水纯化技术与纯水机

水纯化技术及纯水机简介水在分析实验中作用非常好的溶剂,大量,易得,无毒直接参与实验反应良好的热传导性是实验市中使用最多的试剂实际水中存在污染水的纯度是不稳定的将极大的影响实验的正常反应和结果+污染物现实中的水=颗粒离子有机物微生物气体HHH-C-C-OHHH水中五大污染物电阻率指标反映水受离子污染的程度TOC（总有机碳）反映有机污染的程度组成特点及 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 征颗粒物的不良影响阻塞过滤系统损坏泵系统吸附电荷影响离子浓度折射光线影响判读提供细菌滋生载体柱子堵塞颗粒刚性沙粒、柔性生物残体胶体无机或有机颗粒稳定分散体系，通常带负电荷，一般粒径是0.1~0.001µm颗粒组成特点及表征离子的不良影响水的硬度与结垢问题影响溶液pH值带电基团与反应物结合对无机分析产生严重干扰特殊实验会产生影响阴离子ClO-,Cl-,SO42-,PO43-,SiO4-阳离子Na+,Ca2+,Mg2+,Fe3+表征：电导率或电阻率µS/cm;MΩ.cm离子18.18100204030507060809010001020308090100超纯水电阻率（R）随温度（T）的变化(M.cm)40506070温度(°C)在25°C，超纯水的电导率和电阻率分别为:=0.055S/cmR=18.18M.cm干扰有机分析的背景微生物滋生的营养物质包住去离子用的树脂影响生命科学实验天然有机物腐殖酸，单宁酸，木质素等人造有机物农药，增塑剂，合成药物等表征：TOC有机物定义：分子核心由碳原子组成，碳原子排列成环或（长）链，其他原子（如氢、氧、氮等）连于其上。特性：有机分子能被氧化。组成特点及表征有机物的不良影响为什么要检测TOC（总有机碳）有机物浓度高低无法从电阻率的检测看到TOC反映有机污染的程度组成特点及表征细菌的不良影响细菌本身影响生物学实验裂解释放热原、酶等物质产生菌膜持续释放污染物堵塞仪器通道、色谱柱等活的细菌有生长繁殖能力，直径0.27µm到3.0µm水源,空气,人体都带菌表征：细菌群落总数CFU/mL细菌气体常规溶解于水中的气体：Oxygen(O2),Nitrogen(N2),Carbondioxide(CO2)气体对水质的不良影响•影响水的离子浓度和PH值•直接参与反应•影响水有效体积•影响光学测定结果•损耗仪器过滤(Filtration)RO反渗透(ReverseOsmosis)UF超滤(UltraFiltration)AC活性碳(ActivatedCarbonAbsorption)DI离子交换(Ion-Exchange)UV紫外(UVIrradiations)蒸馏(Distillation)水纯化技术介绍过滤(Filtration)筛式过滤（膜过滤）绝对去除(100%)深度过滤平均去除(范围)特点:•污物容量较大•颗粒物被截留在曲折的滤膜基质中•主要用于系统的预过滤•当滤膜容量过于饱和后,会有颗粒物渗出•名义孔径的截留范围只有35%-95%•例:棉花,玻璃丝,毛绒,石棉,其它无机微丝特点:•膜薄，刚性，均一•100%绝对截留•滤膜基质无溶出物•可有效阻止颗粒和细菌通过•污物容量较低滤膜较易受堵•例:纱窗,涤纶网,金属网,膜过滤器过滤技术纯水系统中的应用所有纯水系统中最常规的耗材深度过滤:预过滤柱(Progard,内含有深度过滤),预处理柱(Prepak,大系统应用).筛式过滤:终端过滤器(Millipak,孔径为0.22µm的最为普遍).Pharmaceutical-Grade,Absolute,0.22祄Filter超滤(UltraFiltration)P活性层(1µm)支撑层(100µm)定义超滤=与 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 过滤技术类似-适当大小的膜孔径，用于去除有机大分子或病毒。