순수/초순수

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contents_img 순수, 초순수란?

 

   ○ 순수, 초순수란 1차 처리된 원수(Feed Water)를 이온교환수지, R/O(Reverse Osmosis)막, 살균 등의 고도정수처리방법으로 수중의 무기염류, 유기물, 미생물, 용존가스 등을 제거한 거의 순수한 물을 말하며, 탈이온수, DIW (De-ionized Water), UPW (Ultra Pure Water) 또는 "아무 것도 없다"란 의미에서 Blank Water란 용어를 사용하기도 한다.

   ○ 순수와 초순수는 이온 제거정도에 따라 구분되며, 비저항(Specific Resistivity; MΩ)을 측정하여 높을수록 초순수라 하며, 일반적인 의약품제조산업, 반도체.LCD 등 전자 산업, 실험실용 세정액 및 용매 제조 등에 이용되고 있다.

 

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(순수, 초순수 시스템; RO + EDI
)

  

contents_img 순수와 초순수의 특징

 

구  분

특    징

증류수

- 물을 증발 시켜  응축하여 얻는 물로 다른 성분이 포함되지 않은 순수에 가까운 물이며, 여러번 증류 하면 순수한 물에 가까운  증류수를 얻을 수 있다.

순수 및

초순수

- 역삼투막, 이온교환수지, 살균 등의 장치류로 원수를 정화하여 탁질·유기물은 물론 각종 불순물을 함유하지 않은 물로서 비저항(比抵抗)을 측정하여 순도(純度)를 판정한다.

o 순수; DI Water ( Deionized water)

- 비저항 5~18MΩ.cm 미만의 물 (일반적인 구분임) 
o 초순수; UPW(Ultrapure water)

- 비저항 18 MΩ.cm이상의 물(절대적 구분은 아님)

- 용존산소량(DO)이 0.46ppb(10억분의1), 유기탄소량(TOC) 2.18ppb 이하 (?)

- 일반 물의 경우 DO 8ppm(100만분의1), TOC 3~5 ppm정도

  

1) 순수, 초순수 표시단위

    ○ 비저항(Specific Resistivity) : MΩ.cm(Ω의 10의 6승), ppb, ppt 단위 사용

    ○ 전기 전도율(Conductivity) : mho/cm = siemens/cm = S/cm

      - 일반적으로 물의 전도율은 siemens의 10의 마이너스 6승인 μs/cm 단위를 사용

      - 비저항/ 전기전도율은 물속의 이온의 수와 전하량과의 관계이며 물속의 이온의 수가 증가되면 전도율 값은 증가하고 비저항 값은 낮아진다. 

 

  2) 초순수는 저장하면 어떻게 될까?

    ○ 저장하는 순간 공기 중의 CO2가 녹아들어가 CO32-, HCO3-로 바뀌면서 비저항이 감소된다. 즉 수질을 유지하면서 저장하는 것이 매우 어려움으로 생산 즉시 사용하거나 소규모의 경우는 질소가 채워진 특수한 Tank에 저장하여 사용하기도 한다.

 

  3) 순수, 초순수의 용도?

    ○ 기초과학 분야 : 유전공학 연구용

    ○  IT 분야 : 반도체 및 LCD 산업 등에서 세척용수, 초음파 세척용수 등

    ○ 기타분야 : 의료 제약분야, 화학분야 및 High Technology 산업, 발전용 보일러 용수 등 범위 더욱 증가 예상

 

contents_img 처리 공정

 

구  분

 

전처리

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 1차 순수처리

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2차 순수처리

처리방법

 

- 혼합․응집

- A/C 필터

- MF 필터

- Fe/Mn 필터 등

 

- R/O System

- 이온교환수지(MBD)

- UV 살균

 

- 비 재생용 순수장치

- EDI Sytem

- UV 살균

- 탈기 장치

대상물질

 

- 탁도, 부유물질

- 유기물질 등 제거

- 경도제거

 

