實驗室超純水機的純化工藝簡介

超純水機，是采用預(yù)處理、反滲透技術(shù)、超純化處理以及后級處理等方法，將水中的導(dǎo)電介質(zhì)幾乎*去除，又將水中不離解的膠體物質(zhì)、氣體及有機物均去除至很低程度的水處理設(shè)備。 超純水機又稱做:超純水器，超純水設(shè)備，超純水儀，超純水系統(tǒng)，實驗室超純水器等。 超純水機所生產(chǎn)的超純水電阻率一般應(yīng)大于10兆歐，10兆歐以上的水才叫超純水。優(yōu)質(zhì)超純水出水能達到18.25兆歐。

1，基礎(chǔ)工藝

實驗室超純水機大致分為預(yù)處理、反滲透、離子交換、終端超濾四個單元。自來水首先通過預(yù)處理單元，去除水中較大的顆粒、懸浮物以及部分有機物。然后進入反滲透單元，對水中的離子物質(zhì)和大分子物質(zhì)(如病毒、微生物等)進行截留性去除。之后再經(jīng)過離子交換單元，對經(jīng)過膜去除后殘余的微少離子進行純化和超純化，使水中的離子含量降低到痕量水平。后通過UV、超濾等技術(shù)確保超純水中的微生物、有機物和熱原滿足各類實驗應(yīng)用需求。

2，關(guān)鍵技術(shù)要求

2.1. 兩級反滲透深度除鹽，原水水質(zhì)<2000μs，硬度<450ppm;

2.2. 反滲透純水水質(zhì)在到GB6682-2008三級水標準，超純水優(yōu)于GB6682-2008一級水標準

2.3. 系統(tǒng)除鹽率≥99.5%，源水與廢水比例1:3。.

2.4. 具有運行異常自我診斷(原水、預(yù)純化水、超純水的水質(zhì)水量)，警示或系統(tǒng)自動停止運行。

2.5. 智能故障判斷(系統(tǒng)重要零組件:電磁閥、增壓泵、UV燈、傳感器等線上更換指示)。

3，          產(chǎn)品分類

3.1、生活飲用型純水機(家用純水機)

3.2、實驗室用純水機(也叫超純水機)

3.3、工業(yè)純水機

3.4、大型工業(yè)純水機

4，各類純水的水質(zhì)

4.1、蒸餾水(Distilled Water )

實驗室常用的一種純水，雖設(shè)備便宜，但極其耗能和費水且速度慢，應(yīng)用會逐漸減少。蒸餾水能去除自來水內(nèi)大部分的污染物，但揮發(fā)性的雜質(zhì)無法去除，如二氧化碳、氨、二氧化硅以及一些有機物。新鮮的蒸餾水是無菌的，但儲存后細菌易繁殖;此外，儲存的容器也很講究，若是非惰性的物質(zhì)，離子和容器的塑形物質(zhì)會析出造成二次污染。

4.2、去離子水(Deionized Water )

應(yīng)用離子交換樹脂去除水中的陰離子和陽離子，但水中仍然存在可溶性的有機物，可以污染離子交換柱從而降低其功效，去離子水存放后也容易引起細菌的繁殖。

4.3、反滲透水(Reverse osmosis Water)

其生成的原理是水分子在壓力的作用下，通過反滲透膜成為純水，水中的雜質(zhì)被反滲透膜截留排出。反滲透水克服了蒸餾水和去離子水的許多缺點，利用反滲透技術(shù)可以有效的去除水中的溶解鹽、膠體，細菌、病毒、細菌內(nèi)毒素和大部分有機物等雜質(zhì)，但不同廠家生產(chǎn)的反滲透膜對反滲水的質(zhì)量影響很大。

4.4、超純水(Ultra-pure grade water)

