KR100433754B1 - 정수처리용 이온교환수지 세정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수처리 시스템에서 장시간 사용하여 불순물로 오염된 이온교환수지의 성능을 회복시키기 위한 이온교환수지 세정방법에 관한 것으로, 용수중의 철산화물, 부유물질, 유기물 등의 불순물로 이온교환수지가 오염되었을 때 이온교환성능이 저하되고 수지층 차압이 증가하여 정수처리설비 효율이 크게 감소하기 때문에 고압 노즐과 스크린 선별기를 이용하여 물리적으로 세정하는 방법으로 파쇄수지와 이온교환수지 표면에 부착된 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있도록 하는 이온교환수지 세정 방법을 제공하기 위한 것으로서, 본 발명은 상기 분배단계를 통해 유입된 이온교환수지를 지지해 주고 파쇄수지와 세척폐수만을 선택적으로 통과시키기 위한 30∼100 mesh 범위의 스크린 선별단계(13), 상기 스크린 상부에 위치하여 이온교환수지에 20∼150 bar 범위의 고압수를 분사하기 위한 다수의 노즐과 노즐헤더로 구성된 고압수 분사단계(11) 및, 상기 고압수 분사단계에서 이온교환수지의 세척효과를 증진시키고 이온교환수지로부터 탈락된 불순물 및 파쇄수지를 용이하게 제거할 수 있도록 스크린 선별수단에 진동효과를 부여하기 위한 모터회전에 의한 스크린 진동단계(14)를 포함하는 방법으로 구성되며, 철산화물 등의 수중 불순물로 인해 오염된 이온교환수지를 화학약품 사용없이 고압수 노즐을 채택하여 효과적인 세정이 가능하고 장시간 사용으로 발생되어 처리수질의 악화원인이 되는 파쇄수지를 쉽게 제거할 수 있어, 본 발명의 방법을 발전소 및 산업체 현장에서 적용함으로써 이온교환수지탑으로부터 유출되는 철산화물 및 부식성이온(Cl^-, SO₄ ^2-) 농도를 최소화하여 보일러(증기발생기)와 증기터빈에서의 스케일부착과 부식발생을 획기적으로 방지시켜 주는 효과가 있다.

Description

정수처리용 이온교환수지 세정 방법{Cleaning method of Contaminated Ion Exchange Resin}

본 발명은 발전소와 산업체 순수생산 및 경수연화 시스템에 사용중인 이온교환수지가 보급수중의 철산화물, 유기물 등의 불순물로 오염되었을 때 이온교환성능이 저하되고 수지층 차압이 증가하여 정수처리설비 효율이 크게 감소되기 때문에 고압수를 이용 이온교환수지를 주기적으로 세정하기 위한 세정방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 스크린과 고압노즐 및 진동모터 등으로 구성된 장치에 오염된 이온교환수지를 유입시키고 상부에서 고압노즐로 용수를 분사함으로써 수지표면에 부착된 오염물질을 효과적으로 제거하고 파쇄수지를 진동형 스크린을 통하여 쉽게 제거할 수 있는 방법에 관한 것이다.

수중에는 부유물, 부식생성물, 미생물 등과 같이 다양한 불순물들이 존재한다. 이러한 불순물을 함유한 용수를 이온교환수지 장치에서 연속적으로 처리하면, 수지표면과 수지층 사이에 상기성분의 퇴적물 및 부착물이 발생하게 되고, 이러한 부착물로 인해 유체흐름 저항이 증가하여 동력 손실이 발생하고 이온교환수지 표면에 발달되어 있는 공극(pore)들이 폐쇄되어 이온교환성능이 크게 감소한다. 대표적인 이온교환수지의 오염 원인들은 다음과 같다.

