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实验室超纯水机

文章出处:菠菜评级 人气:发表时间:2020-08-01 11:55

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  实验室超纯水机是一种实验室用水净化设备,是通过过滤、反渗透、电渗析器、离子交换器、紫外灭菌等方法去除水中所有固体杂质、盐离子、细菌病毒等的水处理装置。

  实验室超纯水设备大量应用于医药,电子,化工,生物理化实验室等行业。实验室超纯水机通常能产出纯水以及超纯水两种规格的水。

  1. 具备完整的净化单元,实现以自来水为进水,纯水和超纯水为出水。产出不同标准的水,满足各种实验室的用水需求。

  2. 新型实验室超纯水机单位超纯水产水量是同类进口产品的40倍,造水成本是其他产品的五十分之一。

  3. 如果原水水质小于2000μs,硬度≦450ppm,此情况下可以保证产水水质稳定在5μs/cm以下,且原水利用率可达60%-80%

  4. 用户还可以对纯水、超纯水各自定量取水,只要设定好取水量,超纯水机就会自动产出适量的水,取水量可从10毫升到200升自由设定,量化取水精确到±2ml。

  5. 用户可通过全智能监控系统实时存储和查询数据,进而可做趋势分析。全智能监控系统支持多语言模式,多用户使用,分别记录数据。

  6. 真彩液晶触摸屏,图形人机界面,操作和信息线上查询一步到位。全系统所有监控数据实时采集,线上查阅,无需外接电脑储存,数据储存量可达一年以上。

  7.净化单元的耗材合理放置,元器件的即插即用,让系统确效验证中的校准、维护、清洗、消毒、采样更加容易进行。

  1. 预处理系统→反渗透系统→中间水箱→粗混合床→精混合床→纯水箱→纯水泵→紫外线杀菌器→抛光混床→精密过滤器→用水对象 (≥18MΩ.CM)(传统工艺)

  2. 预处理→反渗透→中间水箱→水泵→EDI装置→纯化水箱→纯水泵→紫外线μm精密过滤器→用水对象(≥18MΩ.CM)(最新工艺)

  3. 预处理→一级反渗透→加药机(PH调节)→中间水箱→第二级反渗透(正电荷反渗膜)→纯水箱→纯水泵→EDI装置→紫外线μm精密过滤器→用水对象(≥17MΩ.CM)(最新工艺)

  4. 预处理→反渗透→中间水箱→水泵→EDI装置→纯水箱→纯水泵→紫外线μm精密过滤器→用水对象(≥15MΩ.CM)(最新工艺)

  5. 预处理系统→反渗透系统→中间水箱→纯水泵→粗混合床→精混合床→紫外线杀菌器→精密过滤器→用水对象 (≥15MΩ.CM)(传统工艺)。

  了解实验室超纯水机,就必须要了解超纯水机需要去除的水中杂质。水中杂质通常分为九种。

  微粒物质。包括泥沙、铁锈、藻类、悬浮物等肉眼可见的微粒杂质,微粒物质是造成浊度、色度、气味的主要来源。

  胶体物质。胶体物质是比离子物质大而比颗粒物质小的物质。胶体是许多分子和离子的集合物。

  离子物质。包括阳离子和阴离子。离子物质通常易溶于水中,可以用离子交换或除盐等方法予以去除。

  不反应的溶解气体。是指如氮气等不与水产生化学反应,产生引入离子污染物到水中的化合物且影响水的PH值的气体。

  可反应的溶解气体。天然水中常见的溶解气体有氧气、二氧化碳,有时还有硫化氢和氨气等。这些溶解于水中的气体,大都对金属有腐蚀作用,是引起水系统金属腐蚀的重要因素。

  热源。热源又称细菌内毒素,主要用于医药用水特别是注射用水时需考量热源的含量控制。

  残留消毒剂。自来水公司为控制水中的细菌含量,会添加消毒剂来控制总细菌数。常用的消毒剂为含氯制剂,当氯加到水中会产生含氧化性极强的化合物如余氯。

  纯水的纯化水平最低,通常电导率在1~50 μS/cm之间。它可经由单一弱碱性阴离子交换树脂、反渗透或单次蒸馏制成。典型的纯水应用包括玻璃器皿的清洗和清洗机用水。

  去离子水的电导率通常在1.0~0.1 μS/cm之间(电阻率在1.0~10.0 MΩ.cm)。它通过采用含强阴离子交换树脂的混床离子交换制成,有相对较高的有机物和细菌污染水平,能满足多种需求,如清洗、配置分析标准样、制备试剂和稀释样品。

