实验室超纯水机的纯化工艺简介

实验室超纯水机的纯化工艺简介

超纯水机，是采用预处理、反渗透技术、超纯化处理以及后级处理等方法，将水中的导电介质几乎*去除，又将水中不离解的胶体物质、气体及有机物均去除至很低程度的水处理设备。 超纯水机又称做:超纯水器，超纯水设备，超纯水仪，超纯水系统，实验室超纯水器等。 超纯水机所生产的超纯水电阻率一般应大于10兆欧，10兆欧以上的水才叫超纯水。超纯水出水能达到18.25兆欧。

1，基础工艺

实验室超纯水机大致分为预处理、反渗透、离子交换、终端超滤四个单元。自来水首先通过预处理单元，去除水中较大的颗粒、悬浮物以及部分有机物。然后进入反渗透单元，对水中的离子物质和大分子物质(如病毒、微生物等)进行截留性去除。之后再经过离子交换单元，对经过膜去除后残余的微少离子进行纯化和超纯化，使水中的离子含量降低到痕量水平。通过UV、超滤等技术确保超纯水中的微生物、有机物和热原满足各类实验应用需求。

2，关键技术要求

2.1. 两级反渗透深度除盐，原水水质<2000μs，硬度<450ppm;

2.2. 反渗透纯水水质在到GB6682-2008三级水标准，超纯水优于GB6682-2008一级水标准

2.3. 系统除盐率≥99.5%，源水与废水比例1:3。.

2.4. 具有运行异常自我诊断(原水、预纯化水、超纯水的水质水量)，警示或系统自动停止运行。

2.5. 智能故障判断(系统重要零组件:电磁阀、增压泵、UV灯、传感器等线上更换指示)。

3，          产品分类

3.1、生活饮用型纯水机(家用纯水机)

3.2、实验室用纯水机(也叫超纯水机)

3.3、工业纯水机

3.4、大型工业纯水机

4，各类纯水的水质

4.1、蒸馏水(Distilled Water )

实验室常用的一种纯水，虽设备便宜，但极其耗能和费水且速度慢，应用会逐渐减少。蒸馏水能去除自来水内大部分的污染物，但挥发性的杂质无法去除，如二氧化碳、氨、二氧化硅以及一些有机物。新鲜的蒸馏水是无菌的，但储存后细菌易繁殖;此外，储存的容器也很讲究，若是非惰性的物质，离子和容器的塑形物质会析出造成二次污染。

4.2、去离子水(Deionized Water )

应用离子交换树脂去除水中的阴离子和阳离子，但水中仍然存在可溶性的有机物，可以污染离子交换柱从而降低其功效，去离子水存放后也容易引起细菌的繁殖。

4.3、反渗透水(Reverse osmosis Water)

其生成的原理是水分子在压力的作用下，通过反渗透膜成为纯水，水中的杂质被反渗透膜截留排出。反渗透水克服了蒸馏水和去离子水的许多缺点，利用反渗透技术可以有效的去除水中的溶解盐、胶体，细菌、病毒、细菌内毒素和大部分有机物等杂质，但不同厂家生产的反渗透膜对反渗水的质量影响很大。

4.4、超纯水(Ultra-pure grade water)

其标准是水电阻率大于10MΩ-cm。但超纯水在TOC、细菌、内毒素等指标方面并不相同，要根据实验的要求来确定，如细胞培养则对细菌和内毒素有要求，而HPLC则要求TOC低。

