실험실에서 사용하는 공업용 초순수 제조 과정

반도체·의약품·실험실에서 쓰이는 ‘순수한 물’의 탄생

초순수란 무엇이고 왜 필요한가?

초순수(Ultra Pure Water, UPW)는 물 속의 이온, 미생물, 유기물, 미립자 등을 거의 완벽하게 제거한 고순도 물을 말합니다. 일반 정수는 물론이고 증류수보다도 훨씬 더 정제된 물로, 반도체 제조, 제약 생산, 실험실 분석 장비 세척, 원자력 시설 냉각 등에 필수적으로 사용됩니다. 실험실에서 흔히 사용하는 정밀 분석 기기(예: LC-MS, ICP-MS)도 초순수가 없으면 부정확한 결과를 낼 수 있습니다. 순도가 떨어지는 물을 사용하면 기기 손상은 물론, 측정 결과 자체의 신뢰도도 사라지게 되므로, 고순도 수 처리 시스템은 연구 시설의 기본 인프라로 간주됩니다.

초순수 제조 공정의 전체 흐름

초순수는 크게 3단계 정수 과정을 거쳐 만들어집니다. 첫 번째는 전처리 단계로, 활성탄 필터, 모래 여과기 등을 이용해 물 속의 큰 입자와 염소, 유기물을 제거합니다. 두 번째는 RO(역삼투) 시스템으로, 고압을 이용해 반투막을 통해 이온과 용존 고형물을 제거하는 핵심 과정입니다. 마지막 세 번째 단계는 폴리싱 공정으로, 이온교환 수지, 전기탈이온(EDI), 초여과(MF, UF), UV 살균 등 복합 정제 시스템을 이용해 나노 단위까지 불순물을 제거합니다. 이 과정을 거친 초순수는 전기전도도가 0.055 µS/cm 이하이며, 거의 ‘화학적으로 무반응’ 상태의 물로 완성됩니다.

실험실 초순수기 시스템의 구성 요소

일반적인 실험실에서 사용되는 초순수기 장비는 수도 또는 증류수 급수 라인과 연결되어 있으며, 내부에는 프리필터, RO 멤브레인, 이온교환 수지, UV램프, 최종 필터 등의 다단계 정화 시스템이 구성됩니다. 일부 고급 장비는 수질 지표(전기전도도, TOC, 박테리아 수 등)를 실시간으로 측정하며, 알람 시스템으로 유지관리 시점을 알려주기도 합니다. 또 최근에는 Wi-Fi 또는 블루투스를 이용한 원격 모니터링 기능이 장착되어, 연구실 내 수질관리를 자동화할 수 있도록 발전하고 있습니다. 실험에서 사용되는 물의 품질은 결과의 정확성과 직결되므로, 초순수기의 선택과 유지관리 기준도 매우 엄격하게 적용됩니다.

산업용 초순수 시스템과의 차이점

반도체 공정에서 사용하는 초순수 시스템은 실험실 수준과는 비교할 수 없을 만큼 대규모입니다. 수백 톤 단위의 물을 시간당 정제하며, 내부에 수십 개의 정제 모듈이 동시 가동됩니다. 이들은 EDI, UV, 필터링, 미세 가스 제거(Membrane Degasifier) 등 복합적 기술로 구성되며, 최종 수질은 18.2MΩ·cm의 전기저항도 기준을 만족해야 합니다. 실험실에서는 소량 정제와 유지보수의 편의성이 중시되는 반면, 산업용은 연속 가동성과 자동화 수준이 핵심입니다. 하지만 기본 원리는 동일하며, ‘완벽에 가까운 물’을 추구하는 기술적 방향성은 동일합니다.