DI water system 개요 JM Tech.Co 1. 순수란? 수중의전해질, 유기물, 미생물, 부유성고형물질등의불순물을이온교환법, 역삼투압법, 증류법등의제거방법을이용하여제거한물을말함. 2. 원수의성상및종류 1) 원수의성상 순수제조시스템의계획에대단히중요. 원수의수질에따라처리공정이결정 2) 원수의종류 (1) 하천수 지층의표면에접촉되어있는암석및토양중의다양한무기성분용해. 강우등에유입된부유물질함유. 생활하수및공장폐수등의오폐수유입에의한다량의유기, 무기물존재. 계절적인강우량의차이로수량및수질변동이심함. 지하수에비해수량풍부하고용해물질이적음. (2) 지하수 지층을통과하여생성되므로자연여과작용 ( 탁도및미생물이적음 ) 수온및수질이비교적일정 지층과장시간접촉으로용해물질의농도가높음 ( 철, 망간, 실리카다량함유 ) (3) 호소수 하천수가저장되어생성. 물의정체로부유성조류가계절적번식. 미생물및미립자가많아계절적주의필요. (4) 수도수 가격이높고사용수량의제한. 수도법에의한수질보증및염소처리로미생물장해없음. 잔류염소에의한순수제조설비의주의필요. (5) 공업용수 대부분하천수또는호소수가많음. 응집침전처리에의한탁도물질만을제거
따라서용도에맞는후처리필요. ( 경우에따라살균및탈염등 ) 3. 순수장치계획시필요한원수의분석항목 원수의종류 수온 ( 평균, 최고 & 최저치 ) 전기전도율, ph, 탁도, 전철 ( 제일철 ), 칼슘, 마그네슘, 황산이온, 염소이온, 알칼리도, 실리카, COD 등 4. 원수중의불순물제거방법 불순물 : () 이온, 콜로이드, 현탁물질등다양 순수장치제조기술은최적의분리기술을갖는장치를효과적으로배열하는것. 불순물과주요처리방법 1) 제일철 공기산화법 (Aeration) 염소산화법 (Chlorination) 접촉여과법 (Catalytic Filteration) 2) 망간 염소산화법 (Chlorination) 접촉여과법 (Catalytic Filteration) 3) 탁도성분 응집침전 (Coagulation & Sedimentation) 여과 (Filteration) MF (Micro Filteration) 4) 유기물 활성탄흡착 (Activated Carbon Adsorption) 활성오니처리 5) 미생물 염소살균 (Chlorination) 오존살균 (OZonation) UV 살균 (UV Sterilization)n) UF (Ultra Filteration) 6) 용존염류 이온교환 (Ion Exchange) 역삼투압 (Reverse Osmosis) 전기투석 (Electric Dialysis) 증발 (Distillation) 7) 알칼리도 탈기 (Degasification)
ⅱ. 순수장치설계 1. 이온교환수지란? 3차원구조의고분자모체에이온교환기를결합시켜극성, 비극성용액중에녹아있는이온성불순물을교환, 정제하는물질 이온교환기가가지고있는가동이온이용액중의선택성이큰이온과치환하여주는수질 2. 이온교환수지종류 모체의재질과화학적성질로구분 유기질이온교환체 강산성양이온수지 약산성양이온수지 Chelate 수지 강염기성음이온수지 약염기성음이온수지 유기물흡착수지 무기질이온교환체 천연 Zeolite 합성 Zeolite 대부분유기질이온교환체를수처리에이용 1) 강산성양이온교환수지 SO 3 H(Sulfone 산기 ) 를교환기로가지는수지 Styrene과 DVB의공중합체로구성 강산 강염기에안정 산화제에도비교적안정 넓은 ph 범위에서교환능력발휘 시판시 Na형으로판매 Diaion SK, Dowex 50, Amberlite IR120, 112 등 2) 약산성양이온교환수지 Carboxyl기와같은약전해질의교환기를가짐. 재생효율이높고, 다가금속이온에대한높은선택성. 교환용량이크고, 체적변화가심하다.