5，技术特点

5.1、控制系统全自动微电脑控制、随开随用、无需专人看管显示系统 大屏幕蓝色背光液晶显示，实现人机对话功能。

5.2、水质监测纯水、超纯水在线监测，实时反映水质数据。

5.3、产水水质符合并优于中国国家纯水标准(GB/T11446.1-1997)I，可替代四蒸水。

5.4、双波长UV紫外灯 用于去除TOC、杀菌更*。

5.5、RO膜定时清洗 具有开机和定时清洗RO膜功能，延长RO膜使用寿命

5.6、内循环系统可使水质始终处于效佳状态。

5.7、耗材更换提醒 设备具有耗材更换自动提示功能，并且耗材的更换周期取决于水质和压力的变化，而非根据耗材的使用时间，考虑到了各地水质的差异，设计更科学。

5.8、报警参数设定 客户可根据自己的实际需要对纯水、超纯水报警参数进行重新设定。

5.9、取水方式 采用更加先进、人性的薄膜按键操作取水方式。

5.10、RO系统组成 采用两级反渗透制造工艺，保证产水质的稳定。

5.11、自我保护功能 源水缺水自动停机保护功能同时具有水箱缺水自动产水、满水自动停机功能。

5.12、与PC机通讯功能 采用RS-232接口，可实现与PC机通讯。

5.13、超纯化柱内装核子级离子交换树脂，保证一级水质。

5.14、超滤柱 选用5000分子量超滤膜，可有效去除热源(内毒素),保证热源≤0.001EU/ml。

5.15、终端过滤器 选用终端除菌过滤器(0.22um)，保证水质无菌。

5.16、设备噪音 1米处设备噪音≤40Db。

6，标准工艺

6.1. 预处理系统→反渗透系统→中间水箱→粗混合床→精混合床→纯水箱→纯水泵→紫外线杀菌器→抛光混床→精密过滤器→用水对象 (≥18MΩ.CM)(传统工艺)。

6.2. 预处理→反渗透→中间水箱→水泵→EDI装置→纯化水箱→纯水泵→紫外线杀菌器→抛光混床→0.2或0.5μm精密过滤器→用水对象(≥18MΩ.CM)(工艺)。

6.3. 预处理→一级反渗透→加药机(PH调节)→中间水箱→第二级反渗透(正电荷反渗膜)→纯水箱→纯水泵→EDI装置→紫外线杀菌器→0.2或0.5μm精密过滤器→用水对象(≥17MΩ.CM)(工艺)。

6.4. 预处理→反渗透→中间水箱→水泵→EDI装置→纯水箱→纯水泵→紫外线杀菌器→0.2或0.5μm精密过滤器→用水对象(≥15MΩ.CM)(工艺)

6.5. 预处理系统→反渗透系统→中间水箱→纯水泵→粗混合床→精混合床→紫外线杀菌器→精密过滤器→用水对象 (≥15MΩ.CM)(传统工艺)

6.6、预处理系统→一级反渗透→中间水箱→水泵→EDI装置→纯水箱→离子交换系统→用水对象(≥18MΩ.CM)(工艺)

7，保养和维护

首先简单认识一下实验室超纯水机，自来水经过精密滤芯和活性炭滤芯进行预处理，过滤泥沙等颗粒物和吸附异味等，让自来水变得更加干净，然后再通过反渗透装置进行水质纯化脱盐，纯化水进入储水箱储存起来，其水质可以达到国家三级水标准，同时反渗透装置产水的废水(亦称"浓水")排掉。反渗透纯水通过纯化柱进行深度脱盐处理就得到一级水或者超纯水，如果用户有特殊要求，则在超纯水后面加上紫外杀菌或者微滤、超滤等装置，除去水中残余的细菌、微粒、热源等。

精密滤芯、活性炭滤芯、反渗透膜、纯化柱都是具有相对寿命的材料，精密滤芯和活性炭滤芯实际上是对反渗透膜的保护，如果它们失效，那么反渗透膜的负荷就加重，寿命减短，如果继续开机的话，那产生的纯水水质就下降，随之就加重了纯化柱的负担，则纯化柱的寿命就会缩短。结果是加大了超纯水机的使用成本。 所以，在实验室超纯水机的使用中，有以下方面的事情需要注意。

以自来水为水源的超纯水机一般都有两个出水口，分别是三级水和一级水，经反渗透出来的水是三级水，存放在水箱里，而一级水是即用即取，不存放。三级水没有通过纯化柱，一级水通过了纯化柱，一级水的成本高于三级水。所以在日常应用的时候，应根据水质需求分质取水，能用三级水时尽量不用一级水，避免使用成本的上升。

7.1、精密滤芯

精密滤芯

精密滤芯又称过滤滤芯，分线绕滤芯和PP熔喷滤芯，主要过滤原水中的泥沙等大的颗粒物，其过滤精度有5微米、1微米等。新的滤芯是白色，如果时间长了表面会淤积泥沙等，呈现褐色，这就表示该滤芯不能用了，用自来水冲洗掉表面淤泥后，可以勉强继续使用1-2周，但不能长期使用。滤芯放在滤瓶里面，有的滤瓶是透明的，可以直观地观察滤芯的颜色变化，有些滤瓶是不透明的，需要将其拧开后才能观察滤芯的变化。从经验数据统计来看，精密滤芯的寿命一般在3-6月，如原水的泥沙多，则其寿命短些，泥沙等颗粒物少，则寿命稍长一点。

7.2、活性炭滤芯

活性炭滤芯

活性炭滤芯是以的果壳炭及煤质活性炭为原料，辅以食用级粘合剂，采用高科技技术，经特殊工艺加工而成，它集吸附、过滤、截获、催化作用于一体，能有效去除水中的有机物、余氯及其他放射性物质，并有脱色、去除异味的功效。是液体，空气净化行业中较为理想的新型换代产品。种类:白头烧结活性炭滤芯，黑头带骨架，烧结活性炭滤芯，颗粒活性炭滤芯等。活性炭滤芯从表面上看没有直观的变化，根据经验来看，一般在一年左右就达到饱和吸附，需要更换。

