KR20140051991A - 탈이온수의 개선된 회수를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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유니레버 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 (i) 급수 스트림을 축전식 탈이온화 셀에 전달하는 단계; (ii) 축전식 탈이온화 셀로부터 배출된 물의 염 농도를 측정하는 단계; 및 (iii) 염 농도가 예정된 하한 설정점보다 낮을 경우에는 셀에서 배출된 물을 수집하여 정제수를 생성하거나, 또는 염 농도가 예정된 상한 설정점보다 더 높을 경우에는 셀로부터 배출된 물을 제외시키는 단계를 포함하며, 셀로부터 배출된 물의 염 농도가 하한 설정점과 상한 설정점 사이에 있을 경우에는 셀로부터 배출된 물을 급수 스트림과 함께 재순환시키는 것인, 급수 스트림으로부터의 탈이온수의 개선된 회수 방법에 관한 것이다. 이러한 방법에 의하여 축전식 탈이온화 중에 생성된 폐수는 재순환되어, 물의 총 회수를 개선시킬 뿐 아니라 축전식 탈이온화 셀의 전극의 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

탈이온수의 개선된 회수를 위한 장치 및 방법 {A DEVICE AND PROCESS FOR IMPROVED RECOVERY OF DEIONISED WATER}
본 발명은 용해된 염을 물로부터 제거하기 위한 축전식 탈이온화(capacitive deionization) 방법을 사용하여 정제된 탈이온수의 개선된 회수를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
전세계 다수의 인구는 극심한 음용수 부족 국가에서 살고 있다. 이러한 사람들의 대다수는 도시 음용수 처리장이 있더라도 매우 적은 시골 및 오지에 살고 있다. 사람들은 우물, 호수 및 강과 같은 지하수 공급처에 직접 의존하여야만 한다.
이들 공급처로부터의 물은 음용에는 부적절한 물이 되는 500 내지 3000 ppm 정도의 높은 비율의 용해된 염을 함유할 수 있다. 염 농도가 500 내지 1500 ppm 정도인 물은 맛이 좋지 않으며, 염 농도가 1500 ppm을 넘는 물은 일반적으로 '담함수'로 지칭하며, 이는 비교적 불쾌하다. 50 내지 300 ppm인 염 농도는 맛이 좋으며, 이는 일반적으로 모두 우수한 음용수로서 인정된다.
축전식 탈이온화는 염의 제거에 유용한 기술이다. 이러한 기술에서, 염을 함유하는 물은 한쌍의 반대로 하전된 전극을 통하여 흐르도록 하여 이온이 전극의 표면에 전기흡착되어 처리수 중의 염을 제거한다. 이러한 기술은 상당히 낮은 에너지 소비 및 매우 높은 회수율로 물로부터 염분을 효과적으로 제거하는 것으로 나타났다.
US6127474 A (안델만(Andelman), 2000), US7110242 B (씨 앤 티 컴파니(C and T Company), 2006), US6022436 A (코슬로 테크놀로지즈 코포레이션(Koslow Technologies Corporation), 2000), US2005/0042513 A1 (쿠란(Curran) 등) 및 US2006/0114643 A1 (맥스웰 테크놀로지즈 인코포레이티드(Maxwell Technologies Inc.))에는 축전식 탈이온화 기술에 사용하기 위한 전극 조성이 개시되어 있으며, 이들은 다양한 비율로 그리고 다양한 입자 크기를 갖는 전도성 카본 블랙 및 피브릴화 중합체 등의 결합제와 함께 활성탄을 갖는 조성물이 개시되어 있다.
WO09077276 A1 (유니레버(Unilever), 2009)에는 용해된 염을 물로부터 제거하기 위한 축전식 탈이온화를 위한 전극 조성 및 이의 제조 방법 및 수 정제 장치에서의 이들 시스템의 사용이 개시되어 있다. 이는 활성탄, 열가소성 중합체 결합제 및 전도성 카본 블랙을 포함하는 물의 축전식 탈이온화를 위한 전극이 개시되어 있다.
축전식 탈이온화 공정 중에, 급수의 일부분은 낮은 농도의 전체 용해된 염과 함께 음용에 적절한 순수한 물로서 수집되며, 급수의 나머지 부분은 염 농도가 상기 언급된 농도보다 높아서 폐수로 폐기된다. 그래서, 이러한 공정에서의 순수한 물의 회수율은 낮다.
