基本介紹
- 中文名：實驗室超純水機
- 原水利用率：60%-80%
- 套用領域：醫藥，電子，化工
- 類型：實驗室用水淨化設備
特點,設備工藝,水中的雜質,常規等級,用水標準,工作原理,水質純化,功能介紹,適用範圍,注意事項,選購注意,
特點
1. 具備完整的淨化單元，實現以自來水為進水，純水和超純水為出水。產出不同標準的水，滿足各種實驗室的用水需求。
2. 新型實驗室超純水機單位超純水產水量是同類進口產品的40倍，造水成本是其他產品的五十分之一。
3. 如果原水水質小於2000μs，硬度≦450ppm，此情況下可以保證產水水質穩定在5μs/cm以下，且原水利用率可達60%-80%
4. 用戶還可以對純水、超純水各自定量取水，只要設定好取水量，超純水機就會自動產出適量的水，取水量可從10毫升到200升自由設定，量化取水精確到±2ml。
5. 用戶可通過全智慧型監控系統實時存儲和查詢數據，進而可做趨勢分析。全智慧型監控系統支持多語言模式，多用戶使用，分別記錄數據。
6. 真彩液晶觸控螢幕，圖形人機界面，操作和信息線上查詢一步到位。全系統所有監控數據實時採集，線上查閱，無需外接電腦儲存，數據儲存量可達一年以上。
7.淨化單元的耗材合理放置，元器件的即插即用，讓系統確效驗證中的校準、維護、清洗、消毒、採樣更加容易進行。
實驗室純水機設備工藝
1. 預處理系統→反滲透系統→中間水箱→粗混合床→精混合床→純水箱→純水泵→紫外線殺菌器→拋光混床→精密過濾器→用水對象 （≥18MΩ.CM）(傳統工藝)
2. 預處理→反滲透→中間水箱→水泵→EDI裝置→純化水箱→純水泵→紫外線殺菌器→拋光混床→0.2或0.5μm精密過濾器→用水對象（≥18MΩ.CM）(最新工藝)
3. 預處理→一級反滲透→加藥機（PH調節）→中間水箱→第二級反滲透（正電荷反滲膜）→純水箱→純水泵→EDI裝置→紫外線殺菌器→0.2或0.5μm精密過濾器→用水對象（≥17MΩ.CM）(最新工藝)
4. 預處理→反滲透→中間水箱→水泵→EDI裝置→純水箱→純水泵→紫外線殺菌器→0.2或0.5μm精密過濾器→用水對象（≥15MΩ.CM）(最新工藝)
5. 預處理系統→反滲透系統→中間水箱→純水泵→粗混合床→精混合床→紫外線殺菌器→精密過濾器→用水對象 （≥15MΩ.CM）(傳統工藝)。
超純水機
超純水機水中的雜質
了解實驗室超純水機，就必須要了解超純水機需要去除的水中雜質。水中雜質通常分為九種。
- 微粒物質。包括泥沙、鐵鏽、藻類、懸浮物等肉眼可見的微粒雜質，微粒物質是造成濁度、色度、氣味的主要來源。
- 膠體物質。膠體物質是比離子物質大而比顆粒物質小的物質。膠體是許多分子和離子的集合物。
- 離子物質。包括陽離子和陰離子。離子物質通常易溶於水中，可以用離子交換或除鹽等方法予以去除。
- 不反應的溶解氣體。是指如氮氣等不與水產生化學反應，產生引入離子污染物到水中的化合物且影響水的PH值的氣體。
- 可反應的溶解氣體。天然水中常見的溶解氣體有氧氣、二氧化碳，有時還有硫化氫和氨氣等。這些溶解於水中的氣體，大都對金屬有腐蝕作用，是引起水系統金屬腐蝕的重要因素。
- 微生物。主要指水中的細菌含量。
- 熱源。熱源又稱細菌內毒素，主要用於醫藥用水特別是注射用水時需考量熱源的含量控制。
- 有機物。水中的有機物主要是腐殖酸、生活污水和工業廢水的污染物。