1. 철 및 망간

수중에 존재하는 철(iron)은 2가철염(ferrous salt), 3가철염(ferric salt), 또는 유기 착화합물의 형태로써 존재한다. 2가철이온은 이온교환수지의 교환반응으로 제거할 수 있으나, 3가철이온은 불용성이어서 교환반응으로는 제거할 수 없다. 3가철이온이 양이온교환수지 표면에 부착되면 이온교환수지의 교환반응을 방해한다. 유기물과 결합되어 있는 철은 양이온교환수지 층을 통과하여 음이온교환수지를 오염시킨다. 지하수중에 망간 성분이 존재할 경우에도 철과 같은 메카니즘으로 이온교환수지를 오염시킨다.

2. 미생물오염

이온교환수지탑을 장기간 연속운전하거나 운전하지 않고 방치할 경우 수지층에 미생물로 인한 오염이 쉽게 발생된다. 미생물 오염시 수지층 차압이 크게 증가하여 동력손실이 발생할 뿐만 아니라 과도한 차압발생으로 이온교환장치가 손상될 수 있다.

3. 파쇄 수지

이온교환수지를 장시간 사용하면 통수 및 역세 공정에서 마찰과 충격으로 이온교환수지 일정부분이 미세하게 파쇄된다. 이러한 파쇄수지가 이온교환수지탑내에 축적되었을 때 적절히 제거하지 않으면 통수차압이 증가하고 안전운전에 지장을 초래할 수 있다. 또한, 재생공정에서 이온교환수지의 재생이 불완전하여 처리수중 불순물 이온(Na⁺, Cl^-, SO₄ ^2-등) 유출의 주원인이 된다.

4. 기타 오염원인

기타의 이온교환수지 오염물질로는 알루미늄, 경도성분, 황산염침전물, 유분, 실리카 등이 있다.

이하, 종래의 이온교환수지 세정방법들을 살펴 본 다음, 그 문제점에 관하여 언급하기로 한다.

정수처리공정에서 장시간 사용하여 수중의 불순물(부유물, 부식생성물, 미생물 등)로 오염된 이온교환수지는 종래에 있어서는 산으로 세정하거나 일정부분(10 ∼20%)을 교체하는 방법 등을 이용하였다.

1. 금속산화물 제거

- 방 법: 수지가 철산화물이나 철수산화물에 오염된 경우 환원제로 용해

가능한 제1철 이온으로 환원시켜 제거.

- 사용약품 종류: NaCl, Orgazil-R, NaOH 등

2. 유기오염물질 제거

- 방 법: 유효염소 0.2∼0.5% 용액을 수지량의 10∼20배량으로 50∼70℃

온도에서 세정함

- 사용약품 종류: ·NaOH, NaCl 혼합용액 회생법

·HCl, 알코올 혼합용액 세정법

3. 이온교환수지 교체

- 방 법: 성능이 저하된 이온교환수지는 신품으로 교체하거나 보충하여

성능을 회복시킴

- 보충율: 매년 전량의 5∼20%씩 교체하거나 4∼5년만에 전량 교체

종래의 세정방법 1과 2는 별도의 세정장치가 필요하고 화학약품 사용으로 인하여 이온교환수지의 교환기가 포화되어 재생공정에서 장시간이 소요되고 세정제 잔류물(residues)을 완벽하게 제거하기 위해 다량의 순수와 재생제가 소요된다는 문제가 있다. 이온교환수지 교체 방법은 운전중인 수지탑에서 파쇄되거나 열화된 이온교환수지를 분리 후 제거하고 나서 새로운 수지로 교체하는 방법이지만, 파쇄된 수지만을 선택적으로 분리 제거하기가 현실적으로 곤란하기 때문에 정상적인 수지까지 다량 폐기되고 있는 실정이므로 운영비가 증가하는 문제가 있다. 또한, 이온교환수지 표면에 견고하게 부착되어 있는 금속산화물은 산용액이나 역세(back washing) 방법으로는 쉽게 제거되지 않는 특성이 있으므로 이를 용이하게 제거하기가 곤란한 문제가 있다.

