J. Korean Soc. Environ. Eng., 38(7), 364~370, 2016 Original Paper http://dx.doi.org/10.4491/ksee.2016.38.7.364 ISSN 1225-5025, e-issn 2383-7810 A Study of the Optimization Process Combination on the Ultrapure Water Treatment System 이경혁 김동규 * 권병수 * 정관수 ** Kyung Hyuk Lee Dong Gyu Kim* Boung Su Kwon* Kwan Sue Jung** K-water 연구원 * 한국수자원공사 ** 충남대학교토목공학과 K-water Institute *Korea Water Resource Corporation **Chungnam National University (Received May 12, 2016; Revised June 1, 2016; Accepted June 24, 2016) Abstract : In this paper, the technique that determines efficient process combinations for the ultrapure water production was studied. The ultrapure water is one of the industrial water used in industrial activity and required in the advanced technology integrated industry. It is produced by combined process including filtration, ion exchange processes, the reverse osmosis (RO) process, degassing (DG) process and UV-oxidation (UVox) process. An ultrapure water production process consists of 15-20 different water treatment unit process. In this study, a pilot plant was built and operated to research the design parameters for the individual process. Through the pilot plant operation, 19 effective combinations were optimized among various processes. And then, 11 of them satisfied the final quality of the ultrapure water. The stability and economic feasibility were evaluated about the final 11 process combinations. Key Words : Ultrapure Water, Optimization, Industrial Water, Pilot Plant, Process Combination 요약 : 본연구에서는초순수생산을위한개별공정들의특성을고려하여공정조합최적화방안을결정하는기법을연구하였다. 산업활동에사용하는공업용수중고도의기술집합산업에서요구되는고순도용수인초순수를생산하는공정은여과, 이온교환, 역삼투, 탈기, 자외선산화등이있다. 초순수공정은다양한 15~20 개정도의수처리단위공정이조합을이루고있다. 본연구에서는초순수생산모형플랜트를운영하여다양한처리공정의조합을통해수질및경제성을고려하여평가하였다. 평가된 19 종류의공정조합중 11 개공정조합이목표로하는최종수질을만족했다. 이러한 11 종의공정조합에대해안정성과경제성을평가하였다. 주제어 : 초순수, 최적화, 산업용수, 모형플랜트, 공정조합 1. 서론 급속한경제발전과함께여러산업분야에서고순도의공업용수사용이증가하고있으며국내에서는 90년대말이후화력및원자력발전소, 열병합발전소, 석유화학공장, 제약회사, 반도체분야및철강회사등많은분야에서고순도공업용수가사용되고있는실정이다. 4) 일반적으로공업용수는원수또는침전수등이산업체로공급되면산업체는개별업체별용도에맞게추가로처리하여사용하고있다. 이러한고순도공업용수를일반적으로수질측면에서순수, 초순수로정의되어사용되고있으며, 세계적으로시장규모는 2011년 3.3조에서 2025년 12.4조원까지증가될것으로추정된다. 2) 순수및초순수등산업용수수처리시장에서경쟁력을갖추기위해서는다양한개별공정에설계기술확보를위한연구가필요하다. 국내산업용수운영사업에대한현황을살펴보면대부분이일본, 프랑스, 미국등선진외국기업에서선점하고있다. 1) 국내산업분야가첨단화되어갈수록공장을운영하기위한유틸리티특히산업용수분야는국내기술을기반으로한공정개발이어려 워지고있는실정이다. 