ION EXCHANGE RESIN

ION EXCHANGE RESINION EXCHANGE RESIN

로익스 로익스 ROIX Technical ServiceROIX Technical ServiceTEL) 032-589-3141 FAX) 032-589-3144TEL) 032-589-3141 FAX) 032-589-3144

목차목차

1. 1.  이온교환 수지의 구조 및 성질이온교환 수지의 구조 및 성질2. 2. 이온교환 수지의 종류 및 특성이온교환 수지의 종류 및 특성3. 3.  이온교환 수지의 수명이온교환 수지의 수명4. 4.  수처리 설비의 운전법 및 종류수처리 설비의 운전법 및 종류5. 5. 이온교환수지를 이용한 수처리설비의 종류이온교환수지를 이용한 수처리설비의 종류6. 6. Water ChemistryWater Chemistry

7. 7. 부록부록

Ion Exchange Resin SeminarIon Exchange Resin Seminar

11-1-1.. 이온교환 수지의 정의이온교환 수지의 정의

Fixed negatively charged Fixed negatively charged exchange site; i.e., SOexchange site; i.e., SO33

--

Mobile positively charged Mobile positively charged exchangeable cation; i.e., Naexchangeable cation; i.e., Na++

Polystyrene chainPolystyrene chain

Divinylbenzene cross-linkDivinylbenzene cross-link

Water of hydrationWater of hydration

++

--

++--

++--

++--

++--

++--

++--

++--

++--

++--++

--

++--

++--

++--++--

++--

++--

++--

++--++--

++-- ++--++--

++--

++--

++--

++--

++-- ++

--

++--

3 차원 구조의 모체 (Matrix) 에 이온교환반응기 (Functional Group) 를 결합시켜 극성 및 비극성 용액중의 이온물질을 가역적으로 교환 할 수 있는 불용성 합성수지

11-2-2.. 이온교환 수지의 제조원리이온교환 수지의 제조원리

STM(Styrene Monomer)

＋

DVB(Divinyl Benzene)

중합폴리머 형성

이온교환수지

CH CH2

CH CH2

CH CH2

CH CH2CH CH2 CH CH2

CH CH

현탁

중합

교환기

도입

가교도 (DVB%)= x 100

구분 저가교도 고가교도

수 분 % 大 小

교환용량 小 大

팽 윤 성 大 小

반응속도 빠름 늦음

재생효율 高 低

탈이온時 Leak 小 大

내산화성 -- 양호함

내 유기오염성 양호함 --

DVB 사용량

STM 사용량＋ DVB 사용량 * 가교도 (W / W % DVB) 가 증가하면 1. 수지가 단단해지며 탄력성이 줄어든다 2. 산화반응 (Oxidation) 에 저항력이 높아진다 . 3. 가교도가 12% 이상 되면 3-1) 구조가 너무 조밀해져 이온교환수지 제조가 어려워 진다 . 3-2) 삼투압 충격을 흡수할 탄력성이 없어 부서지기가 쉽다 . 3-3) 이온교환속도가 늦어져 운전교환 용량이 감소한다 .

11-3-3.. 가교도가교도 (DVB%)(DVB%) 와 이온교환수지의 성질와 이온교환수지의 성질

► 마크로 포러스 수지의 장점

1. 물리화학적 안정성이 높다 . > 물리적 충격에 강하다 > 삼투압 충격에 강하다 > 산화 반응에 강하다2. 유기물 오염에 대한 저항력이 높다

3. 이온교환 반응 속도가 빠르다

1. 모체 (Matrix) 중합반응시 용제를 첨가하여 인위적으로 다공성을 증가시킨 수지

2. 이러한 인위적 다공성 수지를 마크로포러스 (Macroporous,Macroreticular) 수지라

하며 반면에 일반적 수지를 겔 (Gel) 수지라 한다 .

3. 마크로포러스 수지의 Pore 내경 : 약 100 nm

겔 수지의 Pore 내경 : 약 1 nm

11-4-4.. 마크로포러스 수지마크로포러스 수지

1. 총 교환용량 ( TOTAL EXCHANGE CAPACITY ) > 수지의 이론적 교환용량으로 100% 재생시의 교환용량을 의미한다 . > 단위 : * equivalents / liter (eq/l) 수지 리터당 이온교환이 가능한 당량 * grams as CaCO3 / liter

2. 운전 교환용량 ( WORKING EXCHANGE CAPACITY ) > 그림에서 보듯이 이온교환 상층부 (a) 는 이미 이온 교환반응이 완료된 수지이며 중간부 (b) 는 현재 이온교환반응이 이루어 지고 있는

부분이다

CaCaNa Na

NaCa

NaCa

Ca

Na Na Na ＋ Ca Ca

Ca Ca Ca

이 중간 부 (b) 의 가장 아래부분이 이온 교환탑 바닥에 도달하는

시점(Break through point) 에서 이용된이온교환수지의 교환용량을 운전 교환용량이라 한다 ..

