첨단 제조기업을 위한 화학-물리 통합 수처리 플랜트 구축

수처리 및 정수 기술은 반도체 제조, 특히 실리콘 웨이퍼 생산 공정에서 핵심적인 역할을 합니다. 대부분의 생산 단계에서는 초순수(UPW)가 필수적으로 사용되며, 미세한 불순물조차도 웨이퍼의 품질과 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

동시에 공정 과정에서는 화학물질과 입자를 포함한 대량의 폐수가 발생합니다. 따라서 효율적인 폐수 처리와 정수 시스템은 제품 품질 확보는 물론, 환경 규제 준수와 지속가능한 자원 활용을 위해 반드시 요구됩니다.

반도체 제조기업들은 웨이퍼 생산 과정에서 물 사용을 최적화하기 위해 에너지 효율적인 수처리 시스템을 도입하고 있습니다. 정밀 pH 제어, 입자 제거, 선택적 이온 분리와 같은 공정 통합형 기술은 화학물질 사용을 최소화하고 폐수 오염을 효과적으로 저감합니다.

이러한 솔루션은 EU 산업배출지침 (EU Industrial Emissions Directive, IED)을 비롯한 엄격한 환경 규제 준수를 가능하게 하며, 동시에 자원 절감과 운영비 절감을 통해 경제적 이점도 제공합니다. 친환경 폐수 관리는 반도체 산업의 환경 전략을 구성하는 핵심 요소이자 ISO 14001 인증을 위한 중요한 기반입니다.

해당 기업은 세계적인 실리콘 웨이퍼 제조 선도기업 중 하나로, 폭넓은 제품 포트폴리오를 보유하고 있습니다. 기술 혁신을 선도하는 기업으로서 글로벌 반도체 밸류체인에서 핵심적인 역할을 수행하며, MEMS, 센서, 고주파 및 전력 반도체 제조업체에 고품질 웨이퍼를 공급하고 있습니다.

또한 인증된 경영 시스템과 지속가능한 생산 원칙을 기반으로 운영되고 있으며, ISO 14001:2015 환경경영시스템 인증을 보유하고 있습니다. 웨이퍼 제조 과정에서 환경 영향을 최소화하고 자원 효율성을 극대화하기 위해 지속적으로 노력하고 있으며, 특히 물 사용 절감과 재활용을 주요 관리 분야로 삼고 있습니다.

각 처리 라인은 대용량 유량 처리를 고려해 설계되었습니다. 불소 처리 및 실리콘 제거 공정은 각각 최대 40 m³/h, 중화 공정은 최대 200 m³/h의 처리 용량을 갖추고 있습니다.

플랜트 전체는 자유 낙차 방식의 중력 흐름 시스템으로 설계되어, 정수압만으로 운전이 가능하며 별도의 이송 펌프가 필요하지 않습니다. 이를 통해 에너지 소비를 크게 절감하고 유지보수를 간소화했습니다.

또한 수리학적 높이 차를 최적으로 활용하고, 라멜라 침전조 (Lamella Clarifier)를 적용해 고효율 고형물 분리를 구현했습니다. 설비는 DAS EE의 전용 제어 시스템으로 운영되며, 터치 패널 기반 HMI를 통해 모든 공정을 중앙에서 모니터링하고 제어할 수 있습니다.

프로젝트 계획 단계에서는 초기 수질 샘플링부터 최종 시운전까지 전 과정을 아우르는 상세 일정이 수립되었습니다. 초기 단계에서 채취한 수질 샘플은 기술 제안서 작성 및 고객 프레젠테이션을 위한 핵심 기초 자료로 활용되었습니다.

공식 프로젝트 착수 이후에는 사전에 공동 수립한 실행 계획에 따라 본격적인 구축이 진행되었습니다. 현장 운영사와의 협력을 강화하는 동시에, 주요 기자재의 적기 조달을 위해 공급업체 협의가 병행되었습니다. 특히 기술 설비 분야의 명확한 역할 분담과 타 공종과의 긴밀한 협업을 통해 상세 설계와 기술 요구사항을 구체화하는 데 중점을 두었습니다.