이를위해다양한연구가수행되어야할필요가있다. 초순수를생산하기위한단위공정인역삼투막, 이온교환공정등개별공정에대한연구는다수수행이되었으나 3) 초순수공정의전체시스템에대한평가를수행한연구는거의없는실정이다. 본연구에서는초순수모형플랜트를운영하면서개별공정에대한설계인자의특성을평가및분석하고 19종류의공정조합을구성하여수질분석, 경제성및안정성을평가하여초순수생산을위한최적조합공정선정기법을연구하였다. 2. 연구방법 본연구에서는 25 m 3 / 일생산용량의모형플랜트를운영하여평가하였다. 공정구성은전처리공정, 순수처리공정, 초순수처리공정등 3개의공정으로구성되어있으며, 개별공정으로는 Fig. 1과같이총 23개단위공정으로구성되어있다. 모형플랜트의유입수수질과목표로하는초순수생산수의수질을다음 Table 1에정리하여나타내었다. Corresponding author E-mail: kh.lee@kwater.or.kr Tel: 042-870-7526 Fax: 042-870-7549
J. Korean Soc. Environ. Eng. 365 Fig. 1. Pilot plant diagram for UPW production. Table 1. Ultrapure water production water quality objectives Unit Value Unit Value Resistivity MΩ cm > 18.2 Na ppt < 50 TOC ppb < 5 Cu ppt < 50 DO ppb < 1 K ppt < 50 Particle EA/mL < 1 ZN ppt < 50 Silica ppb < 1 Fe ppt < 50 Boron ppt < 100 Cl ppt < 100 Bacteria CFU/L < 10 NH 4 ppt < 100 TEMP. 24~26 NO 2 ppt < 100 PRESSURE Kg/cm 2 1~2 PO 4 ppt < 100 Ca ppt < 50 SO 4 ppt < 100 초순수공정의단위공정및최종조합공정의수질항목 분석은다음 Table 2에제시한바와같이수질측정용계측 기를설치하여수질을모니터링하였다. 3. 결과및고찰 3.1. 조합공정의최종수질검증 최적공정조합검증결과는안정성과경제성으로지표를선정하였으며배점에대한객관적인근거확보방안을검토하였다. 초순수최적공정조합은 Pilot Plant 표준공정 (1) 을기준으로조합가능한 19개공정을나타내면 Table 4.18과같다. 초순수 19개공정조합의선정은다음사유로설명이가능하다. 초순수 Pilot Plant의기본설계공정을기본으로개별공정의필요성등을감안하여 18개조합공정을선정하였다. 기본적인설계공정은다음의 Table 3의 1번공정으로표기하였으며 1번공정은초순수 Pilot Plant의설계공정으로전체공정이빠짐없이포함되었다. 이온교환공정과역삼투공정의순서에따라이온교환 + Table 2. Ultrapure water production water quality measurement analyzers Process Point Analyzers Maker Model Article Range Cation ionexchanger Na analyzer METTLER TOLEDO 2300Na Sodium analyzer Na 0.001-100,000 (ppb) ph analyzer METTLER TOLEDO M300 ph 0-14 Pretreatment process Anion ionexchanger Electrical conductivity METTLER TOLEDO M300 Electrical conductivity 0.02-50,000 (us/cm) TOC analyzer SIEVERS 900 on-line TOC analyzer TOC 0.03-50 (ppm) Purewater Ultra purewater RO Silica analyzer HACH 5500Sc silica analyzer Silica 0.5-5,000 (ppb) (Revers TOC analyzer SIEVERS 900 on-line TOC analyzer TOC 0.03-50 (ppm) Osmosis) Electrical conductivity METTLER TOLEDO M300 Electrical conductivity 0.02-50,000 (us/cm) VDG/MDG DO analyzer METTLER TOLEDO M300 DO 0-10,000 (ppb) Electrical conductivity METTLER TOLEDO M300 Electrical conductivity 0.02-50,000 (us/cm) MB/EDI/MDI Silica analyzer HACH Series 5000 silica analyzer Silica 0-5,000 (ppb) Boron SIVERS