KR102440909B1 - 재생식 이온 교환 장치 및 그 운전 방법 - Google Patents

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Abstract

재생식 이온 교환탑 (1) 의 상부에는 이온 교환 처리를 실시하는 전처리수 (W) 의 공급관 (3) 이 접속되어 있는 한편, 하부에는 이온 교환 처리수 (W1) 의 배출관 (4) 이 접속되어 있다. 그리고, 이들 공급관 (3) 및 배출관 (4) 에는 각각 재생 약액인 NaOH 용액 공급관 (5) 과, 염산 (HCl) 공급관 (6) 이 각각 접속되어 있다. 또한 탑 본체 (1A) 의 측부에는, 재생 폐수의 배출관 (7) 이 접속되어 있다. 또, 배출관 (4) 에는, 저항률계 (8) 및 이온 교환 처리수 (W1) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하는 나트륨 이온 전극 (9) 이 형성되어 있다. 이러한 재생식 이온 교환 장치에 의하면, 재생식 이온 교환 장치의 후단의 2 차 순수 시스템 (서브 시스템) 의 처리수 중의 나트륨 이온 (Na+) 이나 염화물 이온 (Cl-) 의 농도의 단기 변동을 억제할 수 있다.

Description

재생식 이온 교환 장치 및 그 운전 방법
본 발명은, 전자 제품 등을 제조하는 과정에서 사용하는 초순수 제조 설비에 있어서의 1 차 순수 시스템에 사용하는 재생식 이온 교환 장치 및 그 운전 방법에 관한 것으로, 특히 1 차 순수 시스템의 후단의 서브 시스템 등에 사용하는 비재생식 이온 교환 장치의 처리수 중 이온 농도의 단기 변동을 억제 가능한 재생식 이온 교환 장치 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
초순수 제조 장치는, 일반적으로, 전처리 시스템, 1 차 순수 시스템, 2 차 순수 시스템 (서브 시스템) 에 의해 구성된다. 전처리 시스템은, 응집, 가압 부상 (침전), 여과 (막여과) 장치 등에 의해 구성되고, 원수 (原水) 중의 현탁 물질이나 콜로이드 물질의 제거를 실시한다. 이 과정에서는 고분자계 유기물, 소수성 유기물 등을 제거할 수도 있다. 또, 1 차 순수 시스템은, 기본적으로 역침투 (RO) 막 분리 장치 및 재생형 이온 교환 장치 (혼상식 (混床式) 또는 4 상 5 탑식 등) 를 구비하고, RO 막 분리 장치에서는, 염류를 제거함과 함께, 이온성, 콜로이드성의 TOC 를 제거한다. 재생형 이온 교환 장치에서는, 염류를 제거함과 함께 이온 교환 수지에 의해 흡착 또는 이온 교환되는 TOC 성분의 제거를 실시한다.
또한 서브 시스템은, 기본적으로 저압 자외선 (UV) 산화 장치, 비재생형 혼상식 이온 교환 장치 및 한외 여과 (UF) 막 분리 장치를 구비하고, 1 차 순수의 순도를 보다 더 높여 초순수로 한다. 저압 UV 산화 장치에서는, 저압 자외선 램프로부터 나오는 185 ㎚ 의 자외선에 의해 TOC 를 유기산, 나아가서는 CO2 까지 분해한다. 그리고, 분해에 의해 생성된 유기물 및 CO2 는 후단의 비재생형 혼상식 이온 교환 장치로 제거된다. UF 막 분리 장치에서는, 미립자가 제거되고, 이온 교환 수지의 유출 입자도 제거된다.
상기 서술한 바와 같은 초순수 제조 장치에 있어서, 1 차 순수 시스템의 재생식 이온 교환 장치는, 1 탑 혹은 탈기 장치를 포함하는 복수의 탑으로 구성됨으로써, 요구되는 처리수의 수질에 따른 물 처리 장치로 할 수 있고, 또한 역침투 (RO) 막 장치를 전단에 갖는 것이 일반적이다. 그리고, 이 재생식 이온 교환 장치의 후단에는, 비재생식 이온 교환 장치를 구비한 2 차 순수 시스템 (서브 시스템) 을 배치함으로써 초순수를 제조할 수 있다.
수중의 이온류를 주로 제거하는 이온 교환 장치에 있어서의 처리수 이온 농도는, 급수 이온 농도와 처리수량 (공간 속도와 선속도) 에 의해 정해진다. 종래 재생식 이온 교환 장치는 처리수의 저항률 (혹은 전기 전도도) 에 임계값을 설정하고, 재생과 채수를 반복하면서 수중의 이온을 제거하고 있다. 이와 같은 이온 교환 장치에 충전되어 있는 이온 교환 수지는 전기 화학적으로 수중의 이온류를 제거하지만, 그 능력에 용량이 있기 때문에, 재생식 이온 교환 장치에서는, 정기적으로 약품으로 재생하여, 그 능력을 회생시키고 있다.
재생식 이온 교환 장치에 충전하고 있는 이온 교환 수지를 재생하기 위해서는, 아니온 교환 수지 혹은 카티온 교환 수지 등 충전되어 있는 이온 교환 수지에 따라, 염산 (HCl) 혹은 수산화나트륨 (NaOH) 등의 약품을 사용하지만, 이들 재생 약품이 재생 후의 이온 교환 수지 중에 남아, 수중의 이온을 제거한 후의 처리수에 나트륨 이온 (Na+) 혹은 염화물 이온 (Cl-) 이 검출된다.
최근, 이와 같은 재생식 이온 교환 장치의 후단의 서브 시스템 (2 차 순수 장치) 의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수 중의 나트륨 이온 (Na+) 농도나 염화물 이온 (Cl-) 농도가 변동되는 것이 현재화되어, 그 물을 사용하여 세정하여 제조한 반도체 제품의 수율에 영향을 미친다는 문제가 있는 것을 알 수 있었다.
그래서, 이 비재생식 이온 교환 장치의 처리수 중의 나트륨 이온 (Na+) 농도나 염화물 이온 (Cl-) 농도의 변동의 원인에 대해 본 발명자가 검토한 결과, 1 차 순수 시스템을 구성하는 재생식 이온 교환 장치의 처리수에 잔존하는 나트륨 이온 (Na+) 농도나 염화물 이온 (Cl-) 농도가 후단의 서브 시스템의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수의 수질에 영향을 미쳐, 그 물을 사용하여 세정함으로써 제조한 반도체 제품의 수율에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 재생식 이온 교환 장치의 후단의 2 차 순수 시스템 (서브 시스템) 의 처리수 중의 나트륨 이온 (Na+) 이나 염화물 이온 (Cl-) 의 농도의 단기 변동을 억제하는 것이 가능한 재생식 이온 교환 장치 및 그 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 감안하여, 첫 번째로 본 발명은 재생식 이온 교환탑을 단독으로 갖는 재생식 이온 교환 장치에 있어서, 그 재생식 이온 교환탑 단독의 처리수의 이온 농도를 측정하는 이온 전극을 구비하는 재생식 이온 교환 장치를 제공한다 (발명 1).
이러한 발명 (발명 1) 에 의하면, 1 차 순수 시스템을 구성하는 재생식 이온 교환 장치가 재생식 이온 교환탑 단독인 경우에 있어서, 재생식 이온 교환탑 단독의 처리수의 재생시의 처리수의 저항률뿐만 아니라, 이온 농도 (이온 전극에 의한 측정값) 를 측정하고, 이것에 기초하여 재생의 적부를 관리함으로써, 후단의 서브 시스템에 유입되는 이온 농도를 제어할 수 있기 때문에, 서브 시스템을 구성하는 비재생식 이온 교환 장치의 처리수의 이온 농도의 단기 변동을 억제할 수 있고, 또한 이온 농도 자체도 낮게 억제할 수 있다.
