연속 이온 재생식 이온 교환 기술의 원리는 무엇인가?
연속 이온 재생식 이온 교환 기술의 원리는 무엇인가?
1. 연속이온 재생식 이온교환 기술의 원리
연속이온재생식 이온교환법(Electro Deionization)은 전기투석법과 이온교환수지법 두 가지 확립된 정수기술을 결합한 기술로, 일반적으로 'EDI'라고 합니다.
EDI의 한 셀은 아래 그림과 같이 이온교환수지로 채워진 정제실, 양이온을 통해 음이온이나 물을 통하지 않는 카티온 교환막, 음이온을 통해 양이온이나 물을 통하지 않는 음이온 교환막, 카티온 교환막과 음이온 교환막에 끼인 농축실로 이루어져 있습니다.이 셀을 여러 개 결합하여 양쪽에 직류 전압을 가합니다.여러 셀과 전극이 결합된 것을 EDI 모듈이라고 합니다.
RO등으로 처리된 필터 여과수는 정제실에 도입되면 이온은 이온교환수지로 흡착되어 인가된 직류전위의 힘으로 정제실에서 농축실로 향하여 이온교환막을 통해 이동됩니다.그리고 물이 정제 실내를 이동하면서 이온이 제거되어 갑니다.제거된 이온은 농축실을 통해 농축수로 배출이 됩니다.
이처럼 정제실 내의 이온교환수지는 인가된 직류전압의 힘으로 항상 이온을 방출하면서"프레시"한 상태를 유지하기 위해 이 기술을"연속이온 재생식 이온교환기술"이라고 부릅니다.
2.EDI 모듈을 사용한 수처리장치의 이점
안정된 수질의 물을 연속적으로 정제할 수 있습니다.
RO여과수 수질에 따라 다르지만, 15MΩ·cm이상의 초순수도 연속적으로 안정적으로 정제 가능합니다.
EDI 모듈은 재생을 위해 화학약품이 필요 없습니다.
이온교환수지의 화학약품에 의한 재생처리가 불필요합니다.
러닝 코스트가 저렴합니다.
이온 교환 수지가 전기적으로 연속 재생되기 때문에 러닝 비용이 저렴해집니다.
정제수의 미생물 오염이 최소입니다.
처리는 전압이 걸린 상태에서 실시되기 때문에 환경적으로 미생물 오염 가능성이 낮아집니다.(완전히 살균이 필요한 경우 후공정에 UV등 살균 장치가 필요합니다.)
3. EDI 모듈에서 유의할 점
EDI 모듈 안의 농축수에는 카티온 교환막, 음이온 교환막을 통해 양이온과 음이온이 모입니다.일반적으로 정제실과 농축실에 흐르는 수량은 10:1이기 때문에 농축수에는 최종적으로 필터 여과수의 11배의 이온이 흘러들게 됩니다.
통상, RO막 처리하기 전의 물에는 경도 성분(칼슘 이온이나 마그네슘 이온)이나 탄산 이온이 포함됩니다.RO막 처리를 하면 이러한 98% 이상은 제거되지만, EDI의 농축수에는 이러한 이온들이 농축되어 모이기 때문에, 특히 알칼리성 영역에서, 경도 성분이 탄산 이온과 결합하여 탄산염이 되고, 이것이 스케일 성분이 되어 파울링을 발생시키는 경우가 있습니다.
또한 지역에 따라 실리카 성분이 많고 실리카 성분도 스케일 발생의 원인이 됩니다.특히 지하수는 경도 성분, 실리카 성분, 탄산가스 성분이 풍부하게 포함되어 있는 경우가 많아 주의가 필요합니다.일반 시수도 지하수가 원수인 경우가 많기 때문에 장비 도입 전에는 반드시 사용하는 원수 수질 분석이 필요합니다.
이러한 스케일 성분의 발생을 억제함으로써 EDI 모듈의 수명을 길게 할 수 있습니다.
또한 EDI 모듈의 여과수질은 EDI 모듈에 도입되는 물의 수질에 따라 크게 영향을 받습니다.사용되는 수질에 맞는 RO막 처리를 포함한 전처리가 매우 중요합니다.
4.사용하는 EDI 모듈의 특징
미국 SnowPure사의 ElectropureTM XL 시리즈의 EDI 모듈을 사용하고 있습니다.이 EDI 모듈은 다음과 같은 독특한 특징을 가지고 있습니다.