  通常实验室纯水不仅要求在离子指标上有较高纯度,而且要求低浓度有机物和微生物。典型的指标是电导率1.0 μS/cm(电阻率1.0 MΩ.cm),总有机碳(TOC) 含量小于50 ppb 以及细菌含量低于1CFU/ml。其水质可适用于多种需求,从试剂制备和溶液稀释,到为细胞培养配备营养液和微生物研究。实验室纯水可双蒸而成,或整合RO和离子交换/ EDI多种技术制成,也可以再结合吸附介质和UV灯。

  实验室超纯水在电阻率、有机物含量、颗粒和细菌含量方面接近理论上的纯度极限,通过离子交换、RO膜或蒸馏手段预纯化,再经过核子级离子交换精纯化得到超纯水。通常超纯水的电阻率可达18.2 MΩ.cm,TOC 10 ppb,滤除0.1 μm甚至更小的颗粒,细菌含量低于1 CFU/ml。超纯水适合多种精密分析实验的需求,如高效液相色谱(HPLC)、离子色谱(IC)和离子捕获-质谱(ICP-MS)。

  实验室超纯水机的工作原理是自来水经过精密滤芯和活性炭滤芯进行预处理,过滤泥沙等颗粒物和吸附异味等,让自来水变得更加干净,然后再通过反渗透装置进行水质纯化脱盐,纯化水进入储水箱储存起来,其水质可以达到国家三级水标准,同时反渗透装置产水的废水排掉。反渗透纯水通过纯化柱进行深度脱盐处理就得到一级水或者超纯水,最后如果用户有特殊要求,则在超纯水后面加上紫外杀菌或者微滤、超滤等装置,除去水中残余的细菌、微粒、热源等。精密滤芯、活性炭滤芯、反渗透膜、纯化柱都是具有相对寿命的材料,精密滤芯和活性炭滤芯实际上是对反渗透膜的保护,如果它们失效,那么反渗透膜的负荷就加重,寿命减短,如果继续开机的话,那产生的纯水水质就下降,随之就加重了纯化柱的负担,则纯化柱的寿命就会缩短。最终结果是加大了超纯水机的使用成本。

  是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水,水中的离子会与固定在树脂上的离子交换。常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之前,先将水质硬度降低的一种前处理程序。软化机里面的球状树脂,以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。离子交换树脂利用氢离子交换阳离子,而以氢氧根离子交换阴离子;以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同样的,以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子(如Cl-)。从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。

  的吸附过程是利用活性碳过滤器的孔隙大小,及有机物通过孔隙时的渗透率来达到吸附过滤的作用。吸附率和有机物的分子量及其分子大小有关,果壳类(如椰壳)颗粒状的活性碳较能有效的去除氯胺。活性碳还能去除水中的自由氯,以保护纯水系统内其他对氧化剂敏感的纯化单元。活性碳通常与其他的处理方法组合应用。在设计纯水系统时,活性碳与其他相关纯化单位的相关配置,是一项极为重要的水处理工艺。

  :微孔过滤法包括三种类型:深层过滤(depth)、筛网过滤(screen)及表面过滤(surface)。深层滤膜是以编织纤维或压缩材料制成的基质,利用随机性吸附或是捕捉方式来滞留颗粒。筛网滤膜基本上是具有一致性的结构,就像筛子一般,将大于孔径的颗粒,都滞留在表面上(这种滤膜的孔径大小是非常精确的),而表面过滤则是多层结构,当溶液通过滤膜时,较滤膜内部孔隙大的颗粒将被滞留下来,并主要堆积在滤膜表面上。由于上述三种滤膜的功能不同,因此对滤膜之间的分辨非常重要。由于深层过滤是一种较为经济的方式,可去除98%以上的悬浮固体,同时保护下游的纯化单元不会败坏或堵塞,因此通常被作为预过滤处理(沛亿实验室超纯水机预处理PP过滤即为深层过滤)。表面过滤可去除99.99%以上的悬浮固体,所以也可作为预过滤处理或澄清用。微孔薄膜(筛网滤膜)一般被置于纯化系统中的最终使用点,以去除最后残留的微量树脂碎片、碳屑、胶质颗粒和微生物。例如:0.22μm微孔滤膜,其可滤过所有的细菌,通常用于将静脉注射用的液体、血清及抗生素进行除菌用。