또, 본 발명은 복수의 재생식 이온 교환탑과 탈기 장치를 포함하는 복수의 탑으로 이루어지는 재생식 이온 교환 장치에 있어서, 상기 복수의 재생식 이온 교환탑의 최후단의 탑의 처리수의 이온 농도를 측정하는 이온 전극을 구비하는 재생식 이온 교환 장치를 제공한다 (발명 2).
이러한 발명 (발명 2) 에 의하면, 1 차 순수 시스템을 구성하는 재생식 이온 교환 장치가 재생식 이온 교환탑과 탈기 장치를 포함하는 복수의 탑으로 이루어지는 경우에 있어서, 최후단의 재생식 이온 교환탑의 재생시의 처리수의 저항률뿐만 아니라, 이온 농도 (이온 전극에 의한 측정값) 를 측정하고, 이것에 기초하여 재생의 적부를 관리함으로써, 후단의 서브 시스템에 유입되는 이온 농도를 제어할 수 있기 때문에, 서브 시스템을 구성하는 비재생식 이온 교환 장치의 처리수의 이온 농도의 단기 변동을 억제할 수 있고, 또한 이온 농도 자체도 낮게 억제할 수 있다.
상기 발명 (발명 1, 2) 에 있어서는, 상기 이온 전극으로 이온 농도를 측정하는 재생식 이온 교환탑이, 적어도 아니온 교환 수지를 충전하고 있고, 상기 이온 전극이 처리수의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하는 나트륨 이온 전극인 것이 바람직하다 (발명 3).
이러한 발명 (발명 3) 에 의하면, 아니온 교환 수지를 충전한 재생식 이온 교환탑의 재생시의 처리수의 저항률뿐만 아니라, 나트륨 이온 (Na+) 전극에 의해 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하고, 이 측정값에 기초하여 재생의 적부를 관리함으로써, 후단의 서브 시스템의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수의 나트륨 이온 (Na+) 농도의 단기 변동을 제어할 수 있고, 또한 이온 농도 자체도 낮게 억제할 수 있다.
두 번째로 본 발명은 재생식 이온 교환탑을 단독으로 갖는 재생식 이온 교환 장치의 재생 후의 처리수의 이온 농도를 이온 전극에 의해 측정하고, 그 이온 전극에 의해 측정된 이온 농도에 기초하여 재생식 이온 교환탑의 재생을 관리하는 재생식 이온 교환 장치의 운전 방법을 제공한다 (발명 4). 또, 본 발명은 복수의 재생식 이온 교환탑과 탈기 장치를 포함하는 복수의 탑으로 이루어지는 재생식 이온 교환 장치의 최후단의 탑의 재생 후의 처리수의 이온 농도를 이온 전극에 의해 측정하고, 그 이온 전극에 의해 측정된 이온 농도에 기초하여 재생식 이온 교환탑의 재생을 관리하는 재생식 이온 교환 장치의 운전 방법을 제공한다 (발명 5).
이러한 발명 (발명 4, 5) 에 의하면, 재생식 이온 교환탑의 재생과 채수의 전환을 실시하면서, 재생시의 처리수의 저항률뿐만 아니라, 이온 농도 (이온 전극에 의한 측정값) 를 측정하고, 이것에 기초하여 재생의 적부를 관리함으로써 후단의 서브 시스템의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수 중에 있는 이온 농도의 단기 변동을 억제하고, 또한 낮게 억제할 수 있다.
상기 발명 (발명 4, 5) 에 있어서는, 상기 이온 전극으로 이온 농도를 측정하는 재생식 이온 교환탑이, 적어도 아니온 교환 수지가 충전되어 있고, 상기 이온 전극이 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하는 나트륨 이온 전극이고, 상기 아니온 교환 수지의 재생 후의 처리수의 나트륨 이온 농도를 상기 나트륨 이온 전극에 의해 측정하여, 재생식 이온 교환탑의 재생을 관리하는 것이 바람직하다 (발명 6).
이러한 발명 (발명 6) 에 의하면, 아니온 교환 수지를 충전한 재생식 이온 교환탑의 재생시의 처리수의 저항률뿐만 아니라, 나트륨 이온 (Na+) 전극에 의한 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하고, 이 측정값에 기초하여 재생의 적부를 관리함으로써, 후단의 서브 시스템의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수의 나트륨 이온 (Na+) 농도의 단기 변동을 제어할 수 있고, 또한 이온 농도 자체도 낮게 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 재생식 이온 교환탑의 채수시의 처리수의 저항률뿐만 아니라, 이온 농도 (이온 전극에 의한 측정값) 로 관리하므로, 재생식 이온 교환 장치의 후단의 서브 시스템의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수 중에 있는 이온 농도의 단기 변동을 억제하고, 또한 이온 농도를 낮게 억제할 수 있다. 특히 아니온 교환 수지의 재생의 적부를 나트륨 전극에 의해 나트륨 이온 농도에 기초하여 관리하는 것에 바람직하다. 이로써 얻어진 초순수를 사용하여 세정함으로써 제조한 반도체 제품의 수율을 높게 유지할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 재생식 이온 교환 장치를 나타내는 개략 계통도이다.
도 2 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 재생식 이온 교환 장치를 나타내는 개략 계통도이다.
도 3 은, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 재생식 이온 교환 장치를 나타내는 개략 계통도이다.
도 4 는, 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 재생식 이온 교환 장치를 나타내는 개략 계통도이다.
도 5 는, 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 재생식 이온 교환 장치를 나타내는 개략 계통도이다.
도 6 은, 본 발명의 제 6 실시형태에 관련된 재생식 이온 교환 장치를 나타내는 개략 계통도이다.
이하, 본 발명의 재생식 이온 교환 장치의 제 1 실시형태에 대해 도 1 을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1 에 나타내는 재생식 이온 교환 장치는, 그 재생식 이온 교환 장치가 재생식 이온 교환탑 단독으로 구성되는 양태이다. 본 실시형태에 있어서, 재생식 이온 교환탑 (1) 은, 원통상의 탑 본체 (1A) 내에 카티온 교환 수지와 아니온 교환 수지의 혼합 수지에 의한 이온 교환 수지층 (2) 이 배치되어 있다. 탑 본체 (1A) 의 상부에는 이온 교환 처리를 실시하는 전처리수 (W) 의 공급관 (3) 이 접속되어 있는 한편, 하부에는 이온 교환 처리수 (W1) 의 배출관 (4) 이 접속되어 있다. 그리고, 이들 공급관 (3) 및 배출관 (4) 에는 각각 재생 약액인 알칼리로서의 NaOH 용액 공급관 (5) 과, 산으로서의 염산 (HCl) 공급관 (6) 이 각각 접속되어 있다. 또한 탑 본체 (1A) 의 측부에는, 재생 폐수의 배출관 (7) 이 접속되어 있다. 이들 공급관 (3), 배출관 (4), NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6) 및 재생 폐수의 배출관 (7) 에는 각각 도시되지 않은 개폐 밸브가 형성되어 있다. 또, 배출관 (4) 에는, 저항률계 (8) 및 이온 교환 처리수 (W1) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하는 이온 전극인 나트륨 이온 전극 (9) 이 형성되어 있다. 또한, 도 1 에 있어서 10 은 NaOH 용액 공급관 (5) 에 형성된 가열기 (플레이트식 열교환기) 이다.
상기 서술한 바와 같은 재생식 이온 교환 장치에 있어서, 이온 교환 수지층 (2) 을 구성하는 카티온 교환 수지로는, 양이온 교환기로서 술폰기를 붙인 강산성 카티온 교환 수지, 카르복실산기를 붙인 약산성 카티온 교환 수지 모두 사용 가능하고, PSA 의 용출이 적은 점에서 겔형 수지를 사용하는 것이 일반적이다. 또, 상기의 카티온 교환 수지는 디비닐벤젠이 가교제가 되고, 사슬형 구조가 가교되어 망목 구조의 수지가 형성되어 있다. 디비닐벤젠이 많을수록 사슬의 분기가 많아, 조밀한 구조가 되고, 디비닐벤젠이 적으면 분지가 적은 망목이 큰 수지가 얻어진다. 통상적인 물처리에 사용하는 수지는 가교도가 8 ％ 정도로 표준 가교 수지라고 불리고 있다. 이에 대해, 가교도 9 ％ 이상의 것은 고가교도 수지라고 불리고 있다. 본 실시형태에 있어서는, 모두 사용할 수 있지만, 표준 가교 수지가 바람직하다.