11-5-5.. 교환용량교환용량

누출농도

누출농도

처리량처리량

관류교환용량 관류점

(a) (b)

1. 수지의 단위 용적당 사용한 재생제의 량 ▶수지의 1L 당 사용한 재생제의 량 (100% 로 환산 ) 2. ( 예 ) 수지량 5,000 리터에 35% HCl 1,430 Kg 을 사용하여 재생했을 경우 재생 LEVEL

은 ? = 100g HCl / L-Resin

1,430 kg X 0.35 X 1,000(k/kg)

5,000L-Resin

11-6-6.. 재생 재생 LEVEL LEVEL 이란 이란 ??

이론치

재생 LEVEL(g-HCl/ℓ- Resin)

25 50 75 100

교환용

량(m

eq

/ℓ-

R)

0.2

0.6

1.0

0.8

0.4

1.2

- 이온교환수지의 재생효율은 재생제를 투입하였을 때 교환용량이 회복되는 척도이온교환수지의 재생효율은 재생제를 투입하였을 때 교환용량이 회복되는 척도 가교도가 낮을수록 재생효율이 높다가교도가 낮을수록 재생효율이 높다 , , 재생효율이 높은 수지를 사용하면 운전 재생효율이 높은 수지를 사용하면 운전 CostCost 가 낮아 가 낮아 경제적임경제적임

1. 진비중 ▶표준가교도 수지의 일반적 진비중 > 강산성 양이온 교환수지 : 1.18 ~ 1.38 > 약산성 양이온 교환수지 : 1.13 ~ 1.20 > 강염기성 음이온 교환수지 : 1.07 ~ 1.12 > 약염기성 음이온 교환수지 : 1.02 ~ 1.102. 입 도 > 표준입도범위 : 0.3 ~1.2 mm ( 균일계 양이온 0.65mm, 음이온

0.55mm) > 유효경 (Effective Size : ES) > 균일계수 (Uniform Coefficient : UC) > 평균 입도경 (Mean Diameter : MD)3. 수분 함수율 이온교환수지는 물을 흡수하여 팽윤한다 . 이는 수화 (Hydration) 에 의한 것이며 함수율을 측정하면 가교도의 고저를 알 수 있다 . > 수지가 산화반응으로 인하여 가교도가 낮아지면 함수율이 증가한다 .

11-7-7.. 기타 물리화학적 성질기타 물리화학적 성질

- 교환속도는 일반적으로 가교도가교환속도는 일반적으로 가교도가 낮을수록낮을수록 , , 수지입자가 작을수록 수지입자가 작을수록 ,, 용액의 온도가 높을수록 빠른 경향이 있다용액의 온도가 높을수록 빠른 경향이 있다

4.4. 교환속도교환속도 (Exchange Rate)(Exchange Rate)

5.5. 겉보기 밀도겉보기 밀도 (Shipping Weight)(Shipping Weight)

- 이온교환수지는 수지탑에 채워서 사용하기 때문에 액상이 아님에도 체적을 가진 것으로이온교환수지는 수지탑에 채워서 사용하기 때문에 액상이 아님에도 체적을 가진 것으로 취급 즉취급 즉 , , 부피 단위로 계량함부피 단위로 계량함 , , 가교도가 높을수록 겉보기 밀도는 증가하며 비정상적인 가교도가 높을수록 겉보기 밀도는 증가하며 비정상적인 겉보기 밀도의 감소는 수지의 산화의 척도겉보기 밀도의 감소는 수지의 산화의 척도

6.6. 체적변화체적변화 (( 팽윤팽윤 , Swelling), Swelling)

- 水中 이온교환수지는 이온형의 변화에 따라 체적의 변화가 일어난다水中 이온교환수지는 이온형의 변화에 따라 체적의 변화가 일어난다

H 형 Na 형 Ca 형 Ba 형

11--88.Products 1- IER.Products 1- IER

• Resin Materials– Ion Exchange Resins

• Dowex(R) Gaussian Resins (HCR-S, SAR, SBR-P)• Dowex(R) UPS (Uniform) Resins

– Marathon(R) Monospere(R)