其標準是水電阻率大于10MΩ-cm。但超純水在TOC、細菌、內(nèi)毒素等指標方面并不相同，要根據(jù)實驗的要求來確定，如細胞培養(yǎng)則對細菌和內(nèi)毒素有要求，而HPLC則要求TOC低。

5，技術(shù)特點

5.1、控制系統(tǒng)全自動微電腦控制、隨開隨用、無需專人看管顯示系統(tǒng) 大屏幕藍色背光液晶顯示，實現(xiàn)人機對話功能。

5.2、水質(zhì)監(jiān)測純水、超純水在線監(jiān)測，實時反映水質(zhì)數(shù)據(jù)。

5.3、產(chǎn)水水質(zhì)符合并優(yōu)于中國國家電子級純水標準(GB/T11446.1-1997)I級，可替代四蒸水。

5.4、雙波長UV紫外燈 用于去除TOC、殺菌更*。

5.5、RO膜定時清洗 具有開機和定時清洗RO膜功能，延長RO膜使用壽命

5.6、內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)可使水質(zhì)始終處于狀態(tài)。

5.7、耗材更換提醒 設(shè)備具有耗材更換自動提示功能，并且耗材的更換周期取決于水質(zhì)和壓力的變化，而非根據(jù)耗材的使用時間，考慮到了各地水質(zhì)的差異，設(shè)計更科學(xué)。

5.8、報警參數(shù)設(shè)定 客戶可根據(jù)自己的實際需要對純水、超純水報警參數(shù)進行重新設(shè)定。

5.9、取水方式 采用更加先進、人性的薄膜按鍵操作取水方式。

5.10、RO系統(tǒng)組成 采用兩級反滲透制造工藝，保證產(chǎn)水質(zhì)的穩(wěn)定。

5.11、自我保護功能 源水缺水自動停機保護功能同時具有水箱缺水自動產(chǎn)水、滿水自動停機功能。

5.12、與PC機通訊功能 采用RS-232接口，可實現(xiàn)與PC機通訊。

5.13、超純化柱內(nèi)裝核子級離子交換樹脂，保證水質(zhì)。

5.14、超濾柱 選用5000分子量超濾膜，可有效去除熱源(內(nèi)毒素),保證熱源≤0.001EU/ml。

5.15、終端過濾器 選用終端除菌過濾器(0.22um)，保證水質(zhì)無菌。

5.16、設(shè)備噪音 1米處設(shè)備噪音≤40Db。

6，標準工藝

6.1. 預(yù)處理系統(tǒng)→反滲透系統(tǒng)→中間水箱→粗混合床→精混合床→純水箱→純水泵→紫外線殺菌器→拋光混床→精密過濾器→用水對象 (≥18MΩ.CM)(傳統(tǒng)工藝)。

6.2. 預(yù)處理→反滲透→中間水箱→水泵→EDI裝置→純化水箱→純水泵→紫外線殺菌器→拋光混床→0.2或0.5μm精密過濾器→用水對象(≥18MΩ.CM)(新工藝)。

6.3. 預(yù)處理→一級反滲透→加藥機(PH調(diào)節(jié))→中間水箱→第二級反滲透(正電荷反滲膜)→純水箱→純水泵→EDI裝置→紫外線殺菌器→0.2或0.5μm精密過濾器→用水對象(≥17MΩ.CM)(新工藝)。

6.4. 預(yù)處理→反滲透→中間水箱→水泵→EDI裝置→純水箱→純水泵→紫外線殺菌器→0.2或0.5μm精密過濾器→用水對象(≥15MΩ.CM)(新工藝)

6.5. 預(yù)處理系統(tǒng)→反滲透系統(tǒng)→中間水箱→純水泵→粗混合床→精混合床→紫外線殺菌器→精密過濾器→用水對象 (≥15MΩ.CM)(傳統(tǒng)工藝)

6.6、預(yù)處理系統(tǒng)→一級反滲透→中間水箱→水泵→EDI裝置→純水箱→離子交換系統(tǒng)→用水對象(≥18MΩ.CM)(新工藝)