UPW Boron analyzer boron 0.015-20 (ppb) AP Electrical conductivity METTLER TOLEDO M300 Electrical conductivity 0.02-50,000 (us/cm) MP/CP Electrical conductivity METTLER TOLEDO M300 Electrical conductivity 0.02-50,000 (us/cm) MDG DO analyzer METTLER TOLEDO M300 DO 0-10,000 (ppb) UF Electrical conductivity METTLER TOLEDO M300 Electrical conductivity 0.02-50,000 (us/cm) TOC analyzer GE Checkpoint TOC 0.05-1,000 (ppb) Particle analyzer RION XP-L4 A1 0.05, 0.1, 0.15, 0.2 um 0-1,000 (ea/ml) Particle analyzer Particle mesuring systems M50e 0.05, 0.1, 0.15, 0.2 um 0-10,000 (ea/ml) 대한환경공학회지제 38 권제 7 호 2016 년 7 월
366 J. Korean Soc. Environ. Eng. 이경혁 김동규 권병수 정관수 Table 3. 19 System combining of ultrapure water pilot plant No. Pure water treatment system Ultrapure water treatment system SC DG SA RO1 RO2 RO3 SC DG SA MDG1 MB UV AP CP MDG2 UF 1 SC DG SA RO1 RO2 MDG MB UV AP CP MDG UF 2 SC DG RO1 RO2 MDG MB UV AP CP MDG UF 3 SC DG RO1 RO2 MDG MB UV MDG UF 4 DG RO1 RO2 MDG MB UV AP CP MDG UF 5 RO1 RO2 MDG MB UV AP CP MDG UF 6 SC DG 7 SC DG 8 SC DG (ph 9.0) RO1 MDG MB AP CP MDG UF 9 SC DG 10 RO1 RO2 SC DG SA MDG MB UV AP CP MDG UF 11 RO1 RO2 SC SA MDG MB UV AP CP MDG UF 12 RO1 RO2 RO3 MDG MB UV AP CP MDG UF 13 14 SC DG SA RO1 RO2 MDG MB CP MDG UF 15 SC DG SA MDG MB UV AP CP MDG UF 16 SC DG SA RO1 RO2 VDG MB UV AP CP MDG UF 17 SC DG SA RO1 RO2 MDG EDI UV AP CP MDG UF 18 SC DG RO1 RO2 MDG EDI UV MDG UF 19 SC DG SA RO1 RO2 MDG MB UV AP CP UF SC (Strong Cation IonExchanger) DG (Degassifier) SA (Strong Ation IonExchanger) RO (Reverse Osmosis) vdg (Vacuum Degassifier) MDG (Membrane Degassifier) MB (Mixed Bed Ion Exchanger) UV (Ultraviolet) AP (Anion Polisher) CP (Cation Polisher) UF (UltraFiltration) 역삼투 (1,14,19,2,3,18,4) 역삼투 + 이온교환 (10,11) 공정조합이가능하며이온교환공정중생략이가능한경우의공정조합도고려가가능하다. 또한이온교환만이용한공정조합 (15) 과역삼투공정의경우는 1단 (13), 2단 (5), 3단 (12) 으로공정조합이가능하다. 1단역삼투공정의경우 ph를조정하여운전하는역삼투공정조합 (6,7,8,9) 도실험하였다. 초순수공정에서도자외선산화공정과이온교환공정, 막탈기공정의생략이가능할것으로판단되는공정조합 (7,18, 3,14,19) 도실험하였다. 각개별공정간의성능비교실험이가능한조합공정 (1,16,17) 에대해서도실험하였다. 운영결과 11개공정조합은반도체급초순수수질을만족하였다. 최종수질을만족하지못하는공정은 Table 4와같이 3791011131819 공정이다. 그외 11개공정은최종수질을만족하는공정이다. 최종목표수질을만족하지못하는이유는공정조합시공정축소및처리특성변화에따라처리효율이감소하여나타난결과이다. 3번공정은초순수공정에서 AP (Anion Polisher) - CP (Cation Polisher) 공정이제외되면서비저항수질이 13.21 MΩcm로 18.2 MΩcm 이상을만족하지못하였다. 7번공정은 UV (Ultra Violet) 공정이제외되면서실리카수질이 1.25 ppb (part per billion) 로 1 ppb 이하를만족하지못하였다. 9번공정은 1단 RO (Reverse Osmosis) 를선정하여 RO공정이축소되면서보론수질이 0.14 ppb로 0.1 ppb 이하를만족하지못하였다. 10번공정은 RO공정후단에이온교환공정을설치하면서제거효율이낮아져보론수질이 0.12 ppb로 0.1 ppb 이하를만족하지못하였다. 11번공정은 10번공정에서탈기공정을제외하면서보론수질이 0.108 ppb로 0.1 이하를만족하지못하였으며 TOC Journal of KSEE Vol.38, No.7 July, 2016