– Adsorbent Resins• Dowex(R) Optipore(R) Resins

• Technology License– UPCORE(R) Counter Current

UPCORE OverviewUPCORE Overview

UPflow COunter-current REgeneration

2.2. 이온교환 수지의 종류 및 특성이온교환 수지의 종류 및 특성

1. 강산성 양이온교환수지 ( SAC ; Strongly Acidic Cation)

2. 약산성 양이온교환수지 ( WAC ; Weakly Acidic Cation)

3. 강염기성 음이온교환수지 ( SBA ; Strongly Basic Anion) a) 1 형 ( Type I )

b) 2 형 ( Type II )

4. 약염기성 음이온교환수지 ( WBA ; Weakly Basic Anion)

5. 반도체용 수지6. 기타 특수 수지 (Chelate Resin, Absorbent) 등

22--11 강산성 양이온 교환수지강산성 양이온 교환수지 (SAC)(SAC)

1. 이온교환 반응기 : 설폰산 (Sulfonic Acid )

2. 경수연화 ( SOFTENING )• > Na+ 형태로 원수중의 경도성분 (Hardness-Ca++ , Mg++) 을 제거한다 . • > Resin-SO3- · Na+ + Ca++ , Mg++ ↔ Resin-SO3- ·Ca++ , Mg++ + Na+• 3. 순수 ( DEMINERALIZATION )• • > H+ 형태로 원수중의 모든 양이온 (Ca++ , Mg++ , Na+) 을

제거한다 . • > Resin-SO3- · H+ + Ca++ , Mg++ , Na+ ↔ Resin-SO3-

·Ca++ , Mg++ + Na+ + H+ • > 처리수 중에는 FMA(Free Mineral acidity : SO42-,Cl- 등 ) 와

CO2 가 존재한다 .

1. 이온교환 반응기 : 설폰산 (Sulfonic Acid ) 2. 경수연화 ( SOFTENING ) > Na+ 형태로 원수중의 경도성분 (Hardness-Ca++ , Mg++) 을 제거한다 . > Resin-SO3

- · Na+ + Ca++ , Mg++ ↔ Resin-SO3- ·Ca++ , Mg++ + Na+

3. 순수 ( DEMINERALIZATION ) > H+ 형태로 원수중의 모든 양이온 (Ca++ , Mg++ , Na+) 을 제거한다 . > Resin-SO3

- · H+ + Ca++ , Mg++ , Na+ ↔ Resin-SO3- ·Ca++ , Mg++ + Na+ + H+

> 처리수 중에는 FMA(Free Mineral acidity : SO42-,Cl- 등 ) 와 CO2 가 존재한다 .

22--11 강산성 양이온 교환수지강산성 양이온 교환수지 (SAC)(SAC)

☞ 모든 pH 에서 이온교환이 이루어 진다

1. 이온교환 반응기 : 카르복실산 (Carboxylic Acid ) > H+ 형태에서 바이카보네이트 알카리니티 (HCO3 Alkalinity) 와 결합 되어있는 양이온만 제거한다 . > Resin-COO- · H+ + Ca++ , Mg++ ,Na + ↔ Resin-COO- ·Ca++ , Mg++ , Na++ H +

2.1 가 양이온 (Monovalent) 보다 2 가 양이온 (Divalent) 이 더 잘 제거된다 .

3. 처리수중에는 중성염 (Neutral Salt) 과 CO2 가 존재한다 .

4. pH 가 7 이상 일때에는 이온교환이 잘 이루어 진다 .

5. 강산성 양이온 교환수지에 비하여 재생제가 훨씬 적게 소모된다

( 화학량론으로 105%~120%)

22--22 약산성 양이온 교환수지약산성 양이온 교환수지 (WAC)(WAC)

1. 모든 음이온 (SO42-,Cl-,HCO3

-) 등을 제거한다 .

2. 모든 pH 범위에서 이온교환이 이루어진다 .

3. 투입수에는 경도성분 (Ca 2+,Mg 2+ ) 이 없어야 한다 .