7，保養(yǎng)和維護

首先簡單認識一下實驗室超純水機，自來水經(jīng)過精密濾芯和活性炭濾芯進行預(yù)處理，過濾泥沙等顆粒物和吸附異味等，讓自來水變得更加干凈，然后再通過反滲透裝置進行水質(zhì)純化脫鹽，純化水進入儲水箱儲存起來，其水質(zhì)可以達到國家三級水標準，同時反滲透裝置產(chǎn)水的廢水(亦稱"濃水")排掉。反滲透純水通過純化柱進行深度脫鹽處理就得到一級水或者超純水，后如果用戶有特殊要求，則在超純水后面加上紫外殺菌或者微濾、超濾等裝置，除去水中殘余的細菌、微粒、熱源等。

精密濾芯、活性炭濾芯、反滲透膜、純化柱都是具有相對壽命的材料，精密濾芯和活性炭濾芯實際上是對反滲透膜的保護，如果它們失效，那么反滲透膜的負荷就加重，壽命減短，如果繼續(xù)開機的話，那產(chǎn)生的純水水質(zhì)就下降，隨之就加重了純化柱的負擔，則純化柱的壽命就會縮短。結(jié)果是加大了超純水機的使用成本。 所以，在實驗室超純水機的使用中，有以下方面的事情需要注意。

以自來水為水源的超純水機一般都有兩個出水口，分別是三級水和一級水，經(jīng)反滲透出來的水是三級水，存放在水箱里，而一級水是即用即取，不存放。三級水沒有通過純化柱，一級水通過了純化柱，一級水的成本高于三級水。所以在日常應(yīng)用的時候，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)需求分質(zhì)取水，能用三級水時盡量不用一級水，避免使用成本的上升。

7.1、精密濾芯

精密濾芯

精密濾芯又稱過濾濾芯，分線繞濾芯和PP熔噴濾芯，主要過濾原水中的泥沙等大的顆粒物，其過濾精度有5微米、1微米等。新的濾芯是白色，如果時間長了表面會淤積泥沙等，呈現(xiàn)褐色，這就表示該濾芯不能用了，用自來水沖洗掉表面淤泥后，可以勉強繼續(xù)使用1-2周，但不能長期使用。濾芯放在濾瓶里面，有的濾瓶是透明的，可以直觀地觀察濾芯的顏色變化，有些濾瓶是不透明的，需要將其擰開后才能觀察濾芯的變化。從經(jīng)驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，精密濾芯的壽命一般在3-6月，如原水的泥沙多，則其壽命短些，泥沙等顆粒物少，則壽命稍長一點。

7.2、活性炭濾芯

活性炭濾芯

活性炭濾芯是以優(yōu)質(zhì)的果殼炭及煤質(zhì)活性炭為原料，輔以食用級粘合劑，采用高科技技術(shù)，經(jīng)特殊工藝加工而成，它集吸附、過濾、截獲、催化作用于一體，能有效去除水中的有機物、余氯及其他放射性物質(zhì)，并有脫色、去除異味的功效。是液體，空氣凈化行業(yè)中較為理想的新型換代產(chǎn)品。種類:白頭燒結(jié)活性炭濾芯，黑頭帶骨架，燒結(jié)活性炭濾芯，顆?；钚蕴繛V芯等。活性炭濾芯從表面上看沒有直觀的變化，根據(jù)經(jīng)驗來看，一般在一年左右就達到飽和吸附，需要更換。