7.3、反渗透膜

反渗透膜

反渗透膜是超纯水机中十分重要的部件，其孔径非常小，所以在使用过程中常常有细菌等微观物质淤积在其表面，一般各个厂家的纯水机都有反冲洗功能，旨在洗掉污染物。用水量在10升/天以内，可以冲洗3-5次，超过10升，则多冲洗几次。如果长时间(如1个月以上)不用，需要将其取出浸泡在消毒液里，避免细菌的滋生，不过该过程比较麻烦，建议即使不用水，都经常开机用少量的水，让机器内部的水形成流通，尽量减少死水的沉积时间过长。反渗透膜的寿命在2-3年，主要由用水量来决定，所以在选的时候一定要选择所匹配的规格。

7.4、纯化柱

纯化柱

纯化柱根据客户的水质需求有时也叫超纯化柱，其作用是对反渗透纯水进行深度脱盐，达到一级水或超纯水水平。其原理是离子交换。纯化柱的寿命由电阻率在线来表现。低于某个特定的电阻即表示纯化柱过期，比较直观。其寿命除了抗用水量以外，尤其重要的是各个厂家在生产设计时的离子交换树脂的填充量和离子交换树脂的本身质量。

8、实验室超纯水机的选购

我们每天都在做实验，接触到多的试剂莫过于水，它通常贯穿于我们的整个实验过程。也许正因为水的普遍和易得，往往让我们忽略了它对实验结果产生的影响。因此正确选择一台实验室超纯水机可以帮助科研工作者避免许多不必要的麻烦。但是，国内市场上超纯水机的品牌很多，质量参差不齐，价格悬殊巨大，给有意使用超纯水机的采购者造成了很大的困惑，不知道该选择哪一个品牌，下面结合本人的实际工作经验来谈谈如何选择一款适合您的超纯水机，在谈如何选择超纯水机之前，我们先了解纯水和超纯水的区别以及目前国内实验室超纯水机的市场状况。

8.1、纯水区别

在正确选择实验室超纯水机之前，我们必须很好地了解如下几个概念:什么是纯水?什么是超纯水?二者有何区别?

纯水又称纯净水，是指以符合生活饮用水卫生标准的水为原水，通过电渗析器法、离子交换器法、反渗透法、蒸馏法及其他适当的加工方法，制得的密封于容器内，且不含任何添加物，无色透明，可直接饮用的水。市场上出售的太空水，蒸馏水均属纯净水。

超纯水是在纯水的基础上进一步将水中的导电介质几乎*去除，又将水中不离解的胶体物质、气体及有机物均去除至很低程度的水。电阻率大于18MΩ*cm，或接近18.25MΩ*cm极限值。超纯水是一般工艺很难达到的程度，可以将微滤技术、超滤技术、反渗透技术、EDI技术，离子交换技术中的两种及以上的技术，通过合理的工艺设计，设备选型，方可制造出超纯水，电阻率可达18.20MΩ*cm。

纯水和超纯水区别存在于很多方面，这里只列举了其中的一些方面，现归纳如下:

A、电导率不同，纯水电导率在2-10us/cm之间，超纯水的电导率为0.056us/cm;

B、制造的难易程度不同，市场上使用的纯水基本上都是经过反渗透、蒸馏等方法制得，而超纯水是在纯水的基础上还要经过光氧化技术、精处理和抛光处理等一系列复杂的纯化技术制得的。

C、重金属、细菌、微粒数等指标也大不相同，纯水杂质含量是ppm级，而超纯水为ppb级，简单地说超纯水中已经没有什么杂质，接近于理论上的水。

D、使用的领域也不相同;

E、对输送管道材质的要求也不相同，超纯水对输送管道材质的要求要比纯水严格的多。

超纯水设备是实验室检验、检疫用纯水的制取装置。实验室超纯水机适用于检测中心、科研院所、大专院校、医院和企业的实验室，提供所需的分析测试用水、试剂用水、实验用水及分析仪器用水。 在无机和分析化学实验中，根据任务及要求的不同，对水的纯度要求也不同，纯水分为"纯水"和"超纯水"。

8.2、产品选型

人们一般在购买超纯水设备的过程中，常常会混淆这两个概念，造成选型困难，无故增加物资供应成本。在选购超纯水设备时应注意以下几点:

1、购买超纯水设备时，根据您的企业性质、实验目的，出水水质要求，以便根据以往的售货经验为您选购机型;

2、选购超纯水设备机型参考指标应遵循"就高不就低"的原则;

3、水量一般按每天8小时计算，如果该超纯水设备就机型出水量为15L/小时，那么它一天的出水量应是120L;