4.Resin-NR3· OH + SO42-,Cl- ↔ Resin-NR3 · S04

2-,Cl- + OH-

22--3 3 강염기성 음이온교환수지 강염기성 음이온교환수지 (SBA)(SBA)

22-4-4 강염기성 음이온교환수지 강염기성 음이온교환수지 ( I ( I 형형 ,II,II 형 수지비교형 수지비교))

구분 I 형 II형

구조형

이온교환 반응기트리메텔트리메텔 -- 암모늄암모늄(4(4 급 아민급 아민 ))

디메틸에타놀디메틸에타놀 -- 암모니움암모니움(3(3 급아민급아민 ))

모델명Marathon A

Marathon MSA 등Marathon A2 등

산화 안정성 높다 I 형보다 낮다

관류교환용량관류교환용량 낮다 높다

재생 효율재생 효율 낮다 (200~300%) 높다 (175~250%)

실리카 누출실리카 누출 적다 많다

염기도염기도 (( 鹽基度鹽基度 )) 강하다 약하다

내열성OH Type 60℃OH Type 60℃ 이하이하Cl Type 80℃Cl Type 80℃ 이하이하

OH Type 40℃OH Type 40℃ 이하이하Cl Type 60℃Cl Type 60℃ 이하이하

CH2

N+CH3

CH3 CH3

OH-

R

CH2

N+CH3

CH3 C2H4OH

OH-

R

1.Free Mineral Acidity(FMA) 만 제거한다 .

2.Resin-NR2· HCl → Resin-NR2 · HCl-

3. 처리수중에는 중성염 (Neutral Salt) 과 약산 (Weak Acid) 이 존재한다 .

4.pH7 이하 일때에 이온교환이 이루어진다 .

5. 유기물오염에 대한 저항성이 높다

6. 강염기성 음이온 교환수지에 비하여 재생제가 훨씬 적게든다 .

( 화학량론으로 105~120%)

NaOH 의 경우

40g/ 원자가 = 40g(1 당량 ) X 105~120% = 42g ~48g / L-Resin

22-5 -5 약염기성 음이온교환수지약염기성 음이온교환수지 (WBA)(WBA)

2.2. 이온교환 수지의 종류 및 특성이온교환 수지의 종류 및 특성

1. 강산성 양이온교환수지 ( SAC ; Strongly Acidic Cation)

2. 약산성 양이온교환수지 ( WAC ; Weakly Acidic Cation)

3. 강염기성 음이온교환수지 ( SBA ; Strongly Basic Anion) a) 1 형 ( Type I )

b) 2 형 ( Type II )

4. 약염기성 음이온교환수지 ( WBA ; Weakly Basic Anion)

5. 반도체용 수지6. 기타 특수 수지 (Chelate Resin, Absorbent) 등

1.1. 기계적 충격기계적 충격 (Mechanical Stress)(Mechanical Stress) A. 설비의 종류 a> 병류식 ( Co-flow ) b> 향류식 ( Reverse-flow ) c> 연속식 ( Continuous ) d> 유동식 ( Fluidized ) e> Resin Transfer B. 부유물질 ( Suspended Solids) C. 통수속도 ( Specific Flow Rate) 2. 삼투압 충격 ( Osmotic Stress )

3. 화학적 충격 ( Chemical Stress) A. 산화 반응 ( Oxidation ) B. 화학적 오염 ( Fouling )4. 열화 (Temperature Stress)

33.. 이온 교환 수지의 수명이온 교환 수지의 수명

3-1.3-1. 기계적 충격기계적 충격 ( ( Mechanical Stress Mechanical Stress ) = ) = 외부 압력외부 압력 3-23-2.. 삼투압 충격 삼투압 충격 ( ( Osmotic StressOsmotic Stress ) ) = = 내부 압력내부 압력

a> a> 이온의 농도 이온의 농도 / / 이온의 량 이온의 량 / / 이온의 형태에 영향을 받음이온의 형태에 영향을 받음 ◈◈삼투압 충격 삼투압 충격 >>>>>>>> 기계적 충격 기계적 충격 (10~100 (10~100 배배 ))

Operating ConditionsCirculation Flow Rate : 2,000 ml/minCirculation Time : 9 minResin SlurryResin Volume : 500 mlDI Water : 500 ml Circulating Pump

물리적 안정성물리적 안정성 ( ( 기계적 기계적 / / 삼투압삼투압 ))

Column (10 x H100)