정전형 이온화기의 회수율을 개선시키고자 하는 시도가 이루어져 왔다.
유체를 탈이온화 또는 탈오염화시키기 위한 유통 캐패시터가 기재되어 있는 US2002167782 A1 (안델만, 2002)에서 그러한 시도가 이루어져 왔다. 이 출원은 하전 차단체, 즉 투과성 또는 반투과성이며 그리고, 이러한 하전 차단체가 공극 부피 이온의 흡착 및 방출에 의하여 야기되는 공극 부피 손실에 대하여 보상하도록 전극에 이웃하게 배치된 전기 하전을 보유하는 능력을 갖는 층을 개시한다. 이는 개선된 이온 및 에너지 효율을 갖는 캐패시터를 제공한다. 그러나, 이 출원에서는 폐수 스트림의 회수 또는 재순환을 위한 시스템은 개시되어 있지 않다.
US2007/0284313 A1 (리(Lee) 등)은 전기흡착을 사용한 수 정제 시스템이 개시되어 있다. 이 출원은 탈염 효율을 향상시킬 수 있으며, 전극에 부착되는 공기 또는 기체의 효율적인 제거에 의하여 전력 소비를 최소로 하는 잠수형 전기흡착에 기초한 수 정제 장치 및 방법을 교시한다. 이 출원은 직렬 또는 평행 배열로 정렬되고 그리고 유입 물 저장/정제 수조에서 잠수되는 전기흡착계 반응기 중 하나 이상을 갖는 장치가 기새되어 있다. 이 출원은 재생 사이클 중에 유입 물로 재생 용액의 일부를 재순환하는 것이 교시되어 있다. 이러한 시스템은 단지 재생 용액을 순환시키므로, 이는 어떠한 방식으로도 전극의 효율을 진정으로 개선시키지 않을 것이다.
놀랍게도, 축전식 탈이온화에 의한 물의 정제 중에 생성된 폐수를 재순환시켜 총 회수율을 개선시키고 그리고 축전식 탈이온화 셀의 전극의 수명을 향상시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.
그래서, 본 발명은 급수 스트림으로부터 탈이온수의 회수를 개선시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 급수 스트림으로부터의 탈이온수의 개선된 회수를 위한 장치를 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다.
본 발명은 축전식 탈이온화 셀의 전극의 수명을 향상시키는 것을 또다른 목적으로 한다.
본 발명은 물의 폐기를 감소시키는 것을 추가의 목적으로 한다.
따라서, 제1 측면에서,
(i) 급수 스트림을 축전식 탈이온화 셀에 전달하는 단계;
(ii) 축전식 탈이온화 셀로부터 배출된 물의 염 농도를 측정하는 단계; 및
(iii) 염 농도가 예정된 하한 설정점보다 낮을 경우에는 셀에서 배출된 물을 수집하여 정제수를 생성하거나, 또는 염 농도가 예정된 상한 설정점보다 더 높을 경우에는 셀로부터 배출된 물을 제외시키는 단계
를 포함하며, 셀로부터 배출된 물의 염 농도가 하한 설정점과 상한 설정점 사이에 있을 경우에는 셀로부터 배출된 물을 급수 스트림과 함께 재순환시키는 것인, 급수 스트림으로부터의 탈이온수의 개선된 회수 방법이 개시되어 있다.
제2의 측면에 의하면,
(i) 급수 스트림을 축전식 탈이온화 셀에 투입하는 수단;
(ii) 셀의 양전위, 음전위 및 단락의 사전-프로그래밍된 시간 사이클을 적용할 수 있는 전원;
(iii) 셀로부터 배출되는 물의 염 농도를 측정하기 위한 계측기;
(iv) 계측기의 하류에 있는 솔레노이드 밸브; 및
(v) 전자 프로세서
를 포함하며,
상기 밸브는 사방(four way) 밸브이고, 전자 프로세서는 상기 계측기로부터 셀로부터 배출되는 물의 염 농도 값을 수신하여, 염 농도가 예정된 하한 설정점보다 낮을 경우에는 정제수를 수집하기 위한 제1 스트림, 염 농도가 예정된 상한 설정점보다 높을 경우에는 물을 제외시키기 위한 제2 스트림, 및 염 농도가 상기 하한 설정점과 상기 상한 설정점 사이에 있을 경우에는 물을 투입 급수 스트림으로 다시 재순환시키기 위한 제3 스트림의 3개 스트림 중 하나로 물을 분리시키도록 밸브를 작동시키는 것으로 프로그래밍된 것을 특징으로 하는,
급수 스트림으로부터의 탈이온수의 개선된 회수를 위한 장치가 개시되어 있다.