(1) 얇은 셀 기술
하나의 셀은 음이온 교환막, 이온 교환 수지로 채워진 정제실, 카티온 교환막, 농축수실로 이루어집니다.이 셀의 두께는 Electro PureTM의 EDI 모듈에서는 4mm(타사는 10mm가 많음)이며 두께가 얇고 이온이 농축실로 배출되기 쉬운 구조로 되어 있어 보다 높은 효율과 수질을 구현할 수 있습니다.
(2) 얇은 농축실 기술
Electro PureTM의 EDI 모듈은 매우 두께가 얇은 농축실(두께 0.7mm)을 사용하고 있습니다.이온교환막의 막면은 난류를 발생시키는 구조로 되어 있으며 이로 인해 항상 막 표면이 세정되어 pH의 편중을 없애므로 막표면의 스케일 발생과 파울링을 방지할 수 있습니다.
또, 농축실이 얇기 때문에 직류 전류의 전류치를 낮게 유지할 수 있습니다.
타사에서는, 농축실에 이온 교환 수지를 충전하는 방법을 볼 수 있지만, 이 방법은 장기적인 사용에 문제가 있기 때문에 채용하고 있지 않습니다.
(3) 전극의 비파울링 기술
Electro PureTM의 EDI 모듈은 전극수 유출법을 고안하고 항상 전극을 산성으로 유지하여 스케일 발생을 방지합니다.
구체적으로는 전극물은 우선 양극 측 전극실로 흘러가게 되는 것입니다.여기서 pH는 산성이 되며 O2와 Cl2가 발생합니다.이 산성수를 음극측 전극수로 흘려보냅니다.이 구획에서는 최종적으로 pH는 중성화되어 H2가 발생합니다.이 때문에 전극실에서 pH가 높아지지 않으므로 스케일 발생을 억제할 수 있습니다.
또한 양극에는 특수한 전극을 사용하여 EDI 모듈 자체의 수명을 연장하였습니다.
5. EDI 공급수 전처리 기술
EDI 공급수는 RO막의 투과수가 사용됩니다.그러나 원수 농도가 있는 성분이 고농도로 RO막 처리만으로는 필요 농도 이하가 되지 않을 수 있으며, 이 경우 별도의 처리가 필요합니다.
(1)탄산가스의 제거
일반적으로 지하수에는 탄산가스가 풍부하게(장소에 따라 500ppm 이상) 포함되어 있습니다.탄산가스는 존재하는 물의 pH에 의해 CO2(탄산가스), HCO3-(중탄산 이온), CO32-(탄산 이온)의 형태로 변화합니다.이온의 형상이 되면 RO막에서도 제거 가능하지만, 탄산가스의 형상에서는 RO막을 통과해 RO투과수중에서 이온화되어 EDI 모듈의 부하가 커져 EDI 투과수의 수질저하나, 경도 성분과 결합하여 Scale 발생의 원인이 되어 EDI 모듈의 수명을 저하시킵니다.
탄산가스 성분을 제거하기 위해서는 물의 pH를 9.5 이상으로 하고 탄산가스를 모두 이온화시키면 되지만, 장치가 크게 되어 초기 비용도, 러닝 비용도 많이 듭니다.
당사의 연속 이온 재생식 이온 교환 장치에서는 옵션으로 RO막과 EDI 모듈 사이에 탈탄산막 장치를 넣어 탄산가스 농도를 저하시키는 기술을 보유하고 있습니다.일반적으로 물을 RO막에 통과시키면 pH는 낮아지므로 탈탄산막 장치로 탄산가스를 제거하는 것이 쉬워집니다.
탈탄산막 장치는 약제를 사용하지 않기 때문에 도입 후 관리도 편해지고 러닝 비용도 줄일 수 있습니다.
(2) 풍부한 RO막 라인업
RO막에는 많은 종류가 있고 경도성분 제거에 뛰어난 RO막, 실리카 제거에 뛰어난 RO막, 등등 풍부한 종류의 RO막이 있습니다.당사에서는 원수질에 맞춰 적절한 RO막을 제안합니다.
적절한 RO막을 채용하는 것으로, 전처리용의 약제가 불필요해져 런닝 코스트를 억제할 수 있습니다.
참고 문헌
OEM Technical Manual ElectropureTM XL Series EDI Version 2.8.0