또, 아니온 교환 수지로는, PSA 의 용출이 적은 점에서 겔형 수지를 사용한다. 스티렌-디비닐벤젠 공중합체 등을 모체로 한 스티렌 골격에 트리메틸암모늄기나 디메틸에탄올암모늄기 등의 4 급 암모늄기를 갖는 강염기성 아니온 교환 수지, 스티렌-디비닐벤젠 공중합체 등을 모체로 한 스티렌 골격에 또는 폴리아크릴산에스테르 골격에, 1 급 ∼ 3 급 아미노기를 관능기로서 갖는 약염기성 아니온 교환 수지 모두 사용할 수 있지만, 강염기성 아니온 교환 수지를 바람직하게 사용할 수 있다. 아니온 교환 수지의 교환기는, OH 형인 것이 바람직하다.
이온 교환 수지층 (2) 을 구성하는 혼합 수지에 있어서의 카티온 교환 수지와 아니온 교환 수지의 혼합 비율은, 카티온 교환 수지 : 아니온 교환 수지가 30 : 70 ∼ 70 : 30, 특히 30 : 70 ∼ 50 : 50 으로 아니온 교환 수지를 많이 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 서술한 바와 같은 재생식 이온 교환 장치의 운전 방법에 대해 설명한다. 먼저, 채수 모드에서는, 공급관 (3) 및 배출관 (4) 을 개성 (開成) 하고, NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6) 및 배출관 (7) 을 폐쇄한 상태에서, 전처리수 (W) 를 공급관 (3) 으로부터 하향류로 통수하면, 전처리수 (W) 는 혼합 수지에 의한 이온 교환 수지층 (2) 에서 카티온성 성분 및 아니온성 성분이 제거된 후, 이온 교환 처리수 (W1) 로서 배출관 (4) 으로부터 배출되어, 도시되지 않은 서브 시스템에 공급된다. 이 때의 통수 조건은, 통상적인 이온 교환에 의한 처리와 동일하게 할 수 있고, 이온 교환 수지층 (2) 의 이온 교환 수지의 용적에 대해 공간 속도 5 ∼ 100 h-1, 특히 5 ∼ 50 h-1 로 하면 된다.
그리고, 저항률계 (8) 에 의한 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률이 소정의 값을 초과하면, 이온 교환 수지층 (2) 의 이온 교환능이 저하되어 온 것으로 간주하여 재생 모드로 전환하고, 재생식 이온 교환탑 (1) 내의 혼합 수지의 재생을 실시한다. 이 재생 모드에서는, 먼저 배출관 (4) 으로부터 이온 교환 처리수 (W1) 를 공급하여 공급관 (3) 으로부터 배출함으로써, 이온 교환 수지층 (2) 을 구성하는 혼합 수지를 역세 (逆洗) 한다. 이 역세에서는 아니온 교환 수지와 카티온 교환 수지의 약간의 비중차에 의해 아니온 교환 수지가 상측으로 카티온 교환 수지가 하측으로 분리된다.
그러면 NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6) 및 재생 폐수의 배출관 (7) 을 개성한 상태에서, NaOH 용액 공급관 (5) 으로부터 수산화나트륨 수용액을 공급하여 상측에 편재된 아니온 교환 수지를 재생하고, 염산 공급관 (6) 으로부터 염산을 공급하여 하측에 편재된 카티온 교환 수지를 재생한다. 이 때 아니온 교환 수지를 효율적으로 재생하기 위해, 수산화나트륨 수용액은 가열기 (10) 에 의해 30 ∼ 50 ℃ 정도로 가열하는 것이 바람직하다. 이들 수산화나트륨 수용액 및 염산의 재생 후의 폐수는, 재생 폐수의 배출관 (7) 으로부터 배출한다.
계속해서, 공급관 (3) 및 배출관 (4) 을 개성하고, NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6) 및 재생 폐수의 배출관 (7) 을 폐쇄한 상태에서, 공급관 (3) 으로부터 이온 교환 처리수 (W1) 를 공급하고 배출관 (4) 으로부터 배출함으로써, 재생에 사용한 약액 (수산화나트륨 수용액 및 염산) 을 일과식으로 압출한다. 여기까지의 재생 조작은 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률의 저하나 나트륨 농도의 상승이 큰 경우에는 2 회 이상 연속해서 실시하는 것이 바람직하다.
다음으로 이온 교환 수지층 (2) 을 구성하는 분리된 이온 교환 수지를 혼합하면, 공급관 (3) 으로부터 전처리수 (W) 를 공급하고 배출관 (4) 으로부터 배출하여 이온 교환 처리수 (W1) 를 제조함으로써 이온 교환 수지의 순환 세정을 실시한다. 여기서 제조되는 이온 교환 처리수 (W1) 는 서브 시스템에는 공급하지 않고, 그 이온 교환 처리수 (W1) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 나트륨 이온 전극 (9) 으로 측정한다. 순환 세정이 불충분하면 재생에 사용한 NaOH 용액에서 기인하여 나트륨 이온이 이온 교환 처리수 (W1) 에 많이 포함되므로, 나트륨 이온 농도가 소정의 값 이하가 된 시점에서 재생을 적합으로 판단하고, 재생 작업을 종료하고, 채수 모드로 되돌아간다. 이 때, 저항률계 (8) 에 의한 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률과의 양방에서 재생의 적부를 판단해도 된다. 또한, 나트륨 이온 농도가 소정의 값을 초과하는 경우에는 순환 세정을 계속하면 된다. 이 채수 모드와 재생 모드를 교대로 반복함으로써 재생식 이온 교환 장치를 운전할 수 있다.
이와 같이 나트륨 이온 농도에 기초하여, 아니온 교환 수지의 재생의 적부를 판단하여, 재생이 적합으로 판단된 후 이온 교환 처리수 (W1) 를 서브 시스템에 공급함으로써, 초순수 (서브 시스템 처리수) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 원하는 값까지 낮게 유지하여 안정화시킬 수 있다.
다음으로 본 발명의 재생식 이온 교환 장치의 제 2 실시형태에 대해 도 2 를 참조로 하여 설명한다. 본 실시형태에 있어서는, 전술한 제 1 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2 에 나타내는 재생식 이온 교환 장치는, 그 재생식 이온 교환 장치가 재생식 이온 교환탑 단독으로 구성되는 양태이다. 본 실시형태에 있어서, 재생식 이온 교환탑 (1) 은, 상향류로 통수하는 방식이고, 원통상의 탑 본체 (1A) 내에 상측으로부터 아니온 교환 수지층 (2A) 과 카티온 교환 수지층 (2B) 이 각각 이간하여 형성된 2 층식의 이온 교환탑이고, 탑 본체 (1A) 의 하부에는 이온 교환 처리를 실시하는 전처리수 (W) 의 공급관 (3) 이 접속되어 있는 한편, 상부에는 이온 교환 처리수 (W1) 의 배출관 (4) 이 접속되어 있다. 그리고, 배출관 (4) 에는 재생 약액인 알칼리로서의 NaOH 용액 공급관 (5) 이 접속되어 있고, 탑 본체 (1A) 의 측부에는 NaOH 재생 폐수의 배출관 (7A) 이 접속되어 있다. 한편, 탑 본체 (1A) 의 측부에는 산으로서의 염산 (HCl) 공급관 (6) 이 연통되어 있고, 공급관 (3) 에는 염산 폐수의 배출관 (7B) 이 접속되어 있다. 이들 공급관 (3), 배출관 (4), NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6), NaOH 재생 폐수의 배출관 (7A) 및 염산 폐수의 배출관 (7B) 에는, 각각 도시되지 않은 개폐 밸브가 형성되어 있다. 또, 배출관 (4) 에는, 저항률계 (8) 및 이온 교환 처리수 (W1) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하는 나트륨 이온 전극 (9) 이 형성되어 있다. 또한, 10 은 NaOH 용액 공급관 (5) 에 형성된 가열기 (플레이트식 열교환기) 이고, 1B 는 아니온 교환 수지층 (2A) 을 구성하는 아니온 교환 수지보다 작은 구멍을 다수 갖는 차폐판이다.