이들 및 기타 측면, 특징 및 잇점은 하기 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위를 숙독하면 당업자에게 자명할 것이다. 용어 "포함하는"은 "포괄하다"를 의미하는 것으로 의도되나, 반드시 "로 이루어진" 또는 "로 구성된"인 것은 아니다. 환언하면, 제시된 단계 또는 선택사항은 배타적일 필요가 없다. 하기 상세한 설명에 제시된 실시예/도면은 본 발명을 명백하게 나타내기 위한 것이며, 본 발명을 이들 실시예 그 자체로 한정하고자 하는 것이 아닌 점에 유의한다.
도 1은 본 발명에 의한 재순환 축전식 탈이온화 셀에 기초한 수 탈이온화 시스템의 블록 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 의한 사방 솔레노이드 밸브의 개략도를 도시한다.
발명의 상세한 설명
수 탈이온화 방법
본 발명은 급수 스트림을 축전식 탈이온화 셀에 전달하는 단계; 축전식 탈이온화 셀로부터 배출되는 물의 염 농도를 측정하고, 정제수를 생성하거나 또는 물을 제외시키거나 또는 축전식 탈이온화 셀로부터 배출된 물을 재순환시키는 단계를 포함하는, 급수 스트림의 탈이온화 방법이 제공된다.
수 탈이온화 장치
(i) 급수 스트림을 축전식 탈이온화 셀에 투입하는 수단;
(ii) 셀의 양전위, 음전위 및 단락의 사전-프로그래밍된 시간 사이클을 적용할 수 있는 전원;
(iii) 셀로부터 배출되는 물의 염 농도를 측정하기 위한 계측기;
(iv) 계측기의 하류에 있는 솔레노이드 밸브; 및
(v) 전자 프로세서
를 포함하며,
상기 밸브는 사방 밸브이고, 전자 프로세서는 상기 계측기로부터 셀로부터 배출되는 물의 염 농도 값을 수신하여, 염 농도가 예정된 하한 설정점보다 낮을 경우에는 정제수를 수집하기 위한 제1 스트림, 염 농도가 예정된 상한 설정점보다 높을 경우에는 물을 제외시키기 위한 제2 스트림, 및 염 농도가 상기 하한 설정점과 상기 상한 설정점 사이에 있을 경우에는 물을 투입 급수 스트림으로 다시 재순환시키기 위한 제3 스트림의 3개 스트림 중 하나로 물을 분리시키도록 밸브를 작동시키는 것으로 프로그래밍된 것을 특징으로 하는,
급수 스트림으로부터의 탈이온수의 개선된 회수를 위한 장치가 개시된다.
급수의 투입 수단
본 발명에 따른 장치는 급수를 축전식 탈이온화 셀에 투입하는 수단을 포함한다. 급수의 투입 수단은 급수의 저장기 또는 인라인 공급처 및 펌프를 포함하는 것이 바람직하다.
저장기내에 저장된 급수를 축전식 탈이온화 셀로 공급할 수 있거나 또는 축전식 탈이온화 셀은 인라인 공급처에 접속될 수 있다. 펌프는 저장기 또는 인라인 공급처로부터의 급수를 축전식 탈이온화 셀로 전달하는 것이 바람직하다.
펌프는 급수를 바람직하게는 1 내지 1500 ㎖/분의 유량으로, 보다 바람직하게는 10 내지 300 ㎖/분의 유량으로 전달한다.
축전식 탈이온화 셀
그러한 장치는 축전식 탈이온화 셀을 포함한다. 축전식 탈이온화 셀은 한쌍의 전극을 포함하는 것이 바람직하며, 한쌍의 전극은 평행하게 배치되며 그리고 양전위 및 음전위에 접속된다. 엔클로져는 바람직하게는 축전식 탈이온화 셀을 둘러싸며, 물을 셀로 유입 및 셀로부터 배출한다. 엔클로져는 바람직하게는 또한 셀 내의 전극에 외부적으로 접속을 제공 및 생성한다.
