实验室高纯水设备核心组成与工作原理

来源：西安瑞泉水处理厂 | 发布时间：2025/6/3 15:20:04

• 作用：去除原水中的大颗粒杂质、悬浮物、胶体、余氯及部分有机物，降低后续处理模块的负荷。

• 常见组件：

• PP 滤芯（聚丙烯熔喷滤芯）：过滤精度通常为 1-5 微米，截留泥沙、铁锈等机械杂质。

• 活性炭滤芯：采用颗粒活性炭（GAC）或压缩活性炭（CTO），吸附余氯、异色、异味及部分有机物。

• 软化树脂罐（可选）：通过离子交换去除钙、镁离子，降低水的硬度，防止反渗透膜结垢。

• 精密过滤器：过滤精度 0.1-1 微米，进一步截留微小颗粒，保护后续反渗透膜。

• 作用：去除水中 95% 以上的溶解盐类、有机物、细菌、病毒等污染物，是高纯水制备的核心环节。

• 关键组件：

• 反渗透膜：采用半透性复合膜（如芳香族聚酰胺膜），孔径约 0.0001 微米，仅允许水分子通过，截留其他离子和大分子。

• 高压泵：为反渗透膜提供足够的操作压力（通常 10-15bar），推动水分子透过膜。

• 浓水排放系统：排出截留的高浓度污染物，维持膜性能。

• 作用：进一步提升水质，满足不同实验对高纯水的特定需求（如电阻率、微生物指标等）。

• 常见组件：

• 离子交换树脂柱（混床）：通过阴、阳离子交换树脂去除残留的微量离子，使电阻率达到 18.2MΩ・cm 以上（理论纯水值）。

• 超滤（UF）模块：过滤精度 0.01-0.1 微米，去除细菌、内毒素、胶体及大分子有机物，适用于生物医学领域。

• 紫外线（UV）杀菌器：利用 254nm 紫外线破坏微生物 DNA 结构，降低总有机碳（TOC）含量，同时阻止细菌繁殖。

• 终端过滤器：通常为 0.22 微米滤膜，防止管路系统中的微粒或微生物污染，保证出水水质。

• 控制系统：集成 PLC 或微电脑控制器，自动监控水质参数（如电阻率、压力、流量等），控制泵、阀门的启停及再生程序。

• 管路系统：采用食品级不锈钢（如 316L）或 PVDF 材质，内壁光滑、耐腐蚀，减少二次污染风险，部分设备配备循环管路以维持水质稳定。

• 原水（如自来水）首先经过 PP 滤芯，截留大颗粒杂质；

• 流经活性炭滤芯时，利用活性炭的多孔结构吸附余氯和有机物；

• 若原水硬度较高，软化树脂通过离子交换（如 Na⁺置换 Ca²⁺、Mg²⁺）降低硬度；

• 最后通过精密过滤器，确保进入反渗透膜的水质浊度＜1NTU。

• 高压泵将预处理后的水加压至反渗透膜的工作压力，水分子透过膜进入产水侧，而无机盐、有机物、细菌等被截留并随浓水排出；

• 反渗透膜的脱盐率通常＞99%，可有效去除 NaCl、CaSO₄等溶解性盐类，同时降低 TOC 和微生物负荷。

• 离子交换：反渗透产水进入混床树脂柱，阴树脂（如 R-OH⁻）去除阴离子（如 Cl⁻、SO₄²⁻），阳树脂（如 R-H⁺）去除阳离子（如 Na⁺、Ca²⁺），最终生成超纯水；

• 超滤 / 紫外线杀菌：针对生物类实验需求，超滤膜去除细菌和热源，紫外线进一步杀灭微生物并分解有机物；

• 终端过滤：在用水点前设置 0.22 微米滤膜，确保出水达到无菌或超低微粒标准。

• 控制系统实时监测产水的电阻率、TOC 等指标，当水质不达标时自动启动再生或冲洗程序；

• 部分设备配备循环管路，通过持续流动减少微生物在管路内的滋生，确保随时取用的水质稳定可靠。

• 定期更换滤芯：PP 滤芯和活性炭滤芯通常 3-6 个月更换，避免污染物堆积影响过滤效果；

• 膜元件清洗：反渗透膜每隔 3-12 个月需化学清洗（如酸洗、碱洗），去除膜表面的污染物（如钙垢、生物膜）；

• 树脂再生与更换：混床树脂失效后需再生或更换，确保离子交换效率；

• 微生物控制：定期对管路和储水罐进行消毒（如巴氏灭菌或臭氧杀菌），防止生物膜形成。