이온교환장치의 사용상 주의사항

기술자료

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이온교환장치의 사용상 주의사항

피앤씨테크의 기술력을 소개합니다.

1) 원수의 turbidity가 높으면(3이상) 수지를 오염시킨다.

수지의 오염을 방지하기 위해서 전처리로 sand filter를 사용해 turbidity유발 물질을 제거해야 한다.

2) Na2SO4로 재생할 경우 CaSO4가 석출하여 수지를 오염시킨다.

Na2SO4로 재생할 경우 재생 농도를 낮추어 고유속으로 재생하면 수지의 오염을 방지할 수 있다.
R(-SO3)2 - Ca + Na2 SO4 -> 2R-SO3Na + CaOS4 ↓

3) 원수중 철분이 많으면 수지를 오염시킨다.

이럴 경우 전처리로 ferox장치를 설치해 철분을 제거하여 수지의 오염을 방지한다. 만약 수지가 철분에 오염되었다면 제철회생제(RFC-40)로 이온교환 수지를 회생시킬 수 있다.

Fe(HCO3)2 + air -> Fe(OH)3
대책으로는 Na2SO4, Na2 SO3 등을 첨가하는 방법이 있다. 그리고 Na type보다 H type이 안전하지만 Fe가 유기철로 존재하면 음이온으로 존재하기 때문에 H type 강산성 양이온 교환수지로도 제거가 불가능하다.

〈표 4-1〉 원수의 전경도와 허용되는 철의 농도 원수의 전경도

원수의 전경도 (ppm as CaCO3)	허용되는 total Fe (ppm as CaCO3)
20	0.3
40	0.6
100	1.5
200	3.0
300	4.5
400	6.0

4) 원수중 산화성 물질(유리염소)이 많을 경우 이온교환 수지의 사용이 불가능해진다.

이온교환 수지를 산화시켜 망목구조의 사슬 부분이 절단되고 가교도가 저하하여 불가역 팽윤이 일어난다. 산화가 심해지면 수지가 용해하기 시작하여 수지의 사용이 불가능해 진다.
- 불가역 팽윤
수분이 증가하고 ㎖당 교환용량(meq/㎖-R)은 저하하나 dry g당 교환용량(meq/dry g-R)이 거의 변화하지 않으면, 수지가 불가역 팽윤한 것이다.

5) 원수중 산화성 물질이 존재하면 이것을 사전에 제거해야 한다.

Na2CO3등을 첨가하거나 강산성 양이온 교환수지를 고가교도의 수지로 교체해야 한다.

6) 시상 수도수(Cl2 0.2∼0.5ppm 함유) 처리에 있어서는 일반적으로 표준품을 사용한다.

그러나 표준품도 실제로는 산화에 의한 팽윤이 일어나고 있으나 수지의 내구성 저하가 두드러지지 않을 뿐이다.

7) Silica는 2가이나 pH가 낮게 되면 nSiO2 <-> (SiO2)n의 평형 관계가 일어난다.

H type 강산성 양이온 교환수지로 처리한 물은 산성이 되어 pH가 떨어지게 된다. 이 pH는 원수 중 강산염의 농도가 높으면 떨어지기 때문에 n의 수도 크게 되고 이것만큼 강염기성 음이온 교환수지의 교환 용량이 커지게 된다. 그러므로 silica는 1가 이하로흡착되는 경우가 많다.

〈표 4-2〉 수온에 따른 허용 CI2 농도 수 온(℃)

수온(℃)	허용 CI2 농도
5 ~ 10	0.6
10 ~ 15	0.4
15 ~ 20	0.2
20 ~ 25	0.1

8) 원수의 염류 농도가 증가할 경우 처리수의 순도 및 양이 감소한다.

원수 중의 염류는 양이온 탑에서 다음과 같이 반응한다.
R-SO3H + NaCl ? R-SO3Na + HCl (+NaCl) : 가수분해
이 반응은 평형 반응이기 때문에 Na+의 누설이 많아지므로 순도가 떨어진다.
이온교환 수지의 교환용량은 일정 재생 level에서는 일정하기 때문에 원수 농도가 증가하면 당연히 cycle당 처리량이 감소한다. (재생 cycle이 짧아지므로 생산량 감소)

9) Alkali도가 높은 물을 이온교환 수지로 처리하면 처리수의 순도가 올라간다.

HCO3-가 많은 물을 alkali도가 높은 물이라 하며 이 물을 R-SO3H로 처리하면,
R-SO3H + NaHCO3 → R-SO3 Na + H2CO3
이 반응은 평형 반응이 아니기 때문에 양이온 누설이 적으며, 교환 용량도 증가한다.

10) 원수 중의 SiO2를 이온교환 수지로 제거하기 위해서는 전염탈염을 해야 한다.

SiO2는 산의 형태가 아니면 강염기성 이온교환 수지에 흡착하지 않는다. 그러므로 H type 강산성 양이온 교환수지에 처리한 형태로 OH type의 강염기성 음이온 교환수지에 통과시키면 SiO2제거가 가능하다.

11) 원수 중의 Cl-을 제거하기 위해서는 SO4-2도 동시에 제거하지 않으면 안된다.

OH type 강염기성 이온교환 수지는 SO4-2가 Cl-보다 친화성이 크기 때문이다.

12) 전염탈염장치의 강산성 양이온 교환 수지탑을 H2SO4로 재생할 경우 처리수의 순도 및 처리량이 감소하는 경우가 있다.

H2SO4재생에 있어서 재생 방법이 나쁠 경우 CaSO4나 MgSO4가 수지 중에 석출할 수 있다.양이온 교환수지를 HCl로 재생하여 CaSO4를 용출하면 환원된다.