J. Korean Soc. Environ. Eng. 367 Table 4. Water quality of ultrapure water Design parameter 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Resistivity 18.2 MΩcm 18.29 18.32 13.21 18.32 18.32 18.32 18.31 18.32 18.33 18.30 TOC 5 ppb 1.85 0.51 0.30 0.50 0.61 2.13 3.08 0.81 2.48 4.16 DO 1 ppb 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 SILICA 1 ppb 0.21 0.78-0.99 0.85 0.51 1.25 0.17 0.63 0.66 Particle 1 ea 0.80 0.22 0.20 0.31 0.25 0.09 0.13 0.58 0.68 0.47 BORON 0.1 ppb 0.011 0.055-0.018 0.017 0.024 0.040 0.089 0.14 0.12 Result - OK. OK. NG. OK. OK. OK. NG. OK. NG. NG. Design parameter 11 12 13 14 15 16 17 18 19 비고 Resistivity 18.2 MΩcm 18.29 18.31 18.31 18.30 18.31 18.27 18.26 12.45 18.26 TOC 5 ppb 5.12 3.74 4.07 4.37 4.66 1.36 1.37 1.37 DO 1 ppb 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 10.00 SILICA 1 ppb - 0.29 1.10 0.93 0.61 0.64 0.54 0.75 0.54 Particle 1 ea 0.20 0.14 0.37 0.16 0.13 0.70 0.23 0.17 0.23 BORON 0.1 ppb 0.108 0.058 0.066 0.055 0.065 0.011 0.011 0.011 Result - NG. OK. NG. OK. OK. OK. OK. NG. NG. (Total Organic Cabon) 수질도 5.12 ppb로 5 ppb 이하를만족하지못하였다. 13번공정은순수공정을 RO단일공정으로선정하면서실리카수질이 1.10 ppb로 1.0 ppb 이하를만족하지못하였다. 18번공정은 AP-CP 공정이제외되면서비저항수질이 12.45 MΩcm로 18.2 MΩcm 이상을만족하지못하였다. 19번공정은탈기공정이제외되면서 DO (Dissolved Oxygen) 수질이 10 ppb로 1 ppb 이하를만족하지못하였다. 주요한공정이제외되면서제거효율이낮아져최종수질을만족하지못하였다. Table 5와같이초순수공정 (UV, AP, CP, MDG2 (Membrane Degassfier)) 을생략한 3,7,18,19 공정과 1단 RO공정으로구성된 913 공정이최종수질을만족하지못하였다. 설계공정과대비하여역삼투공정 + 이온교환공정으로구성을바꾼 1011 공정또한설계수질을만족하지못하였다. 91011공정은보론수치가 0.1 ppb 이상으로설계치를초과하여설계수질을만족하지못하였다. 최종수질측면에서는최종수질을만족하는공정은 11개 (1,2,4,5,6,8,12,14,15,16,17) 공정이며비저항은 318 공정을제회하고는 18.2 MΩcm 이상으로설계치를만족하며, 이온교환공정 + 역삼투공정 (1~3, 8, 16~19번공정 ) 이 TOC 측면에서 1 ppb정도로역삼투공정 + 이온교환공정 (10, 11번공정 ) 의 4~5 ppb 보다더좋은수질을나타낸다. 역삼투공정 + 이온교환공정에서 TOC 4~5 ppb를나타냄으로 TOC 측면의제거율이낮으나이는 RO제거율및최종수질측면에서는역삼투공정 + 이온교환공정인 4, 5, 10~ 13 공정이효율적이다. 최종수질비저항 18.2 MΩcm, TOC 5 ppb, DO 1 ppb, Silica 1 ppb, Particle 1 ea, Boron 0.1 ppb 를만족하지못한공정은 19개공정중 11개 (1, 2,4,5,6,8,12,14,15,16,17) 공정이다. 3.2. 