7.3、反滲透膜

反滲透膜

反滲透膜是超純水機中十分重要的部件，其孔徑非常小，所以在使用過程中常常有細菌等微觀物質(zhì)淤積在其表面，一般各個廠家的純水機都有反沖洗功能，旨在洗掉污染物。用水量在10升/天以內(nèi)，可以沖洗3-5次，超過10升，則多沖洗幾次。如果長時間(如1個月以上)不用，需要將其取出浸泡在消毒液里，避免細菌的滋生，不過該過程比較麻煩，建議即使不用水，都經(jīng)常開機用少量的水，讓機器內(nèi)部的水形成流通，盡量減少死水的沉積時間過長。反滲透膜的壽命在2-3年，主要由用水量來決定，所以在選的時候一定要選擇所匹配的規(guī)格。

7.4、純化柱

純化柱

純化柱根據(jù)客戶的水質(zhì)需求有時也叫超純化柱，其作用是對反滲透純水進行深度脫鹽，達到一級水或超純水水平。其原理是離子交換。純化柱的壽命由電阻率在線來表現(xiàn)。低于某個特定的電阻即表示純化柱過期，比較直觀。其壽命除了抗用水量以外，尤其重要的是各個廠家在生產(chǎn)設(shè)計時的離子交換樹脂的填充量和離子交換樹脂的本身質(zhì)量。

8、實驗室超純水機的選購

我們每天都在做實驗，接觸到多的試劑莫過于水，它通常貫穿于我們的整個實驗過程。也許正因為水的普遍和易得，往往讓我們忽略了它對實驗結(jié)果產(chǎn)生的影響。因此正確選擇一臺實驗室超純水機可以幫助科研工作者避免許多不必要的麻煩。但是，國內(nèi)市場上超純水機的品牌很多，質(zhì)量參差不齊，價格懸殊巨大，給有意使用超純水機的采購者造成了很大的困惑，不知道該選擇哪一個品牌，下面結(jié)合本人的實際工作經(jīng)驗來談?wù)勅绾芜x擇一款適合您的超純水機，在談如何選擇超純水機之前，我們先了解純水和超純水的區(qū)別以及目前國內(nèi)實驗室超純水機的市場狀況。

8.1、純水區(qū)別

在正確選擇實驗室超純水機之前，我們必須很好地了解如下幾個概念:什么是純水?什么是超純水?二者有何區(qū)別?

純水又稱純凈水，是指以符合生活飲用水衛(wèi)生標準的水為原水，通過電滲析器法、離子交換器法、反滲透法、蒸餾法及其他適當?shù)募庸し椒?，制得的密封于容器?nèi)，且不含任何添加物，無色透明，可直接飲用的水。市場上出售的太空水，蒸餾水均屬純凈水。

超純水是在純水的基礎(chǔ)上進一步將水中的導(dǎo)電介質(zhì)幾乎*去除，又將水中不離解的膠體物質(zhì)、氣體及有機物均去除至很低程度的水。電阻率大于18MΩ*cm，或接近18.25MΩ*cm極限值。超純水是一般工藝很難達到的程度，可以將微濾技術(shù)、超濾技術(shù)、反滲透技術(shù)、EDI技術(shù)，離子交換技術(shù)中的兩種及以上的技術(shù)，通過合理的工藝設(shè)計，設(shè)備選型，方可制造出超純水，電阻率可達18.20MΩ*cm。

純水和超純水區(qū)別存在于很多方面，這里只列舉了其中的一些方面，現(xiàn)歸納如下:

A、電導(dǎo)率不同，純水電導(dǎo)率在2-10us/cm之間，超純水的電導(dǎo)率為0.056us/cm;

B、制造的難易程度不同，市場上使用的純水基本上都是經(jīng)過反滲透、蒸餾等方法制得，而超純水是在純水的基礎(chǔ)上還要經(jīng)過光氧化技術(shù)、精處理和拋光處理等一系列復(fù)雜的純化技術(shù)制得的。

C、重金屬、細菌、微粒數(shù)等指標也大不相同，純水雜質(zhì)含量是ppm級，而超純水為ppb級，簡單地說超純水中已經(jīng)沒有什么雜質(zhì)，接近于理論上的水。

D、使用的領(lǐng)域也不相同;