〈표 4-3.4〉 수온에 따른 허용 CI2 농도 수 온(℃)

기능 저하의 원인
직접원인	ⓐ 양이온 교환수지에 있어서 간접 원인	ⓑ 음이온 교환수지에 있어서 간접 원인
수지 세공의 봉쇄	재생용 chemical의 불용 물질이수지입자 내부 또는 수지 표면에 축적해서 발생한다. 예를 들면, 원수 중의 성분 (Silica, 규산, 알루미나, 산화철) 이나 미생물 또는 유기물 등이 주로 수지의 표면에 부착하여 발생한다. 또는 전처리 장치의 오조작에 의해 사용 chemical이 유입되는 경우도 있다. 염산 재생에서는 은, 납 그리고 황산 재생에서는 Ca, Ba등이 수지입자 내부에 축적된다.	양이온과 동일하지만 축적 물질은 유기물(유지류, 유기산류, 휴민산, 리그닌설폰산 등) 이 주로 많다.다른 경우는 재생 조건이 나쁘면 CaCO3,Mg(OH)2,Silica 등이 축적된다. 또한 원수에 의해서는 산화철이 축적되는 경우도 있다.
수지의 팽윤	원수 중에 산화성 물질이나 산화를 촉진시키는 물질이 있는 경우나 어떤 종류의 유기 용매에 의해서도 일어난다. 팽윤의 결과 통수 저항이 증가하던지 chemical 주입관이 파묻히면 큰 장해가 일어난다.	유기 용매에 의한 것이 많다. 형수지 자체가 강력한 산화제나 촉매에 의해 팽윤을 일으킨다.
수지의 파쇄	팽윤으로 파쇄하는 것도 있고 원인은 2항과 같은 것이 많다. 기계적으로 압밀(통수저항)충격(액질의 급변동)에 의해 파괴되는 것도 있다. 열적, 기계적, 침투압 쇼크에 의해 파쇄가 일어난다.	양이온과 동일하다.
교환기의 화학변화	R-H형의 gel형이나 MR형은 어떤 조건에서 150℃ 이상에서 사용하는 것은 안된다. R-Na, R-NH4에서는 접촉 시간이 짧으면 150℃∼250℃까지도 사용될 수 있다. 이 외의 다른 원인은 없다	교환기가 아미노 알코올의 경우 용존산소등 약한 산화성 물질에 의해 산화되어 저급 아민으로 변화한다. 산화를 촉진하는 물질이 있는 경우나 변온시에는 단시간에 상당한 변화가 일어난다.
		형수지에서는 중성염 분해용량과 총교환용량의 저하 속도간에는 거의 차이가 없으나 II형수지에서 는 전자는 후자의 약 5배로 된다. 수중 용존산소가 있는 경우 I, II형 수지 모두 온도 상승에 의한 열화가 현저히 촉진되며 50℃->80℃로 상승하면 속도 정수는 약 2배로 된다. 또한 I형 수지에서는 중성염 분해 용량의 감소 속도가 1%/month로 되든지 이 부근이 사용 한계로 되고 II형수지에서는 약 30%/month로 되고 상온 이상의 원수 사용은 좋지 않다. I형수지는 산소의 영향을 받지 않고 II형수지는 산소에 의해 교환 용량의 감소 속도가 크게 된다. 유기물 오염이 적은 경우에는 중성염분해용량이 저하해도 흡착 가능 교환 용량은 그만큼 감소하지 않는다. 유기물 오염이 극심한 경우는 중성염 분해 용량, 총교환용량 모두 감소하고 교환기의 손실로 나타난다.

종류	종류의 세분	수지에 대한 직접대책	기타대책
① ⓐ ⓑ	수지 표면에 축적물이 있는 경우	① 역세시간을 연장한다. ② 공기 또는 수세에 의해 보조 시행한다 ③ Chemical에 의한 음이온 교환수지나 softener의 산세정 또는 황산재생탑의 염산 세정 등 ④ Manhole을 열어 대량의 역세 시행	① 전처리의 완전화 ② 살포제, 살균제의 사용
① ⓐ ⓑ	수지 내부에 축적물이 있는 경우	① chemical에 의해서 용출한다. ② 온도를 올려서 용출을 조장한다. ③ 산화제에 의해 분배용출 시행한다. ④ 재생 level농도, 온도와 시간을 변경하여 재생을 완전히 한다. ⑤ 재생 chemical을 변경한다.	① 전처리의 완전화 ② 유기물 제거 장치의 병용 ③ prechlorination 등에 의해 분해한다. (유기물의 경우) ④ Porous 수지를 사용한다.
② ⓐ ⓑ	산화성 물질이 존재하는 경우	① 유속을 낮추어 통수한다. ② 가교도가 높은 수지를 사용한다. ③ 팽윤이 큰 수지를 사용한다.	① Chemical에 의해 환원한다. ② Cl2가 있으면 활성탄 등으로 제거한다 ③ 전처리에 의해 제거한다. ④ 가능한 한 저온을 유지한다.
② ⓐ ⓑ	산화를 촉진하는 물질이 존재하는 경우	① Chemical에 의한 세정을 통해 제거 한다. ② 가교도가 높은 수지를 사용한다.	① 전처리를 완전히 한다. ② 탈기를 행하여 용존 탄소를 감소시킨다.
③ ⓐ ⓑ		① 파쇄가 큰 수지를 제거한다.	① 산화물에 대해서는 전처리를 완전히 한다. ② Distributor, valve, pump, 유속, 온도 등을 check하고 원인을 제거한다.
④ ⓑ		① 수지의 보충 또는 일부 교환 ② 두비넬처리를 한다.	① 전처리를 완전히 한다. ② l형 수지를 사용한다. ③ 탈기를 행하여 용존 탄소를 감소시킨다. ④ 수온을 낮게 유지한다.