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實(shí)驗(yàn)室用超純水設(shè)備的工藝原理詳解
更新時(shí)間：2025-10-09
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實(shí)驗(yàn)室用超純水設(shè)備是通過多級(jí)處理工藝去除水中各種雜質(zhì)，最終產(chǎn)出電阻率高達(dá)18.2MΩ·cm的超純水的專業(yè)設(shè)備。其工藝原理主要基于物理過濾、膜分離和離子交換等技術(shù)，下面將詳細(xì)介紹各階段的工作原理。
一、基本工作原理概述
實(shí)驗(yàn)室超純水設(shè)備通常采用多級(jí)處理工藝，主要包括預(yù)處理、反滲透、離子交換和終端處理四個(gè)主要階段。自來(lái)水首先通過預(yù)處理單元去除較大的顆粒、懸浮物以及部分有機(jī)物，然后進(jìn)入反滲透單元對(duì)水中的離子物質(zhì)和大分子物質(zhì)進(jìn)行截留性去除，再經(jīng)過離子交換單元對(duì)殘余的微少離子進(jìn)行純化和超純化，最后通過UV、超濾等技術(shù)確保超純水中的微生物、有機(jī)物和熱原滿足各類實(shí)驗(yàn)應(yīng)用需求。
二、各工藝階段原理詳解
1、預(yù)處理階段
預(yù)處理是超純水制備的第一道工序，主要目的是去除原水中含有的泥沙、鐵銹、膠體物質(zhì)、懸浮物、色度、異味和生化有機(jī)物。常見的預(yù)處理系統(tǒng)由石英砂過濾器、活性碳過濾器和精密過濾器組成。當(dāng)原水中硬度較高時(shí)，還會(huì)使用全自動(dòng)軟水器來(lái)降低水的硬度，這樣能有效保護(hù)后續(xù)的反滲透膜，延長(zhǎng)其使用壽命。
2、反滲透(RO)階段
反滲透是超純水設(shè)備的核心處理單元，其基本原理是在原水一方施加比自然滲透壓力更大的壓力(通常為6-20公斤)，使水分子由濃度高的一方逆滲透到濃度低的一方。反滲透膜的孔徑極小(約0.0001微米)，能高效截留細(xì)菌、病毒、重金屬及有機(jī)物，脫鹽率通常≥98%。由于反滲透膜的孔徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于病毒和細(xì)菌的幾百倍乃至上千倍以上，故各種病毒、細(xì)菌、重金屬、固體可溶物、污染有機(jī)物、鈣鎂離子等根本無(wú)法通過反滲透膜，從而達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。
3、離子交換階段
離子交換技術(shù)用于進(jìn)一步去除經(jīng)過反滲透處理后殘余的微量離子。其原理是利用陽(yáng)離子交換樹脂去除水中的陽(yáng)離子并釋放H?，陰離子交換樹脂去除陰離子并釋放OH?，H?與OH?結(jié)合生成純水。陽(yáng)離子交換樹脂(如磺酸型)吸附水中Ca²?、Mg²?等陽(yáng)離子，釋放H?；陰離子交換樹脂(如季銨型)吸附Cl?、SO?²?等陰離子，釋放OH?，最終H?和OH?結(jié)合生成H?O，實(shí)現(xiàn)去離子。
4、電去離子(EDI)技術(shù)
EDI是一種將電滲析膜分離技術(shù)與離子交換技術(shù)有機(jī)結(jié)合的先進(jìn)技術(shù)。EDI膜堆主要由交替排列的陽(yáng)離子交換膜、濃水室、陰離子交換膜、淡水室和正、負(fù)電極組成。在直流電場(chǎng)的作用下，淡水室中離子交換樹脂中的陽(yáng)離子和陰離子沿樹脂和膜構(gòu)成的通道分別向負(fù)極和正極方向遷移，陽(yáng)離子透過陽(yáng)離子交換膜，陰離子透過陰離子交換膜，分別進(jìn)入濃水室形成濃水。同時(shí)EDI進(jìn)水中的陽(yáng)離子和陰離子跟離子交換樹脂中的氫離子和氫氧根離子交換，形成超純水。超極限電流使水電解產(chǎn)生的大量氫離子和氫氧根離子對(duì)離子交換樹脂進(jìn)行連續(xù)的再生。
三、終端處理工藝
經(jīng)過上述主要工藝處理后，超純水還需要經(jīng)過終端處理才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)室使用標(biāo)準(zhǔn)。常見的終端處理工藝包括：
1、紫外線(UV)殺菌：利用紫外線的殺菌作用，殺滅水中的微生物，提高超純水的生物安全性。
2、超濾：使用0.1μm或更小孔徑的過濾器去除可能存在的微粒和熱原。
3、拋光混床：進(jìn)一步去除殘余離子，使產(chǎn)水電阻率達(dá)到15～18.2MΩ·cm。
4、TOC(總有機(jī)碳)去除：通過特殊技術(shù)降低水中有機(jī)物含量。
四、技術(shù)特點(diǎn)比較
實(shí)驗(yàn)室超純水設(shè)備中常用的三種核心技術(shù)各有特點(diǎn)：
1、反滲透(RO)：能去除99%以上的溶解性鹽類、膠體、微生物和有機(jī)物，但無(wú)法完全去除所有離子。
2、離子交換：產(chǎn)水純度高，但需要定期再生樹脂，運(yùn)行成本較高，且無(wú)法去除非電解質(zhì)及微生物。
3、EDI技術(shù)：無(wú)需化學(xué)再生，可連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)高純度超純水，降低了運(yùn)行成本和環(huán)境影響。
現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室超純水設(shè)備通常將多種技術(shù)組合使用，如"預(yù)處理-反滲透-EDI-終端處理"的工藝路線，以充分發(fā)揮各技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定、低成本的超純水生產(chǎn)。
