일반적인 초순수 용어

• 탈이온화
• 역삼투 현상
• 증류

탈이온화

이온은 무엇일까요?
이온에는 양이온과 음이온이 있습니다. 양이온은 양전하를 가진 이온으로서 나트륨(Na+), 칼슘(Ca++), 마그네슘(Mg++) 등이 여기에 포함됩니다. 음이온은 음전하를 가진 이온으로서 염소(Cl-), 황산(SO4--), 중탄산염(HCO3-) 등이 여기에 포함됩니다.

그렇다면 물에서 이온을 어떻게 제거하는 것일까요?
물에서 이온을 제거하기 위해서는 물이 이온교환수지상을 통과할 때 발생하는 화학적 반응 을 이용합니다. 이 반응을 통해 수소 이온(H+)이 양전하 수지 표면의 양전하 이온과 교환되고 산화수고 이온(OH-)이 음전하 수지 표면의 음전하 이온과 교환됩니다. 이렇게 교환되는 H+와 OH-가 물 분자를 구성하는 원자들입니다.

수지상에서의 분리반응
양이온 수지 및 음이온 수지가 분리될 때 발생하는 반응은 독립적이며 불완전합니다. 적정 수의 이온만이 교환되기 때문입니다.

수지상에서의 화합반응
양이온 수지와 음이온 수지의 화합될 때 발생하는 반응은 이온의 교환과 동시에 발생하며 그 결과로 물은 잠재적으로 이온이 존재하지 않는 상태가 됩니다.

이온을 어떻게 측정할 수 있나요?
인라인 전극 2개를 이용하여 전기적 전도 및 저항을 측정할 수 있습니다. 물에 존재하는 전류는 이온 분자를 징검다리처럼 사용하여 이동합니다. 징검다리가 적을수록 전류의 흐름은 어려워질 것이며, 따라서 물의 전도도는 하락하고 저항은 증가합니다. 수온 역시 전도도/저항에 영향을 미칩니다. Thorton 전극 및 측정계는 정확성을 위해 자동으로 수온을 보정할 수 있습니다.

삼투 현상
역삼투 현상을 이해하기 위해서는 먼저 삼투 현상을 이해해야 합니다. 자연적인 삼투 현상은 반투과성 막을 통해 수분이 낮은 농도에서 높은 농도로 이동하는 현상을 의미합니다. 삼투 현상은 양쪽의 농도가 동일해질 때까지 진행됩니다(그림 2 참고).

역삼투 막
역삼투 막은 표면에 미세한 구멍이 존재하여 물은 통과시키지만 불순물은 통과시키지 않습니다. 또한 박테리아, 발열원 및 85%-95%의 무기물을 통과시키지 않습니다. 단가 이온은 다가 이온보다 통과량이 많습니다. 분자량이 300이상인 분자에서는 유기물이 막을 통과하지 못하지만, 용존 기체는 통과가 가능합니다. 즉, 역삼투 현상은 대상 물질에 따라 통과율이 달라질 수 있습니다. 정수처리된 물의 순도는 유입수의 순도에 따라 달라질 수 있지만 역삼투 정수처리를 거친 물은 공급수의 순도보다 순도가 훨씬 높습니다(그림 4 참고).

공급수의 요소
다음과 같은 공급수의 요소들은 막의 삼투 성능 및 수명에 영향을 미칩니다:

• 수압
  공급수압은 역삼투 처리 정수의 수량 및 순도 모두에 영향을 미칩니다. 공급수압이 낮으면 유량이 적어지고 이로써 순도가 낮아지기 때문입니다.
• pH
  공급수의 페하 수치도 중요합니다. 공급수가 보통수거나 산성인 경우, 불안정할 경우 등을 대비하여 넓은 페하 수치 범위를 지닌 막을 사용하실 것을 권장합니다.
• 랑게리아 포화 지수(LSI)
  랑게리아 포화 지수는 막 표면의 형성을 측정하는 지수입니다. 포화 지수를 측정하기 위해서는 공급수의 수온, 총 무기량, 칼슘 경도 알칼리성, pH 등을 시험해야 합니다. 이렇게 측정된 랑게리아 포화 지수가 양성으로 나타난다면, 역삼투 장치를 설치하기 전에 연수 장치를 설치할 것을 권장합니다.
• 잔류 염소 및 박테리아
  박테리아의 생장 및 막의 손상을 막기 위해 초산 섬유소 막에는 일정량의 잔류 염소가 존재해야 합니다. 이와 반대로, 폴리아미드 막 및 박막은 잔류 염소에 의해 손상을 입을 수 있습니다. 따라서 폴리아미드 막이나 박막을 사용할 경우는 잔류 염소를 제거하기 위해 활성탄을 사용하십시오.
• 수온
  막의 성능은 25°C 수온의 공급수를 기준으로 측정된 것입니다. 공급수 수온이 25°C에서 1°C 낮을 때마다 정수의 순도는 3%씩 감소합니다. 공급수 수온이 주기적으로 25°C 이하로 하락하는 경우 수온을 25°C 이상으로 맞추기 위해 온수와 냉수를 혼합하여 사용할 것을 권장합니다. 이때 35°C 이상의 수온은 대부분의 막에 손상을 입힐 수 있으므로 주의하십시오.
• 막오염지수(SDI)
  SDI은 삼투 현상을 방해하는 초미세 입자를 측정하는 지수입니다. 특정 압력에서 흐르고 있는 물은 막 디스크를 통해 여과되어 일정 시간 동안 저수됩니다. 유속 및 총 저수량이 SDI를 결정합니다.
• 탁도
  탁도는 광선을 비췄을 때 확인되는 초미세 입자의 양으로 측정됩니다.

증류 과정은 물에서 불순물을 제거하는 여타의 정수 과정과는 달리 불순물에서 물을 제거하는 과정입니다. 물은 증류 과정을 거치는 동안 액체 상태에서 수증기로, 그리고 다시 수증기에서 액체 상태로 변화합니다. 액체 상태에서 수증기로 변화하는 동안 불순물에서 물이 분리됩니다. 끓는점이 물보다 높은(100°C) 불순물들이 보일러에 잔류하기 때문입니다. 끓는점이 물과 같거나 그 이하인 불순물들은 물과 함께 기화됩니다. 이 수증기를 응축시키면 순수한 물과 몇 가지의 물질만이 액화되는 것입니다.

증류 과정은 효율적인가요?
증류 과정은 대부분의 무기물, 끓는점이 100°C 이상인 유기물, 모든 박테리아 및 발열원 등을 제거하는 데에 효과적입니다. 그러나 기체와 그 외의 유기물은 증류 과정에 의해 제거되지 않습니다. 제거되지 않는 물질들은 수소 이온 및 산소 이온과 동일한 상변화 과정을 거치기 때문에 증류 과정 전과 후 다른 기술을 사용하여 제거할 수 있습니다.