 전도율의 상승이 빠른, 즉 전기식 탈이온 장치에서의 이온 성분의 제거 속도가 빠른 것도 알 수 있었다. 이것은 동일한 전류 실효값으로, 이온 성분을 효율적으로 제거할 수 있음을 나타내고 있다.As shown in Fig. 4, there is no significant difference in the resistivity of permeate water between the Examples and Comparative Examples. This indicates that there is no significant difference between the Examples and Comparative Examples regarding the removal of strong electrolytes such as sodium (Na) ions, which have a great influence on the resistivity of permeate water. However, as shown in FIG. 3, in the Example, it was found that the boron transmittance of 1% or less (that is, the removal rate is 99% or more) can be obtained, and the boron removal rate superior to that of the comparative example can be realized. In addition, in FIG. 5, it can be seen that the increase in the conductivity of the concentrated water is faster in the embodiment than in the comparative example, that is, the removal rate of ionic components in the electric deionization device is faster. This indicates that the ion component can be efficiently removed with the same effective current value.
(실시예 4)(Example 4)
실시예 1과 동일한 기본 구성의 초순수 제조 시스템을 초순수의 제조 유량을 1000㎥/h로 2년간 연속 운전하였다. 초순수 제조 시스템에 배치된 전기식 탈이온 장치는 양극, 음극이 부착된 전기식 탈이온 스택(Evoqua사 제조, VNX50) 100대와, 전원 장치(키쿠스이 고교사 제조, PAT-650-12) 100대를 병렬로 배치하여 구성하였다. 2단 역침투막 장치 및 탈기막 장치는 각각 전기식 탈이온 장치에 공급하는 피처리수의 양에 맞추어 대수를 늘려 배치하였다. 본 예에서는 2년간, 전원 장치의 결함이 없이 초순수를 제조할 수 있었다.The ultrapure water production system having the same basic configuration as in Example 1 was operated continuously for 2 years at a production flow rate of 1000m3/h of ultrapure water. The electric deionizer installed in the ultrapure water production system includes 100 electric deionization stacks (Evoqua, VNX50) with positive and negative electrodes attached, and 100 power supplies (Kikusui Kogyo, PAT-650-12). It was configured by placing it in parallel. The two-stage reverse osmosis membrane device and the degassing membrane device were arranged in increasing numbers according to the amount of water to be treated supplied to the electric deionization device, respectively. In this example, for two years, ultrapure water could be produced without any defects in the power supply.
(실시예 5)(Example 5)
실시예 4에 있어서, 전원 장치를 Evoqua사 제조의 IP-POWER600-G2로 바꾼 것 이외에는 실시예 4와 동일한 조건으로 연속 운전을 행하였다. 본 예에서는 초순수를 제조하는 동안에 전원 장치로부터의 공급 전압이 불안정해져, 여러 번 전원 장치를 교환할 수 밖에 없었다. 교환 대수(합계)는 5대였다.In Example 4, continuous operation was carried out under the same conditions as in Example 4 except that the power supply device was changed to IP-POWER600-G2 manufactured by Evoqua. In this example, during the production of ultrapure water, the supply voltage from the power supply device becomes unstable, and the power supply device has to be replaced several times. The number of exchange units (total) was 5 units.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
실시예 4의 전원 장치를 Evoqua사 제조의 IP-DCR600V15A-R2/M으로 바꾼 것 이외에는 실시예 4와 동일한 방법으로 연속 운전을 행하였다. 본 예에서는 초순수를 제조하는 동안에 전원 장치로부터의 공급 전압이 불안정해져, 여러 번 전원 장치를 교환할 수 밖에 없었다. 교환 대수(합계)는 22대였다. 이들의 결과를 표 1에 정리하여 나타낸다.Continuous operation was carried out in the same manner as in Example 4 except that the power supply device of Example 4 was changed to IP-DCR600V15A-R2/M manufactured by Evoqua. In this example, during the production of ultrapure water, the supply voltage from the power supply device becomes unstable, and the power supply device has to be replaced several times. The number of exchange units (total) was 22. These results are put together in Table 1 and shown.
표 1의 결과에서, 실시예 4, 5에 나타내는 바와 같이 전압 리플이 작은 전원 장치를 사용함으로써, 전원 장치로부터의 전압 공급이 장시간 안정적으로 유지되고, 초순수를 장기간 안전하게 제조할 수 있음을 알 수 있었다.From the results of Table 1, it was found that by using a power supply device having a small voltage ripple as shown in Examples 4 and 5, the voltage supply from the power supply device is stably maintained for a long time, and ultrapure water can be safely manufactured for a long time. .