이후 고객사 현장에서 정기적인 후속 회의를 실시하여 공사 진행 상황을 지속적으로 점검했습니다. 건축물이 설비 설치 가능 단계에 도달하면서 주요 마일스톤을 달성했으며, 6개월 부터는 DAS EE의 현장 건설 관리자가 상주하여 전체 설치 작업을 총괄했습니다. 이는 계획 단계에서 본격적인 시공 단계로 전환되는 중요한 시점이었습니다.

10개월까지 모든 설치가 완료되었고, 전기 및 소프트웨어 시스템을 중심으로 신호 테스트가 성공적으로 수행되었습니다. 이어 ‘냉시운전 (Cold Commissioning)’ 단계에서는 청수를 활용해 플랜트 전체 기능을 종합 점검했으며, 해당 시험은 약 4주간 진행되었습니다.

이후 신규 생산설비 가동과 함께 ‘온시운전 (Warm Commissioning)’ 단계가 시작되었습니다(약 15개월). 실제 공정수를 투입해 시스템을 미세 조정하고, 실 생산 조건에서의 안정성과 성능을 최적화했습니다. 온시운전 완료 후 설비는 고객사에 공식 인도되었습니다.

이처럼 체계적으로 관리된 일정과 단계별 실행 전략을 통해 모든 작업을 효율적으로 수행했으며, 고객이 요구하는 높은 품질 및 신뢰성 기준을 성공적으로 충족했습니다.

기술적인 측면에서 가장 큰 과제 중 하나는 설비 규모와 현장 설치 공간 간의 제약이었습니다. 계획된 시스템 크기가 가용 공간과 완전히 일치하지 않아, 공간을 최대한 효율적으로 활용하기 위해 설계를 지속적으로 세밀하게 조정하고 모든 시공 관계자와 긴밀히 협업해야 했습니다.

특히 설비를 수직으로 배치해 층고를 적극 활용함으로써 바닥 면적을 최소화하고 제한된 공간 내에서 최적의 레이아웃을 구현했습니다.

제어반 제작 또한 중요한 과제였습니다. 과거 프로젝트 경험을 바탕으로 일반적인 오류를 사전에 방지했으며, 5개의 메인 제어반과 1개의 원격 입출력 (RIO) 시스템이라는 확장된 규모에 대응하기 위해 드레스덴 본사와 고객 현장 간 긴밀한 협업 체계를 구축했습니다. 폐수 및 폐가스 사업부 간의 시너지 효과를 통해 제어반 품질과 신뢰성을 한층 강화했습니다.

생산 가동이 확대되면서 폐수 유량이 지속적으로 변동해 약품 투입량 제어가 어려웠습니다. 이에 따라 유량 변화에 맞춰 약품 주입을 실시간으로 조정해 안정적인 공정 제어를 유지했습니다. 또한 불소 처리 공정의 매우 낮은 pH 환경에서도 신뢰성 있는 측정이 가능하도록 계측 기술을 최적화하고 적합한 장비 및 공급업체를 선정했습니다.

응집·침전 공정에서는 광범위한 실험실 테스트를 수행해 최적의 약품 투입 조건을 도출했습니다. 폐수 내 불소 농도를 실시간 측정해 칼슘 투입량을 정밀하게 조절하고, 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 염화칼슘(CaCl₂)을 병행 사용함으로써 약품 사용량을 최소화했습니다. 그 결과, 처리 효율을 높이는 동시에 운영 비용 절감 효과를 달성했습니다.

다수의 시공업체가 동시에 작업을 수행하는 복합적인 현장 환경에서 공정 조율은 주요 과제 중 하나였습니다. 이러한 상황에서 복잡한 건설 프로젝트 수행 경험을 갖춘 DAS EE의 현장 관리 역량이 중요한 역할을 했습니다.