상기 서술한 바와 같은 재생식 이온 교환 장치의 운전 방법에 대해 설명한다. 먼저, 채수 모드에서는, 공급관 (3) 및 배출관 (4) 을 개성하고, NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6), NaOH 재생 폐수의 배출관 (7A) 및 염산 폐수의 배출관 (7B) 을 폐쇄한 상태에서, 전처리수 (W) 를 탑 본체 (1A) 의 하부의 공급관 (3) 으로부터 공급하고 상향류로 통수하면, 전처리수 (W) 는 카티온 교환 수지층 (2B) 에서 카티온성 성분이 제거되고, 계속해서 아니온 교환 수지층 (2A) 에서 아니온성 성분이 제거된 후 이온 교환 처리수 (W1) 로서 배출관 (4) 으로부터 도시되지 않은 서브 시스템에 공급된다. 이 때의 통수 조건은, 통상적인 이온 교환에 의한 처리와 동일하게 할 수 있고, 이온 교환 수지에 대해 공간 속도 5 ∼ 100 h-1, 특히 5 ∼ 50 h-1 로 하면 된다.
그리고, 저항률계 (8) 에 의한 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률이 소정의 값을 초과하면, 재생 모드로 전환하고, 재생식 탑 본체 (1A) 내의 아니온 교환 수지층 (2A) 및 카티온 교환 수지층 (2B) 의 재생을 실시한다. 이 재생은 NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6), NaOH 재생 폐수의 배출관 (7A) 및 염산 폐수의 배출관 (7B) 을 개성한 상태에서, NaOH 용액 공급관 (5) 으로부터 수산화나트륨 수용액을 공급하여 아니온 교환 수지층 (2A) 을 재생하고, 그 재생 약액을 NaOH 재생 폐수의 배출관 (7A) 으로부터 배출한다. 이 때 아니온 교환 수지를 효율적으로 재생하기 위해, 수산화나트륨 수용액은 가열기 (10) 에 의해 30 ∼ 50 ℃ 정도로 가열하는 것이 바람직하다. 한편, 탑 본체 (1A) 의 측부에 접속한 염산 공급관 (6) 으로부터 염산을 공급하여 카티온 교환 수지층 (2B) 을 재생하고, 그 재생 약액을 염산 폐수의 배출관 (7B) 으로부터 배출한다.
계속해서, NaOH 용액 공급관 (5) 으로부터 이온 교환 처리수 (W1) 를 공급하고 NaOH 재생 폐수의 배출관 (7A) 으로부터 배출함으로써 재생에 사용한 NaOH 용액을 일과식으로 압출하는 한편, 염산 공급관 (6) 으로부터 이온 교환 처리수 (W1) 를 공급하고 염산 폐수의 배출관 (7B) 으로부터 배출함으로써 재생에 사용한 염산을 일과식으로 압출한다. 여기까지 재생은 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률의 저하나 나트륨 농도의 상승이 큰 경우에는 2 회 이상 연속해서 실시하는 것이 바람직하다. 계속해서 공급관 (3) 및 배출관 (4) 을 개성하고, NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6), NaOH 재생 폐수의 배출관 (7A) 및 염산 폐수의 배출관 (7B) 을 폐쇄한 상태에서, 공급관 (3) 으로부터 전처리수 (W) 를 공급하고 배출관 (4) 으로부터 배출하여 이온 교환 처리수 (W1) 를 제조함으로써 이온 교환 수지의 순환 세정을 실시한다.
여기서 제조되는 이온 교환 처리수 (W1) 는 서브 시스템에는 공급하지 않고, 그 이온 교환 처리수 (W1) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 나트륨 이온 전극 (9) 으로 측정한다. 순환 세정이 불충분하면 재생에 사용한 NaOH 용액에서 기인하여 나트륨 이온이 이온 교환 처리수 (W1) 에 많이 포함되므로, 나트륨 이온 농도가 소정의 값 이하가 된 시점에서 재생을 적합으로 판단하고, 재생 작업을 종료하고, 채수 모드로 되돌아간다. 이 때, 저항률계 (8) 에 의한 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률과의 양방에서 재생의 적부를 판단해도 된다. 또한, 나트륨 이온 농도가 소정의 값을 초과하는 경우에는 순환 세정을 계속하면 된다. 이 채수 모드와 재생 모드를 교대로 반복함으로써 재생식 이온 교환 장치를 운전할 수 있다.
이와 같이 나트륨 이온 농도에 기초하여, 아니온 교환 수지의 재생의 적부를 판단하여, 재생이 적합으로 판단된 후 이온 교환 처리수 (W1) 를 서브 시스템에 공급함으로써, 초순수 (서브 시스템 처리수) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 원하는 값까지 낮게 유지하여 안정화시킬 수 있다.
다음으로 본 발명의 재생식 이온 교환 장치의 제 3 실시형태에 대해 도 3 을 참조로 하여 설명한다. 본 실시형태에 있어서는, 전술한 제 1 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3 에 나타내는 재생식 이온 교환 장치는, 그 재생식 이온 교환 장치가 재생식 이온 교환탑 단독으로 구성되는 양태이다. 본 실시형태에 있어서, 재생식 이온 교환탑 (1) 은, 상향류로 통수하는 방식이고, 원통상의 탑 본체 (1A) 내에 상측으로부터 카티온 교환 수지층 (2B) 과 아니온 교환 수지층 (2A) 이 각각 이간하여 형성된 2 층식의 이온 교환탑이고, 탑 본체 (1A) 의 하부에는 이온 교환 처리를 실시하는 전처리수 (W) 의 공급관 (3) 이 접속되어 있는 한편, 상부에는 이온 교환 처리수 (W1) 의 배출관 (4) 이 접속되어 있다. 그리고, 배출관 (4) 에는 재생 약액인 산으로서의 염산 (HCl) 공급관 (6) 이 연통되어 있고, 탑 본체 (1A) 의 측부에는 염산 폐수의 배출관 (7B) 이 접속되어 있다. 또, 탑 본체 (1A) 의 측부에는 알칼리로서의 NaOH 용액 공급관 (5) 이 접속되어 있고, 공급관 (3) 에는 NaOH 폐수의 배출관 (7A) 이 접속되어 있다. 이들 공급관 (3), 배출관 (4), NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6), NaOH 폐수의 배출관 (7A) 및 염산 폐수의 배출관 (7B) 에는, 각각 도시되지 않은 개폐 밸브가 형성되어 있다. 또, 배출관 (4) 에는, 저항률계 (8) 및 이온 교환 처리수 (W1) 의 염소 이온 (Cl-) 농도를 측정하는 염소 이온 전극 (9A) 이 형성되어 있다. 또한, 10 은 NaOH 용액 공급관 (5) 에 형성된 가열기 (플레이트식 열교환기) 이고, 1B 는 카티온 교환 수지층 (2B) 을 구성하는 카티온 교환 수지보다 작은 구멍을 다수 갖는 차폐판이다.
