Abstract
This study presents channel design of a CDI stack to achieve high removal efficiency in a large scale by applying parallel flow structure with a concentrated stream. The flow pattern in the stack was simulated by COMSOL Multiphysics program. To prove the salt removal performance, a unit cell and 20 cell stacks were tested at a flow rate condition of 18 ml/min and 360 ml/min, respectively. The removal efficiencies of the unit cell and the 20 cell stacks were obtained as 70.8 % and 75.6 %, respectively, with 100 mg/L sodium chloride solution. During the operation of cell test, water pressures of unit cell and 20 cell pair stack maintained in the ranges of 1.1 psi and 1.3~1.5 psi, respectively. It was demonstrated that the parallel cell structure with two concentrated streams can be employed in a large scale CDI for salt removal.
축전식 전기탈이온(Capacitive deionization: CDI) 시스템을 실제공정에 적용하기 위하여 대용량 제작이 가능하며 높은 처리 효율을 갖는 셀 구조 연구가 필요하다. 본 연구에서는 대용량 제작을 위하여 낮은 수압으로 운전할 수 있는 병렬형 구조와 처리효율을 증가시키기 위하여 집중형 유로를 동시에 적용하여 설계하고 성능 평가하였다. 설계한 유로 구조의 유입수 흐름을 확인하기 위하여 유체역학적 모델링이 가능한 COMSOL프로그램을 사용하여 집중형 유로가 형성되는 것을 확인하였고, 염 제거 효율을 확인하기 위하여 단위 셀과 20층으로 용량 증축된 스택을 사용하여 CDI운전을 통한 제거효율을 확인하였다. 그 결과 $210cm^2$ 면적의 단위 셀에서는 18 ml/min의 유량조건에서 1.1 psi의 수압으로 70.8%의 제거효율을 보였으며, 20층으로 용량 증축된 셀에서는 유량을 20배로 늘린 360 ml/min의 유량조건에서 1.3~1.5 psi의 수압으로 75.6%의 제거효율을 확인할 수 있었다. 연구된 유로 설계는 대용량 시스템을 제작하는데 있어서 적합한 병렬형 구조이며 효율적인 탈염을 할 수 있는 집중형 유로로 설계되어 실제공정에 적용할 수 있는 구조임을 확인할 수 있었다.