3) 강염기성음이온교환수지 제 4 급암모늄교환기를가진음이온수지 (Ⅰ 형, Ⅱ 형존재 ) Ⅰ 형약산 (CO2, SiO2) 등에대한선택성이좋다. Ⅱ형보다교환용량이적다. Ⅱ형보다화학적안정성이좋다. 입구수질에민감도가적다. Ⅱ 형약산에대한선택성이낮다. Ⅰ형보다교환용량이높다. Ⅰ형보다화학적안정성이나쁘다. 입구수질에민감도가크다. 4) 약염기성음이온교환수지 제 2급및제 3급의 Amine기를가진음이온수지 Amberlite IR45, Dowex3, Duolite A3 등 5) Chelate 수지 화학적성질은양이온교환수지와유사. 약산성양이온수지에중금속에대한선택성을높임. 금속이온에대한선택성순서 Hg Cu Ni Mn Ca Mg Na 6) 유기물흡착수지 유기물을다량함유한원수의탈염처리에사용, 순수장치의유기물오염을방지할때사용. 전처리에유기물흡착탑을별도설치활용. 이와같은흡착탑은 "SCAVENGER" 라함. Amberlite TRA458 등이있음. 3. 이온교환수지에의한순수제조 1) Demineralization? 이온교환수지에의해수중의광물성염을제거한물을말함. 양이온교환반응과음이온교환반응에의해서제조. 단, 이온교환법으로원수중의비전해질물질을제거될수없음. 따라서응집, 여과등의전처리가필수적임.
2) 양이온교환반응 Raw Water Treated Water (Decationized Water) Ca ++ HCO 3 HCO 3 Mg ++ SO 4 Ion Exchange SO 4 Na + Cl Bed Cl K + NO 3 H+ NO 3 H + HSiO 3 HSiO 3 3) 음이온교환반응 Raw Water (Decationized Water) Treated Water (Decationized Water) H + HCO 3 HCO Ion 3 SO 4 Exchange H+ Bed OH Cl NO 3 HSiO 3 HSiO 3
4. 이온교환수지에의한순수제조공정 Typical process Regenerant Regenerant 양이온 음이온양이온 탈기 음이온양이온 탈기 음이온 음이온양이온 탈기 음이온 양이온 음이온양이온 양이온 탈기 음이온 음이온 Mixed ( 양이온 + 음이온 ) HCl or H 2 SO 4 and NaOH 20μs/cm 10μs/cm 0.02 0.2ppm SiO 2 10μs/cm 0.02ppm SiO 2 10μs/cm 0.02ppm SiO 2 10μs/cm 0.02ppm SiO 2 1μs/cm 0.02 0.2ppm SiO 2 양이온 탈기 음이온 Mixed 0.5μs/cm 0.02ppm SiO 2 ⅲ. 초순수처리개요 1. 초순수란? 수중의전해질, 유기물, 미생물, 부유성고형물등의불순물을이온교환법, 역삼투압법, 증류법등의제거방법을이용하여제거한후여타의불순물을보다더완벽히제거하여전자, 제약, 화학약품공업, 화력, 원자력및기타용도에맞게제조된물을초순수라함. 초순수와순수의경계불명확전자및반도체분야의초순수의수질이 High Grade ASTM(American Standard of Testing and Material) 및 SEMI(Semiconductor Equipment and Material Institate) 의제시기준치
항목 ASTM SEMI 비저항 ( MΩ /cm at 25 ) 18 17 미립자수 (Max. EA/ ml ) 2 (1μm이상) 1 (0.8μm이상) 박테리아수 (Max. EA/100ml ) 1 200 TOC (Max. μg /l) 20 75 * 최근에는미립자수를 0.2 μm이하에대한기준도있음. 2. 초순수제조시스템의기본 Flow 원수 하천수, 호소수, 수도수, 공업용수, 회수수, 기타 전처리 응집, 침전, 여과, 흡착, 살균, 기타 1 차순수장치 열교환, 이온교환, R/O, UF, 이온교환Polisher, MF, 탈기, 살균, 유기물분해, 기타 초순수장치 이온교환 Polisher, 살균, UF, R/O, UV, 기타 USE Point 3. 초순수장치설계 1) 원수의성상및종류 (1) 원수의성상 (2) 원수의종류 ( 가 ) 하천수 지층의표면에접촉되어있는암석및토양중의다양한무기성분용해