DI water2N NaOH

2N HCl

Operating ConditionsSV : 60 BV/hourCycle 2N NaOH : 10 BV

DI Water : 10 BV

2N HCl : 10 BV

DI Water : 10 BV

Number of cycle : 50Resin Volume : 3 ml

UPS Gel Cation Resin

UPS Gel Anion Resin

Gaussian Gel Cation Resin

Gaussian Gel Anion Resin

삼투압 충격 조사방법삼투압 충격 조사방법

A) 산화 진행 I) Cl2 , O2 + 중금속 + 온도상승 가교도가 끊어짐 ( Decrosslinking ) 불가역 팽윤 ( Irreversible swelling ) 수지가 연질화 됨 . II) Cl2 + H2O -> HCl + HClO HClO -> HCl + [O] NaOCl -> NaCl + [O] III) 산화초기 : 재생효율이 좋아지고 처리량이 증가할 수 있음 . IV) 산화가 계속 진행되면 PSA 가 용출 ( 양이온 교환수지 강도 약화 ) -> 음이온 교환수지 유기오염 -> 수질악화 및 채수량감소 .

≫ 대책 I) 환원제 사용 (Na2 SO3) , A/C Filter 사용 II) 고가교도 수지가 저항성이 높다 , 마크로포러스 수지가 저항성이 높다 .

유리염소 최대 허용량 (Maximum acceptible

chlorine)

예 ) :HCR-S, MC

:: 0.3 ppm

SBR-P :: 0.1 ppm

WBA :: 0.05 ppm

33-3 -3 화학적 충격 화학적 충격 (Oxidation)(Oxidation)

B-I) 유기물 오염 자연적으로 존재하는 유기산은 음이온교환 수지를 오염시킨다 .

유기물 오염에 대한 저항성 ⓐ 1 형 수지 – 불량 * 유기물에 대한 친화도가 높다 . * 재생이 어렵다 . * 유기물 오염이 잘된다 . ⓑ 2 형 수지 – 양호 * 1 형 수지보다 재생이 쉽다 . * 1 형 수지에 비하여 오염이 덜 된다 . ⓒ 아크릴계 수지 – 우수 * Aliphatic 구조 * 유기물 오염이 잘 안된다 . * 반데르발스 (Van der Waals) 결합이 없다

B) 화학적 오염

≫ 대책 I) 10% NaCl + 2% NaOH II) 10% Hot HCl

☞ 유기물 오염 : 수지로부터 유기물이 100% 제거되지 않는 경우

유기오염의 지표 (Fouling Index)

1.N = OM( 유기물 , ppm as KMNO4) / TEA(Total Anion , meq/L) > Example 1 : 탈탄산후 , 6 meq/L,12ppm KMnO4 ♣ N = 12/6 = 2 ( Moderate )

> Example 2 : 미탈탄산후 , 1.5 meq/L, 12mg/L KMnO4

♣ N = 12/1.5 = 8 ( Highly fouling )

⊙수지로 부터 유기물 제거 ( ELUTION ) 약염기성 음이온 교환수지 : 90 ~

100% 강염기성 음이온 교환수지 1 형 수지 : 30 ~ 70

% 2 형 수지 : 60 ~ 95

% 아크릴계 수지 : 90 ~100

%

⊙원수로 부터 유기물 제거 ( REMOVAL ) 약염기성 음이온 교환수지 : 40 ~ 70

% 강염기성 음이온 교환수지 스틸렌계 겔수지 : 20 ~ 60 % 스틸렌계 MP 수지 : 50 ~ 100

% 아크릴계 걸수지 : 70 ~ 90 % 아크릴계 MP 수지 : 20 ~ 60

%

수지 최대허용 N값

MA 2

MSA 4

MA2 6

MSA2 8

WBA 12

유기물제거유기물제거 (Removal)(Removal) 와 용리와 용리 (Elution)(Elution)

B-2)철분오염

♣ 경수연화시 : Fe(OH)3

> 처리방법 : HCl Na2S2O3

B-3)칼슘설페이트 오염

♣ 순수제조시 : CaSO4

> 처리방법 : (NH4)2SO4

B-4) 기타 ♣ 기름성분 및 탄화수소 오염 > 처리방법 : 비이온성 계면활성제 ♣ 미생물 오염 > 처리방법 : 소금물 , Peracetic Acid.

그외 화학적 오염그외 화학적 오염

1. 동결 : 영향이 거의 없음 ( No mesurable effect ) > 12~25 ℃ 상태에서 서서히 녹음 2. 고온 : 양이온 교환수지는 100℃ 이상에서도 영향 없음 . 음이온 교환수지는 고온에 영향을 받음 .

