초순수(UPW) 생산 공정에서는 이온과 유기물의 효과적인 제거가 필수적이며, 그 핵심 공정으로 역삼투(RO)가 활용된다. 본 연구에서는 다양한 RO 막 모듈의 성능을 평가하여 생산수 수질을 비교⋅분석하였다. 실험 결과, 모든 막에서 생산수 전기전도도(EC)는 거의 동일하게 나타나 염 투과 특성이 일정함을 확인하였다. 반면, 생산수 총유기탄소(TOC) 농도는 막 모듈 간 뚜렷한 차이가 관찰되어, 유기물 제거 효율이 막 모듈 특성에 크게 의존함을 보여주었다. 흥미롭게도, 원수의 농도가 높아질수록 생산수 TOC 품질이 개선되거나 저하되지 않는 경향을 나타냈으며, 이는 2차 RO 공정에서 높은 회수율을 유지하면서도 TOC 제거 효율을 저하시키지 않을 수 있음을 시사한다. 또한, 막 성능은 수 투과계수(A)와 염 투과계수(B)를 이용해 표준화하였으며, 이를 통해 막 간의 성능 비교가 가능함을 확인하였다. 분석 결과, 특히 B값이 낮은 막일수록 생산수 TOC를 더 효과적으로 감소시키는 우수한 성능을 보였다. 이러한 결과는 염 투과 성능이 비교적 균일한 반면, 유기물 제거 효율이 모듈 선택의 핵심 기준임을 강조한다. 따라서 A 및 B값을 활용한 표준화된 비교는 유기물 제거에 효과적인 막 모듈을 합리적이고 정량적으로 선택할 수 있는 근거를 제공하며, 초순수 제조 공정의 효율성과 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 보여준다.

The production process of ultra-pure water (UPW) involves dozens of unit processes such as reverse osmosis (RO), pretreatments, membrane degasifier, and several ion exchange processes. Recently, continuous electrodeionization (CEDI) has replaced the 2-bed and 3-tower (2B3T) ion exchange process. As a result, the majority of wastewater in UPW production now comes from the RO concentrate. The important of RO in UPW production is to produce high-quality water with a low ion concentration (around 1 mg/L) for CEDI feed water. Minimizing RO concentrate is essential to reduce the wastewater produced in the UPW production process. This can be achieved by maximizing the recovery of the RO system. However, increasing the recovery is limited by the water quality of the RO permeate. To ensure high-quality permeate water, the RO system is designed with a two-pass configuration. The recovery of each pass in the RO system is limited (e.g., < 85%) due to the expected increase in permeate water concentration at higher RO feed water concentrations. Interestingly, tests using 4-inch RO modules with low concentration feed water (≤ 35 mg/L as NaCl) revealed that the permeate concentration remains almost constant regardless of the feed water concentration. This implies that the recovery of the first RO pass can be increased as long as the average feed/concentrate concentration of the second RO pass is less than 35 mg/L. According to this design criterion for the RO system, the recovery of the first and second RO pass, with a feed water concentration of 250 mg/L as NaCl, can be increased up to 94.8% and 96.0%, respectively. Compared to the conventional RO system design (e.g., 70% and 80% for the first and second RO pass) for UPW production, this maximum recovery design reduces the volume of RO feed and concentrate by up to 38.4% and 89.2%, respectively.

반도체용 초순수를 생산하는 공정에서 수질관리를 위해 카트리지 필터, 한외여과막, 역삼투막, 탈기막, 이온교환막, 최종생산수용 한외여과막 등 다양한 종류의 분리막이 적용되고 있다. 분리막 공정은 종래기술과 비교하여 동등이상의 성능과 운전의 용이함과 설치면적의 최소화 등 부수적인 장점을 가지고 있다. 유입수의 수질에 따라 전처리 필터의 종류 및 기능이 결정되며, 최종수의 폴리싱 부담을 줄이기 위한 분리막 공정의 구성 등이 중요하다. 본 연구에서는 반도체용 초순수 실증파일럿플랜트의 공정 최적화를 위해 분리막 공정의 구성 및 운전방법에 따른 성능 등을 평가하는 연구를 진행하였다.

반도체용 초순수를 생산하는 공정에서 다양한 종류의 멤브레인을 적용하고 있다. 정밀여과막, 한외여과막, 역삼투막, 탈기막, 이온교환막, 최종생산수용 한외 여과막 등이 있다. 멤브레인기술은 종래기술과 비교하여 동등이상의 성능과 운전의 용이함과 설치면적의 최소화 등 부수적인 장점이 있기 때문이다. 반도체산업에서 적용되고 있는 멤브레인은 주로 외산기술이 점유하고 있다. 본 연구에서는 국산화를 위해 설계공정과 일부 멤브레인 기자재 개발을 진행하 였다. 기자재 개발품의 실증을 위해 실증파일럿플랜트에 적용하여 국/외산 성능 비교와 운전방법에 따른 성능 등을 평가하는 연구를 진행하였다.

In this study, cation and anion exchange process for performance evaluation was conducted. A pilot plant for the ultrpure water production was installed with the capacity of 25 m3/d. The various production rate and regeneration of ion exchange rate were tested to investigate the design parameters. The test resulst was applied to calculate the operating costs. Changing the flow rate of the ion exchange capacity of the reproduction reviewed the cation exchange process as opposed to the design value is 120 to 164% efficiency , whereas both anion exchange process is 82 to 124% efficiency, respectively. This results can be applied for more large scale plant if the scale up parameters are consdiered. The ion exchange capacity of the application in accordance with the design value characteristic upon application equipment is expected to be needed. In this study, the performance of cation and anion exchange resin process was evaluated with pilot plant(25m3/d). The ion exchange capacity along with space velocity and regeneration volume was evaluated. In results, the operation results was compared with design parameters.

For ultra-pure water, the removal of various impirities is required, and the requirement level is rising year by year. To cope with this problem, various removing technologies and system technologies have been developed and the introduction of new materials for the piping, etc. to form the system have been positively made. For the element technologies to be used for ultra-pure water production, their range will be expanded from the technological and economic viewpoints. Therefore, it is absolutely necessary to develop trace analysis evaluation technologies for ultra-pure water. Especially to raise the analytical level of heavy metals and organic substances is important. It is also important to establish individual analysis methods of organic substances. It is expected that the analytical methods will be established and new treating methods will be put to practical use in the near future.