E、對輸送管道材質(zhì)的要求也不相同，超純水對輸送管道材質(zhì)的要求要比純水嚴格的多。

超純水設(shè)備是實驗室檢驗、檢疫用純水的制取裝置。實驗室超純水機適用于檢測中心、科研院所、大專院校、醫(yī)院和企業(yè)的實驗室，提供所需的分析測試用水、試劑用水、實驗用水及分析儀器用水。 在無機和分析化學(xué)實驗中，根據(jù)任務(wù)及要求的不同，對水的純度要求也不同，純水分為"純水"和"超純水"。

8.2、產(chǎn)品選型

人們一般在購買超純水設(shè)備的過程中，常常會混淆這兩個概念，造成選型困難，無故增加物資供應(yīng)成本。在選購超純水設(shè)備時應(yīng)注意以下幾點:

1、購買超純水設(shè)備時，根據(jù)您的企業(yè)性質(zhì)、實驗?zāi)康?，出水水質(zhì)要求，以便根據(jù)以往的售貨經(jīng)驗為您選購機型;

2、選購超純水設(shè)備機型參考指標應(yīng)遵循"就高不就低"的原則;

3、水量一般按每天8小時計算，如果該超純水設(shè)備就機型出水量為15L/小時，那么它一天的出水量應(yīng)是120L;

8.3、產(chǎn)品品牌

目前國內(nèi)超純水機市場已由過去一統(tǒng)天下的局面變?yōu)?/span>"一家獨大，百家爭鳴的狀況"，國內(nèi)超純水機生產(chǎn)商取得了長足的進步，但總體技術(shù)水平相對較低，真正能制得超純水的廠家還是比較少。很多生產(chǎn)商把電阻率達到18.2 MΩ.cm的純水就理解為超純水，其實這是理解上的一個誤區(qū)，因為很多有機物分子、細菌、微粒數(shù)并不以離子形式存在，所以不會影響到電阻率的測定，造成的結(jié)果是電阻率的讀數(shù)良好時，水中可能仍然存在有機物、細菌等的污染。這樣的水不能稱為超純水，真正的超純水是幾乎不含有任何雜質(zhì)的。如今國內(nèi)超純水機市場正在逐漸的興盛起來，一大批的廠商正在努力提高技術(shù)水平，開拓一片新的天地。

8.4、水質(zhì)監(jiān)測

一般情況下，純水是以電導(dǎo)率，超純水是以電阻率來計量。電導(dǎo)率的計算公式如下:X 是電導(dǎo)率, F 是法拉第常數(shù), Ci 是某種離子濃度， Zi 是離子的電荷數(shù) ，Ui指離子遷移率，公式:X = FΣ CiZiUi 理論上，*不含離子的超純水在25℃時電導(dǎo)率為0.055μS/cm。 電阻值是電導(dǎo)率的倒數(shù)。 那么 R=1/X , 1/0.055=18.1818約為 18.2 MΩ.cm 。

一般情況下我們無法在離線情況下精確測量超純水的電阻率或者電導(dǎo)率。因為當超純水暴露在外界環(huán)境中時，會被外界環(huán)境污染。實驗室里的空氣中含有大量的離子，這些離子可以進入超純水，從而影響超純水的水質(zhì)。 另外，測量電導(dǎo)率所用到的儀器(燒杯，電阻率儀/探針)也會帶入離子污染物。正如電導(dǎo)率的計算公式中所示，任何離子的增加都會影響電導(dǎo)率值，因為電導(dǎo)率離子的種類和其所帶電荷成正比。

電導(dǎo)率和電阻率單位超濾膜

超濾膜材質(zhì)是一種具有超級"篩分"分離功能的多孔膜。它的孔徑只有幾納米到幾十納米，也就是說只有一根頭發(fā)絲的1‰!在膜的一側(cè)施以適當壓力，就能篩出大于孔徑的溶質(zhì)分子，以分離分子量大于500道爾頓、粒徑大于2~20納米的顆粒。超濾膜的結(jié)構(gòu)有對稱和非對稱之分。

