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超纯水机原理与结构
2012/11/20 9:42:16
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超纯水机原理与结构
1．概述
BDP系列超纯水机是一种实验室常用设备，目前在国外各实验室的使用相当普遍，它是蒸馏法、离子交换法等制水方法的更新产品，具有使用方便、能耗低、制水水质高等优点，广泛用于仪器分析、化学分析、生化制剂和生命科学等领域。
BDP系列超纯水机采用了先进的反渗透技术和离子交换技术相结合的方式，使用的增压泵、电磁阀、高容量离子交换树脂、R.O反渗透膜、紫外杀菌器、管路连接件、控制原件、滤芯等均采用国外著名厂家的产品。BDP系列超纯水机水质在线检测，保证了产出水品质，它的出水水质优于中国国家实验室用水规格GB6682-92的Ⅰ级水标准。BDP系列超纯水机与国外同类产品相比，它的整机的价格和更换配件的费用仅为国外的三分之一左右，同时它还具有操作简便、品质稳定等优点。下图给出了超纯水机的一般工作流程（简单流程图）：
自来水→10〞PP纤维过滤器→10〞AC活性炭过滤器→10〞保安过滤器→增压泵→RO反渗透膜→
4加仑压力储水罐→预纯化柱→超纯化柱→紫外杀菌器→超纯水
1．1． 超纯水机的工作原理
初级纤维过滤柱的孔径为5um，可以截留源水中细微颗粒，从而保证进水的水质。由于源水透过活性碳柱和R.O柱时，需要有一定压力，即所谓的渗透压，所以在纤维柱出水口使用泵进行增压，让增压后的水进入活性碳柱。
活性碳是一种广泛使用的吸附剂，下面的表可以说明它的卓越性能：
| 项 目 | 源 水 | 活性炭 |
| 生化需氧量（PPM） | 200-400 | 1 |
| 化学需氧量（PPM） | 400-600 | 3-16 |
| 洗涤剂 | 2-4 | 0.002-0.05 |
活性碳可以吸附相当多的无机物和有机物，但它的吸附能力对不同的物质也是有差别的，下面表中列出了易于和难于吸附的有机物。
| 易吸附 | 难吸附 |
| 1．芳香溶剂类，苯、甲苯、硝基苯 | 1．醇类 |
| 2．氯化等香烃，多氯联苯，氯苯 | 2．纸分子酮、酚醛 |
| 3．酚和氯酚 | 3．糖、淀粉 |
| 4．农药、DDT、六六六等 | 4、分子量很高的有机物或胶体有机物 |
| 5．CC14 | 5、低分子的脂肪类 |
| 6．高分子染料、汽油、胺类 | |
总之，活性碳在四个方面起到很大作用：
a．降低水的氧化要求。
b．避免有机物进入，以致破坏离子交换床。
c．除去水中残留的氯。
d．除去水中的三卤化物（THM），特别是它对氯的吸附效果几乎是100%，而水中余氯对后面的R.O膜破坏性极强，可以造成R.O膜的失效。
从活性碳吸附检出来的水再进入R.O反渗透过滤器。反渗透处理原理是由美国佛罗里达大学Reid等人在1953年提出的，而发展成一种实用技术是近几年的事。而且膜材料也从早期的醋酸纤维素非对称膜发展到现在的交联芳香族聚酰胺复合膜。它的原理如图二所示：
超纯水机原理与结构
反渗透膜的孔径一般为10A到100A之间，反渗透处理能精密的滤除水中的细菌、病毒、金属、盐类、农药及各种致癌物质。
下表 给出了R.O过滤对多种物质的去除能力。
去除率报告
| 物质 | 去除率% | | 物质 | 去除率% |
| 钠 | 85-93 | | 镁 | 96-98 |
| 铁 | 95-98 | | 铝 | 96-99 |
| 铜 | 98-99 | | 锌 | 98-99 |
| 镉 | 96-98 | | 汞 | 96-98 |
| 铬 | 96-98 | | 氯化物 | 87-93 |
| 硝酸盐 | 90-92 | | 硅酸盐 | 85-90 |
| 铬酸盐 | 86-92 | | 亚硫硝酸 | 96-98 |
| 亚铁氰化物 | 98-99 | | 硼酸盐 | 30-50 |
| 砷（含砷的）钾 | 94-96 | | 钾 | 87-94 |
| 钙 | 94-97 | | 铵 | 86-92 |
| 锰 | 95-98 | | 锶 | 96-98 |
| 镍 | 98-99 | | 钡 | 96-98 |
| 银 | 93-98 | | 碳酸氢盐 | 90-95 |
| 铅 | 96-98 | | 碳酸盐 | 96-99 |
| 氟化物 | 87-93 | | 硫化硫酸相加 | 96-99 |
| 氰化物 | 86-92 | | 硫酸相加 | 98-99 |
| 溴化物 | 87-93 | | 硒 | 86-92 |
表一
经过反渗透膜制出的纯水电导率一般为5～10us/cm（源水电导率＜200us/cm时），而将电导率为5～10us/cm的纯水电导率降至0.055us/cm则主要利用离子交换树脂进行处理。阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水，水中的离子会与固定在树脂上的离子交换。离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同样的，以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子(如Cl-)。从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。
若将离子交换法与其他纯化水质方法(例如反渗透法、过滤法和活性碳吸附法)组合应用时，则离子交换法在整个纯化系统中，将扮演非常重要的一个部分。离子交换法能有效的去除离子，却无法有效的去除大部分微生物。而微生物可附着在树脂上，并以树脂作为培养基，使得微生物可快速生长并产生热源。因此，需配合其他的纯化方法设计使用。
双波长紫外灭菌和TOC消解器是一种低压汞灯，其发出的紫外线光谱是185nm和254nm波长，185nm波长的紫外线能有效的降解有机物，管道式在线灭菌处理， 254nm波长的紫外灯能够有效杀灭水中细菌。原理：细菌中的核酸吸收了紫外光的能量而改变了自身的结构，进而破坏了核酸的功能所致，当核酸吸收的能量达到致死量而紫外光的照射又能保持一定时间时，细菌便大量死亡。波长为185nm紫外灯和TOC消解仪能够充分地分解超纯水中残余的有机成份，降低TOC浓度。