- 殘留消毒劑。自來水公司為控制水中的細菌含量，會添加消毒劑來控制總細菌數。常用的消毒劑為含氯製劑，當氯加到水中會產生含氧化性極強的化合物如余氯。
常規等級
(1)純水
純水的純化水平最低，通常電導率在1~50 μS/cm之間。它可經由單一弱鹼性陰離子交換樹脂、反滲透或單次蒸餾製成。典型的純水套用包括玻璃器皿的清洗和清洗機用水。
(2)去離子水
去離子水的電導率通常在1.0~0.1 μS/cm之間(電阻率在1.0~10.0 MΩ.cm)。它通過採用含強陰離子交換樹脂的混床離子交換製成，有相對較高的有機物和細菌污染水平，能滿足多種需求，如清洗、配置分析標準樣、製備試劑和稀釋樣品。
(3)實驗室純水
通常實驗室純水不僅要求在離子指標上有較高純度，而且要求低濃度有機物和微生物。典型的指標是電導率<1.0 μS/cm(電阻率>1.0 MΩ.cm)，總有機碳(TOC) 含量小於50 ppb 以及細菌含量低於1CFU/ml。其水質可適用於多種需求，從試劑製備和溶液稀釋，到為細胞培養配備營養液和微生物研究。實驗室純水可雙蒸而成，或整合RO和離子交換/ EDI多種技術製成，也可以再結合吸附介質和UV燈。
(4)實驗室超純水
實驗室超純水在電阻率、有機物含量、顆粒和細菌含量方面接近理論上的純度極限，通過離子交換、RO膜或蒸餾手段預純化，再經過核子級離子交換精純化得到超純水。通常超純水的電阻率可達18.2 MΩ.cm，TOC <10 ppb，濾除0.1 μm甚至更小的顆粒，細菌含量低於1 CFU/ml。超純水適合多種精密分析實驗的需求，如高效液相色譜(HPLC)、離子色譜(IC)和離子捕獲-質譜(ICP-MS)。
用水標準
中國國家實驗室用水標準GB6682-92
工作原理
實驗室超純水機的工作原理是自來水經過精密濾芯和活性炭濾芯進行預處理，過濾泥沙等顆粒物和吸附異味等，讓自來水變得更加乾淨，然後再通過反滲透裝置進行水質純化脫鹽，純化水進入儲水箱儲存起來，其水質可以達到國家三級水標準，同時反滲透裝置產水的廢水排掉。反滲透純水通過純化柱進行深度脫鹽處理就得到一級水或者超純水，最後如果用戶有特殊要求，則在超純水後面加上紫外殺菌或者微濾、超濾等裝置，除去水中殘餘的細菌、微粒、熱源等。精密濾芯、活性炭濾芯、反滲透膜、純化柱都是具有相對壽命的材料，精密濾芯和活性炭濾芯實際上是對反滲透膜的保護，如果它們失效，那么反滲透膜的負荷就加重，壽命減短，如果繼續開機的話，那產生的純水水質就下降，隨之就加重了純化柱的負擔，則純化柱的壽命就會縮短。最終結果是加大了超純水機的使用成本。
水質純化
（1）離子交換:是以圓球形樹脂(離子交換樹脂)過濾原水，水中的離子會與固定在樹脂上的離子交換。常見的兩種離子交換方法分別是硬水軟化和去離子法。硬水軟化主要是用在反滲透(RO)處理之前，先將水質硬度降低的一種前處理程式。軟化機裡面的球狀樹脂，以兩個鈉離子交換一個鈣離子或鎂離子的方式來軟化水質。離子交換樹脂利用氫離子交換陽離子，而以氫氧根離子交換陰離子;以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯製成的陽離子交換樹脂會以氫離子交換碰到的各種陽離子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同樣的，以包含季銨鹽的苯乙烯製成的陰離子交換樹脂會以氫氧根離子交換碰到的各種陰離子(如Cl-)。從陽離子交換樹脂釋出的氫離子與從陰離子交換樹脂釋出的氫氧根離子相結合後生成純水。
