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純化水與超純水的制備原理-1

2009/3/24

摘要
這是一篇關(guān)于水的純化和超純水制備的綜述。介紹了各種純化 水的技術(shù)與某些新近的進(jìn)展。包括蒸餾法、離子交換法、電滲析法 和反滲透法等
關(guān)鍵詞
水的純化
超純水
離子交換
電滲析
反滲透
一.

天然水中通常含有五種雜質(zhì):
1.電解質(zhì),包括帶電粒子,常見(jiàn)的陽(yáng)離子有H+、Na+、K+、NH4+、、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Al3+等；陰離子有F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-、PO43-、H2PO4-、HSiO3-等;
2.有機(jī)物質(zhì),如:有機(jī)酸、農(nóng)藥、烴類(lèi)、醇類(lèi)和酯類(lèi)等;
3.顆粒物;
4.微生物;
5.溶解氣體，包括：N2、O2、Cl2、H2S、CO、CO2、CH4等;
所謂水的純化，就是要去掉這些雜質(zhì)。雜質(zhì)去的越徹底，水質(zhì)也就越純凈。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):有飲用純凈水（GB17323）、分析實(shí)驗(yàn)室用水[2]（GB6682—92）和電子級(jí)水[3]（GB/T11446.1-1997）的技術(shù)指標(biāo)。

二．水的純化方法

1.蒸餾法，按蒸餾器皿可分為玻璃、石英蒸餾器，金屬材質(zhì)的有銅、不銹鋼和白金蒸餾器等。按蒸餾次數(shù)可分為一次、二次和多次蒸餾法。此外，為了去掉一些特出的雜質(zhì)，還需采取一些特殊的措施。例如預(yù)先加入一些高錳酸鉀可除去易氧化物；加入少許磷酸可除去三價(jià)鐵；加入少許不揮發(fā)酸可制取無(wú)氨水等。蒸餾水可以滿足普通分析實(shí)驗(yàn)室的用水要求。由于很難排除二氧化碳的溶入。所以水的電阻率是很低的，達(dá)不到MΩ級(jí)。不能滿足許多新技術(shù)的需要。

2.離子交換法，主要有兩種制備方式：
A.
復(fù)床式，即按陽(yáng)床—陰床—陽(yáng)床—陰床—混合床的方式連接并生產(chǎn)去離子水；早期多采用這種方式，便于樹(shù)脂再生。
B.
混床式（2-5級(jí)串聯(lián)不等），混床去離子的效果好。但再生不方便。
離子交換法可以獲得十幾MΩ的去離子水。但有機(jī)物無(wú)法去掉，TOC和COD值往往比原水還高。這是因?yàn)闃?shù)脂不好，或是樹(shù)脂的預(yù)處理不徹底，樹(shù)脂中所含的低聚物、單體、添加劑等沒(méi)有除盡，或樹(shù)脂不穩(wěn)定，不斷地釋放出分解產(chǎn)物。這一切都將以TOC或COD指標(biāo)的形式表現(xiàn)出來(lái)。例如，當(dāng)自來(lái)水的COD值為2mg/L時(shí)，經(jīng)過(guò)去離子處理得到的去離子水的COD值常在5-10mg/L之間。當(dāng)然，在使用好樹(shù)脂時(shí)會(huì)得到好結(jié)果，否則就無(wú)法制備超純水了。   

結(jié)垢是影響鍋爐壽命的主要因素，因此鍋爐對(duì)水質(zhì)的要求比較高。低壓和中壓鍋爐對(duì)水質(zhì)要求稍低而高壓鍋爐對(duì)水質(zhì)要求非常高。凡能導(dǎo)致鍋爐、給水系統(tǒng)及其他熱力設(shè)備腐蝕、結(jié)垢及引起汽水共騰現(xiàn)象，使離子交換樹(shù)脂中毒的雜質(zhì)如溶解氧、可溶性二氧化硅、鐵以及余氯等都應(yīng)大部分或全部除去。在鍋爐水處理中，鍋爐補(bǔ)充水的離子交換水處理是最基本和最重要的水處理方法，但離子交換樹(shù)脂失效后必須加堿或加酸進(jìn)行還原，要產(chǎn)生大量的酸堿廢水，直接外排不但污染環(huán)境，而且費(fèi)用高昂。

3.電滲析法，產(chǎn)生于1950年[4]，由于其能耗低，常作為離子交換法的前處理步驟。它在外加直流電場(chǎng)作用下，利用陰陽(yáng)離子交換膜分別選擇性的允許陰陽(yáng)離子透過(guò)，使一部分離子透過(guò)離子交換膜遷移到另一部分水中去，從而使一部分水純化，另一部分水濃縮。這就是電滲析的原理。電滲析是常用的脫鹽技術(shù)之一。產(chǎn)出水的純度能滿足一寫(xiě)工業(yè)用水的需要。例如,用電阻率為1.6KΩ·cm(25°C)的原水可以獲得1.03MΩ·cm(25°C)的產(chǎn)出水。換言之，原水的總硬度為77mg/L時(shí)產(chǎn)出水的總硬度則為∽10mg/L.

4.反滲透法[5]，目前它是一種應(yīng)用最廣的脫鹽技術(shù)。反滲透膜雖在1977年就有了，但其規(guī)?；a(chǎn)和廣泛用于脫鹽卻是近幾年的事情。反滲透膜能去除無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物（分子量>500）、細(xì)菌、熱源、病毒、懸濁物（粒徑>0.1μm）等。產(chǎn)出水的電阻率能較原水的電阻率升高近10倍。反滲透膜對(duì)雜質(zhì)的去除能力見(jiàn)表：


表.反滲透膜對(duì)雜質(zhì)的去除能力


離子	去除率（%）	離子	去除率（%）	離子	去除率（%）
Mn+2	96-99	SO4-2	90-99	NO3-	50-75
Al3+	95-99	CO3-2	80-95	BO2-	30-50
Ca2+	92-99	PO43+,HPO42- H2PO4-	90-99	微粒	99
MG2+	92-99	F-	65-95	細(xì)菌	99
Na+	75-95	HCO3-	80-95	有機(jī)物（分子量>300）	99
K+	75-93	Cl-	80-95
NH4+	70-90	SiO2	75-90

  
常用的反滲透膜有：醋酸纖維素膜，聚酰胺膜和聚砜膜等。膜的孔徑為0.0001-0.001μm.反滲透的動(dòng)力依賴(lài)于壓力差（10-100大氣壓）。去除雜質(zhì)的能力由膜的性能好壞和進(jìn)出水比例決定。進(jìn)出水的比例一般控制為10：6或10：7左右。這樣雜質(zhì)的去除率應(yīng)在95-99.7%之間。例如，原水的電阻率為1.6 KΩ·cm(25°C)時(shí)，產(chǎn)出水的電阻率約為14 KΩ·cm.這樣的水現(xiàn)在大家都管它叫純凈水，也就是市場(chǎng)上出售的飲用純凈水。


全文來(lái)自：純化水與超純水的制備原理

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