또한, 전원 장치의 고장의 원인은 반드시 명확하지는 않지만, 복수대의 전원 장치를 사용하는 것에 의한, 전원 장치끼리의 간섭, 혹은 전압 리플에 의해 공급 전압이나 공급 전류의 주기적인 증감이 생기고, 이로 인해 전자파가 발생한 것의 영향이 아닐까라고 추측하고 있다. 또한, 붕소나 실리카 등의 약전해질의 높은 제거율을 얻기 위해서는 다른 이온을 탈염하는 경우와 비교하여 높은 전류를 흐르게 할 필요가 있고, 그 때문에 고전압으로 운전하게 되므로, 전원 장치에 대한 부담이 커지는 것도 영향을 주고 있다고 생각된다.In addition, although the cause of the failure of the power supply is not necessarily clear, the supply voltage or supply current may be periodically increased or decreased due to interference between power supply units or voltage ripple due to the use of a plurality of power supply units. It is speculated that it might be the effect of what happened In addition, in order to obtain a high removal rate of weak electrolytes such as boron or silica, it is necessary to flow a high current compared to the case of desalting other ions. Therefore, since the operation is performed at a high voltage, the burden on the power supply is increased. I think it is giving.
이상의 점에서, 실시예의 전기식 탈이온 장치 및 이것을 사용한 초순수 제조 시스템에 의하면, 붕소 제거 성능 및 이온 성분의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.From the above point of view, according to the electric deionization apparatus of the embodiment and the ultrapure water production system using the same, it is possible to improve the boron removal performance and the removal efficiency of ionic components.
1: 초순수 제조 시스템
11: 전기식 탈이온 장치
11a: 아니온 교환막
11c: 카티온 교환막
12: 2단 역침투막 장치
110: 전기식 탈이온 스택
11: 전기식 탈이온 장치
111: 양극
112: 음극
113: 전원 장치
114: 탈염실
115a: 양극실
115b: 음극실
116: 농축실1: Ultrapure water production system
11: Electric deionization device
11a: anion exchange membrane
11c: Cation Exchange Membrane
12: 2-stage reverse osmosis membrane device
110: electric deionization stack
11: Electric deionization device
111: anode
112: cathode
113: power supply
114: desalting room
115a: anode chamber
115b: cathode chamber
116: concentration chamber
Claims (15)
음극과,
상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되고, 상기 양극에 접하는 양극실과, 상기 음극에 접하는 음극실과, 상기 양극실과 상기 음극실 사이에 교대로 배치된 아니온 교환막 및 카티온 교환막과, 상기 아니온 교환막 및 상기 카티온 교환막 사이에 교대로 형성된 농축실 및 탈염실과, 상기 탈염실 내에 충전된 이온 교환체를 갖는 전기식 탈이온 스택과,
상기 양극과 상기 음극 사이에 직류 전압을 인가하는 전원 장치를 갖는 전기식 탈이온 장치로서,
상기 직류 전압이 소정 기간의 최대 전압을 Vmax, 최소 전압을 Vmin이라고 했을 때에, 하기 관계식 (1)을 만족시키는, 전기식 탈이온 장치.
(Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)≤0.3 …(1)With the anode,
With the cathode,
An anion exchange membrane and a cation exchange membrane alternately disposed between the anode and the cathode, an anode chamber in contact with the anode, a cathode chamber in contact with the cathode, an anion exchange membrane and a cation exchange membrane alternately disposed between the anode chamber and the cathode chamber, the anion exchange membrane, and An electric deionization stack having a concentration chamber and a desalination chamber alternately formed between the cation exchange membranes, and an ion exchanger filled in the desalination chamber,
An electric deionization apparatus having a power supply for applying a DC voltage between the positive electrode and the negative electrode,
The electric deionization apparatus, wherein the DC voltage satisfies the following relational expression (1) when the maximum voltage for a predetermined period is Vmax and the minimum voltage is Vmin.
(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)≤0.3... (One)
상기 전기식 탈이온 스택은 상기 농축실 내, 상기 양극실 내 및 상기 음극실 내에 충전된 이온 교환체 또는 전기 도전체를 갖는, 전기식 탈이온 장치.The method of claim 1,
The electric deionization stack has an ion exchanger or an electric conductor charged in the concentration chamber, the anode chamber, and the cathode chamber.
상기 전원 장치는 상기 전원 장치에 공급된 교류 전압을 상기 직류 전압으로 변환하여 출력하는 변환기인, 전기식 탈이온 장치.The method according to claim 1 or 2,
The power supply device is a converter that converts the AC voltage supplied to the power supply device to the DC voltage and outputs the converted AC voltage.