8.3、产品品牌

目前国内超纯水机市场已由过去一统天下的局面变为"一家独大，百家争鸣的状况"，国内超纯水机生产商取得了长足的进步，但总体技术水平相对较低，真正能制得超纯水的厂家还是比较少。很多生产商把电阻率达到18.2 MΩ.cm的纯水就理解为超纯水，其实这是理解上的一个误区，因为很多有机物分子、细菌、微粒数并不以离子形式存在，所以不会影响到电阻率的测定，造成的结果是电阻率的读数良好时，水中可能仍然存在有机物、细菌等的污染。这样的水不能称为超纯水，真正的超纯水是几乎不含有任何杂质的。如今国内超纯水机市场正在逐渐的兴盛起来，一大批的厂商正在努力提高技术水平，开拓一片新的天地。

8.4、水质监测

一般情况下，纯水是以电导率，超纯水是以电阻率来计量。电导率的计算公式如下:X 是电导率, F 是法拉第常数, Ci 是某种离子浓度， Zi 是离子的电荷数 ，Ui指离子迁移率，公式:X = FΣ CiZiUi 理论上，*不含离子的超纯水在25℃时电导率为0.055μS/cm。 电阻值是电导率的倒数。 那么 R=1/X , 1/0.055=18.1818约为 18.2 MΩ.cm 。

一般情况下我们无法在离线情况下测量超纯水的电阻率或者电导率。因为当超纯水暴露在外界环境中时，会被外界环境污染。实验室里的空气中含有大量的离子，这些离子可以进入超纯水，从而影响超纯水的水质。 另外，测量电导率所用到的仪器(烧杯，电阻率仪/探针)也会带入离子污染物。正如电导率的计算公式中所示，任何离子的增加都会影响电导率值，因为电导率离子的种类和其所带电荷成正比。

电导率和电阻率单位超滤膜

超滤膜材质是一种具有超级"筛分"分离功能的多孔膜。它的孔径只有几纳米到几十纳米，也就是说只有一根头发丝的1‰!在膜的一侧施以适当压力，就能筛出大于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2~20纳米的颗粒。超滤膜的结构有对称和非对称之分。

前者是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤;后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200~250微米，属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、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、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。

超滤膜是早先开发的高分子分离膜之一，在60年代超滤装置就实现了工业化。超滤膜的工业应用十分广泛，已成为新型化工单元操作之一。用于分离、浓缩、纯化生物制品以及食品工业中;还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。超滤膜随着技术的进步，其筛选功能必将得到改进和加强，对人类社会的贡献也将越来越大。

应用领域

1、电子、电力、电镀、照明电器、实验室、食品、造纸、日化、建材、造漆、蓄电池、化验、生物、制药、石油、化工、钢铁、玻璃等领域。

2、化工工艺用水、化学药剂、化妆品等用纯水。

3、单晶硅、半导体晶片切割制造、半导体芯片、半导体封装 、引线柜架、集成电路、液晶显示器、导电玻璃、显像管、线路板、光通信、电脑元件 、电容器洁净产品及各种元器件等生产工艺用纯水。

4、纯净水设备，反渗透设备，锅炉软化水设备、工业软化水设备、食品行业软化水设备、家用软水机

9、应用行业

超纯水机应用范围涉及医院、高校科研、质检单位、化工厂、制药厂、水质监测中心、畜牧行业、自来水厂、疾控中心、种子监测站、电瓶厂、液晶屏厂、精密电路厂、无尘品生产等等。

石油化工行业:如化工反响冷却、化学药剂、化肥及精密化工、化装品制造过程用工艺纯水超纯水设备工业超纯水设备。

电子、半导体行业:制取电子工业消费如单晶硅半导体集成电路块，显像管，玻壳，液晶显现器等制造工业用纯水超纯水机。

医药行业用水:制药、制剂工艺用水，医疗血液透析、生化剖析、输液等。

锅炉水处置:石油、化工、炼油、火力发电、电力、制取热力、冶金、食品、造纸等行业中锅炉，厂矿企业高、中、低压锅炉给水所需软化水、除盐纯水。

饮料行业:饮用纯真水、蒸馏水、自然水、矿泉水、矿化水、酒类消费白酒勾兑用纯水、啤酒糖化投料用水及纯生啤酒过滤等。

实验室:一些实验对实验水质的要求相当苛刻，如动植物细胞培养、液相色谱、质谱分析、等离子耦合光谱、原子荧光、凝胶分析、细胞免疫、试管婴儿、遗传实验等等。这些实验不仅仅对水质的电阻率有要求，还对水质中的有机物、颗粒物、细菌和热原等都有较高的要求。

上海技舟化工科技有限公司

2018年06月08日