특히 타 공종과의 원활한 협업은 프로젝트 성공의 핵심 요소였습니다. 예를 들어, 탱크 및 라멜라 침전조와 같은 주요 설비는 고객이 추천한 지역 전문 업체가 제작을 담당했으며, 해당 업체는 이전 프로젝트 경험을 바탕으로 높은 품질과 신뢰성을 확보했습니다.

또한 DAS EE 현장 관리자, 고객사 프로젝트 매니저, 현장 운영사 간의 긴밀한 협력을 통해 공사 계획을 공동 수립하고 세부 일정을 체계적으로 관리했습니다. 입찰 단계부터 이미 상세한 프로젝트 일정이 마련되어 있었으며, 이는 풍부한 경험을 기반으로 고객과의 높은 수준의 협업 요구사항을 충분히 반영한 계획이었습니다.

체계적인 변경 관리 프로세스를 통해 프로젝트 전 과정은 투명하고 명확하게 기록되었습니다. 사소한 수정 사항까지도 모두 상세히 문서화하여 기술 사양서와 운영 매뉴얼에 반영했습니다.

이와 같은 정밀한 문서 관리는 설계 완성도를 높이고, 추가 설비의 원활한 통합과 기존 시스템의 최적화를 가능하게 했습니다. 또한 모든 변경 사항을 단계별로 추적할 수 있어 설비의 품질과 기능을 지속적으로 보장할 수 있었습니다.

프로젝트 수행 과정에서 축적된 경험과 개발된 솔루션은 높은 품질 기준은 물론, 일정 준수와 안정적인 시스템 성능 확보에 크게 기여했습니다.

이번 폐수 처리 플랜트 증설 프로젝트는 DAS Environmental Experts와 고객 간 협력의 또 하나의 중요한 이정표로, 향후 대규모 반도체 산업 프로젝트의 모범 사례로 활용될 수 있습니다.

촉박한 일정과 복잡한 기술 요구사항에도 불구하고, 본 설비는 계획된 일정 내에서 높은 품질 기준을 충족하며 성공적으로 완공되었습니다. 서로 다른 폐수 특성에 대응하는 세 개의 독립 처리 라인을 구축하고, 혁신적인 제어·계측 기술을 적용했으며, 기존 인프라를 최대한 활용해 에너지 효율과 운영 비용 절감을 동시에 실현했습니다.

본 프로젝트의 성공 요인은 다음과 같습니다.

• 초기 단계부터의 정밀한 계획 수립 : 설계와 시공 간 긴밀한 연계를 통해 납기 지연 및 인터페이스 문제로 인한 일정 손실을 최소화

• 유연한 시스템 설계 : 현장 조건에 맞춘 지속적인 설계 최적화와 공간 높이 활용을 통해 기존 인프라에 효율적으로 통합

• 분야 간 협업을 통한 시너지 창출 : 드레스덴 본사와 현장 팀, Water 및 Gas 사업부 간 긴밀한 협력을 통해 품질과 기술 완성도 향상

• 혁신적인 약품 주입 및 계측 기술 : 실시간 데이터 기반 정밀 제어로 변동 유량에도 안정적인 공정 운영과 운영비 절감 달성

• 체계적인 변경 관리 : 전 과정 문서화 및 투명한 커뮤니케이션을 통해 높은 추적성과 품질 확보

첨단 수처리 설비에 대한 투자는 지속가능한 반도체 생산 확대를 위한 핵심 기반입니다. 고객사의 미래 지향적인 생산 기술과 DAS Environmental Experts 및 지역 파트너와의 긴밀한 협력은 기술 혁신과 지속가능성이 반도체 산업의 미래를 어떻게 만들어 가는지를 보여주는 대표적인 사례입니다.