전극
전극은 열 처리 공정을 통하여 그라파이트 시트 기재로 성형된 활성탄, 열가소성 결합제 및 전도성 카본 블랙의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는 한쌍의 전극 중 하나의 전극은 양전위에 접속되며, 전극쌍의 또다른 전극은 전원의 음전위에 접속된다. 바람직하게는 다수의 전극쌍은 셀 내부에서 정렬될 수 있다.
활성탄
활성탄은 역청탄, 야자 껍질, 목재 및 석유 타르 중 하나 이상으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 활성탄의 표면적은 바람직하게는 500 ㎡/g 초과, 보다 바람직하게는 1,000 ㎡/g 초과이다. 바람직하게는 활성탄은 크기 균등 계수가 2 미만, 보다 바람직하게는 1.5 미만이고; 바람직하게는 사염화탄소수는 50% 초과, 보다 바람직하게는 60% 초과이다.
활성탄은 바람직하게는 아이오딘 값이 800 초과, 보다 바람직하게는 1,000 초과이다. 활성탄은 입자 크기가 75 내지 300 ㎛, 바람직하게는 100 내지 250 ㎛의 범위이다.
열가소성 결합제
전극에 사용되는 용어 열가소성 결합제는 바람직하게는 용융 유동 속도 (MFR)가 5 g/10 분 미만, 보다 바람직하게는 2 g/10 분 미만, 추가로 보다 바람직하게는 1 g/10 분 미만인 결합제이다. 결합제의 벌크 밀도는 바람직하게는 0.6 g/㎤ 이하, 보다 바람직하게는 0.5 g/㎤ 이하, 추가로 보다 바람직하게는 0.25 g/㎤ 이하이다. 용융 유동 속도 (MFR)는 ASTM D 1238(ISO 1133) 시험을 사용하여 측정한다. 시험은 특정 온도 및 하중 조건하에서 용융된 중합체의 유량을 압출 가소도계에 의하여 측정한다.
압출 가소도계는 바닥에 2 ㎜의 작은 다이 및 상부에 제거 가능한 피스톤이 있는 수직 실린더로 이루어진다. 물질의 충전물을 실린더에 넣고, 수 분 동안 예열한다. 피스톤을 용융된 중합체의 위에 두고, 그의 중량은 다이를 통해 수집판 상으로 중합체를 가압한다. 시험을 위한 시간 간격은 15 초 내지 15 분의 범위여서 상이한 점도의 플라스틱들을 수용한다. 사용한 온도는 190℃, 220℃, 250℃ 및 300℃ (428℉, 482℉ 및 572℉)이다. 사용한 하중은 1.2 ㎏, 5 ㎏, 10 ㎏ 및 15 ㎏이다. 바람직하게는 시험은 190℃에서 15 ㎏ 하중에서 실시한다. 특정 간격 후 수집된 중합체의 양을 평량하고, 10 분 이내에 압출된 g의 수로 정규화한다. 용융 유동 속도는 기준 시간에 대한 g으로 나타낸다.
결합제는 바람직하게는 상기 기재된 MFR 값이 낮은 열가소성 중합체이다. 적절한 예로는 초고분자량 중합체, 바람직하게는 MFR 값이 낮은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 그의 조합을 들 수 있다.
분자량은 바람직하게는 106 내지 109 g/몰의 범위이다. 이러한 유형의 결합제는 티코나 게엠베하(Tycona GMBH)로부터의 상표명 호스탈렌(HOSTALEN), GUR, 썬파인(Sunfine)(일본 아사히), 하이젝스(Hizex)(미츠비시(Mitsubishi)) 및 브라스켄 코포레이션(Brasken Corp.)(브라질)으로부터의 것을 들 수 있다. 기타 적절한 결합제로는 루폴렌(Lupolen)으로서 시판되는 LDPE (바젤 폴리올레핀스(Basel Polyolefins)) 및 LLDPE (퀴노스(Qunos), 오스트레일리아)가 있다.
열가소성 결합제는 바람직하게는 피브릴화 중합체, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)은 아니다.