- 탁도, TDS, TOC 제거

- 중금속, 일부 이온 제거

- 유기물 일부제거, 살균

 

- 탁도, TDS, TOC 완전 제거

- 2차 살균,Gas 등 완전 제거 

- 이온 및 유무기물 등 완전제거

 

  1) 수처리에 의한 불순물(Impurity) 변화

    ○ 원 수 : TDS, Ca+2, Mg+2, Na+, Cl-, HCO3-, CO2 ,O2, Heavy Metal, Bacteria,TOC, Particle, Silica ,H+,OH-

    ○ 정수처리(1차 처리) 후 : Ca+2, Mg +2, Na+, Cl-, HCO3-, CO2 , O2, Heavy Metal, TOC, Silica ,H+,OH-, Fine Particle

    ○ 초순수처리(2차 처리) 후 : H+, OH-

 

   ※ TDS(Total Dissolved Solid)란 총 용존 형물질 물속에 녹아있는 칼슘, 마그네슘 등의 무기물과, 유기물 등의 양을 말한다.

         - 총 증발 잔유물(TS; Total Solids)은 원수를 여과시키지 않고 그냥 증발시켜서 남는 모든 물질로 총부유 고형물(TSS; Total Suspended Solids)과 총용존 고형물(TDS; Total Dissolved Solids)이 합친 것을 말한다.

 

   ※ TOC(Total Organic Carbon))란 총유기탄소량으로 보통 DOC(용존성유기탄소 : Dissolved Organic Carbon)량과 POC(입자성유기탄소 : Particulate Organic Carbon)량의 합을 말하며, 총탄소에서 CO2가 물에 용해되어 CO3-, HCO3- 형태로 존재하는 무기성탄소를 뺀 값을 말한다.

 

contents_img 처리공정별 특징

  1) 이온교환(Ion-Exchange) 수지

    ○ 이온교환수지란 이온 교환이 가능한 불용성 합성수지로 압력식 여과기 형태의 Tank에 수지를 채우고 물을 통과시켜 수중의 이온을 수지와 교환시켜 탈이온 시키며, ION 포착량이 포화상태에 이르면 약품으로 재생하여 다시 사용한다.

    ○ 이온교환수지의 이온교환 원리를 이용하는 것에는 연수화(Softening)와 탈이온(Deionzation)이 있다.

    ○ 재생 방법은 연수기의 경우는 NaCl 용액 으로 재생하고, 순수장치의 양이온교환수지는 묽은 염산이나 황산 용액으로, 음이온교환수지는 묽은 NaOH 용액으로 재생한다.

 

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(이온교환수지)
 

   (1) 이온교환수지 종류

       ○ 양이온교환수지 : 강산성 / 약산성

       ○  음이온교환수지 : 강염기성 / 약염기성

    (2) 용도

       ○ 연수화(Softening)와 탈이온(Deionzation), 즉 수중의 이온성 물질을 제거 순수 제조

       ○ 연수화란 Ca, Mg 등 2가 ion 함량이 높을수록 경도가 높아져서 경수(센물)가 되는데 이온성 물질을 제거하여 단물(연수, Soft Water)로 바꾸는 것을 말한다.

       ○ 이온교환수지에 의한 연수화는 주로 역삼투 순수제조 장치에 앞서 물의 경도를 낮추기 위한 전처리 단계로 이용한다.

     (3) 특징

       ○ 증류 방식에 비하여 운영관리비 저렴

       ○ 미생물류 거의 제거 불가

       ○ 유기물의 경우도 이온을 띄지 않는 것은 거의 제거 불가

       ○ DI의 경우 레진 입자가 오염원으로 발생하며, 미생물 번식 쉽다.