경제성평가초순수 Pilot Plant로조합이가능한 19개조합공정에대한투자비, 운영비를비교하였다. 투자비는초순수 Pilot Plant에대한투자비를기준하였으며초순수 Pilot Plant 기분에서공정의 Skip에따라감소되는비용을산출하여비 Table 5. The process of unsatisfactory on water quality SC DG SA RO1 RO2 SC DG SA MDG1 MB UV AP CP MDG2 UF 18 SC DG RO1 RO2 MDG EDI UV MDG UF 19 SC DG SA RO1 RO2 MDG MB UV AP CP UF 3 SC DG RO1 RO2 MDG MB UV MDG UF 7 SC DG RO1 MDG MB AP CP MDG UF 9 SC DG 10 RO1 RO2 SC DG SA MDG MB UV AP CP MDG UF 11 RO1 RO2 SC SA MDG MB UV AP CP MDG UF 13 대한환경공학회지제 38 권제 7 호 2016 년 7 월
368 J. Korean Soc. Environ. Eng. 이경혁 김동규 권병수 정관수 용을산출하고이를 20년간생산되는초순수양으로나눠서산출하였다. 운영비는초순수 Pilot Plant의약품, 폐액처리, 전력, 기타비용으로구성하였다. 초순수 Pilot Plant 는이온교환공정의재생약품 ( 염산, 가성소다등 ), 재생후발생되는폐액처리비, Pump 등전력비, 기타 ( 질소, 계측기시약등 ) 의운영비가소모되며공정의변동에따라재생약품과 폐액발생량이변동되어운영비차이가발생한다. 초순수 Pilot Plant 표준공정인 1번공정에대한약품, 폐액, 전력, 기타비용등 Table 6과같이산출한결과 1.3억원 / 년이산출되었다. 폐수처리비용은위탁처리를기준으로단가계약분인 143천원 /m 3 을적용하였다. 경제성검토결과 Table 7과같이초순수의투자 / 운영단 Table 6. Pilot plant operating costs calculated based on the ultrapure water Chemicals (Regen.) Waste water treatment Power rates Division Usage Unit cost Times Cost (won/year) Sum (thousand won/year) SC Regen. 41 kg/time 1,760 won/kg 2 times/week 7,504,640 SA Regen. 170 kg/time 1,870 won/kg 1 times/week 16,530,800 MB Regen. 23 kg/time 1,760 won/kg 50 kg/time 1,870 won/kg 1 times/week 6,966,960 SC 0.9 m 3 /time 143,000 won/m 3 2 times/week 13,384,800 SA 1.7 m 3 /time 143,000 won/m 3 1 times/week 12,641,200 MB 1.3 m 3 /time 143,000 won/m 3 1 times/week 9,666,800 Analyzer 1.0 m 3 /time 143,000 won/m 3 1 times/week 7,436,000 Pump 82 kwh 71 won/kwh 1 times/week 51,050,000 SC Regen. 1 kwh 71 won/kwh 1 times/week 7,384 SA Regen. 1 kwh 71 won/kwh 1 times/week 3,692 MB Regen. 2 kwh 71 won/kwh 1 times/week 7,384 N 2 1 EA 70,400 won/ea 1 EA/week 3,660,800 31,002 43,128 51,070 etc. Water 23 m 3 /day 160 won/m 3 30 day/month 1,344,000 9,805 Etc. - 400,000 won/month 12 month/year 4,800,000 Sum Chemicals + Waste water treatment + Power rates + etc. 135,006 Table 7. Economic evaluation of the combination process ultrapure water (1~19) Number 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Skip - SA SA,AP,CP SA,SC SA,SC,DG SA,RO2 SA,RO2,UV SA,RO2 SA,RO2 UVox, AP Regen. Process SC,SA,MB SC, MB SC, MB MB MB SC, MB SC, MB SC, MB