상기 서술한 바와 같은 재생식 이온 교환 장치의 운전 방법에 대해 설명한다. 먼저, 채수 모드에서는, 공급관 (3) 및 배출관 (4) 을 개성하고, NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6), NaOH 폐수의 배출관 (7A) 및 염산 폐수의 배출관 (7B) 을 폐쇄한 상태에서, 전처리수 (W) 를 탑 본체 (1A) 의 하부의 공급관 (3) 으로부터 공급하고 상향류로 통수하면, 전처리수 (W) 는 아니온 교환 수지층 (2A) 에서 아니온성 성분을 제거하고, 계속해서 카티온 교환 수지층 (2B) 에서 카티온성 성분을 제거한 후 이온 교환 처리수 (W1) 를 배출관 (4) 으로부터 배출하여 도시되지 않은 서브 시스템에 공급한다. 이 때의 통수 조건은, 통상적인 이온 교환에 의한 처리와 동일하게 할 수 있고, 이온 교환 수지에 대해 공간 속도 5 ∼ 100 h-1, 특히 5 ∼ 50 h-1 로 하면 된다.
그리고, 저항률계 (8) 에 의한 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률이 소정의 값을 초과하면 재생 모드로 전환하고, 재생식 이온 교환탑 (1A) 의 아니온 교환 수지층 (2A) 및 카티온 교환 수지층 (2B) 의 재생을 실시한다. 이 재생은 NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6), NaOH 폐수의 배출관 (7A) 및 염산 폐수의 배출관 (7B) 을 개성한 상태에서, 탑 본체 (1A) 의 측부에 접속한 NaOH 용액 공급관 (5) 으로부터 수산화나트륨 수용액을 공급하여 아니온 교환 수지층 (2A) 을 재생하고, 그 재생 약액을 NaOH 폐수의 배출관 (7A) 으로부터 배출한다. 이 때 아니온 교환 수지를 효율적으로 재생하기 위해, 수산화나트륨 수용액은 가열기 (10) 에 의해 30 ∼ 50 ℃ 정도로 가열하는 것이 바람직하다. 한편, 탑 본체 (1A) 의 상부의 염산 공급관 (6) 으로부터 염산을 공급하여 카티온 교환 수지층 (2B) 을 재생하고, 그 재생 약액을 염산 폐수의 배출관 (7B) 으로부터 배출한다.
계속해서, NaOH 용액 공급관 (5) 으로부터 이온 교환 처리수 (W1) 를 공급하고 NaOH 폐수의 배출관 (7A) 으로부터 배출함으로써 재생에 사용한 NaOH 용액을 일과식으로 압출하는 한편, 염산 공급관 (6) 으로부터 이온 교환 처리수 (W1) 를 공급하고 염산 폐수의 배출관 (7B) 을 개성함으로써 재생에 사용한 염산을 일과식으로 압출한다. 여기까지의 재생은 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률의 저하나 나트륨 농도의 상승이 큰 경우에는 2 회 이상 연속해서 실시하는 것이 바람직하다. 계속해서 공급관 (3) 및 배출관 (4) 을 개성하고, NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6), NaOH 재생 폐수의 배출관 (7A) 및 염산 폐수의 배출관 (7B) 을 폐쇄한 상태에서, 공급관 (3) 으로부터 전처리수 (W) 를 공급하고 배출관 (4) 으로부터 배출하여 이온 교환 처리수 (W1) 를 제조함으로써 이온 교환 수지의 순환 세정을 실시한다. 여기서 제조되는 이온 교환 처리수 (W1) 는 서브 시스템에는 공급하지 않고, 그 이온 교환 처리수 (W1) 의 염소 이온 (Cl-) 농도를 염소 이온 전극 (9A) 으로 측정한다. 순환 세정이 불충분하면 재생에 사용한 염산 용액에서 기인하여 염소 이온이 이온 교환 처리수 (W1) 에 많이 포함되므로, 염소 이온 농도가 소정의 값 이하가 된 시점에서 재생을 적합으로 판단하고, 재생 작업을 종료하고, 채수 모드로 되돌아간다. 이 채수 모드와 재생 모드를 교대로 반복함으로써 재생식 이온 교환 장치를 운전할 수 있다.
이와 같이 나트륨 이온 농도에 한정하지 않고, 카티온 교환 수지의 재생의 적부를, 염소 이온 전극 (9A) 의 염소 이온 농도에 의해 판단하여, 재생이 적합으로 판단된 후 이온 교환 처리수 (W1) 를 서브 시스템에 공급함으로써, 초순수 (서브 시스템 처리수) 의 염소 이온 (Cl-) 농도를 원하는 값까지 낮게 유지하여 안정화시킬 수 있다.
본 발명의 재생식 이온 교환 장치의 제 4 실시형태에 대해 도 4 를 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 4 에 나타내는 재생식 이온 교환 장치는, 이른바 2 상 3 탑식의 이온 교환 장치이고, 그 재생식 이온 교환 장치는, 2 층형의 재생식 카티온 교환 수지탑 (H 탑) (11) 과, 탈기 장치 (12) 와, 2 층형의 재생식 아니온 교환 수지탑 (OH 탑) (13) 을 구비한다. H 탑 (11) 의 하측에는 이온 교환 처리를 실시하는 전처리수 (W) 의 공급관 (14) 이 접속되어 있는 한편, OH 탑 (13) 의 상측에는 이온 교환 처리수 (W1) 의 배출관 (15) 이 접속되어 있고, 이 배출관 (15) 에는 저항률계 (16) 및 이온 교환 처리수 (W1) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하는 나트륨 이온 전극 (17) 이 형성되어 있다. 그리고, H 탑 (11) 의 상측에는 산으로서의 염산 (HCl) 공급관 (18) 이 접속되어 있음과 함께 H 탑 (11) 의 하측의 전처리수 (W) 의 공급관 (14) 에 염산 (HCl) 폐수의 배출관 (19) 이 접속되어 있다. 또한 OH 탑 (13) 의 상측 (배출측) 에는, 알칼리로서의 NaOH 용액 공급관 (20) 이 접속되어 있고, OH 탑 (13) 의 하측 (공급측) 에는 NaOH 용액의 배출관 (21) 이 접속되어 있다. 또한, 22 는 NaOH 용액 공급관 (20) 에 형성된 가열기 (플레이트식 열교환기) 이고, 23 은 탈기 장치 (12) 로 처리한 처리수를 OH 탑 (13) 에 공급하기 위한 펌프이다.
이 2 상 3 탑식의 이온 교환 장치에 있어서, H 탑 (11) 은 약카티온 교환 수지층 (11A) 과 강카티온 교환 수지층 (11B) 의 2 층 구조이고, OH 탑 (13) 은 약아니온 교환 수지층 (13A) 과 강아니온 교환 수지층 (13B) 의 2 층 구조로 되어 있다. 또한, 약카티온 교환 수지층 (11A) 및 강카티온 교환 수지층 (11B), 약아니온 교환 수지층 (13A) 및 강아니온 교환 수지층 (13B) 사이에는, 아니온 교환 수지 및 카티온 교환 수지보다 작은 구멍을 다수 갖는 차폐판 (도시 생략) 이 형성되어 있다.
다음으로 상기 서술한 바와 같은 재생식 이온 교환 장치의 운전 방법에 대해 설명한다. 먼저, 채수 모드에서는, 공급관 (14) 으로부터 전처리수 (W) 를 통수하고, H 탑 (11) 에서는, 약카티온 교환 수지층 (11A) 에서 약산성의 카티온 성분을, 강카티온 교환 수지층 (11B) 에서 중성염의 카티온 성분을 각각 제거하고, 계속해서 탈기 장치 (12) 로 전처리수 (W) 에 용존해 있는 이산화탄소 등의 기체를 제거하고, 또한 OH 탑 (13) 에서는 약아니온 교환 수지층 (13A) 에서 약산성의 아니온 성분을, 강아니온 교환 수지층 (13B) 에서 중성염의 아니온 성분을 각각 제거하여 이온 교환 처리수 (W1) 를 제조할 수 있다. 이 이온 교환 처리수 (W1) 를 필요에 따라 추가로 여러 가지 처리나 미립자를 제거한 후 서브 시스템에 공급한다.