열가소성 결합제의 입자 크기는 바람직하게는 20 내지 60 ㎛의 범위, 바람직하게는 40 ㎛ 초과이다. 열가소성 결합제는 바람직하게는 전극의 8 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 30 중량%, 추가로 보다 바람직하게는 12 내지 28 중량%로 존재한다.
활성탄 대 결합제의 비는 바람직하게는 1:1 내지 20:1 중량부의 범위, 보다 바람직하게는 1:1 내지 10:1 중량부의 범위이다.
전도성 카본 블랙 ( CCB )
카본 블랙은 원소 카본의 형태이다. 대부분의 카본 블랙은 액체, 방향족 탄화수소로부터 오일 퍼니스 공정에 의하여 생성된다. 전극을 위한 카본 블랙의 선택에서, 고려하여야 하는 핵심 요인은 총 표면적 및 메소공극 표면적, 구조 및 표면 산화이다.
본 발명의 전극에 사용된 전도성 카본 블랙은 바람직하게는 총 표면적이 500 ㎡/g보다 크다.
전도성 카본 블랙은 메소공극 면적이 100 ㎡/g 초과, 보다 바람직하게는 100 내지 1000 ㎡/g의 범위이다.
카본 블랙의 구조는 오일 흡수값 (OAN)을 특징으로 한다. 시판중인 카본 블랙은 OAN이 45 내지 400 ㏄/100 g의 블랙 범위이다. 전도성 카본 블랙은 바람직하게는 오일 흡수값 (OAN)이 100 cc/100 g 초과, 바람직하게는 100 내지 400 cc/100 g의 범위, 보다 바람직하게는 250 내지 400 cc/100 g의 범위이다. 전도성 카본 블랙은 그의 표면에서 낮은 화학흡착된 산소를 갖는다.
적절한 등급의 카본 블랙은 팀칼(TIMCAL) 그라파이트 5 카본 (등급: 엔사코(Ensaco) 250G, 엔사코 350)으로부터 또는 캐보트 코포레이션(Cabot Corporation)(등급: 리갈(Regal), 블랙 펄(Black Pearl) 2000, 불칸(Vulcan)) 또는 에보닉(EVONOVIK)(등급: 프린텍스(PRINTEX) XE-2) 또는 악조 노벨(AKZO NOBEL)(케트젠 블랙(Ketjen Black))으로부터 입수 가능하다.
전원
전원은 바람직하게는 전압 범위 0V 내지 5V의 DC 전압, 100 W를 공급하기 위한 그리고 양전위, 음전위 및 단락 셀의 사전-프로그래밍된 시간 사이클을 적용하기 위한 프로그래밍 가능한 DC 전원 시스템이다.
양전위는 정제 사이클 중에 축전식 탈이온화 셀의 전극을 가로질러 적용되며, 음전위는 재생 사이클 동안 적용된다. 2개의 단락 상태 (S1) 및 (S2)는 재생 사이클에서 음전위의 적용전 (S1) 및 적용후 (S2)를 적용하다. 정제 사이클 동안 축전식 탈이온화 셀의 전극을 가로질러 적용된 전압은 바람직하게는 0.1 내지 5 V, 보다 바람직하게는 0.8 내지 3.5 V, 여전히 보다 바람직하게는 1.0 내지 2.5 V이다. 재생 사이클 동안 전극에 적용된 음전압은 바람직하게는 -0.1 내지 -5 V, 보다 바람직하게는 -0.8 내지 -3.5 V, 여전히 보다 바람직하게는 -1.0 내지 -2.5 V이다.
양전위의 기간은 바람직하게는 60 내지 1200 초이다. 음전위의 기간은 바람직하게는 10 내지 300 초이다. 재생 사이클 이전의 단락 상태 (S1)의 기간은 바람직하게는 2 내지 60 초이고, 재생 사이클 이후의 단락 상태 (S2)는 바람직하게는 5 내지 1500 초이다.
계측기
본 발명에 따른 장치는 셀에서 배출되는 물의 염 농도를 측정하기 위한 계측기를 포함한다. 염 농도는 바람직하게는 전도도 계측기를 사용하여 측정된다. 제1 전도도 계측기는 바람직하게는 축전식 탈이온화 셀의 이전에 위치하며, 급수 스트림의 염 농도를 측정한다. 제2 전도도 계측기는 바람직하게는 축전식 탈이온화 셀의 이후에 위치하며, 축전식 탈이온화 셀로부터의 배출 물 스트림의 염 농도를 측정한다.