상기 소정의 기간은 상기 교류 전압의 교류 주기의 1/2 이상인, 전기식 탈이온 장치.The method of claim 3,
The predetermined period of time is equal to or greater than 1/2 of an alternating current period of the alternating voltage.
상기 변환기는 전파 정류 방식으로 교류 전압을 상기 직류 전압으로 변환하는 전파 정류식 변환기 또는 스위칭 방식으로 교류 전압을 상기 직류 전압으로 변환하는 스위칭식 변환기인, 전기식 탈이온 장치.The method according to claim 3 or 4,
The converter is a full-wave rectification converter for converting an AC voltage into the DC voltage by a full-wave rectification method or a switching converter for converting an AC voltage to the DC voltage by a switching method, the electric deionization device.
상기 역침투막 장치는 2기의 역침투막 장치를 직렬로 접속하여 구성된 2단 역침투막 장치인, 초순수 제조 시스템.The method of claim 6,
The reverse osmosis membrane device is a two-stage reverse osmosis membrane device configured by connecting two reverse osmosis membrane devices in series, an ultrapure water production system.
상기 전기식 탈이온 장치의 투과수 중의 붕소 농도가 1μg/Ｌ 이하(as B)인, 초순수 제조 시스템.The method according to any one of claims 6 to 8,
A system for producing ultrapure water, wherein the boron concentration in the permeated water of the electric deionization device is 1 μg/L or less (as B).
상기 전기식 탈이온 장치는 양극과, 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되고, 상기 양극에 접하는 양극실과, 상기 음극에 접하는 음극실과, 상기 양극실과 상기 음극실 사이에 교대로 배치된 아니온 교환막 및 카티온 교환막과, 상기 아니온 교환막 및 상기 카티온 교환막 사이에 교대로 형성된 농축실 및 탈염실과, 상기 탈염실 내에 충전된 이온 교환체를 갖는, 전기식 탈이온 스택과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 직류 전압을 인가하는 전원 장치를 갖고,
상기 직류 전압이 소정 기간의 최대 전압을 Vmax, 최소 전압을 Vmin이라고 했을 때에, 하기 관계식 (1)을 만족시키는 조건으로, 상기 피처리수를 처리하는, 초순수 제조 방법.
(Vmax－Vmin)/(Vmax＋Vmin)≤0.3 …(1)As a method for producing ultrapure water comprising a step of treating water to be treated in an electric deionization device,
The electric deionization device includes an anode, a cathode, an anion disposed between the anode and the cathode, an anode chamber in contact with the anode, a cathode chamber in contact with the cathode, and an anion alternately disposed between the anode chamber and the cathode chamber. An electric deionization stack having an exchange membrane and a cation exchange membrane, a concentration chamber and a desalination chamber alternately formed between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane, and an ion exchanger filled in the desalination chamber, and the anode and the cathode It has a power supply that applies a DC voltage between
An ultrapure water production method wherein the DC voltage treats the water to be treated under conditions satisfying the following relational expression (1) when the maximum voltage for a predetermined period is Vmax and the minimum voltage is Vmin.
(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)≤0.3... (One)
상기 상기 탈이온 스택은 상기 농축실 내, 상기 양극실 내 및 상기 음극실 내에 충전된 이온 교환체 또는 전기 도전체를 갖는, 초순수 제조 방법.The method of claim 10,
The deionization stack has an ion exchanger or an electric conductor filled in the concentration chamber, the anode chamber, and the cathode chamber.
추가로, 원수를 역침투막 장치에 의해 처리하여 상기 피처리수를 얻는 공정을 갖는, 초순수 제조 방법.The method of claim 10 or 11,
Further, the method for producing ultrapure water, comprising a step of treating raw water with a reverse osmosis membrane device to obtain the water to be treated.
상기 역침투막 장치는 2기의 역침투막 장치를 직렬로 접속하여 구성된 2단 역침투막 장치인, 초순수 제조 방법.The method of claim 12,
The reverse osmosis membrane device is a two-stage reverse osmosis membrane device configured by connecting two reverse osmosis membrane devices in series, a method for producing ultrapure water.
추가로, 원수를 이온 교환 수지 장치와, 탈기 장치에 의해 처리하여 상기 피처리수를 얻는 공정을 갖는, 초순수 제조 방법.The method of claim 10 or 11,
Further, an ultrapure water production method comprising a step of treating raw water with an ion exchange resin device and a degassing device to obtain the water to be treated.
상기 전기식 탈이온 장치에서 처리된 처리수는 붕소 농도가 1μg/Ｌ 이하(as B)인, 초순수 제조 방법.The method according to any one of claims 10 to 14,
The treated water treated in the electric deionization apparatus has a boron concentration of 1 μg/L or less (as B).
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