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정수처리 공정 적용을 위한 MCDI (Membrane Capacitive Deionization) Module의 수용액 내 TDS 제거 특성에 관한 연구
오창석,안주석,오현제,Oh, Changseog,An, Jusuk,Oh, Hyun-Je 대한상하수도학회 2021 상하수도학회지 Vol.35 No.4
Recently, various researches have been studied, such as water treatment, water reuse, and seawater desalination using CDI (Capacitive deionization) technology. Also, applications like MCDI (Membrane capacitive deionization), FCDI (Flow-capacitive deionization), and hybrid CDI have been actively studied. This study tried to investigate various factors by an experiment on the TDS (Total dissolved solids) removal characteristics using MCDI module in aqueous solution. As a result of the TDS concentration of feed water from 500 to 2,000 mg/L, the MCDI cell broke through faster when the higher TDS concentration. In the case of TDS concentration according to the various flow rate, 100 mL/min was stable. In addition, there was no significant difference in the desorption efficiency according to the TDS concentration and method of backwash water used for desorption. As a result of using concentrated water for desorption, stable adsorption efficiency was shown. In the case of the MCDI module, the ions of the bulk solution which is escaped from the MCDI cell to the spacer during the desorption process are more important than the concentration of ions during desorption. Therefore, the MCDI process can get a larger amount of treated water than the CDI process. Also, prepare a plan that can be operated insensitive to the TDS concentration of backwash water for desorption.
오창석 ( Changseog Oh ),안주석 ( Jusuk An ),정우식 ( Woosik Jung ),오현제 ( Hyun-je Oh ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
탈염기술(desalination)이란 물에서 염을 제거하는 기술로 해수담수화, 보일러 순환수 제조, 초순수제조, 발전소의 냉각수, 지하수 중의 환경오염물질 제거 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있는 기술이다. 현재 탈염기술 중에서 가장 널리 사용되고 있는 기술은 증발법, 이온교환법, 역삼투막법, 전기투석법 등의 기술이 적용되고 있지만 이들 공정은 운전과정에서 높은 에너지 소모, 이온교환 수지의 재생과정에서의 고농도의 염 폐액 발생, 막 오염에 의한 주기적인 교체 및 처리수량 감소, 제거효율 등의 문제점을 갖고 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 탈염기술로서 전기화학적 방법을 이용한 축전식 탈염(capacitive deionization, CDI) 기술에 대한 연구가 1990년대 중반 이후 본격적으로 이루어지고 있다. 축전식 탈염공정은 표면적이 넓고 전기전도성이 우수한 탄소물질 전극을 사용하여, 전위를 인가했을 때 전극표면에 생성되는 전기이중층(electric double-layer, EDL)의 정전기적 인력을 이용해 수용액상에 있는 이온을 흡착하여 제거하는 기술이다. 흡착시 음극에는 양이온이, 양극에는 음이온이 흡착되도록 하며 전압을 단락하거나 역전위를 가하여 이온을 탈착하여 전극을 재생시킨다. 이온들이 완전히 떨어지지 않아 효율을 감소시키는 문제점이 발생하기도 하는데, 이러한 단점을 보완하여 전극에 이온교환막을 결합한 형태인, 막 결합형 축전식 탈염공정(membrane capacitive deionization, MCDI)공정이 2000년대 중반 이후 현재까지 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구는 축전식 탈염 공정의 핵심 기술인 CDI의 TDS 제거 특성을 파악하고자 하였으며, 500 mg/L의 TDS 원수를 이용하여 CDI cell의 성능평가를 수행하였다. 실험결과, 초기 농도 500 mg/L에서 C/C<sub>0</sub>가 1.0에 도달하는 시간은 약 90분이었으며, TDS 농도의 C/C<sub>0</sub>가 0.2에 도달하는데 소요되는 시간은 20분이었다. 또한 증류수 또는 원수를 이용하여 역세척을 수행하였으며, 역세척 진행 후 CDI의 성능이 약 90%이상 회복되는 결과를 얻었다. 추후 유량, 인가전압, 흡/탈착 시간 등의 조건에 따른 실험를 통해 CDI cell의 최적화 연구가 필요할 것으로 판단된다.