HOFFMAN’S DEGRATION REACTION CH3 CH3 가열 RZ-CH3 – N+ - CH3· OH- > >>> RZ-CH2 – N + CH3· OH ( 약염기성 음이온 교환수지 )

CH3 CH3

RZ-CH2 + N ( CH3)3 ( 교환능력을 상실 )

33-4 -4 열화열화

1. 약산성 양이온 교환수지 : 120 oC

2. 강산성 양이온 교환수지 : 120 oC 3. 약염기성 음이온 교환수지 > 스틸렌계 : 100oC > 아크릴계 : 35 ~ 60 C

4. 강염기성 음이온 교환수지 : ( 단위 : oC)

Cl Form OH Form

1 형 75 60

2 형 75 35

아크릴계 75 35

최대 허용온도최대 허용온도

SAC or WAC

원수 (Influent)

적용 >> ⊙ High Hardness,Sulfate,Chloride 의 원수 . ⊙ “Zero” 수준의 경도 / 대부분의 알카리도를 제거하려 할 때

H+처리수 (Effluent)DeaeratorNa+

SAC

C.DEALKALIZATION & SOFTENING WITH SODIUM CYCLE NEUTRALIZATIONC.DEALKALIZATION & SOFTENING WITH SODIUM CYCLE NEUTRALIZATION

SAC or WAC

원수 (Influent)

적용 >> ⊙ For High Alkalinity,Low Hardness ⊙ Alkalinity 는 거의 제거해야되지만 경도는 일부 제거할때 .

H+처리수 (Effluent)Deaerator

D.DEALKALIZATION & SOFTENING WITH INFLUENT NEUTRALIZATIOND.DEALKALIZATION & SOFTENING WITH INFLUENT NEUTRALIZATION

적용 >> ⊙ For High Hardness , Alkalinity ⊙ “Zero” 수준의 Hardness,Alkalinity 를 제거하려 할 때

WAC(H+)

원수 (Influent)

처리수 (Effluent)DeaeratorSAC(Na+)

E.DEALKALIZATION & SOFTENING WITH STRATIFIED CATION RESINE.DEALKALIZATION & SOFTENING WITH STRATIFIED CATION RESIN

적용 >> ⊙ For High Hardness , Low Bicarbonate Alkalinity ⊙ “Zero” 수준의 Hardness,”Almost Zero” Alkalinity 를 제거하려 할때

SBA

원수 (Influent)

Cl-

처리수 (Effluent)Na+

SAC

F.DEALKALIZATION WITH COMPLETE SOFTENINGF.DEALKALIZATION WITH COMPLETE SOFTENING

SAC

원수 (Influent)

적용 >> ⊙ 일반적 D.I 시스템

H+

처리수 (Effluent)

Deaerator

SBA

OH-

G.2B2TG.2B2T or 2B3T DI SYSTEMor 2B3T DI SYSTEM

SAC

H+

원수 (Influent)

적용 >> ⊙ 高 Alkalinity

처리수 (Effluent)

Deaeator

SBA

OH-

WAC

H+

H.3B3T or 3B4T DI SYSTEMH.3B3T or 3B4T DI SYSTEM

SBA

OH-

원수 (Influent)

Deaeator

WBA

Free Base

SAC

H+

적용 >>⊙ 원수중 高 유기물 과 高 FMA

적용 >> ⊙ 원수중 高 TDS, 高 Alkalinity, 高 Organic Matter 를 처리하려 할때

I.4B or 4B5T DI SYSTEMI.4B or 4B5T DI SYSTEM

SAC

H+

원수 (Influent)

처리수 (Effluent)

Deaeator

WBA

Free Base

WAC

H+

SBA

OH-

SAC

H+ Deaeator

WBA

Free Base

원수 (Influent)

처리수 (Effluent)

이온교환수지의 종류이온교환수지의 종류 (Summary of the kinds of ion exchange resins)(Summary of the kinds of ion exchange resins)

이온교환수지를 이용한 수처리설비의 종류이온교환수지를 이용한 수처리설비의 종류 (Combination of ion exchange systems for water treatment)(Combination of ion exchange systems for water treatment)

Conductivity : 200 us/cm

• T.C. =T.A.= Conductivity x (0.45 - 0.55)

6.Raw Water Analysis6.Raw Water Analysis

Ca2+ : 40 ppm as CaCO3

Mg2+ : 20 ppm as CaCO3

Na+ : X ppm as CaCO3

HCO3- : 30 ppm as CaCO3

Cl - : 40 ppm as CaCO3

SO42- : 30 ppm as CaCO3

SiO2 : 15 ppm as SiO2

수질 확인 방법수질 확인 방법

• 2B2T(2床 2塔 ) • 2B3T(2床 3 塔 )

Ca2+

Mg2+

Na+

CO2

HCO3-

SO42-

Cl -

SiO2

Ca2+

Mg2+

Na +

HCO3-

SO42-

Cl -

SiO2

T.C. T.A.