SC, MB SC,SA,MB Invest cost (K won/year) 942,602 922,775 899,272 870,314 851,747 901,113 871,460 901,113 901,113 942,602 Invest unit (won/m 3 ) 26,183 25,633 24,980 24,175 23,660 25,031 24,207 25,031 25,031 26,183 Chemical 31,002 14,472 14,472 13,934 13,934 17,338 17,338 17,052 24,574 31,002 Operation WWT 43,129 30,488 30,488 26,770 26,770 30,488 30,488 30,488 35,321 43,129 cost Power 51,070 51,066 51,066 51,058 50,411 49,698 47,521 49,698 49,698 51,070 (K won/year) Etc. 9,805 9,805 9,805 9,805 9,805 9,805 9,805 9,805 9,805 9,805 sum 135,006 105,830 105,830 101,566 100,920 107,329 105,152 107,042 119,398 135,006 Operation unit (won/m 3 ) 75,004 58,795 58,795 56,426 56,066 59,627 58,418 59,468 66,332 75,004 Sum unit (won/m 3 ) 101,187 84,427 83,774 80,601 79,726 84,658 82,625 84,499 91,363 101,187 Number 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Skip DG SC,DG,SA SC,DG,SA,RO2 UV-ox, AP RO1, RO2 - - SA MDG2 Regen. Process SC,SA,MB MB MB SC,SA,MB SC,SA,MB SC,SA,MB SC, SA SC SC,SA,MB Invest cost (K won/year) 924,826 919,390 900,049 921,516 932,456 942,201 942,696 921,513 910,516 Invest unit (won/m 3 ) 25,690 25,539 25,001 25,598 25,902 26,172 26,186 25,598 25,292 Chemical 31,002 13,934 20,901 31,002 34,486 31,002 24,035 7,505 31,002 Operation WWT 43,129 26,770 36,436 43,129 47,962 43,129 33,462 20,821 43,129 cost Power 50,419 51,058 49,460 48,894 47,836 51,413 51,063 51,059 50,822 (K won/year) Etc. 9,805 9,805 9,805 9,805 9,805 9,805 9,805 9,805 9,805 sum 134,355 101,566 116,602 132,830 140,089 135,349 118,365 89,189 134,758 Operation unit (won/m 3 ) 74,642 56,426 64,779 73,794 77,827 75,194 65,758 49,549 74,865 sum unit (won/m 3 ) 100,332 81,964 89,780 99,392 103,729 101,366 91,944 75,147 100,157 Journal of KSEE Vol.38, No.7 July, 2016
J. Korean Soc. Environ. Eng. 369 가로서단위는 [ 원 /m 3 ] 이며, 투자 / 운영비합계로표기한다. 투자 / 운영비분석결과 SA, DG, SC를생략하여운전한 2단 RO(5) 공정이투자 / 운영비가최적이나이는공정의변경에따른전체공정의비교가아닌단순비교이다. SA, DG, SC 를생략하여운전한 5공정 (2단RO) 이년간운영비가 1.0억원 / 년 ( 단가 56,066원 /m 3 ) 으로최적운영비를나타내고있으며, 설계기준의운영비 1.3억원 / 년 ( 단가 75,004원 /m 3 ) 보다 0.35억원 / 년 ( 단가 18,937원 /m 3 ) 이절감되어 75% 수준이다. 투자비는 8.5억원 ( 단가 23,660원 /m 3 ) 으로 9.4억 ( 단가 26,183 원 /m 3 ) 대비하여 0.9억원 ( 단가 2,524원 /m 3, 90% 수준 ) 이더경제적이다. 설계공정대비하여 79% 수준의사업비 ( 투자비 + 운영비 ) 산출되었다. 경제성만을고려한최적공정은 2단 RO(5) 공정이효율및경제성이우수하다. 