따라서, 상기한 종래기술 상의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 있어서의 첫 번째 목적은, 정수처리시스템에서 장시간 사용하여 보급수중의 불순물로 오염된 이온교환수지를 고압수로 세척하고 동시에 진동형 스크린을 통하여 파쇄수지를 제거함으로써 효율적으로 이온교환수지를 세정할 수가 있는 세정방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態)에 따르면, 이온교환수지를 지지해 주고 파쇄수지와 세척폐수만을 선택적으로 통과시키기 위한 30∼100 mesh 범위의 스크린 선별장치, 상기 스크린 상부에 위치하여 이온교환수지에 20∼150 bar범위의 고압수를 분사하기 위한 다수의 노즐과 노즐헤더로 구성된 고압수 분사장치 및, 상기 고압수 분사장치에서 이온교환수지의 세척효과를 증진시키고 이온교환수지로부터 탈락된 불순물 및 파쇄수지를 용이하게 제거할 수 있도록 스크린 선별수단에 진동효과를 부여하기 위한 모터회전에 의한 스크린 진동장치를 포함하는 정수처리용 이온교환수지 세정장치가 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 일 양태(樣態)에 따르면, 이온교환수지를 균일하게 분포 유입시키기 위한 원추형 분배장치 및/또는 상기 고압수 분사장치에 용수를 공급하기 위한 세척수 저장조, 여과기 및 고압펌프로 구성되는 세척수 공급장치를 더욱 포함하는 정수처리용 이온교환수지 세정장치가 제공된다.

또한, 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態)에 따르면, 이온교환수지를 지지해 주고 파쇄수지와 세척폐수만을 선택적으로 통과시키기 위한 스크린 선별단계, 상기 스크린 상부에 위치하여 이온교환수지에 고압수를 분사하기 위한 다수의 노즐과 노즐헤더로 구성된 고압수 분사단계 및, 상기 고압수 분사단계에서 이온교환수지의 세척효과를 증진시키고 이온교환수지로부터 탈락된 불순물 및 파쇄수지를 용이하게 제거할 수 있도록 스크린 선별수단에 진동효과를 부여하기 위한 진동부여 단계를 포함하는 이온교환수지 세정방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 일 양태(樣態)에 따르면, 이온교환수지를 균일하게 분포 유입시키기 위한 분배단계 및/또는 상기 고압수 분사단계에서 고압 세척수가 여과기 및 고압펌프를 경유하여 공급되는 세척수 공급단계를 더욱 포함하는 이온교환수지 세정방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 세정방법이 적용된 장치의 전체 구성도

도 2는 본 발명에 따른 세정장치의 단면도

도 3A 및 도 3B는 각각 세정 전의 이온교환수지 및 본 발명의 방법에 의하여 세정된 후의 이온교환수지에 대한 확대사진도

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

1,5: 세척수 2: 솔레노이드밸브

3: 레벨센서 4: 세척수 저장수단

6: 마이크로 여과수단 7: 고압펌프수단

8: 세정장치 9,10: 원추형 분배수단

11: 고압노즐수단 12: 세척수지 배출수단

13: 스크린 선별수단 14: 진동부여 수단

15: 세정폐액 배출수단 16: 세정수지 저장조

17: 세정된 저장수지 18: 이송용 펌프

19: 이젝터 20: 원래의 사용처

21: 세척수 파이프 22: 이온교환수지 주입구

23: 원형 헤더 24: 진동 흡수 스프링

25: 편심체(偏心體)

이하, 본 발명에 따른 이온교환수지의 세정 방법을 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환수지 세정방법을 구현하기 위한 장치 구성도로서, 도시된 전체 구성은 세척수 저장수단(4)과, 본 발명에 따른 이온교환수지 세정장치(8)와, 세정수지 저장조(16)의 세 부분으로 대별할 수 있다.

먼저, 세척수 저장수단(4)에 대하여 설명하면, 세척수(1)는 세척수 보충용 솔레노이드밸브(2)를 통하여 레벨센서(3)가 부착된 세척수 저장수단(4)에 저장된다.