超滤膜的规格：标称分子量(NMWL)=最小可被截留的分子量超滤膜是非均相膜,工作层和支撑层有时起使用不同成分工作状态需要一定压力:小分子物质能够透过超滤膜但分子量>NMWL（截流分子量）的分子将被截留有机物(>NMWL)截留率>99%超滤(UF)在纯水系统中应用主要过滤热源,病毒等有机物的耗材内置超滤柱(Pyrogard5000,截留分子量>5KDa.)终端过滤器(BioPak，截留分子量=13000Da)反渗透(ReverseOsmosis)反渗透=渗透的反作用外加压力:抵抗渗透压,使水从高盐浓度向低盐浓度反向渗透增加弃水:冲去污染物避免堵塞膜P反渗透膜(RO膜)工作原理RO产水进水RO膜RO弃水>95>98截流率(%)单价离子多价离子细菌,颗粒物有机物,热源>99>99切向流P进水产水弃水反渗透技术优点•对所有污染物都有去除效果(离子,有机物-热源,病毒,细菌,颗粒和胶体)•低能耗,运行成本较低.•维护简单(不需要强酸强碱清洗)•运行参数明晰，易于控制局限性•杂质的去除量不够，产水无法达到二级水标准.•产水速度有限,常需要储存•需要压力进水,温度变化影响产水速度•RO膜长时间在缺乏保护的情况下运行，容易阻塞（颗粒、胶体）,穿透(颗粒物、化学反应)和结垢(CaCO3)•耗水量依然很大,产水率不高活性碳(ActivatedCarbon)一类具有巨大比表面积的多孔物质（表面积:1000m2/g）通过反应去除自来水中的Cl2通过吸附作用去除有机物较好的除氯和吸收大分子有机效果小分子有机物吸收效果不佳有较多杂质释放,二次污染吸收小分子有机效果好释放很小大分子有机物吸收效果不佳天然人造活性碳(ActivatedCarbon)优点通过非特异性吸附,去除各种有机物(包括小分子量的有机物),去除氯效果很好表面积大，因此吸附容量大局限性除了有机物，对颗粒物也有一定的深层过滤作用。对其他杂质基本没有作用。一旦所有的吸附位点都被占据，那根据化学平衡，活性炭即开始释放有机物。长时间使用会滋生细菌工作效率取决于流速活性炭(AC)在纯水系统中的应用主要去除氯和各种有机物的耗材预过滤柱(Progard,内含天然活性碳)精过滤柱(Q-Gard,内含人造活性碳)离子交换(Ion-Exchange)固定离子反向离子塑料支撑结构交联剂水树脂直径:300~1200µm内孔孔径:1~100nm空间比例:40~60%工作温度:-40~+40°C阳离子交换树脂模型=塑料带电荷微球•仅仅去除带电荷的物质•通过离子交换树脂来实现阴阳离子交换树脂将离子性官能基结合在树脂（有机高分子）上的材料，称之为“离子交换树脂”。树脂表面带有磺酸(sulfonicid)者，称为阳离子交换树脂，而带有四级氨离子的，则为阴离子交换树脂。由于离子交换树脂可以有效去除水中阴阳离子，所以经常使用于纯水、超纯水的制造程序中。离子交换连续电流去离子技术(EDI)ACACNa+Na+OH-Na+OH-Cl-Na+H+Cl-H+Cl-Na+Cl-Cl--+弃水产水:二级水RO进水阴离子选择性透过膜阳离子选择性透过膜混合树脂活性碳涂层AC借助外直流电场的作用使离子选择性地定向迁移,同时利用水的解离就地再生混床树脂,从而使离子选择性迁移、深度除盐、树脂电化学再生三个过程相伴发生，相当于连续获得再生的混床离子交换柱，可高效不间断地生产高纯水。