前者是各向同性的，沒有皮層，所有方向上的孔隙都是一樣的，屬于深層過濾;后者具有較致密的表層和以指狀結(jié)構(gòu)為主的底層，表層厚度為0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底層厚度為200~250微米，屬于表層過濾。工業(yè)使用的超濾膜一般為非對稱膜。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交鏈的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。

超濾膜是早開發(fā)的高分子分離膜之一，在60年代超濾裝置就實現(xiàn)了工業(yè)化。超濾膜的工業(yè)應(yīng)用十分廣泛，已成為新型化工單元操作之一。用于分離、濃縮、純化生物制品以及食品工業(yè)中;還用于血液處理、廢水處理和超純水制備中的終端處理裝置。在我國已成功地利用超濾膜進行了中草藥的濃縮提純。超濾膜隨著技術(shù)的進步，其篩選功能必將得到改進和加強，對人類社會的貢獻也將越來越大。

應(yīng)用領(lǐng)域

1、電子、電力、電鍍、照明電器、實驗室、食品、造紙、日化、建材、造漆、蓄電池、化驗、生物、制藥、石油、化工、鋼鐵、玻璃等領(lǐng)域。

2、化工工藝用水、化學(xué)藥劑、化妝品等用純水。

3、單晶硅、半導(dǎo)體晶片切割制造、半導(dǎo)體芯片、半導(dǎo)體封裝 、引線柜架、集成電路、液晶顯示器、導(dǎo)電玻璃、顯像管、線路板、光通信、電腦元件 、電容器潔凈產(chǎn)品及各種元器件等生產(chǎn)工藝用純水。

4、純凈水設(shè)備，反滲透設(shè)備，鍋爐軟化水設(shè)備、工業(yè)軟化水設(shè)備、食品行業(yè)軟化水設(shè)備、家用軟水機

9、應(yīng)用行業(yè)

超純水機應(yīng)用范圍涉及醫(yī)院、高?？蒲?、質(zhì)檢單位、化工廠、制藥廠、水質(zhì)監(jiān)測中心、畜牧行業(yè)、自來水廠、疾控中心、種子監(jiān)測站、電瓶廠、液晶屏廠、精密電路廠、無塵品生產(chǎn)等等。

石油化工行業(yè):如化工反響冷卻、化學(xué)藥劑、化肥及精密化工、化裝品制造過程用工藝純水超純水設(shè)備工業(yè)超純水設(shè)備。

電子、半導(dǎo)體行業(yè):制取電子工業(yè)消費如單晶硅半導(dǎo)體集成電路塊，顯像管，玻殼，液晶顯現(xiàn)器等制造工業(yè)用純水超純水機。

醫(yī)藥行業(yè)用水:制藥、制劑工藝用水，醫(yī)療血液透析、生化剖析、輸液等。

鍋爐水處置:石油、化工、煉油、火力發(fā)電、電力、制取熱力、冶金、食品、造紙等行業(yè)中鍋爐，廠礦企業(yè)高、中、低壓鍋爐給水所需軟化水、除鹽純水。

飲料行業(yè):飲用純真水、蒸餾水、自然水、礦泉水、礦化水、酒類消費白酒勾兌用純水、啤酒糖化投料用水及純生啤酒過濾等。

實驗室:一些實驗對實驗水質(zhì)的要求相當苛刻，如動植物細胞培養(yǎng)、高效液相色譜、質(zhì)譜分析、等離子耦合光譜、原子熒光、凝膠分析、細胞免疫、試管嬰兒、遺傳實驗等等。這些實驗不僅僅對水質(zhì)的電阻率有要求，還對水質(zhì)中的有機物、顆粒物、細菌和熱原等都有較高的要求。

上海技舟化工科技有限公司

2018年06月08日