전도도 계측기는 바람직하게는 전자 프로세서에 접속된다. 전자 프로세서는 전도도 계측기로부터 전기 시그날을 수신한다.
전자 프로세서는 전도도 계측기로부터의 전기 신호를 총 용해된 고체 (TDS) 농도 값으로 변환시킨다.
전도도는 바람직하게는 전자 프로세서에 의하여 조절되는 1초의 규칙 간격으로 측정된다.
솔레노이드 밸브
본 발명에 따른 장치는 계측기의 하류에 있는 솔레노이드 밸브를 포함하며; 솔레노이드 밸브는 사방 밸브이다. 솔레노이드 밸브는 물을, 염 농도가 예정된 하한 설정점보다 낮을 경우에는 정제수의 수집을 위한 제1 스트림, 염 농도가 예정된 상한 설정점보다 높을 경우에는 물을 제외시키기 위한 제2 스트림, 및 염 농도가 상기 하한 설정점과 상기 상한 설정점 사이에 있을 경우에는 투입 급수 스트림으로 다시 물을 재순환시키기 위한 제3 스트림인 3개 스트림 중 하나로 분리시킨다.
솔레노이드 밸브는 바람직하게는 제2 전도도 계측기로부터의 물을 수용하기 위한 투입구, 제3 스트림을 급수 스트림으로 재순환시키기 위한 배출 환류수 포트, 제2 스트림을 제외시키기 위한 배출 폐수 포트 및, 정제수를 생성하기 위한 제1 스트림을 수집하기 위한 순수한 물의 배출 포트를 포함한다.
솔레노이드 밸브의 관련 포트의 개방 및 폐쇄는 전자 프로세서에 의하여 조절된다.
전자 프로세서는 축전식 탈이온화 셀로부터의 배출 급수 스트림의 TDS 농도가 상한 설정점 및 하한 설정점 사이인 경우에는 솔레노이드 밸브의 배출 환류수 포트를 개방한다. 전자 프로세서는 축전식 탈이온화 셀로부터의 배출 급수 스트림의 TDS 농도가 상한 설정점보다 높은 경우에는 배출 폐수 포트를 개방한다. 전자 프로세서는 축전식 탈이온화 셀로부터의 배출 급수 스트림의 TDS 농도가 하한 설정점보다 낮을 경우에는 배출 순수 포트를 개방한다. 상기 2개의 밸브를 폐쇄를 유지하면서 나머지 하나의 배출 밸브를 개방시킨다.
전자 프로세서
본 발명에 따른 장치는 전자 프로세서를 포함한다. 전자 프로세서는 솔레노이드 밸브가 작동하여 물을 3개의 스트림 중 하나로 분리시킨다. 전자 프로세서는 바람직하게는 제1 전도도 계측기, 초 전도도 계측기, 솔레노이드 밸브 및 전원과 접속된다.
전자 프로세서는 총 용해된 고체 농도값에 대한 상한 설정점 및 하한 설정점으로 사전-프로그래밍된다.
상한 설정점은 바람직하게는 500 ppm보다 높으며, 바람직하게는 1500 ppm보다 낮다. 상한 설정점은 바람직하게는 급수 스트림의 염 농도보다 높지 않다.
하한 설정점은 바람직하게는 300 ppm보다 낮다. 보다 바람직하게는 200 ppm보다 낮다. 하한 설정점은 바람직하게는 100 ppm보다 높다.
전자 프로세서는 총 용해된 고체 (TDS) 농도의 측정된 투입 및 배출 TDS 농도값 및 예정된 상한 및 하한 설정점에 기초하여 솔레노이드 밸브의 특정 포트의 개방을 조절한다.
이제, 본 발명은 하기 비제한적인 도면을 들어 예시할 것이다.