T.E.A. T.E.A.

T.C. = T.A. = T.D.S.

M-AlkaliM-Alkali 도 도 + + 용존 용존 COCO22 = 20ppm as CaCO = 20ppm as CaCO33 이하이하

수질 확인 방법 수질 확인 방법 (Example)(Example)

♣ T.C = T.A (HCO3-+Cl-+SO4

2-)

= (30+40+30) ppm as CaCO3 = 100 ppm as CaCO3

T.C = Conductivity X ( 0.4 ~ 0.6 ) = 200 X 0.5 =100 ppm as CaCO3

Na + : 40 ppm as CaCO3 로 추정

♣ CO2 : (ppm as CaCO3) 는 ? pH 7 = 6.31 + log

CO2 (ppm as CO2 ) = 6 ppm as CO2

CO2 (ppm as CaCO3) = 6 X 50/44 = 6.8 ppm as CaCO3

♣ T.E.A. =( CO2 + HCO3- + Cl-+ SO4

2-+SiO2) =

(6.8+30+40+30+15X0.84) = 119.4 ppm as CaCO3

HCO3-(ppm ac CaCO3

-)

CO2 ( ppm as CO2)

as CaCO3 단위

분자량 당량 환산식 CaCO3 당량 환산계수

Na+ 23 23 50/23 2.17

Ca2+ 40 20 50/20 2.5

Mg2+ 24.3 12.1 50/12.1 4.13

Al3+ 27 9 50/9 5.55

Cl- 35.5 35.5 50/35.5 1.40

HCO3- 61 61 50/60 0.83

SO4- 96 48 50/48 1.04

SiO2 60 30 50/30 1.66

단위 환산법

ppm 당량 ppm CaCO3 ∑ ions

Na+ 757 2.17 1,642

Ca2+ 250 2.5 625

Mg2+ 122 4.13 503.86 2,770

Cl- 930 1.40 1,302

HCO3- 915 0.83 759.5

SO4- 682 1.04 709.28 2,770

SiO2 25 1.66 50/30 41.5 1,129 / 2,527

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균일계

이온교환수지

비중분리의 극대화

반응성의 극대화

차압발생이 적다

수지의 Loss 율이 없다

수질향상

재생효율의 극대화

좁은간격의 입도분포

입도가 큰 수지가 없음

입자간의 공간확보

입도가 작은수지가 없음

역재생이 방지됨

평균경을 작게 함으로써

생산성증대

빠른 수세 효과

A.A. 균일계 수지의 생산성 메커니즘균일계 수지의 생산성 메커니즘

HIGHER OPERATION CAPACITY

MORE THROUGHPUT

FASTER RINSE

HIGHER BACKWASH EXPANSION

BETTER REGENERANTUTILIZATION

LESS WASTE WATER

LESS WATER USAGE

B.B. 균일계 수지의 균일계 수지의 장점장점

A = Effective SizeB = Volume Median Diameter

C/A = Uniformity Coefficient

Diameter (m)

Volume (%)

0 A

90%

B50%

C40%

C.Definition of Uniformity CoefficientC.Definition of Uniformity CoefficientC.Definition of Uniformity CoefficientC.Definition of Uniformity Coefficient

비균일계 : 1.6

균일계 : 1.1

39

42

45

48

51

54

57

0 100 200 300 400 500

AMOUNT OF free Cl2 g / liter Resin exposure

WATER RETENTION CAPACITY (%)

Conventional Resin8% XL

UPS 350 µm10% XL

DYNAMIC TEST 140°F

D.D.Chemical StabilityChemical Stability

RResistance against Oxidation Cl2- NaOCl AGINGesistance against Oxidation Cl2- NaOCl AGING