그리고, 저항률계 (16) 에 의한 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률이 소정의 값을 초과하면 재생 모드로 전환하고, H 탑 (11) 의 유로를 적절히 개폐하여 H 탑 (11) 에 염산 공급관 (18) 으로부터 염산을 공급함으로써 카티온 교환 수지 (11A, 11B) 를 재생하면서 염산 폐수의 배출관 (19) 으로부터 배출한다. 한편, OH 탑 (13) 의 유로를 적절히 개폐하여 NaOH 용액 공급관 (20) 으로부터 NaOH 용액을 공급함으로써 아니온 교환 수지 (13A, 13B) 를 재생하면서 NaOH 용액의 배출관 (21) 으로부터 배출한다. 이 때 아니온 교환 수지 (13A, 13B) 를 효율적으로 재생하기 위해, 수산화나트륨 수용액은 가열기 (22) 에 의해 30 ∼ 50 ℃ 정도로 가열하는 것이 바람직하다.
계속해서 염산 공급관 (18) 으로부터 H 탑 (11) 에 이온 교환 처리수 (W1) 를 공급하여 염산 폐수의 배출관 (19) 으로부터 재생에 사용한 염산을 일과식으로 압출하는 한편, OH 탑 (13) 의 상측으로부터 이온 교환 처리수 (W1) 를 공급하여 NaOH 용액의 배출관 (21) 으로부터 재생에 사용한 NaOH 용액을 일과식으로 압출한다. 계속해서, 염산 공급관 (18) 및 NaOH 용액 공급관 (20) 을 폐쇄하고, 전처리수 (W) 를 공급관 (14) 으로부터 통수하여, H 탑 (11), 탈기 장치 (12) 및 OH 탑 (13) 의 순환 세정을 실시한다. 여기서 제조되는 이온 교환 처리수 (W1) 는 서브 시스템에는 공급하지 않고, 그 이온 교환 처리수 (W1) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 나트륨 이온 전극 (17) 으로 측정한다. 순환 세정이 불충분하면 재생에 사용한 NaOH 용액에서 기인하여 나트륨 이온이 이온 교환 처리수 (W1) 에 많이 포함되므로, 나트륨 이온 농도가 소정의 값 이하가 된 시점에서 재생을 적합으로 판단하고, 재생 작업을 종료하고, 채수 모드로 되돌아간다. 이 채수 모드와 재생 모드를 교대로 반복함으로써 재생식 이온 교환 장치를 운전할 수 있다.
이와 같이 재생식 이온 교환탑 단독으로 구성했을 경우에 한정되지 않고, 2 이상의 재생식 이온 교환탑의 최후단의 탑인 재생식 아니온 교환 수지탑 (OH 탑) (13) 의 이온 교환 처리수 (W1) 의 나트륨 이온 농도를 측정하는 나트륨 이온 전극 (17) 을 형성하는 것에 의해서도 동일하게 나트륨 이온 농도에 기초하여, 아니온 교환 수지 (13A, 13B) 의 재생의 적부를 판단하고, 이 이온 교환 처리수 (W1) 를 서브 시스템에 공급함으로써, 초순수 (서브 시스템 처리수) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 원하는 값까지 낮게 제어할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 재생식 이온 교환 장치의 제 5 실시형태에 대해 도 5 를 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 5 에 나타내는 재생식 이온 교환 장치는, 이른바 3 상 4 탑식의 이온 교환 장치이다. 본 실시형태에 있어서, 재생식 이온 교환 장치는, 2 층형의 제 1 재생식 카티온 교환 수지탑 (H1 탑) (31) 과, 탈기 장치 (32) 와, 2 층형의 재생식 아니온 교환 수지탑 (OH 탑) (33) 과, 단층형의 제 2 재생식 카티온 교환 수지탑 (H2 탑) (34) 을 구비한다. H1 탑 (31) 의 하측에는 이온 교환 처리를 실시하는 전처리수 (W) 의 공급관 (35) 이 접속되어 있는 한편, H2 탑 (34) 의 하측에는 이온 교환 처리수 (W1) 의 배출관 (36) 이 접속되어 있고, 이 배출관 (36) 에는 저항률계 (37) 및 이온 교환 처리수 (W1) 의 염소 이온 (Cl-) 농도를 측정하는 염소 이온 전극 (38) 이 형성되어 있다. 그리고, H2 탑 (34) 의 상측에는 산으로서의 염산 (HCl) 공급관 (39) 이 접속되어 있고, 배출관 (36) 에는 염산 폐수의 배출관 (40) 이 접속되어 있다. 이 염산 폐수의 배출관 (40) 은 H1 탑 (31) 의 상측 (배출측) 에 접속되어 있고, H1 탑 (31) 의 하측 (공급측) 에는 염산 (HCl) 폐수의 폐기관 (41) 이 접속되어 있다. 또한 OH 탑 (33) 의 상측 (배출측) 에는, 알칼리로서의 NaOH 용액 공급관 (42) 이 접속되어 있고, OH 탑 (33) 의 하측 (공급측) 에는 NaOH 폐수의 배출관 (43) 이 접속되어 있다. 또한, 44 는 NaOH 용액 공급관 (42) 에 형성된 가열기 (플레이트식 열교환기) 이고, 45 는 탈기 장치 (12) 로 처리한 처리수를 OH 탑 (13) 에 공급하기 위한 펌프이다.
이 3 상 4 탑식의 이온 교환 장치에 있어서, H1 탑 (31) 은 약카티온 교환 수지층 (31A) 과 강카티온 교환 수지층 (31B) 의 2 층 구조이고, OH 탑 (33) 은 약아니온 교환 수지층 (33A) 과 강아니온 교환 수지층 (33B) 의 2 층 구조로 되어 있다. 또한, 약카티온 교환 수지층 (31A) 및 강카티온 교환 수지층 (31B) 사이에는, 아니온 교환 수지 및 카티온 교환 수지보다 작은 구멍을 다수 갖는 차폐판 (도시 생략) 이 형성되어 있다.
상기 서술한 바와 같은 3 상 4 탑식의 이온 교환 장치이어도 전처리수 (W) 를 H1 탑 (31) 으로부터 공급하고 H2 탑 (34) 으로부터 배출함으로써 이온 교환 처리수 (W1) 를 제조하여, 전술한 제 1 ∼ 제 4 실시형태와 동일하게 재생할 수 있다. 그리고, 2 이상의 재생식 이온 교환탑의 최후단의 탑인 H2 탑 (34) 의 이온 교환 처리수 (W1) 의 염소 이온 농도를 측정하는 염소 이온 전극 (38) 을 형성함으로써 동일하게 염소 이온 농도에 기초하여, 카티온 교환 수지의 재생의 적부를 판단하고, 이 이온 교환 처리수 (W1) 를 서브 시스템에 공급함으로써, 초순수 (서브 시스템 처리수) 의 염소 이온 농도를 원하는 값까지 낮게 제어할 수 있다.
또한 본 발명의 재생식 이온 교환 장치의 제 6 실시형태에 대해 도 6 을 참조로 하여 상세하게 설명한다. 본 실시형태에 있어서는, 전술한 제 5 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 6 에 나타내는 재생식 이온 교환 장치는, 이른바 4 상 5 탑식의 이온 교환 장치이고, 기본적으로는 전술한 제 5 실시형태의 3 상 4 탑식의 이온 교환 장치의 재생식 카티온 교환 수지탑 (H2 탑) (34) 의 후단에 단층형의 제 2 재생식 아니온 교환 수지탑 (OH2 탑) (46) 을 형성한 구성을 갖는다. 이 OH2 탑 (46) 의 하측에는 이온 교환 처리수 (W1) 의 배출관 (36) 이 접속되어 있고, 이 배출관 (36) 에는 저항률계 (37) 및 이온 교환 처리수 (W1) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하는 나트륨 이온 전극 (38A) 이 형성되어 있다. 그리고, OH2 탑 (46) 의 상측에는 알칼리로서의 NaOH 용액 공급관 (47) 이 접속되고, 하측의 배출관 (36) 에는 NaOH 용액의 배출관 (48) 이 접속되어 있다. 이 배출관 (48) 은 제 1 재생식 아니온 교환 수지탑 (OH1 탑) (33) 의 상측 (배출측) 에 NaOH 용액 공급관으로서 접속되어 있고, OH1 탑 (33) 의 하측 (공급측) 에는 NaOH 재생 폐수의 폐기관 (49) 이 접속되어 있다.