  反渗透是美国在二十世纪六十代研制成功的,最初用于美国宇航技术,以解决宇航员在太空循环用水问题水处理工艺,后逐渐转为民用,因其高效率、低能耗能、无污染等独特优势,已成为当前海水淡化、纯水制备等行业之首选技术,我们熟悉的瓶(桶)装纯净水几乎都是利用反渗透系统制取的。RO(Reverse Osmosis)反渗透技术是利用压力差为动力的膜分离过滤技术,其孔径小至纳米级(1纳米=10-9米),在一定的压力下,H2O分子可以通过RO膜,而原水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法透过RO膜,从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。反渗膜的工作原理图如下: 当两种不同浓度的溶液,由一个RO膜隔开时,渗透现象会自然发生。渗透压将水压过RO膜,水将浓度较高的溶液稀释,最后造成浓度平衡。在水纯化系统中,施加压力于高浓度的溶液中,以抗衡渗透压。如此迫使得纯水由高浓度的液体通过RO膜,并可加以收集。由于RO膜致密度极高,因此,产出的水流很慢,需要经过相当的时间,贮水箱内才会有足够的水量。RO膜可执行离子排除,使得只有水可通过RO膜,其余所有的离子及溶解的分子(包括盐类和糖)都被截留,并水浓水被带出反渗透膜元件。如果以原水水质及产水水质为基准,经过适当设计后,RO是将自来水纯化为纯水的最经济有效方法。RO同时也是试剂级超纯水系统最好的前处理方法。

  :是一种与膜孔径大小相关的筛分过程,以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一定的压力下,当原液流过膜表面时,超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液,而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧,成为浓缩液,因而实现对原液的的净化、分离和浓缩的目的。工作原理见下图。超滤膜是一种强韧、薄、具有选择性的通透膜,微孔物理孔径大致在0.001—0.1μm之间,可截留大部分某种特定大小以上的分子,包括:胶质、微生物和热源。较小的分子,例如:水和离子,则可通过滤膜。

  紫外线是一种肉眼看不见的光波,存在于光谱紫外线端的外侧,故称之为紫外线,依据不同的波长范围,被割分为A 、B 、C 三种波段,其中的C 波段紫外线nm 之间,为最有效的杀菌波段,波段中之波长最强点是253.7nm。 紫外线杀菌的原理一般认为是生物体内的核酸吸收了紫外光的能量而改变了自身的结构,进而破环了核酸的功能所致。当核酸吸收的能量达到致死量而紫外光的照射又能保持一定时间时,细菌便大量死亡。在UV灯制造技术方面的进步,已可制造同时产生185nm和254nm波长的紫外灯管,这种光波长组合可利用光氧化有机化合物,将超纯水中的总有机碳浓度降低至5ppb以下。

  1、控制功能:全自动触摸屏显示控制器、动画式流程图,实时显示并监控各水处理单元工艺运行状态;

  2、运行状态及参数在线显示:流量在线显示、压力在线显示、源水水质和产水水质在线监测及数字显示等,实时了解设备运行情况,方便对系统运行状态进行监控和分析;

  3、具备自动保护和报警功能:开机自检、缺水保护报警、停电自动复位、高低压自动停机保护并处理、系统实现联动,如果系统局部出现问题,系统自动停机等;

  4、反渗透主机具有RO膜防垢程序设计功能,定时循环冲洗RO膜表面,有效保护RO膜运行;

  5、所有水箱液位全自动控制:中间水箱、纯水箱、水箱之间的设备连接不仅实现联动,同时保护每台泵不至空转而损坏;

  6、产品水质在线监测与不合格水循环处理:为保证用水点水质符合要求,主机产水水质实时在线监测,并设有水质反馈装置,不合格水质循环再处理;

  7、具备自动冲洗管网功能,定期对管路进行清洗,以保持管道内部洁净,管路冲洗时,可直接排放,也可回流到制水设备主机重新利用,以节约水源。

  ●电子行业生产如单晶硅、半导体、集成电路块、IC芯片封装、显像管、玻壳、液晶显示器、印刷电路版、光学、光电、热电厂、冶金、化工、轻工、汽车制造、制药、医疗卫生等制造工业用纯水制造;

  ●医药行业的大输液、医药制剂、检验分析、血液透析、制药、制剂工艺用水制造;

  ●涂装行业如电镀、电池生产、电泳漆生产线;汽车、电器、建材产品表面清洗、涂装;玻璃、塑料表面镀膜等;

  ●化工行业用水制造如化学制药、纺织印染、精细化工、化妆品、墨盒、日化产品等;