（2）活性炭吸附:活性炭的吸附過程是利用活性碳過濾器的孔隙大小，及有機物通過孔隙時的滲透率來達到吸附過濾的作用。吸附率和有機物的分子量及其分子大小有關，果殼類(如椰殼)顆粒狀的活性碳較能有效的去除氯胺。活性碳還能去除水中的自由氯，以保護純水系統內其他對氧化劑敏感的純化單元。活性碳通常與其他的處理方法組合套用。在設計純水系統時，活性碳與其他相關純化單位的相關配置，是一項極為重要的水處理工藝。
（3）微孔過濾：微孔過濾法包括三種類型：深層過濾(depth)、篩網過濾(screen)及表面過濾(surface)。深層濾膜是以編織纖維或壓縮材料製成的基質，利用隨機性吸附或是捕捉方式來滯留顆粒。篩網濾膜基本上是具有一致性的結構，就像篩子一般，將大於孔徑的顆粒，都滯留在表面上(這種濾膜的孔徑大小是非常精確的)，而表面過濾則是多層結構，當溶液通過濾膜時，較濾膜內部孔隙大的顆粒將被滯留下來，並主要堆積在濾膜表面上。由於上述三種濾膜的功能不同，因此對濾膜之間的分辨非常重要。由於深層過濾是一種較為經濟的方式，可去除98%以上的懸浮固體，同時保護下游的純化單元不會敗壞或堵塞，因此通常被作為預過濾處理(沛億實驗室超純水機預處理PP過濾即為深層過濾)。表面過濾可去除99.99%以上的懸浮固體，所以也可作為預過濾處理或澄清用。微孔薄膜(篩網濾膜)一般被置於純化系統中的最終使用點，以去除最後殘留的微量樹脂碎片、碳屑、膠質顆粒和微生物。例如：0.22μm微孔濾膜，其可濾過所有的細菌，通常用於將靜脈注射用的液體、血清及抗生素進行除菌用。
(4)反滲透除鹽：反滲透是美國在二十世紀六十代研製成功的，最初用於美國宇航技術，以解決太空人在太空循環用水問題水處理工藝，後逐漸轉為民用，因其高效率、低能耗能、無污染等獨特優勢，已成為當前海水淡化、純水製備等行業之首選技術，我們熟悉的瓶(桶)裝純淨水幾乎都是利用反滲透系統製取的。RO(Reverse Osmosis)反滲透技術是利用壓力差為動力的膜分離過濾技術，其孔徑小至納米級(1納米=10-9米)，在一定的壓力下，H2O分子可以通過RO膜，而原水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質無法透過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區分開來。反滲膜的工作原理圖如下： 當兩種不同濃度的溶液，由一個RO膜隔開時，滲透現象會自然發生。滲透壓將水壓過RO膜，水將濃度較高的溶液稀釋，最後造成濃度平衡。在水純化系統中，施加壓力於高濃度的溶液中，以抗衡滲透壓。如此迫使得純水由高濃度的液體通過RO膜，並可加以收集。由於RO膜緻密度極高，因此，產出的水流很慢，需要經過相當的時間，貯水箱內才會有足夠的水量。RO膜可執行離子排除，使得只有水可通過RO膜，其餘所有的離子及溶解的分子(包括鹽類和糖)都被截留，並水濃水被帶出反滲透膜元件。如果以原水水質及產水水質為基準，經過適當設計後，RO是將自來水純化為純水的最經濟有效方法。RO同時也是試劑級超純水系統最好的前處理方法。
