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纯化水与超纯水的制备原理-1

2009/3/24

摘要
这是一篇关于水的纯化和超纯水制备的综述。介绍了各种纯化 水的技术与某些新近的进展。包括蒸馏法、离子交换法、电渗析法 和反渗透法等
关键词
水的纯化
超纯水
离子交换
电渗析
反渗透
一.

天然水中通常含有五种杂质:
1.电解质,包括带电粒子,常见的阳离子有H+、Na+、K+、NH4+、、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Al3+等；阴离子有F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-、PO43-、H2PO4-、HSiO3-等;
2.有机物质,如:有机酸、农药、烃类、醇类和酯类等;
3.颗粒物;
4.微生物;
5.溶解气体，包括：N2、O2、Cl2、H2S、CO、CO2、CH4等;
所谓水的纯化，就是要去掉这些杂质。杂质去的越彻底，水质也就越纯净。

国家标准:有饮用纯净水（GB17323）、分析实验室用水[2]（GB6682—92）和电子级水[3]（GB/T11446.1-1997）的技术指标。

二．水的纯化方法

1.蒸馏法，按蒸馏器皿可分为玻璃、石英蒸馏器，金属材质的有铜、不锈钢和白金蒸馏器等。按蒸馏次数可分为一次、二次和多次蒸馏法。此外，为了去掉一些特出的杂质，还需采取一些特殊的措施。例如预先加入一些高锰酸钾可除去易氧化物；加入少许磷酸可除去三价铁；加入少许不挥发酸可制取无氨水等。蒸馏水可以满足普通分析实验室的用水要求。由于很难排除二氧化碳的溶入。所以水的电阻率是很低的，达不到MΩ级。不能满足许多新技术的需要。

2.离子交换法，主要有两种制备方式：
A.
复床式，即按阳床—阴床—阳床—阴床—混合床的方式连接并生产去离子水；早期多采用这种方式，便于树脂再生。
B.
混床式（2-5级串联不等），混床去离子的效果好。但再生不方便。
离子交换法可以获得十几MΩ的去离子水。但有机物无法去掉，TOC和COD值往往比原水还高。这是因为树脂不好，或是树脂的预处理不彻底，树脂中所含的低聚物、单体、添加剂等没有除尽，或树脂不稳定，不断地释放出分解产物。这一切都将以TOC或COD指标的形式表现出来。例如，当自来水的COD值为2mg/L时，经过去离子处理得到的去离子水的COD值常在5-10mg/L之间。当然，在使用好树脂时会得到好结果，否则就无法制备超纯水了。   

结垢是影响锅炉寿命的主要因素，因此锅炉对水质的要求比较高。低压和中压锅炉对水质要求稍低而高压锅炉对水质要求非常高。凡能导致锅炉、给水系统及其他热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象，使离子交换树脂中毒的杂质如溶解氧、可溶性二氧化硅、铁以及余氯等都应大部分或全部除去。在锅炉水处理中，锅炉补充水的离子交换水处理是最基本和最重要的水处理方法，但离子交换树脂失效后必须加碱或加酸进行还原，要产生大量的酸碱废水，直接外排不但污染环境，而且费用高昂。

3.电渗析法，产生于1950年[4]，由于其能耗低，常作为离子交换法的前处理步骤。它在外加直流电场作用下，利用阴阳离子交换膜分别选择性的允许阴阳离子透过，使一部分离子透过离子交换膜迁移到另一部分水中去，从而使一部分水纯化，另一部分水浓缩。这就是电渗析的原理。电渗析是常用的脱盐技术之一。产出水的纯度能满足一写工业用水的需要。例如,用电阻率为1.6KΩ·cm(25°C)的原水可以获得1.03MΩ·cm(25°C)的产出水。换言之，原水的总硬度为77mg/L时产出水的总硬度则为∽10mg/L.

4.反渗透法[5]，目前它是一种应用最广的脱盐技术。反渗透膜虽在1977年就有了，但其规模化生产和广泛用于脱盐却是近几年的事情。反渗透膜能去除无机盐、有机物（分子量>500）、细菌、热源、病毒、悬浊物（粒径>0.1μm）等。产出水的电阻率能较原水的电阻率升高近10倍。反渗透膜对杂质的去除能力见表：


表.反渗透膜对杂质的去除能力


离子	去除率（%）	离子	去除率（%）	离子	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	细菌	99
Na+	75-95	HCO3-	80-95	有机物（分子量>300）	99
K+	75-93	Cl-	80-95
NH4+	70-90	SiO2	75-90

  
常用的反渗透膜有：醋酸纤维素膜，聚酰胺膜和聚砜膜等。膜的孔径为0.0001-0.001μm.反渗透的动力依赖于压力差（10-100大气压）。去除杂质的能力由膜的性能好坏和进出水比例决定。进出水的比例一般控制为10：6或10：7左右。这样杂质的去除率应在95-99.7%之间。例如，原水的电阻率为1.6 KΩ·cm(25°C)时，产出水的电阻率约为14 KΩ·cm.这样的水现在大家都管它叫纯净水，也就是市场上出售的饮用纯净水。


全文来自：纯化水与超纯水的制备原理

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