  ●实验超纯水如工厂、大学及公司的生产实验室、化学实验室、物理实验室、中试车间、医院生化室等

  1、精密滤芯:精密滤芯又称过滤滤芯,分线绕滤芯和PP熔喷滤芯,主要过滤原水中的泥沙等大的颗粒物,其过滤精度有5微米、1微米等。新的滤芯是白色,如果时间长了表面会淤积泥沙等,呈现褐色,这就表示该滤芯不能用了,用自来水冲洗掉表面淤泥后,可以勉强继续使用1-2周,但不能长期使用。滤芯放在滤瓶里面,有的滤瓶是透明的,可以直观地观察滤芯的颜色变化,有些滤瓶是不透明的,需要将其拧开后才能观察滤芯的变化。从经验数据统计来看,精密滤芯的寿命一般在3—6月,如原水的泥沙多,则其寿命短些,泥沙等颗粒物少,则寿命稍长一点。

  2.纯化柱:纯化柱根据客户的水质需求有时也叫超纯化柱,自作用是对反渗透纯水进行深度脱盐,最终达到一级水或超纯水水平。其原理是离子交换。纯化柱的寿命由电阻率在线来表现。低于某个特定的电阻即表示纯化柱过期,比较直观。其寿命主要受客户用水量的影

  3.活性炭滤芯:活性炭滤芯主要通过吸附作用,去除水中的异味、有机物等。自来水中有余氯,对反渗透膜有很大的氧化作用,所以必须经由活性炭去除。活性炭滤芯从表面上看没有直观的变化,根据经验来看,一般在一年左右就达到饱和吸附,需要更换。

  4.反渗透膜:反渗透膜是超纯水机中十分重要的部件,其孔径非常小,所以在使用过程中常常有细菌等微观物质淤积在其表面,一般各个厂家的纯水机都有反冲洗功能,旨在洗掉污染物。用水量在10升/天以内,可以冲洗3-5次,超过10升,则多冲洗几次。如果长时间(如1个月以上)不用,需要将其取出浸泡在消毒液里,避免细菌的滋生,不过该过程比较麻烦,建议即使不用水,都经常开机用少量的水,让机器内部的水形成流通,尽量减少死水的沉积时间过长。反渗透膜的寿命在2-3年,主要由客户的用水量来决定,所以用户在选购的时候一定要选择所匹配的规格。

  5.用水:以自来水为水源的超纯水机一般都有两个出水口,分别是三级水和一级水,经反渗透出来的水是三级水,存放在水箱里,而一级水是即用即取,不存放。三级水没有通过纯化柱,一级水通过了纯化柱,一级水的成本高于三级水。所以客户在日常应用的时候,应根据水质需求分质取水,能用三级水时尽量不用一级水,避免使用成本的上升。

  总体说来,我国南方城市自来水水质较北方水质更优;长江流域城市自来水水质较黄河流域水质更优;江河水为水源的自来水较地下水为水源的自来水水质更优。一般实验室超纯水机厂家产品设计参数(流量、水质、耗材寿命等)皆以水质较优的自来水为计算依据,若用户自来水水质较差,在选型时无论是水质还是产水量皆宜加大一级选型指标值。特别是产水量,最好加倍选择,以防止耗材更换频繁,和因耗材消耗过快导致的产水水质下降。

  另外,客户给水水质较差时,需向超纯水机厂家申明,厂家技术人员可根据客户具体给水水质情况,为客户选配增强预处理(多介质过滤器、软化装置等)以改善给水水质,延长耗材使用寿命。

  分无机实验和有机实验,无机实验只需电阻大于18兆欧的水质就行,而有机实验则通常要去除水中的有机物质,所以除了电阻大于18兆欧以外,还需要总有机碳的指标。如果是生物方面的实验,在要去除水中的细菌。

  可以根据使用的仪器种类来选择超纯水机。液相用水的电阻大于18兆欧;并且要去除有机物;原子吸收、原子荧光及环境监测仪器用水大于18兆欧就行;PCR等生命科学仪器用水除了电阻大于18兆欧以外,还需除菌,除有机物,除热源。

  如果用水是合格的,也可以将该纯水的来源方式告知实验室超纯水机厂商,其技术人员会根据该情况来推荐相应的规格型号。

  以上三种原则是根据实际的应用经验得来的,可以参考,但是最准确的型号选择还是尽量提供详细的水质参数,如电阻、微量元素、细菌、总有机碳水平等。

  在选购超纯水机时一定要向厂商提供原水的水质状况,比如泥沙多,硬度高,地下水等情况,超纯水机的工艺是根据原水水质的好坏来确定的,泥沙多,要添加预处理装置,硬度高,要添加软化装置,含盐量高,要采用二级反渗透工艺等。如果选用以纯水为水源的超纯水机,则只需要提供水质需求和用水量就可以了。

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