도면의 상세한 설명
도 1은 본 발명에 의한 재순환 축전식 탈이온화 셀에 기초한 수 탈이온화 시스템의 블록 개략도를 도시한다. 축전식 탈이온화 셀 (4)의 이전에 위치하는 제1 전도도 계측기 (3)에 의한 공지의 이온 농도를 갖는 급수 (1)는 양이온을 흡수하기 위한 음극 및 음이온을 흡수하기 위한 양극 (도시하지 않음)을 갖는 축전식 탈이온화 셀 (4)을 통하여 급수의 저장기/인라인 공급처로부터 펌프 (2)에 의하여 펑핑시킨다. 축전식 탈이온화 셀에서 배출되는 배출수의 이온 농도는 축전식 탈이온화 셀 (4)과 사방 솔레노이드 밸브 (6) 사이에 위치하는 제2 전도도 계측기 (5)에 의하여 측정한다. 전자 프로세서 (7)는 제1 전도도 계측기 (3) 및 제2 전도도 계측기 (5)로부터의 전기 시그날을 수신하고, 이 시그날을 TDS 농도값으로 변환한다. 전자 프로세서 (7)는 TDS 농도값의 예정된 상한 설정점 및 하한 설정점으로 사전-프로그래밍된다. 전자 프로세서는 제2 전도도 계측기 (5)로부터 배출되는 물의 TDS 농도 측정값을 사전-프로그래밍된 농도와 비교하고, 사방 솔레노이드 밸브 (6)의 포트의 개방 및 폐쇄를 조절한다.
도 2는 본 발명에 의한 사방 솔레노이드 밸브의 개략도를 도시한다. 이온 농도값 측정치를 갖는 축전식 탈이온화 셀로부터의 배출 급수 스트림은 투입 포트 (8)를 통해 사방 밸브로 투입된다. 투입 포트 (8)로 투입되는 물의 TDS 농도값이 예정된 상한 설정점보다 높을 경우, 전자 프로세서 (7)는 솔레노이드 밸브의 배출 폐수 포트 (10)를 개방한다. 투입 포트 (8)로 투입되는 물의 TDS 농도가 예정된 하한 설정점보다 낮을 경우, 전자 프로세서 (7)는 시그날을 보내어 솔레노이드 밸브의 배출 순수 포트 (11)를 개방시킨다.
투입 포트 (8)의 이온 농도가 예정된 하한 설정점 및 예정된 상한 설정점 사이인 경우, 전자 프로세서 (7)는 시그날을 보내어 솔레노이드 밸브의 배출 환류수 포트 (9)를 개방한다.
실시예
실시예 1
도 1에 도시한 바와 같은 본 발명에 의한 탈이온수의 개선된 회수를 위한 장치를 제조하고, 물의 회수를 측정하는데 사용한다. 축전식 탈이온화 셀의 전극은 분말 활성탄, 고 밀도 폴리에틸렌 및 전도성 카본 블랙 (엔사코 350G, 팀칼)을 7:2:1의 비로 혼합하여 생성하고, 열 처리 공정을 통하여 그라파이프 기재의 위에서 성형하였다. 한쌍의 원형 전극 (15 ㎝ 직경)을 엔클로져의 내부에 배치하고, 전극을 통하여 물을 공급하고, 전원으로부터의 전원을 이에 적용한다. 이는 탈이온화 셀을 형성하였다.
탈이온화 셀은 양극 및 음극을 통하여 DC 전압을 적용하기 위한 DC 전원 시스템에 접속된다. 10 분 동안 3.2 볼트의 양전위를 정제 사이클 중에 전극에 적용하고, 재생 사이클 동안 5 분 동안의 2회의 단락 사이클 및 2 분 동안 3.2 V의 음전위를 제공한다. 저장기로부터의 급수 스트림을 축전식 탈이온화 셀로 튜브연동식 펌프에 의하여 10 ㎖/min의 유량에서 공급하였다. 급수 스트림의 염 농도는 제1 전도도 계측기에 의하여 측정하였다. 급수 스트림의 총 용해된 고체 농도 (TDS) 값은 600 ppm이었다. 급수 스트림은 축전식 탈이온화 셀로 방사상으로 투입되고, 상부 전극의 중심으로부터 탈이온화 셀에서 배출되었다.
전자 프로세서는 200 ppm에서 TDS 농도값에 대한 예정된 하한 설정점 및 600 ppm에서의 TDS 농도의 상한 설정점으로 프로그래밍되었다.