저장된 세척수(5)는 상기한 세척수 저장수단(4)에 연결되어 수중의 부유물질을 제거하기 위한 마이크로 여과수단(6)을 경유하여, 상기한 마이크로여과 수단(6)에 연결되어 상기한 세척수(5)는 20∼150 bar범위의 고압펌프수단(7)에 의하여 후술하는 세정장치(8)의 노즐(11)에 고압수로서 공급된다. 마이크로 여과수단(6) 및 고압펌프 수단(7)은 세척수 공급수단이라 할 수 있으며, 광의(廣義)로는 세척수 저장수단(4)을 포함한다.

본 발명에 따른 이온교환수지 세정 방법을 구현하기 위한 장치(8)는, 공정 중 오염된 수지를 스크린에 균일하게 분배하기 위한 원추형의 분배 수단(9,10)과; 상기한 분배된 오염된 이온교환수지 중 파쇄수지와 고압의 세척수에 의해 오염된 이온교환수지로부터 분리되는 오염물질을 제거하기 위한 30∼100 mesh 범위의 스크린 선별수단(13)과; 상기의 스크린 선별수단에 진동을 부여하기 위한 모터회전 등에 의한 진동 부여수단(14)과; 고압펌프수단(7)으로부터 공급받은 세척수를 상기한 이온교환수지에 고압으로 분사하기 위한 고압노즐수단(11)과; 고압의 세척수에 의해 세척된 이온교환수지를 세정수지 저장조(16)으로 보내기 위한 중력 및 원심력에 의한 세척수지 배출수단(12)과; 상기한 고압노즐에 의해 이온교환수지로부터 제거된 오염물질과 파쇄수지를 포함하는 세정 폐액을 외부로 배출하기 위한 중력 및 원심력에 의한 세정폐액 배출수단(15) 등으로 구성된다.

세정수지 저장조(16)에는 세척 완료된 수지(17)가 저장되며, 저장된 세척 완료 수지(17)는 원래의 사용처(20)로 반송하기 위한 이송용 펌프(18) 및 이젝터(19)로 구성되는 수지 이송수단(도면부호 미부여)을 통하여 회송된다. 이때 상기한 본 발명의 이온교환수지 세정장치(8)로부터 발생되는 세정 폐액을 처리하여 세척수로써 재이용하기 위하여 자동역세형 여과수단(미도시)을 부가하여 사용할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 이온교환수지 세정방법을 위한 장치(8)의 단면도로서, 세척수 파이프(21)를 통하여 공급되는 고압의 세척수(1)는, 수지표면의 오염물질을 효과적으로 제거하고 이온교환수지의 세정장치(8) 내 체류시간을 연장할 수 있도록 원형 헤더(23)에 노즐이 6∼12개 부착되어 있는 고압노즐수단(11)을 채택하고 있다. 상기한 고압노즐수단(11)의 하방에는 상기의 고압노즐수단(11)에서 분사된 고압 세척수로 이온교환 수지로부터 분리된 오염물질과 수지중에 포함된 파쇄 수지를 선별하여 제거하기 위한 30∼100 mesh 스크린 선별수단(13)이 부착되어 있다.

상기의 스크린 선별수단(13) 하방 일측에는 세정폐액 배출수단(15)에 의해 배출되는 세정폐액을 모으기 위한 집수수단(미도시)이 있으며, 세정장치(8)에 진동을 부여하기 위한 진동모터(14)가 집수 하우징(도면부호 미부여) 하단에 부착되고, 상기한 세정장치(8)는 진동흡수 스프링(24)에 의해 바닥 프레임(도면부호 미부여)에 고정된다. 도면 중 미설명 부호 25는 진동 부여용 편심체이다.

[실시예]

본 발명의 이온교환수지 세정방법을 이용하여 하기의 실험조건하에서 철산화물로 오염된 이온교환수지의 세정을 실시하여 세정 전·후 세정효과와 파쇄수지 제거율을 비교하였다.