상기 서술한 바와 같은 4 상 5 탑식의 이온 교환 장치이어도, 전처리수 (W) 를 H1 탑 (31) 으로부터 공급하고 OH2 탑 (44) 으로부터 배출함으로써 이온 교환 처리수 (W1) 를 제조하여, 전술한 제 1 ∼ 제 5 실시형태와 동일하게 재생할 수 있다. 그리고, 2 이상의 재생식 이온 교환탑의 최후단의 탑인 OH2 탑 (44) 의 이온 교환 처리수 (W1) 의 나트륨 이온 농도를 측정하는 나트륨 이온 전극 (38A) 을 형성함으로써 동일하게 나트륨 이온 농도에 기초하여, 카티온 교환 수지의 재생의 적부를 판단하고, 이 이온 교환 처리수 (W1) 를 서브 시스템에 공급함으로써, 초순수 (서브 시스템 처리수) 의 염소 이온 농도를 원하는 값까지 낮게 제어할 수 있다.
이상, 본 발명에 대해 첨부 도면을 참조하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정하지 않고 여러 가지 변경 실시가 가능하다. 예를 들어, 재생식 이온 교환 장치의 구성은 전술한 각 실시예에 한정되지 않고, 여러 가지 변경이 가능하다. 또, 재생식 이온 교환 장치의 전단에는 역침투막 분리 장치 등 공지된 물처리용의 엘리먼트를 형성할 수 있다. 또, 저항률계에 의한 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률이 소정의 값을 초과하면 재생 모드로 전환하고 있지만, 소정의 체적의 이온 교환 처리수 (W1) 를 제조하면 재생하도록 운전해도 된다. 또한 저항률계 이외에서 재생의 타이밍을 측정해도 된다.
실시예
이하의 구체적 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
도 1 에 있어서, 카티온 교환 수지로서 미츠비시 화학사 제조 「PK228L」 (포러스형) 과, 아니온 교환 수지로서 미츠비시 화학사 제조 「PA312L」 (포러스형) 을 카티온 교환 수지 : 아니온 교환 수지 = 1 : 2 (용적비) 로 혼합한 수지를 충전하여 이온 교환 수지층 (2) 을 형성하고, 1 탑형의 재생식 이온 교환 장치를 구성하였다. 또한, 저항률계 (8) 로는 쿠리타 공업사 제조 「MX-3」 을, 나트륨 이온 (Na+) 전극 (9) 으로는 티·앤드·시·테크니컬사 제조 「swan AMI Soditrace」 를 각각 사용하였다.
이 1 탑형의 재생식 이온 교환 장치를 먼저 채수 모드로 전처리수 (W) 를 이온 교환 수지층 (2) 의 체적에 대해 공간 속도 (Space Velocity ; SV) 40 h-1 로 통수하고 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률과 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하였다. 또, 이온 교환 처리수 (W1) 를 후단에 형성한 비재생식 이온 교환 장치를 구비한 서브 시스템에 공급하고, 이 서브 시스템 처리수의 나트륨 이온 농도를 ICP-MS (애질런트·테크놀로지사 제조 「7500cs」) 를 사용하여 분석하였다. 또한, 비재생식 이온 교환 장치로는, 카티온 교환 수지 : 아니온 교환 수지 = 1 : 1.6 (용적비) 으로 충전한 것을 사용하고, SV = 80 h-1 로 통수하였다.
그리고, 저항률계 (8) 에 의한 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률이 18.0 MΩ·㎝ 미만이 되면 채수를 정지시키고, 다음으로 재생 모드로 전환하여, 배출관 (4) 으로부터 이온 교환 처리수 (W1) 를 공급하고 공급관 (3) 으로부터 배출함으로써, 이온 교환 수지층 (2) 을 구성하는 혼합 수지를 역세하고, 아니온 교환 수지를 상측으로 카티온 교환 수지를 하측으로 분리하였다.
그러면 NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6) 및 재생 폐수의 배출관 (7) 을 개성한 상태에서, NaOH 용액 공급관 (5) 으로부터 4 ％ 로 조제한 수산화나트륨 수용액을 공급하여 상측에 편재된 아니온 교환 수지를 재생하고, 염산 (HCl) 공급관 (6) 으로부터 5 ％ 로 조제한 공업용 염산 (HCl) 을 공급하여 하측에 편재된 카티온 교환 수지를 재생하고, 이들 수산화나트륨 수용액 및 염산의 재생 폐수는 배출관 (7) 으로부터 배출하였다. 이 때 아니온 교환 수지를 효율적으로 재생하기 위해서, 수산화나트륨 수용액은 가열기 (10) 에 의해 40 ℃ 로 가열하였다.
계속해서, 공급관 (3) 및 배출관 (4) 을 개성하고, NaOH 용액 공급관 (5), 염산 공급관 (6) 및 재생 폐수의 배출관 (7) 을 폐쇄한 상태에서, 배출관 (4) 으로부터 이온 교환 처리수 (W1) 를 공급하고 공급관 (3) 으로부터 배출함으로써, 재생에 사용한 약액 (수산화나트륨 수용액 및 염산) 을 일과식으로 압출하고, 계속해서 전처리수 (W) 를 유통하여 이온 교환 수지의 순환 세정을 실시하였다. 이 때 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률을 저항률계 (8) 로 계측함과 함께 나트륨 이온 (Na+) 농도를 나트륨 이온 전극 (9) 으로 측정하고, 저항률이 18.0 MΩ·㎝ 이상, 또한 나트륨 이온 (Na+) 농도가 300 ng/ℓ 이하가 된 시점에서 재생이 완료한 것으로 하여 재생 작업을 종료하였다.
다음으로 재생식 이온 교환 장치를 다시 채수 모드로 전환하고, 재생식 이온 교환 장치에 전처리수 (W) 를 유통시켜 채수를 재개하고, 이온 교환 처리수 (W1) 를 후단에 형성한 비재생식 이온 교환 장치를 구비한 서브 시스템에 공급하였다. 그리고, 이온 교환 처리수 (W1) 의 처리수의 저항률계 (8) 에 의한 저항률이 18.0 MΩ·㎝ 미만이 되면 채수를 정지시키고, 다시 재생·채수하는 조작을 동일하게 8 회 반복하였다. 이 재생식 이온 교환 장치의 채수 개시로부터 12 시간 후의 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률과 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정한 결과를 표 1 에 나타낸다. 또, 이 때의 후단에 형성한 서브 시스템의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 각각 측정하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다.
[비교예 1]
실시예 1 에 있어서, 나트륨 이온 전극 (9) 을 형성하지 않고, 재생식 이온 교환 장치의 재생 모드를 저항률계 (8) 에 의한 저항률이 18.0 MΩ·㎝ 이상이 된 시점에서 종료하고 채수 모드로 전환하고, 재생식 이온 교환 장치에 전처리수 (W) 를 유통시켜 채수를 재개하는 것 이외에는 동일하게 하여, 재생·채수의 조작을 동일하게 8 회 반복하였다. 이 재생식 이온 교환 장치의 채수 개시로부터 12 시간 후의 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률과 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정한 결과를 표 1 에 아울러 나타낸다. 또, 이 때의 후단에 형성한 서브 시스템의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 각각 측정하였다. 결과를 표 2 에 아울러 나타낸다.
