Lewatit Fluidized Bed System 3rd Generation DEMI-Water Process Lewatit Fluidized Bed System

CONTENTS - 순수제조설비 Process 기본개념 - 이온교환수지 순수제조설비의 종류 - 이온교환수지 순수제조설비의 입구수 조건 - 순수 제조설비의 발전사 - 순수 제조설비 종류별 Guarantee 처리수질 - 순수 제조설비의 종류 1세대 : Co-current Process 2세대 : Counter-current Process 3세대 : Lewatit Fluidized Bed Process 1) Process 개요 2) 특징 및 장점 - Case Study (Operating Cost 비교)

순수제조설비 Process 기본개념 Before Treatment 처리 SYSTEM After Treatment SS (Suspended Solids) Clarifier, Sand Filter Nothing Organics A/C Filter Nothing HCO3 Nothing Ca Mg Na CO2 SO4 Demi-Water Systems H+ OH- Cl NO3 SiO2 H2O H2O (H++OH-) H2O (H++OH-)

Ion Exchange Resin Systems 이온교환수지 순수제조설비의 종류 Ion Exchange Resin Systems Softening Demi-Water Polishing Ultra Pure Water Decarbonisation Mixed Bed 2B2T MBP 2B3T Anion Polisher 2B3T MBP CPP Decarbonisation + Cartridge Polisher Softening 3B4T Softening + MBP 4B5T

이온교환수지 순수제조설비의 입구수 조건 · Salt < 1,500㎎/ℓ *주1) ⊙ Case of Fluidized Bed System · Salt < 1,500㎎/ℓ *주1) · 색도 < 5 degree · 탁도 < 1 degree · 유리염소 < 0.1㎎/ℓ·Cl2 · Fe Total < 0.1㎎/ℓ as Fe · COD < 2.0 ㎎/ℓ · ABS < 0.5 ㎎/ℓ · 온도 : 25℃ (5 ~ 60℃) 주1) Conventional process, CCR의 경우는 유입수의 최대 처리가능 Salt 농도는 max. 500 ㎎/ℓ 임.

Demi-Water Process Development History Generation 재생방식 Flow 처리수수질 경제성 폐수 발생량 운전 용이성 특허 최근 국내 보급 추이 통수 재생 1st Generation (1940 ~ ) 병류재생 - Co-current X ◎ - 거의 없음 : 특수한 경우 제외 2nd Generation (1950 ~ ) 향류재생 - CCR ○ △ 급격히 감소 추세임 3rd Generation (1960 ~ ) WS Lift bed Multistep Rinse Bed Bayer 세계최초Patent 대부분 Bayer process로 채택, 보급추세 X : Bad, △ : Normal, ○ : Good, ◎ : Excellent

Demi-Water Process별 Guarantee 처리수질 ⊙ Co-current system Process Conductivity (㎲/㎝ ) Silica (ppb) Remark 2B2T ~ 4B5T 5.0 100 MBD 0.5 30 MBP 0.1 20 CPP 0.2 ⊙ Counter-current system Process Conductivity (㎲/㎝ ) Silica (ppb) Remark CCR (2B3T) 2.0 100 Conventional type Fluidized Bed (Lift bed, 2B3T) 1.0 20 Actual : 0.2~0.4㎲/㎝ Multistep (MBP 대용) 0.1 Actual : 15Mohm 이상 (17~18Mohm)

1세대 - Co-current Process 2 Air MonoPlus S 108 Raw Water M 600 Chemical Monoplus M 800

Co-current Process의 특징 장점 :  - 매회 역세를 통해 내부 이물질 제거 가능 - 운전 유량을 0~100%로 유연성 있게 운전 가능 - 운전 및 재생공정이 단순함. 단점 : - 통액시 수지가 다져지기 때문에 재생 시마다 매회 역세가 필요함 - 재생효율이 낮기 때문에 다량의 재생제가 필요함 - 역세를 위한 100% freeboard가 필요하므로 수지탑의 크기가 커짐 - 재생시간이 길고 수세수 필요량이 많음

2세대 : Conventional Counter-current Process Raw Water CO 2 Chemical Out Monoplus Air MonoPlus M 800 MonoPlus M 600 Monoplus S 108 S 108 Chemical in

Conventional Counter-current Process의 특징 장점 (Co-Current Process 대비) :  - 처리수질 향상 (High regenerated polishing layer) - 재생효율 증가로 재생제 사용량 절감 단점 (Lewatit Fluidized Bed Process 대비) : - 매 10~15 cycle 운전 후 반드시 전역세를 실시 해야함 - 약품 소모량이 많아 폐수 발생량이 많음 - 역세를 위한 100% freeboard가 필요하므로 수지탑의 크기가 커짐 - 재생제 농도을 낮게 유지하여야 하므로 재생시간이 길다 - 수세수 필요량이 많음