(5)超濾：是一種與膜孔徑大小相關的篩分過程，以膜兩側的壓力差為驅動力，以超濾膜為過濾介質，在一定的壓力下，當原液流過膜表面時，超濾膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質通過而成為透過液，而原液中體積大於膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的進液側，成為濃縮液，因而實現對原液的的淨化、分離和濃縮的目的。工作原理見下圖。超濾膜是一種強韌、薄、具有選擇性的通透膜，微孔物理孔徑大致在0.001—0.1μm之間，可截留大部分某種特定大小以上的分子，包括：膠質、微生物和熱源。較小的分子，例如：水和離子，則可通過濾膜。
(6)紫外消解降TOC：紫外線是一種肉眼看不見的光波，存在於光譜紫外線端的外側，故稱之為紫外線，依據不同的波長範圍，被割分為A 、B 、C 三種波段，其中的C 波段紫外線波長在240 - 260nm 之間，為最有效的殺菌波段，波段中之波長最強點是253.7nm。 紫外線殺菌的原理一般認為是生物體內的核酸吸收了紫外光的能量而改變了自身的結構，進而破環了核酸的功能所致。當核酸吸收的能量達到致死量而紫外光的照射又能保持一定時間時，細菌便大量死亡。在UV燈製造技術方面的進步，已可製造同時產生185nm和254nm波長的紫外燈管，這種光波長組合可利用光氧化有機化合物，將超純水中的總有機碳濃度降低至5ppb以下。
功能介紹
1、控制功能：全自動觸控螢幕顯示控制器、動畫式流程圖，實時顯示並監控各水處理單元工藝運行狀態;
2、運行狀態及參數線上顯示：流量線上顯示、壓力線上顯示、源水水質和產水水質線上監測及數字顯示等，實時了解設備運行情況，方便對系統運行狀態進行監控和分析;
3、具備自動保護和報警功能：開機自檢、缺水保護報警、停電自動復位、高低壓自動停機保護並處理、系統實現聯動，如果系統局部出現問題，系統自動停機等;
4、反滲透主機具有RO膜防垢程式設計功能，定時循環沖洗RO膜表面，有效保護RO膜運行;
5、所有水箱液位全自動控制：中間水箱、純水箱、水箱之間的設備連線不僅實現聯動，同時保護每台泵不至空轉而損壞;
6、產品水質線上監測與不合格水循環處理：為保證用水點水質符合要求，主機產水水質實時線上監測，並設有水質反饋裝置，不合格水質循環再處理;
7、具備自動沖洗管網功能，定期對管路進行清洗，以保持管道內部潔淨，管路沖洗時，可直接排放，也可回流到制水設備主機重新利用，以節約水源。
適用範圍
●電子行業生產如單晶矽、半導體、積體電路塊、IC晶片封裝、顯像管、玻殼、液晶顯示器、印刷電路版、光學、光電、熱電廠、冶金、化工、輕工、汽車製造、製藥、醫療衛生等製造工業用純水製造;
●醫藥行業的大輸液、醫藥製劑、檢驗分析、血液透析、製藥、製劑工藝用水製造;
●塗裝行業如電鍍、電池生產、電泳漆生產線;汽車、電器、建材產品表面清洗、塗裝;玻璃、塑膠表面鍍膜等;
●化工行業用水製造如化學製藥、紡織印染、精細化工、化妝品、墨盒、日化產品等;
●實驗超純水如工廠、大學及公司的生產實驗室、化學實驗室、物理實驗室、中試車間、醫院生化室等
注意事項
實驗室超純水機使用注意事項：
1、精密濾芯：精密濾芯又稱過濾濾芯，分線繞濾芯和PP熔噴濾芯，主要過濾原水中的泥沙等大的顆粒物，其過濾精度有5微米、1微米等。新的濾芯是白色，如果時間長了表面會淤積泥沙等，呈現褐色，這就表示該濾芯不能用了，用自來水沖洗掉表面淤泥後，可以勉強繼續使用1-2周，但不能長期使用。濾芯放在濾瓶裡面，有的濾瓶是透明的，可以直觀地觀察濾芯的顏色變化，有些濾瓶是不透明的，需要將其擰開後才能觀察濾芯的變化。從經驗數據統計來看，精密濾芯的壽命一般在3—6月，如原水的泥沙多，則其壽命短些，泥沙等顆粒物少，則壽命稍長一點。