[참고예]
실시예 1 에 있어서, 재생식 이온 교환 장치의 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률이 18.0 MΩ·㎝ 미만이 된 시점에서 재생을 정지시키고, 재생 모드로 재생을 실시하였다. 이 재생은 역세에 의해 분리한 아니온 교환 수지와 카티온 교환 수지 중 카티온 교환 수지만을 5 ％ 로 조정한 부생염산 (HCl) 수용액으로 재생하고, 순환 세정시의 저항률이 18.0 MΩ·㎝ 이상, 또한 나트륨 이온 (Na+) 농도가 300 ng/ℓ 이하가 된 시점에서 재생 작업을 종료한 것 이외에는 동일하게 하여 재생·채수의 조작을 동일하게 8 회 반복하였다. 또한, 채수시의 이온 교환 처리수 (W1) 의 나트륨 이온 (Na+) 농도가 500 ng/ℓ 이상이었던 5 회째와 8 회째에 대해서는 재생 작업을 2 회 반복하였다. 이 재생식 이온 교환 장치의 채수 개시로부터 12 시간 후의 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률과 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정한 결과를 표 1 에 아울러 나타낸다. 또, 이 때의 후단에 형성한 서브 시스템의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 각각 측정하였다. 결과를 표 2 에 아울러 나타낸다.
[비교예 2]
참고예에 있어서, 나트륨 이온 전극 (9) 을 형성하지 않고, 재생식 이온 교환 장치의 재생 모드를 저항률이 18.0 MΩ·㎝ 이상이 된 시점에서 종료하고 채수 모드로 전환하고, 재생식 이온 교환 장치에 전처리수 (W) 를 유통시켜 채수를 재개하는 것 이외에는 동일하게 하여, 재생·채수의 조작을 동일하게 8 회 반복하였다. 이 재생식 이온 교환 장치의 채수 개시로부터 12 시간 후의 이온 교환 처리수 (W1) 의 저항률과 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정한 결과를 표 1 에 아울러 나타낸다. 또, 이 때의 후단에 형성한 서브 시스템의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 각각 측정하였다. 결과를 표 2 에 아울러 나타낸다.
Figure 112018125179154-pct00001
표 1 로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 의 재생식 이온 교환 장치의 운전 방법에 의하면, 이온 교환 처리수 (W1) 의 재생의 적부를 나트륨 이온 전극 (9) 으로 측정한 나트륨 이온 (Na+) 농도에 의해 판단함으로써, 채수 개시 후 12 시간 경과 후의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 300 ng/ℓ 이하로 제어할 수 있는 것에 대해, 비교예 1, 2 와 같이 저항률 등으로 제어한 경우에는, 나트륨 이온 (Na+) 농도가 300 ng/ℓ 를 초과하는 경우가 있어, 충분히 제어할 수 없었다. 또한, 참고예와 같이 카티온 교환 수지만을 재생한 경우에는 아니온 교환 수지가 재생되지 않기 때문에, 나트륨 이온 농도가 컸다.
Figure 112018125179154-pct00002
표 2 로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 의 재생식 이온 교환 장치의 운전 방법에 의하면, 이온 교환 처리수 (W1) 의 재생의 적부를 나트륨 이온 전극 (9) 으로 측정한 나트륨 이온 (Na+) 농도에 의해 판단함으로써, 후단의 서브 시스템의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수의 나트륨 (Na+) 농도를 낮고 또한 변동폭을 작게 제어할 수 있는 것을 알 수 있다.
이들의 결과로부터 재생식 이온 교환 장치의 재생시의 수질을 나트륨 이온 전극 (9) 으로 측정한 나트륨 이온 (Na+) 농도에 의해 관리함으로써, 재생 조건을 재검토할 수 있어, 후단의 서브 시스템의 비재생식 이온 교환 장치의 처리수의 나트륨 이온 (Na+) 농도의 단기적 변동을 제어할 수 있는 것을 알 수 있다.
1 재생식 이온 교환탑
5 NaOH 용액 공급관
6 염산 (HCl) 공급관
7 재생 폐수의 배출관
7A NaOH 재생 폐수의 배출관
7B HCl 폐수의 배출관
8, 16, 37 저항률계
9, 17, 38A 나트륨 이온 전극 (이온 전극)
9A, 38 염소 이온 전극 (이온 전극)
11 2 층형의 재생식 카티온 교환 수지탑 (H 탑)
12, 32 탈기 장치
13 2 층형의 재생식 아니온 교환 수지탑 (OH 탑)
18 염산 (HCl) 공급관
19 염산 (HCl) 폐수의 배출관
20 NaOH 용액 공급관
21 NaOH 용액의 배출관
31 2 층형의 제 1 재생식 카티온 교환 수지탑 (H1 탑)
33 재생식 아니온 교환 수지탑 (OH 탑) (제 2 재생식 아니온 교환 수지탑 (OH1 탑))
34 제 2 재생식 카티온 교환 수지탑 (H2 탑)
39 염산 (HCl) 공급관
40 염산 (HCl) 폐수의 배출관
41 염산 (HCl) 폐수의 폐기관
42 NaOH 용액의 공급관
43 NaOH 폐수의 배출관
46 제 2 재생식 아니온 교환 수지탑 (OH2 탑)
47 NaOH 용액 공급관
48 NaOH 용액의 배출관
W 전처리수
W1 이온 교환 처리수

Claims (6)

  1. 재생식 이온 교환탑을 단독으로 갖는 재생식 이온 교환 장치에 있어서, 그 재생식 이온 교환탑 단독의 처리수의 저항률을 측정하는 저항률계와 이온 농도를 측정하는 이온 전극을 구비하는, 재생식 이온 교환 장치.
  2. 복수의 재생식 이온 교환탑과 탈기 장치를 포함하는 복수의 탑으로 이루어지는 재생식 이온 교환 장치에 있어서, 상기 복수의 재생식 이온 교환탑의 최후단의 탑의 처리수의 저항률을 측정하는 저항률계와 이온 농도를 측정하는 이온 전극을 구비하는, 재생식 이온 교환 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이온 전극으로 이온 농도를 측정하는 재생식 이온 교환탑이, 적어도 아니온 교환 수지를 충전하고 있고, 상기 이온 전극이 처리수의 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하는 나트륨 이온 전극인, 재생식 이온 교환 장치.
  4. 재생식 이온 교환탑을 단독으로 갖는 재생식 이온 교환 장치의 재생 후의 처리수의 저항률을 저항률계에 의해, 이온 농도를 이온 전극에 의해 각각 측정하고, 그 저항률계에 의해 측정된 저항률 및 그 이온 전극에 의해 측정된 이온 농도에 기초하여 재생식 이온 교환탑의 재생을 관리하는, 재생식 이온 교환 장치의 운전 방법.
  5. 복수의 재생식 이온 교환탑과 탈기 장치를 포함하는 복수의 탑으로 이루어지는 재생식 이온 교환 장치의 최후단의 탑의 재생 후의 처리수의 저항률을 저항률계에 의해, 이온 농도를 이온 전극에 의해 각각 측정하고, 그 저항률계에 의해 측정된 저항률 및 그 이온 전극에 의해 측정된 이온 농도에 기초하여 재생식 이온 교환탑의 재생을 관리하는, 재생식 이온 교환 장치의 운전 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 이온 전극으로 이온 농도를 측정하는 재생식 이온 교환탑이, 적어도 아니온 교환 수지가 충전되어 있고, 상기 이온 전극이 나트륨 이온 (Na+) 농도를 측정하는 나트륨 이온 전극이고, 상기 아니온 교환 수지의 재생 후의 처리수의 나트륨 이온 농도를 상기 나트륨 이온 전극에 의해 측정하고, 재생식 이온 교환탑의 재생을 관리하는, 재생식 이온 교환 장치의 운전 방법.
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