E.Typical Performance of Demineralizer Systems

TDS, ppm 2.0 - 3.0 0.2 - 1.0 0.2 - 0.5 .04 - 0.10

Silica (as SiO2), ppm .01 - 1.0 .01 - .05 .01 - .05 .01 - .05

Conductivity,micromhos 4 1 .25 - 1.0 .07 - .25

Specific Resistance 250,000 1,000,000 1,000,000 - 4,000,000 -4,000,000 15,000,000

Co- Curr. Counter- Mixed BedTwo-Bed Plus

Mixed BedTwo-BedTwo-Bed

F.Selectivity ( Cation)

Selectivity Coefficients of Various Cation Selectivity Coefficients of Various Cation (Compared with the Hydrogen Ion) on Sulfonated Polystyrene (Compared with the Hydrogen Ion) on Sulfonated Polystyrene

Cation-Exchange Resins of Different CrosslinkageCation-Exchange Resins of Different Crosslinkage

CounterCounter Degree of Cross-linking Degree of Cross-linking IonIon 4%DVB4%DVB 8%DVB 10%DVB 16%DVB 8%DVB 10%DVB 16%DVB

H+H+ 1.001.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00Na+Na+ 1.201.20 1.56 1.56 1.61 1.61 1.62 1.62NH4+NH4+ 1.44 2.01 2.15 2.27 1.44 2.01 2.15 2.27K+K+ 1.721.72 2.28 2.28 2.54 3.06 2.54 3.06Mg2+Mg2+ 2.232.23 2.59 2.59 2.62 2.62 2.39 2.39Ca2+Ca2+ 3.143.14 4.06 4.06 4.42 4.42 4.95 4.95Ba2+ 5.66 9.06 9.42 14.20Ba2+ 5.66 9.06 9.42 14.20

F.Selectivity ( Anion)

Selectivity Coefficients of Various Anions Selectivity Coefficients of Various Anions (Compared with the Hydroxyl Ion) on Functionalized Styrene (Compared with the Hydroxyl Ion) on Functionalized Styrene

DVB Anion-Exchange Resins of Different Base StrengthDVB Anion-Exchange Resins of Different Base Strength

IonIon Type 1 Type 1 Type 2 Type 2

OH-OH- 1 1 1 1Benzene SulfonateBenzene Sulfonate 500 500 7575PhenatePhenate 110 110 2727HSOHSO44

-- 85 85 1515

NONO33-- 65 65 8 8

ClCl-- 22 22 2.3 2.3HCOHCO33

-- 6 6 1.2 1.2

HSiOHSiO33-- < 1 < 1 < 1 < 1

G. Diffusion Kinetics of Ion ExchangeG. Diffusion Kinetics of Ion Exchange Effect of bead radius (r) Effect of bead radius (r)

H+

A+Film diffusionFilm diffusion (1/r)

Important in service

Intraparticle diffusionIntraparticle diffusion (1/r2)Important in regeneration

rBoundary film

Resin Bead

Bulk diffusion

10

120°F

75°F

9

8

7

6

5

4

3

20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Regenerant Conditions:

Flow Rate: 1/4 gpm/ft3

Concentration: 4% NaOH

Rel

ati

ve

Elu

tio

n

Regenerant Level, lb NaOH/ft3

H. Effect of Regenerant Temperature on Elution of Silica from DOWEX SBR-P

IX Troubleshooting

TemperatureTemperatureOxidationOxidationFoulingFoulingPhysical Physical DegradationDegradation

Loss of Resin Loss of Resin CapacityCapacity

Physical Physical IntegrityIntegrityDensityDensityReaction Reaction KineticsKinetics

FactorsFactors EffectsEffects

TVC DWC WRC CAUSE ACTIONS/COMMENTS

SAC Oxidation Irreversible. Resins will weaken mechanically. Control P. Replace at about 60% WRC .

SAC or a) fouling Clean. If it does not recover: irreversible.

Replace at 30% TVC loss

SAC b) loss of active groups (rare)

Irreversible.Replace at 30% TVC loss.

SAC Fouling plus oxidation

Clean. If it does not recover: irreversible.

Resin will weaken mechanically.Replace at 30% TVC loss, and /or at

about 60% WRC .

INTERPRETATION OF RESULTS: SACI. RESIN ANALYSIS

TVC DWC WRC CAUSE ACTIONS/COMMENTS

WBA or a) fouling by organics

Clean. If it does not recover: irreversible.Replace at 0.8 eq/l TVC .

WBA ? ? ? b) loss of active groups (normal aging)

Irreversible.Replace at 0.8 eq/l TVC .

INTERPRETATION OF RESULTS: WBA