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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 水的技術與某些新近的進展。包括蒸餾法、離子交換法、電滲析法 和反滲透法等
關鍵詞
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:
1.電解質,包括帶電粒子,常見的陽離子有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.有機物質,如:有機酸、農藥、烴類、醇類和酯類等;
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。雜質去的越徹底，水質也就越純凈。

國家標準:有飲用純凈水（GB17323）、分析實驗室用水[2]（GB6682—92）和電子級水[3]（GB/T11446.1-1997）的技術指標。

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，金屬材質的有銅、不銹鋼和白金蒸餾器等。按蒸餾次數可分為一次、二次和多次蒸餾法。此外，為了去掉一些特出的雜質，還需采取一些特殊的措施。例如預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鐵；加入少許不揮發酸可制取無氨水等。蒸餾水可以滿足普通分析實驗室的用水要求。由于很難排除二氧化碳的溶入。所以水的電阻率是很低的，達不到MΩ級。不能滿足許多新技術的需要。

2.離子交換法，主要有兩種制備方式：
A.
復床式，即按陽床—陰床—陽床—陰床—混合床的方式連接并生產去離子水；早期多采用這種方式，便于樹脂再生。
B.
混床式（2-5級串聯不等），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。但有機物無法去掉，TOC和COD值往往比原水還高。這是因為樹脂不好，或是樹脂的預處理不徹底，樹脂中所含的低聚物、單體、添加劑等沒有除盡，或樹脂不穩定，不斷地釋放出分解產物。這一切都將以TOC或COD指標的形式表現出來。例如，當自來水的COD值為2mg/L時，經過去離子處理得到的去離子水的COD值常在5-10mg/L之間。當然，在使用好樹脂時會得到好結果，否則就無法制備超純水了。   

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

3.電滲析法，產生于1950年[4]，由于其能耗低，常作為離子交換法的前處理步驟。它在外加直流電場作用下，利用陰陽離子交換膜分別選擇性的允許陰陽離子透過，使一部分離子透過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之一。產出水的純度能滿足一寫工業用水的需要。例如,用電阻率為1.6KΩ·cm(25°C)的原水可以獲得1.03MΩ·cm(25°C)的產出水。換言之，原水的總硬度為77mg/L時產出水的總硬度則為∽10mg/L.

4.反滲透法[5]，目前它是一種應用最廣的脫鹽技術。反滲透膜雖在1977年就有了，但其規模化生產和廣泛用于脫鹽卻是近幾年的事情。反滲透膜能去除無機鹽、有機物（分子量>500）、細菌、熱源、病毒、懸濁物（粒徑>0.1μm）等。產出水的電阻率能較原水的電阻率升高近10倍。反滲透膜對雜質的去除能力見表：


表.反滲透膜對雜質的去除能力


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	細菌	99
Na+	75-95	HCO3-	80-95	有機物（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.反滲透的動力依賴于壓力差（10-100大氣壓）。去除雜質的能力由膜的性能好壞和進出水比例決定。進出水的比例一般控制為10：6或10：7左右。這樣雜質的去除率應在95-99.7%之間。例如，原水的電阻率為1.6 KΩ·cm(25°C)時，產出水的電阻率約為14 KΩ·cm.這樣的水現在大家都管它叫純凈水，也就是市場上出售的飲用純凈水。


全文來自：純化水與超純水的制備原理

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