실시예 A에서, 정제 사이클 중에 전자 프로세서는 축전식 탈이온화 셀에서 배출되는 물의 TDS 농도값이 200 ppm보다 높을 경우에는 배출 폐수 포트를 개방하며 축전식 탈이온화 셀에서 배출되는 물의 TDS 농도값이 200 ppm보다 낮을 경우에는 배출 순수 포트를 개방하도록 사전-프로그래밍되었다. 전체 사이클 동안 배출 환류수 포트는 폐쇄시켰다.
실시예 B는 정제 사이클 중에 전자 프로세서가 축전식 탈이온화 셀에서 배출되는 물의 TDS 농도가 200 ppm 내지 600 ppm인 경우에는 배출 환류수 포트를 개방하도록 사전-프로그래밍된 것을 제외하고 실시예 A와 유사하였다. 축전식 탈이온화 셀에서 배출되는 물의 TDS 농도값이 200 ppm보다 낮을 때 배출 순수 포트를 개방하였으며, TDS 농도값이 600 ppm보다 높을 경우에는 배출 폐수 포트를 개방하였다.
완전 싸이클의 종료시의 회수율은 하기 수학식을 사용하여 계산하였다:
회수율 (%)=(정제수의 부피/급수의 부피)×100
회수율 (%)에 대한 데이타는 하기 표 1에 제공한다.
<표 1>
Figure pct00001
이러한 실시예 세트는 본 발명에 의한 축전식 탈이온화 셀 (실시예 B)을 사용한 물의 탈이온화가 비교 실시예 A와 비교시 회수율이 더 우수하다는 것을 명백하게 나타낸다.
<표 2>
Figure pct00002
상기 표 2는 본 발명에 의한 축전식 탈이온화 셀 (실시예 B)을 사용한 물의 탈이온화가 비교 실시예 A와 비교시 전극에 대한 수명이 더 길다는 것을 나타낸다.

Claims (8)

  1. (i) 급수 스트림을 축전식 탈이온화 셀에 전달하는 단계;
    (ii) 축전식 탈이온화 셀로부터 배출된 물의 염 농도를 측정하는 단계; 및
    (iii) 염 농도가 예정된 하한 설정점보다 낮을 경우에는 셀에서 배출된 물을 수집하여 정제수를 생성하거나, 또는 염 농도가 예정된 상한 설정점보다 더 높을 경우에는 셀로부터 배출된 물을 제외시키는 단계
    를 포함하며, 셀로부터 배출된 물의 염 농도가 하한 설정점과 상한 설정점 사이에 있을 경우에는 셀로부터 배출된 물을 급수 스트림과 함께 재순환시키는 것인, 급수 스트림으로부터의 탈이온수의 개선된 회수 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상한 설정점이 급수 스트림의 염 농도보다 높지 않은 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상한 설정점이 500 ppm보다 높은 것인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상한 설정점이 1500 ppm보다 낮은 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 하한 설정점이 300 ppm보다 낮은 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 하한 설정점이 100 ppm보다 높은 것인 방법.
  7. (i) 급수 스트림을 축전식 탈이온화 셀에 투입하는 수단;
    (ii) 셀의 양전위, 음전위 및 단락의 사전-프로그래밍된 시간 사이클을 적용할 수 있는 전원;
    (iii) 셀로부터 배출되는 물의 염 농도를 측정하기 위한 계측기;
    (iv) 계측기의 하류에 있는 솔레노이드 밸브; 및
    (v) 전자 프로세서
    를 포함하며,
    상기 밸브는 사방(four way) 밸브이고, 전자 프로세서는 상기 계측기로부터 셀로부터 배출되는 물의 염 농도 값을 수신하여, 염 농도가 예정된 하한 설정점보다 낮을 경우에는 정제수를 수집하기 위한 제1 스트림, 염 농도가 예정된 상한 설정점보다 높을 경우에는 물을 제외시키기 위한 제2 스트림, 및 염 농도가 상기 하한 설정점과 상기 상한 설정점 사이에 있을 경우에는 물을 투입 급수 스트림으로 다시 재순환시키기 위한 제3 스트림의 3개 스트림 중 하나로 물을 분리시키도록 밸브를 작동시키는 것으로 프로그래밍된 것을 특징으로 하는,
    급수 스트림으로부터의 탈이온수의 개선된 회수를 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 계측기가 전도도 계측기인 장치.
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