1번 ( 설계 ) 공정대비하여 79% 수준, 6번공정대비 94% 수준이다. RO 공정의장기적관점에서의영향성 ( 막세정주기, 막교체주기등 ) 과폐수발생에의한운영, 투자비등의공정간의전체적인경제성검토에필요한실험자료확보는어렵다. RO공정의전처리공정으로이온교환공정이없는공정 (5) 과 RO전단이변경된공정 (10~13번) 의경우 RO공정의전단약품투입및막세정의영향성, 막교체주기단축등에대한장기적인실험 Data확보가어려워경제성분석이불가하다. 공정의변경에따른 MB 인입수질의변화는 MB의재생주기가변경되어경제성에영향을줌으로이에대한실험이필요하나 MB의재생주기확인을위해 1회실험시 1개월이상기간이소요되어실험을통한결과확인이어렵다. 19개공정조합결과수질을만족하는 11개공정조합에대 해경제성과안정성을평가하였다. 경제성은투자및운영비를검토하여원단위개념으로경제성을평가하였다. 원단위개념으로 0~50점으로점수를배분하여평가하였다. 총점이 50점이되도록하였으며 70% 인 37.5점을기본점수로하고 30% 인 12.5점이최대원단위와최소원단위에의해점수획득이가능토록구성하였다. 이는일반적인평가시기본점수와상대점수를평가하는기준에의해아래식과같이선정하였다. * 산출식 = 37.5 + 3.3. 안정성평가 최대원단위 - Y 최대원단위 - 최소원단위 12.5 안정성은수질과설비에대한최종수질 (25점) 만족여부와설비 (25점) 안정성으로평가하여 50점의점수를배점하였다. 수질을만족하는설계값에서최대값까지의범위를 0~4.2 점까지점수화하였다. 초순수최종수질은 6종류수질 ( 총점 25점 ) 항목이있음으로이를합하여가장많은점수를획득한공정이 1순위이다. 수질항목별산출식은아래와같다. 이는일반적인평가시각항목별점수차이가발생할수있도록하는기준에의해아래식과같이선정하였다. * 수질관련산출식 = 최대값 - Y 최대값 - 최소값 4.2 점 설비안정성은주요설비별로점수를배분하였으며주요설비는 RO공정전처리설비, RO공정구성, 기타항목으로구 Table 8. Verification of ultrapure water combined process results Economy Stability Ranking Number 1 st (79,726) (50) 2 nd (80,601) (49.1) 3 rd (81,964) (47.7) 4 th (84,427) (45.1) 5 th (84,499) (45.0) 6 th (84,659) (44.9) 7 th (91,944) (37.3) 8 th (99,392) (29.5) 9 th (101,187) (27.6) 10 th (101,366) (27.5) 11 th (103,729) (25) 9 th (21/10) 10 th (21/10) 11 th (19/10) 4 th (22/20) 7 th (22/15) 8 th (21/15) 2 nd (20/25)) 5 th (18/23) 1 st (20/25) 3 rd (20/25) 6 th (19/20) 4 th (81.9) 5 th (80.9) 7 th (77.3) 1 st (87.1) 3 rd (82.0) 6 th (80.9) 2 nd (82.6) 10 th (70.3) 8 th (73) 9 th (72.5) 11 th (63.6) Pure Water Ultra Pure Water SC DG SA RO1 RO2 RO3 MDG MB UV AP CP MDG UF 5 RO1 RO2 MDG MB UV AP CP MDG UF 4 DG RO1 RO2 MDG MB UV AP CP MDG UF 12 RO1 RO2 RO3 MDG MB UV AP CP MDG UF 2 SC DG RO1 RO2 MDG MB UV AP CP MDG UF 8 SC DG 6 SC DG (ph 9.0) 17 SC DG SA RO1 RO2 MDG EDI UV AP CP MDG UF 14 SC DG SA RO1 RO2 MDG MB CP MDG UF 1 SC DG SA RO1 RO2 MDG MB UV AP CP MDG UF 16 SC DG SA RO1 RO2 VDG MB UV AP CP MDG UF 15 SC DG SA MDG MB UV AP CP MDG UF 대한환경공학회지제 38 권제 7 호 2016 년 7 월