3세대 : Lewatit Fluidized Bed Process Treated water Regenerant Inert Resin Fine Polishing layer Fine Polishing layer Fixed Bed Fixed Bed Floating Resin Raw water Waste Throughput (Up flow) Regeneration (Down flow)

Lewatit Fluidized Bed Process 소개 1. Advanced technology ( First patent in the world) Bayer에서 세계 최초로 개발된 신개념의 순수제조 Process (4 Type) 2. 보급현황 및 동향 세계 최초로 개발되어 전세계에 수많은 plant에서 적용되고 있으며, 국내에서는 90년대 이후 신기술로 채택되어 2세대 Process (CCR Process)를 대체하여 대부분의 신설 Plant에 채택 되고 있으며, 현재 삼성전자, POSCO, GS-Caltex, 현대자동차, LG화학, 카프로 , S-Oil , OCI 외 다수의 실적이 있습니다. 실제적으로 Bayer process의 많은 경제적인 장점이 검증되어 현재는 대부분의 New project의 경우 Bayer Fluidized bed process가 채택되고 있습니다. (1) WS (2) VWS (3) Lift bed (4) Multistep

Lewatit Fluidized Bed Process의 특징 및 장점 항목 상세 장점 및 특징 비고 재생방식 Up flow 통수 Down flow 재생 기존의 CCR 재생방식 채택 : Polishing zone 사용 향류 재생방식의 장점 최대한 이용 비용절감 Chemical Water(원수, 폐수) 30 ~ 50% 절감 70 ~ 80% 절감 Low cost 처리수질 Conductivity Silica 0.2 ~ 0.3㎲/㎝ 20ppb 이하 Good quality 설비구성 Internal 구조 No salan net No internal parts Very simple equipment (No Maintenance) 설치공간 (Space) Vessel 제작 Smaller space 역세 공간이 필요 없음. 재생공정 Regeneration Process 매우 복잡함 (지지수, 역세 등) Very simple 자동화 Automation 복잡함 (지지수, 역세 등)

Lewatit Fluidized Bed Process의 특징 및 장점 항목 상세 장점 및 특징 비고 재생시간 Chemical : Down flow 70~90분으로 재생시간 단축 High salt 처리 Max. 30meq/L 고염량 원수도 처리가 가능함 대용량, 고유속 Max. 1,000m3/hr 80~100m/hr 대용량, 고유속 처리도 가능함 No Back Wash SS, 유기물 등 재생공정에 역세가 없음에도 불구하고 SS 등의 이물질 제거가 용이함 역세작업은 년간 1~2회 정도로 충분함 Low ΔP Up flow 통수 동력비절감, 수지 파쇄율 감소 No Channeling!! ♣ 친환경적 Process : 폐수발생량 최소화 ♣ 경제적인 Process : 순수제조비용 최소화 ♣ Simple Automation : Man Power 감소

WS Process WS (Single Chamber) Raw water MonoPlus S 108 Chemicals CO 2 Air Raw water MonoPlus S 108 Chemicals M 600 Monoplus M 800 WS (Single Chamber)

WS Process의 특징 및 장점 - Downflow regeneration on a fixed bed  재생실패가 없음   - Downflow regeneration on a fixed bed  재생실패가 없음 - Lower chemical consumption  재생제 비용 절감 - High availability because of short regeneration time  재생시간 단축 - No channelling, low pressure drops  수지수명 증가 - Reduced waste water  폐수발생량 감소 - Improved water quality  처리수질 향상 - Reduced investment  적은 공간에 설치 가능 - Reduced operating costs  순수제조비용 감소 - Back Wash  년 1~2회 실시로 충분

VWS Process VWS (Double Chamber) Demi Water Out Raw Water In CO 2 Air CNP 80 WS MonoPlus S 108 M 500 MP 64 M 800 Raw Water In Demi Water Out VWS (Double Chamber)

VWS Process의 특징 및 장점 - Like Fluidized bed system bed  유동상 순수제조 설비의 장점을 가지고 있음. - Higher regeneration efficiency  재생효율이 획기적으로 증가함. (Strong Anion의 Excess 재생제로 Weak Anion 재생) - Using of weak and strong dissociated resins in one filter column  수지탑 중간에 다공판이 있어 강, 약 두 종류의 수지를 사용가능.  Low Silica leakage : 20ppb 이하 (SBA, 2형은 100ppb 이하)  년간 성능저하율 : 5~10%/year (SBA, 2형은 15~20%/year)

VWS Process 운전시의 유의점 WS 유동상 순수제조 설비는 많은 장점 을 가지고 있음에도 불구하고 가동정지 가 잦을 경우에는 좌측 그래프와 같이 재가동시 전기전도도가 상승하는 문제가 발생될 수 있다. 그 이유는 양이온 수지탑의 Free board 가 넓은 경우로 양이온수지의 흡착대가 흔들리기 때문이다. 따라서, 3번 이상의 가동정지가 있을 경우에는 다시 재생에 들어가야 한다.