 

 

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(이온교환 시스템_)
 

  2) R/O System

     ○ R/O System은 압력에너지를 이용하여 물은 통과시키지만 용질(이온성 물질)은 거의 투과시키지 않는 역삼투막(Reverse Osmosis Membrane)에 원수를 가압하여 순수한 물만을  분리해내는 방법으로역삼투막을 거친 처리수는 이온성 물질(Cl-,Na+,SO42-,Mg2+, Ca2+,K+등)이 거의 제거 된다.

    (1) 원 리

       ○ 역 삼투법이란 자연계의 현상인 삼투현상을 반대로 역 삼투현상을 이용하는 방법으로

       ○ 반투막을 사이에 두고 저농도 용액(담수)와 고농도 용액(해수)을 두면 저농도 용액이 고농도 용액으로 흘러가는 현상을 삼투현상이란 하며,

       ○ 역 삼투현상이란 반투막을 사이에 두고 저농도 용액(담수)와 고농도 용액(해수)을 둔 상태에서 고농도 용액에 압력을 가하여 고농도 용액에서 순수한 물만 저농도 용액 측으로 흘러 들어가는 현상을 말한다.

       ○ 사용되는 반투막(멤브레인)은 물에 용해되어 있는 이온성 물질은 거의 배제되고, 순수한 물만 통과시키는 특수한 성질을 가지고 있다.

     (2) 특 징

       ○ 무기물이 유기물보다 잘 분리된다.

       ○ 전해질이 비전해질보다 잘 분리된다.

       ○ 전해질의 경우 하전이 높으면 분리성이 높다.(3가 이온 > 2가 이온 > 1가 이온)

       ○ 비전해질의 경우는 분자의 크기가 크면 잘 제거된다.

       ○ 응용범위가 넓고 온도변화가 적은 공정에 적용이 가능하며, 공정설계 및 scale-up이 간단하고 운전 및 장치가 단순하여 자동화 쉽다.

 

 

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(R/O 시스템)

 

  3) EDI(MDI) Sytem (Electrodeionization System)

      ○ EDI System이란 셀(cell)로 구성된 물이 통과하는 이온교환막 사이에 혼상 이온교환수지를 넣고 직류전류를 걸어주어 이온이 전극 쪽으로 끌려 제거되는 원리로 이용하는 고효율 순수제조 장치이다.

     (1) 원 리

        O EDI 기본원리는 양이온교환막은 음이온 활성기를 가지고 있어 정전기적으로 양이온만,  음이온교환막은 음이온만 선택적으로 통과시키고, 이온교환막 사이에 충진된 이온교환수지는 이온의 이동속도를 증가시키는 매개체로 작용하고 전기저항을 감소시키는 역활을 한다.

     (2) 반영구적으로 이용이 가능한 원리(재생 원리)

       ○ EDI의 재생원리는 원수가 셀에 충진 되어 있는 이온교환수지를 지날 때 원수에 포함된 이온은 수지에 흡착된다. 그리고 흡착된 이온은 전극판의 인력에 의해 이온교환 막(멤브레인)을 통과하여 음극판(cathode)에는 양이온이, 양극판(anode)에는 음이온이 모이게 된다.

       ○ 동시에 물에 흐르는 직류전기가 물을 분리하여 생성된 수소(H+)와 수산화물(OH-) 이온이 지속적으로 이온교환수지를 재생하여 약품 재생 없이 연속적으로 사용이 가능하다.

     (3) 특 징

       ○ 일정한 고순도의 수질을 연속적으로 생산 가능하다.

       ○ 약품 재생을 하지 않아 폐수 중화설비가 필요하지 않음.

       ○ 전기적으로 처리하기 때문에 운전이 매우 쉽다.

       ○ 유지관리가 매우 간편하며 비용이 적다.

       ○ 장치가 소형으로 간편하다.

       ○  EDI의 원수는 RO수 이상이어야 하며, 유입 유량이 일정해야 한다

 

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(EDI 모듈)

 

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(EDI System)

 

다음페이지에 계속 됩니다. 

 

Technical Photos
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