〈 시험조건 〉

- 이온교환수지 : 보령화력 복수탈염장치에 사용중인 이온교환수지

- 수지 공급유속: 20 L/min

- 고압노즐 세척수: 유량 120 L/min, 압력 50 bar

상기의 시험조건에서 수행하여 얻은 세정결과는 다음 사진과 같다.

〈 시험결과 〉

1. 세정 전후의 외형에 대한 비교 결과를 이온교환수지에 대한 확대사진도로서 각각 도 3A 및 도 3B에 도시하였다.

2. 세정 전·후 이온교환수지 성능변화 비교를 하기의 표 1에 나타낸다.

시료 구분	완 구 율(whole bead %)	재생후 전기전도도(μS/cm)	표면 색상
세정 전	90 %	0.17	진한 적갈색(철산화물 오염)
세정 후	≥ 99 %	0.06	신제품과 동일

상기한 본 발명의 이온교환수지 세정방법은 산업체의 정수처리 공정이나 발전소의 순수생산 및 복수탈염처리설비에 적용하여 사용중인 오염 이온교환수지를 효과적으로 세척함으로써 정수처리공정의 효율을 획기적으로 향상시키고 이온교환수지 교체비용를 크게 절감할 수 있다.

이상에서 설명하고 입증하였듯이, 본 발명에 따른 이온교환수지 세정방법에 의하면, 철산화물 등의 수중 불순물로 인해 오염된 이온교환수지를 화학약품의 사용없이 고압수 노즐을 채택하여 효과적인 세정이 가능하고 장시간 사용으로 발생되어 처리수질의 악화원인이 되는 파쇄수지를 쉽게 제거할 수 있어, 본 발명의 방법을 발전소 및 산업체 현장에서 적용함으로써 이온교환수지탑으로부터 유출되는 철산화물 및 부식성이온(Cl^-, SO₄ ^2-) 농도를 최소화하여 보일러(증기발생기)와 증기터빈에서의 스케일부착과 부식발생을 획기적으로 방지시켜 주는 효과가 있다.

Claims (11)

1. (삭제)
2. (삭제)
3. (삭제)
4. (삭제)
5. (삭제)
6. (삭제)
7. 하기의 단계를 포함하는 정수처리용 이온교환수지의 세정방법:

   (A) 30∼100 mesh의 스크린을 이용하여 유입된 정상 형태 및 크기의 이온교환수지는 지지하되 파쇄수지와 세척폐수만을 선택적으로 통과시키는 스크린 선별 단계;

   (B) 이온교환수지가 지지되는 상기한 스크린의 상방으로부터 세척수를 20∼150bar의 압력으로 분사하여 세정하는 고압수 분사 세정 단계; 및

   (C) 상기한 고압수 분사 세정 단계에서 이온교환수지의 세척 효과를 증대시킴과 아울러, 이온교환수지로부터 탈락된 불순물 및 파쇄수지를 용이하게 제거할 수 있도록 상기한 스크린 선별수단을 진동시키는 스크린 진동 단계.
8. 제7항에 있어서, 상기한 스크린 선별 단계(A)에 앞서, 원추형 분배장치를 통하여 이온교환수지를 균일하게 분포 유입시키는 이온교환수지 분배단계(D)를 더욱 수행하는 이온교환수지의 세정방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기한 고압수 분사 세정 단계(B)에 있어서 고압 세척수가 여과기 및 고압펌프를 경유하여 공급되는 세척수 공급 단계(E)를 더욱 포함하는 이온교환수지의 세정방법.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 세척된 수지를 일시 저장하고 원래의 사용처로 회송시키기 위하여 수지이송용 펌프 및 이젝터를 이용하는 수지이송단계(F)를 더욱 수행하는 이온교환수지의 세정방법.
11. 제10항에 있어서, 이온교환수지 세척 후 세정폐액 저장조에 불순물을 함유하는 폐수를 저장하고 여과하는 여과단계(G)를 더욱 수행함과 아울러, 여과전후 일정한 차압에 의해 여과막의 자동역세를 수행하는 역세단계(H)를 더욱 수행하는 이온교환수지의 세정방법.