Lift bed Process Lift Bed (Double Chamber) VWS Demi Water Out CO2 Air CO2 MonoPlus S 108 M 500 MP 64 M 800 Rinse out Raw water In Demi Water Out Chemical In Lift Bed (Double Chamber) VWS

Lift Bed Process의 특징 및 장점   1. Lift bed process의 개요 · Lift bed Process는 Fluidized Bed 의 원리를 적용한 가장 Upgrade된 Process 임 · Fluidized Bed의 모든 장점 외에도 Back Washing이 수지탑 내에서 실행 되어 매우 간편 2. Lift bed process의 구성 · 중간에 1~2 plate로 나누어 상하 2~3개의 Chamber로 구성 · 각 Chamber는 Lift pipe로 연결되어 수지 이동 가능

Lift Bed Process의 특징 및 장점   3. Lift bed process의 장점 (1) High Capacity & Low Conductivity - Long resin bed depth의 효율적 이용 : 처리수질 향상 - Upper chamber는 수지를 100% 충진 : Fixed bed의 효율적 이용  재생제 사용량 절감 !! (2) Up flow process의 단점에 대한 획기적인 보완 - 운전, 가동정지의 반복에도 처리수질 변동없음 !!! - Lower chamber에는 Back wash를 위한 Free board가 있음  Back washing tower 필요없음 !!! - 원수의 SS, 유기물 등의 급격한 유입상황에서도 수시 내부 Back washing 가능 !!! (3) 고염량 (High salt) 원수 처리에도 적합함

Lift Bed Process의 특징 및 장점 Lift bed process는 Upper chamber에 수지를 100% 충진하므로 Free board가 없다. 따라서, 가동정지를 반복하더라도 상부 수지의 흡착대가 흔들리지 않으므로 항상 일정한 처리수질을 얻을 수 있다.

Multistep Process co VWS (Double Chamber) Multistep (Triple Chamber) 2 Airr MonoPlus M 500 MP 64 M+ S 108 Raw water M+ M 500 Demi Water VWS (Double Chamber) Multistep (Triple Chamber) S 108 Lift Bed

Multistep Process의 특징 및 장점   1. Multistep process의 개요 · 중간에 1~2 plate로 나누어 상하 2~3개의 Chamber로 구성 · 각 Chamber는 서로 다른 종류의 수지가 충진되어 있음 · Fluidized bed process의 모든 장점을 가지며 특히, Mixed bed process에 비해 매우 경제적임 2. Multistep process의 적용사례 · MBD, MBP, CPP 대용에 매우 적합 · 소형 순수제조설비 (2B2T, 2B3T) 대용에 적합

Multistep Process의 특징 및 장점 3. Multistep process의 Operation · 통수 : Up flow, 재생 : Down flow  향류재생으로 재생제 비용 획기적 절감!!! · Back washing : 년간 1~2회 실시로 충분  재생수 및 폐수 발생량 획기적 절감!!! · No air mixing : 수지 혼합공정이 없음  수지파쇄량 감소로 사용수명 증가!!! 4. Multistep process의 처리수질 · Polishing의 경우 0.058 ㎲/㎝ (17.2Mohm) 이하의 운전실적 : 실제 17~18Mohm

Multistep Process의 특징 및 장점 5. Multistep process의 장점 (Mixed Bed Process 대비) (1) 향류재생방식으로 기존 MBD, MBP에 비하여 획기적인 원가 절감 기여 - 재생제 절감 : 40 ~ 70% - 폐수 발생량 감소 : 70 ~ 85% (2) 재생시간 단축 : 4시간 → 2.5시간 (3) Simple regeneration process (4) Simple automation (5) 2B 2T, 2B 3T가 One Tower로 매우 간단히 설치됨

Multistep Process의 특징 및 장점 (6) 양이온수지와 음이온 수지의 분리공정 없음 : 폐수발생량의 획기적 감소 (7) 수지혼합을 위한 Air mixing 공정 필요 없음 : 수지파쇄율 최소화, 수지사용수명 증가 (8) MBD, MBP, CPP와 달리 내부 Internal parts의 유지보수가 거의 필요 없음  No maintenance (9) 고유속 통수가능 (80~100m/h) (10) 대용량 통수가능 (500 ㎡/h) ♣ Multistep process는 기존 수처리 설비의 여러 문제점을 해결함은 물론이고 순수제조 비용 절감 및 친환경적인 획기적인 차세대 순수제조설비이다.