370 J. Korean Soc. Environ. Eng. 이경혁 김동규 권병수 정관수 Table 9. Optimal combination of process validation results Point 1 2 4 5 6 8 12 14 15 16 17 Economy Unit 50 point 27.6 45.1 49.1 50.0 44.9 45.0 47.7 29.5 25.0 27.5 37.3 Ranking 9 4 2 1 6 5 3 8 11 10 7 Quality 25 point 20.3 22.0 21.8 21.9 21.0 22.0 19.6 18.3 18.6 20.0 20.3 Ranking 6 1 4 3 5 2 9 11 10 8 7 Stability Utility 25 point 25.0 20.0 10.0 10.0 15.0 15.0 10.0 22.5 20.0 25.0 25.0 Ranking 1 5 9 9 7 7 9 4 5 1 1 Sum 50 point 45.3 42.0 31.8 31.9 36.0 37.0 29.6 40.8 38.6 45.0 45.3 Ranking 1 4 10 9 8 7 11 5 6 3 2 Sum 100 point 73.0 87.1 80.9 81.9 80.9 82.0 77.3 70.3 63.6 72.5 82.6 Ranking 8 1 5 4 6 3 7 10 11 9 2 분하였으며점수는총 25점중에 RO공정전처리설비 (15), RO공정구성 (5), 기타항목 (5) 으로점수화평가하였다. * 설비관련산출식 RO전처리 : SC-DG-SA공정 (15점), SC-DG공정 (10), DG공정 (2.5), 전처리공정없음 (0) RO 구성 : 2 단 RO(5), 1 단 RO(2.5), RO 공정없음 (0) 약품주입 : RO 공정전단약품주입없음 (2.5), 약품주입 (0) 초순수공정구성 : 초순수공정생략없음 (2.5), 초순수공정생략 (0) 19개공정조합결과수질을만족하는 11개공정조합에대해 Table 8과같이경제성과안정성을평가하였다. 경제성에대한괄호안의수치는 m 3 당초순수생산원단위이며 Pilot Plant 설치비및운영비합계에대한가중치 50 점이며, 안정성에대한괄호안의수치는두가지가있으며수질과설비에대한배점을각 50점으로하여평가한가중치총 50점이다. 4. 결론 1) 본연구결과경제성과안정성을고려한최적공정을 Pilot Plant를운영하여다양한조합공정을기반으로선정하였다. Table 9와같이표준공정에서 SA공정을제외한 2번공정이최적공정으로선정되었다. 기본 Pilot Plant의 1번공정과비교하여투자비 7.7%, 운영비 24.8% 절감이가능하다. 2) 이결과는하루 25톤규모의 Pilot Plant를기준으로선정한결과이다. 향후추가보완사항으로는실증플랜트규모 (Scale-up 인자 ) 및운영조건에대한고려가반영되어야하며장기적관점의공정특성및공급배관재질검토등을위해실증플랜트설치및검증이필요하다. References 1. Choi, B. S., Issue Report of Ultrapure Water Industry and Technology Trends, Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement, pp. 1~16(2013). 2. Lola, A., Hector, B., Christopher, G., Marta, H., Heather, L., Antoine, S., Jelena, S. and Jablanka, U., Industrial Desalination & Water Reuse, 1st ed, Global Water Intelligence, Oxford, pp. III~IV(2012). 3. Kwon, B. S. and Lee, H. G., The research of Based on Technology for Pure and Ultrapure water treatment plant, 1st ed, K-water, Deajeon, pp. 50~62(2011). 4. Lee, C. S., Ultrapure Water into the Manufacturing Process, The Membrane Society of Korea Summer Workshop, pp. 91~119(1996). 5. Park, S. C., Kwon, B. S., Lee, K. H. and Jung, S. S., The Design Parameter Evaluation of Ion Exchange Process For Ultra Pure Water Production, Korean Soc. Water Wastewater, 29(1), 65~75(2015). 6. Motomura, Y., The Science of Ultrapure Water, Research of Based Technology for the Semiconductor, Realize, Tokyo, pp. 100~150(2007). 7. Yabe, K., Motomura, Y. and Mizuniwa, T., Pure and Ultrapure water Technology, Japanese Industrial Standards Committee (JISC), Tokyo, pp. 50~55(2004). Journal of KSEE Vol.38, No.7 July, 2016