강우등에유입된부유물질함유 생활하수및공장폐수등의오폐수유입에의한다량의유기무기물존재 계절적인강우량의차이로수량및수질변동이심함, 지하수에비해수량풍부하고용해물질이적음. ( 나 ) 지하수 지층을통과하여생성되므로자연여과작용 ( 탁도미미생물이적음 ) 수온및수질이비교적일정 지층과장시간접촉으로용해물질의농도가높음 ( 철, 망간, 실리카다량함유 ) ( 다 ) 호소수 하천수가저장되어생성 물의정체로부유성조류가계절적번식 미생물및미립자가많아계절적주의필요. ( 라 ) 수도수 가격이높고사용수량의제한 수도법에의한수질보증및염소처리로미생물장해없음. 잔류염소에의한순수제조설비의주의필요. ( 마 ) 공업용수 대부분하천수또는호소수가많음. 응집침전처리에의한탁도물질만을제거 따라서용도에맞는후처리필요.( 살균및탈염등 ) 2) 1 차순수장치 SystemⅠ R/O 탈기기 MBP SystemⅡ 양이온수지 탈기기 음이온수지 MBP R/O SystemⅢ 양이온수지 탈기기 음이온수지 MBP M/F (1) System Ⅰ의특징 처리수의회수율을높게할수있는양질의원수수질필요. R/O 단독처리만으로가능한원수수질 후단의이온교환장치의소형화가가능 ( 재생약품및폐액감소가능 ) 혼상식의 MBP 이용
R/O에서유기물제거로고순도처리수확보가능 R/O 출구수의탈기처리요구 ( 진공탈기식이좋음 ) 강제통풍식의경우공기중의미립자나박테리아의오염우려 진공탈기식의경우탈산소기능이있어이후계통내의미생물증식억제효과 전기비저항은 15 16MΩ /cm 가얻어짐. 이온교환수지에유입될수있는유리염소제거필요. (2) System Ⅱ의특징 R/O 장치의처리수회수율을높게할수없는경우에이용 (TDS 300mg/l 이하에서는문제되지않음 ) 이온교환장치는통상 2B3T 사용 원수는사수정도의수처리필요 잔류염소제거처리및진공식탈기처리필요 2B3T 출구수의순도 10 1μs /cm(0.1 1MΩ/cm) MBP 설치시 15MΩ /cm이상의순도가능 후단 R/O의경우저압 Module이적합 회수율 90 95% (3) System Ⅲ의특징 System Ⅰ, Ⅱ에비하여미립자통과량증가 MF, UF의경우통수차압발생으로화학세정빈도증가 R/O의도입여부는원수의 TDS에따라선택되며경제성검토필요 3) R/O 장치 R/O 와이온교환장치의비교 R/O 장치 1. 유기물이나비립자를거의완벽하게제거가능 2. 이온은 90% 이상제거 3. 배수는중성으로별도처리할필요가없음 4. 물의회수율의 70 90% 5. 전처리를충분히할필요가있음. SPIRAL WOUND형 FI : 5 이하 HOLLOW FIBER형 FI : 3 4 이하 6.CA의경우살균및 PH 조정필요 7. 이온교환에비해비교적고압필요 TFC : 15 20 Kg/cm 2 CA : 25 30 Kg/cm 2 이온교환장치 1. 용존이온거의완벽하게제거가능 2. 물의회수율은 90 95% 3. 공급수의전처리는상수도수질정도면충분 4. 공급수의이온농도의상한이있음. (TDS로서 400 mg/l) 5. 재생폐액의중화처리필요 6. 미립자제거불가
R/O 막의재질에따른비교 초산셀룰로우즈막 (CA) 1. 박테리아에약하다. 2. 산화제에약하다. 3. 차아염소산소다등살균제주입필요 4. 가수분해를방지하기위해 ph를 5 6 정도로조정할필요가있다. 폴리아마이드계복합막 (PA) 1. 넓은 ph영역에서사용가능하다. 2. 내열성이강하다. 3. 잔류염소를제거할필요가있다. 4. CA보다저압에서사용가능하다. 5. 염배제율이높다. 4) 이온교환장치 통상재생형수지사용 운전비및처리수수질을고려최적의방법선택 (1) 복상식과혼상식 복상식 2B3T 방식 ( 양이온 탈탄산탑 음이온 ) 혼상식에비해처리수순도저하재생이용이, 운전비용이경제적 혼상식양이온 + 음이온혼합충진양질의처리수재생시비중차에의해분리후재생으로복잡 R/O장치후단또는 2B3T후단에주로설치수질의안정된순도유지적합 (2) 이온교환수지의선택 강산성양이온수지및강염기성음이온수지 약산성양이온수지및약염기성음이온수지 재생효율이높고교환용량이큼. (3) 수지의유기오염물회생처리 음이온교환수지에서유기물오염발생 가성소다와식염의혼합액사용 (4) 산화제에의한수지의열화