连续电流去离子(EDI)的特点优点•对离子和小分子量的带电有机物十分有效(R>5MΩ.cm)•产水水质稳定•很少颗粒物或有机物释放•填充树脂可自动再生•维护简单•耗电低,运行成本很低局限性需优质RO水作进水---防止离子交换树脂被阻塞（颗粒物、有机物）或者阴极结垢（钙离子）如果CO2浓度太高,无法保证完全去除离子交换技术(Ion-Exchange)在纯水系统中的应用去除盐类及其它离子,对水进行精制的耗材或配件预过滤柱(Q-Gard,内含人造活性碳)精制柱(Quantum)EDI模块热光源低压紫外灯示意图氩气+汞蒸汽石英套管汞电极紫外照射(UVIrradiation)185254313强度波长(nm)低压汞蒸汽发射的紫外线254185紫外照射技术(UV)去除细菌和有机物原理100%80%60%40%20%0%240260280254nm相对影响300320UV灯波长(nm)2O2+2O*3O2UV(185)UV(254)4OH*2O3UV(254)H2O2O2+2HO22CHOH3+2OH*HCHO+2H2OHCOOH+2OH*H2O2OH*+CO22H2O254nm紫外杀菌185nm+254nm有机物去除紫外技术(UV,185+254nm)可将有机物氧化成CO2和水,再通过去离子方法去除(185+254nm)也可以杀灭细菌和病毒(254nm)省电(启动后只需要低压)易于操作如果有机物含量太大，很难氧化完全，因此只能用于精制水步骤有机物杂质只是被转化了,但并没有消除对其他杂质没有作用对设计和生产的要求很高优点局限性紫外照射技术(UV)在纯水系统中的应用主要去除微量有机物和带杀菌功能的配件254nm紫外灯185/254nm紫外灯低压汞灯31cm14瓦36V直流电蒸馏(单蒸/多蒸)作为一种古老而经典的纯化技术,应用十分普遍,具有其优点,但缺点也很明显：几乎对所有杂质都有去除效果,能生产0.2到1MΩ.cm的水一次性投入少,操作原理简单所有的杂质都无法除净，而且还会产生新的杂质无法控制水质使用成本大,水电能耗高需要定期酸洗,维护麻烦污染物离子有机物颗粒和胶体细菌和病毒气体DIROUFMFACUV无去除全部去除Still连续电去离子（EDI）活性炭吸附交换树脂超滤过滤微孔过滤Pharmaceutical-Grade,Absolute,0.22祄Filter反渗透膜紫外灯氧化水的纯化需要不同的纯化技术相互配合标准与级别超纯水/试剂级高端应用应用于HPLC,GC,AA,ICP-MS等实验的准备、动物细胞培养和分子生物学方面的实验纯水/分析级标准应用应用于缓冲液配置,pH测试,微生物培养,生化分析仪和生化培养箱纯水/实验级普通应用应用于器皿冲洗,水浴,灭菌锅TypeIITypeIII“Pure”“Ultrapure”TypeI相关实验室用水标准NCCLS/CAP标准ASTM-AmericanSocietyforTestingMateria阿ls(美国材料试验协会)NCCLS-NationalCommitteeforClinical&LaboratoryStandards(国家临床与实验室标准委员会)参数I级水II级水III级水温度补偿到25℃的最小电阻值(MΩ.cm)1810.25TOC最大允许值(ppb)1050200钠离子最大允许含量(ppb)1510氯离子最大允许含量(ppb)1510硅元素最大允许含量(ppb)33500细菌最大允许含量(cfu/mL)1010010000内毒素(Eu/ml)<0.03<0.25NA参数I级水II级水III级水25℃的最小电阻值(MΩ.cm)1010.1有机污染物活性炭NSNS颗粒0.22µm过滤NSNS硅酸盐最大允许含量(ppb)0.050.10.1细菌最大允许含量(cfu/ml)101000NSASTM标准密理博超纯水系统