Case Study / Operating Cost 비교 1. 개요 이온교환수지를 이용한 순수제조설비는 제1세대 방식(Co-current)으로부터 제2세대 방식 (CCR), 제3세대 방식(Fluidized bed, 유동상)으로 발전되어왔으며, 각 Process 별 순수제조 설비의 운전경비를 비교하여 경제성을 비교 검토하고자 한다. 2. Case Study (1) Plant : K사 (열병합발전소, 군산) (2) Flow rate : 330m3/hr X 22hrs (Net 7,200m3/cycle) (3) Raw water - Conductivity - Turbidity - TDS - Total Cation - Total Anion - Silica : 475uS/cm : 1~3 mg/L as Kaolin : 257 mg/L : 190.55 mg/L as CaCO3 : 4.0 mg/L as CaCO3

2B3T 폐수발생량 비교 구 분 CCR Lift Bed VWS Remark Net (m3) Waste water (m3) 구 분 CCR Lift Bed VWS Remark Net (m3) Waste water (m3) 7,200 498 150 160 CCR 대비 폐수 발생량이 약 30% 수준까지 감소함 Gross Total (m3) 7,698 7,350 7,360 폐수발생량 (%) 6.4% 2.08% 2.17% Gross 생산량 대비 년간 통액량 (m3) (350 cycle/year) 2,694,300 2,572,500 2,576,000 Net 25,200,000 m3 순수생산 기준

2B3T 운전경비 비교 주) 1. 운전비용에서 감가상각비, 관리비 등은 제외한 금액임. 구 분 CCR Lift Bed VWS 구 분 CCR Lift Bed VWS 비고 1. Chemical사용량 HCl (kg) 1,569 1,384 1,226 NaOH (kg) 1,093 1,010 Chemical 총비용(천원) 1,507 1,211 1,128 약 20% 절감 2. Waste water 폐수발생량(㎥) 496 160 150 폐수처리비용(천원) 546 176 165 약 70% 절감 3. 동력비(천원) 149 124 4. 이온교환수지 (천원) 0.18 0.08 5. 1 cycle cost(천원) 2,201 1,510 1,416 6. 순수제조원가(\/㎥) 303 208 195 약 30% 절감 7. VWS 대비 원가(%) 155% 107% 100% 8. 년간 Cost 비교 (천원) 770,447 528,791 495,892 22hrs/cycle 기준 주) 1. 운전비용에서 감가상각비, 관리비 등은 제외한 금액임. 2. 원가계산 : HCl(\120/kg), NaOH(\350/kg), 원수(\600/㎥), 폐수처리비(\1,100/㎥), 전력비 (\75/kWh)

Polishing 설비 폐수발생량 비교 구 분 MBP Multistep Remark Net (m3) 구 분 MBP Multistep Remark Net (m3) Waste water (m3) 330m3/hr X 288hrs = 95,040 106 30 12day/cycle 재생주기 1 cycle 기준 Gross Total (m3) 95,146 95,070 폐수발생량 (%) 0.11% 0.03% Gross 생산량 대비 년간 통액량 (m3) (30 cycles/year) 2,854,380 2,852,100 Net 2,851,200 m3 순수생산 기준

Polishing 설비 운전경비 비교 주) 년간 총 5,367,000원의 운전경비 절감효과가 있음. 구 분 MBP 구 분 MBP Multistep 비고 1. Chemical사용량 HCl (kg) 330 209 NaOH (kg) 254 Chemical 총비용(천원) 344 약 26% 절감 2. Waste water 폐수발생량(㎥) 106 30 폐수처리비용(천원) 116 33 약 72% 절감 3. 동력비(천원) - 4. 이온교환수지 (천원) 0.11 0.13 5. 1 cycle cost(천원) 460 281 6. 순수제조원가(\/㎥) 4.84 2.96 약 39% 절감 7. Multistep 대비 원가(%) 164% 100% 8. 년간 Cost 비교 (천원) 13,808 8,441 228hrs/cycle 기준 주) 년간 총 5,367,000원의 운전경비 절감효과가 있음.