2.純化柱：純化柱根據客戶的水質需求有時也叫超純化柱，自作用是對反滲透純水進行深度脫鹽，最終達到一級水或超純水水平。其原理是離子交換。純化柱的壽命由電阻率線上來表現。低於某個特定的電阻即表示純化柱過期，比較直觀。其壽命主要受客戶用水量的影
3.活性炭濾芯：活性炭濾芯主要通過吸附作用，去除水中的異味、有機物等。自來水中有餘氯，對反滲透膜有很大的氧化作用，所以必須經由活性炭去除。活性炭濾芯從表面上看沒有直觀的變化，根據經驗來看，一般在一年左右就達到飽和吸附，需要更換。
4.反滲透膜：反滲透膜是超純水機中十分重要的部件，其孔徑非常小，所以在使用過程中常常有細菌等微觀物質淤積在其表面，一般各個廠家的純水機都有反衝洗功能，旨在洗掉污染物。用水量在10升/天以內，可以沖洗3-5次，超過10升，則多衝洗幾次。如果長時間(如1個月以上)不用，需要將其取出浸泡在消毒液里，避免細菌的滋生，不過該過程比較麻煩，建議即使不用水，都經常開機用少量的水，讓機器內部的水形成流通，儘量減少死水的沉積時間過長。反滲透膜的壽命在2-3年，主要由客戶的用水量來決定，所以用戶在選購的時候一定要選擇所匹配的規格。
5.用水：以自來水為水源的超純水機一般都有兩個出水口，分別是三級水和一級水，經反滲透出來的水是三級水，存放在水箱裡，而一級水是即用即取，不存放。三級水沒有通過純化柱，一級水通過了純化柱，一級水的成本高於三級水。所以客戶在日常套用的時候，應根據水質需求分質取水，能用三級水時儘量不用一級水，避免使用成本的上升。
總體說來，我國南方城市自來水水質較北方水質更優;長江流域城市自來水水質較黃河流域水質更優;江河水為水源的自來水較地下水為水源的自來水水質更優。一般實驗室超純水機廠家產品設計參數(流量、水質、耗材壽命等)皆以水質較優的自來水為計算依據，若用戶自來水水質較差，在選型時無論是水質還是產水量皆宜加大一級選型指標值。特別是產水量，最好加倍選擇，以防止耗材更換頻繁，和因耗材消耗過快導致的產水水質下降。
另外，客戶給水水質較差時，需向超純水機廠家申明，廠家技術人員可根據客戶具體給水水質情況，為客戶選配增強預處理(多介質過濾器、軟化裝置等)以改善給水水質，延長耗材使用壽命。
選購注意
1、原水水質
2、用水量
3、實驗內容
分無機實驗和有機實驗，無機實驗只需電阻大於18兆歐的水質就行，而有機實驗則通常要去除水中的有機物質，所以除了電阻大於18兆歐以外，還需要總有機碳的指標。如果是生物方面的實驗，在要去除水中的細菌。
儀器種類
可以根據使用的儀器種類來選擇超純水機。液相用水的電阻大於18兆歐;並且要去除有機物;原子吸收、原子螢光及環境監測儀器用水大於18兆歐就行;PCR等生命科學儀器用水除了電阻大於18兆歐以外，還需除菌，除有機物，除熱源。
4、用水來源
如果用水是合格的，也可以將該純水的來源方式告知實驗室超純水機廠商，其技術人員會根據該情況來推薦相應的規格型號。
以上三種原則是根據實際的套用經驗得來的，可以參考，但是最準確的型號選擇還是儘量提供詳細的水質參數，如電阻、微量元素、細菌、總有機碳水平等。
5、原水水質
在選購超純水機時一定要向廠商提供原水的水質狀況，比如泥沙多，硬度高，地下水等情況，超純水機的工藝是根據原水水質的好壞來確定的，泥沙多，要添加預處理裝置，硬度高，要添加軟化裝置，含鹽量高，要採用二級反滲透工藝等。如果選用以純水為水源的超純水機，則只需要提供水質需求和用水量就可以了。
