不同預(yù)處理方法對超純水設(shè)備效果的影響

    超純水設(shè)備系統(tǒng)有三個部分組成：初始純化系統(tǒng)、儲存容器和精制系統(tǒng)。通過這一系列的純化技術(shù)結(jié)合，做到每一個步驟優(yōu)化，從而有針對性的去除不通類型的雜志，包括我們平時不常見的特殊物質(zhì)。

    初始純化系統(tǒng)可以將井水或自來水純化。在此環(huán)節(jié)，可以使用去去離子技術(shù)、蒸餾技術(shù)或者反滲透技術(shù)。蒸餾可以雖然可以有效去除很多類型的雜質(zhì)，但能耗太大且生產(chǎn)速度慢，需要在使用前長時間的貯存，這就難以保證水質(zhì)了。去離子技術(shù)看似一個簡單和成本低的方法，但是水質(zhì)不穩(wěn)定，當去離子樹脂飽和時會發(fā)生波動。該技術(shù)主要用于去除離子，而對其他污染物，例如有 機物及微小顆粒，則效率較低。這兩種水純化技術(shù)提供的水，經(jīng)過進一步的精制去除殘留的痕量污染物以后，能滿足許多應(yīng)用。

    但是初始純化技術(shù)不過硬，不僅會使精制步驟中出現(xiàn)水質(zhì)量問題，而且會縮短超純水器的使用壽命。本研究主要顯示了不同的預(yù)處理方法對制備超純水質(zhì)量的影響。逐個分析了純化組件對污染物不同的作用。

    自來水給水通過兩種不同的預(yù)處理系統(tǒng)處理后,由某超純水設(shè)備系統(tǒng)進行精制：

①系統(tǒng)由通過去離子柱純化的水供水（5升體積的混床去離子樹脂）。當與水處理系統(tǒng)出水的電阻率低于1MΩ•cm.時，用再生樹脂更換去離子柱填料。

②系統(tǒng)由供水，結(jié)合反滲透技術(shù)和EDI連續(xù)電流去離子技術(shù)，同時預(yù)處理水儲存在一個60升體積的儲備容器中。

1.方法

    流速調(diào)到1.5升/分鐘。每天可以供水60升，每個系統(tǒng)都通過一個A-100PSETOC監(jiān)測器（Anatel®）測量水的電阻率和TOC（總有 機碳）。供水的TOC也同時被監(jiān)控。

    EDI純水設(shè)備的電阻率跟預(yù)期的一樣，起初高達18MΩ•cm。然而，在處理了500升水之后，可以看到電阻率顯著下降。在這種情況下，即便用再生離子樹脂更換了去離子柱，較高的電阻率值依然不能恢復(fù)，只能恢復(fù)到約15MΩ•cm。

    這表明：去離子法的水質(zhì)會由于去離子樹脂的再生處理而劇烈波動。另一方面，結(jié)合了反滲透技術(shù)和連續(xù)電流去離子技術(shù)的系統(tǒng)，能持續(xù)產(chǎn)生15MΩ•cm電阻率的水。由于其流速較低，這些水在向精制系統(tǒng)供水之前，須儲存在一個容器中。這會引起儲存水電阻率的降低，主要是由于二氧化碳的作用。

    雖然兩種水純化生產(chǎn)線在離子純化方面都獲得很好的結(jié)果，但是在TOC質(zhì)量上還是存在顯著差異。首 先，當通過去離子樹脂純化時，供水TOC存在很大的變化。去離子純水TOC不穩(wěn)定，在100～550ppb之間波動，當裝上新的再生樹脂時，會高達640ppb。另一方面，RO（反滲透技術(shù)）/EDI（連續(xù)電流去離子技術(shù)）結(jié)合的Elix系統(tǒng)，產(chǎn)生的純水TOC大多數(shù)低于50ppb，即使在容器中儲存過夜，仍穩(wěn)定在50ppb以下。顯然后者為終端精制系統(tǒng)供水比去離子柱量更加穩(wěn)定。終端產(chǎn)水的TOC也因此而顯著不同。終端精制系統(tǒng)A和B產(chǎn)生的超純水TOC變化。在整個實驗過程中，系統(tǒng)A的TOC始終高于系統(tǒng)B。去離子水作入水的系統(tǒng)A，產(chǎn)水TOC高，并在50～150ppb之間波動。由Elix供水的B系統(tǒng)，TOC恒定在10ppb左右。TOC高是由于機器停機，出水口處存水過夜積累了有 機物污染物造成的。一旦超純水開始供應(yīng)，就能持續(xù)獲得良好恒定質(zhì)量的（18.2MΩ•cm,，TOC<10ppb）。這清楚的顯示出使用由反滲透和電去離子化結(jié)合的Elix系統(tǒng)進行預(yù)處理的優(yōu)勢。

2.實驗

    本實驗中，兩個超純水設(shè)備系統(tǒng)使用兩種不同的預(yù)處理技術(shù)供水，分別是反滲透技術(shù)和去離子技術(shù)。當電阻率下降（去離子預(yù)處理系統(tǒng)處理500升水之后）或處理了2000升水后（對于RO給水系統(tǒng)）要更換精制器。此時使用S-510掃描電子顯微鏡（Hitachi）觀察純化裝置的離子交換樹脂表面和超純水系統(tǒng)的終端膜過濾器表面。樣品進行徹底的干燥并用金粉濺射處理，以便進行SEM（掃描電子顯微鏡）分析。

3.結(jié)果和討論

    下列陰離子交換樹脂表面的SEM圖像：a）新樹脂，b）處理了2000升RO水的樹脂，c)處理了500升去離子水的樹脂。由RO給水的樹脂表面的微觀結(jié)構(gòu)和新樹脂類似，但去離子水供水的樹脂結(jié)構(gòu)很不容易觀察，表面被污垢和微粒覆蓋。

    這種現(xiàn)象是離子交換過程和樹脂表面吸附機理共同作用的結(jié)果。雖然其中有些帶電物質(zhì)可能通過離子交換作用擴散進入樹脂的深處，但這受限于該物質(zhì)顆粒的大小、分子質(zhì)量和性。這些表面污垢會阻塞離子運輸通道，減小離子交換速度，從而引起水質(zhì)下降，降低電阻率。在污垢的影響下，即使能夠保證供水離子濃度低，樹脂也會在離子交換能力沒有耗盡的情況下失去作用。在陽離子交換樹脂表面沒有觀察到這種包被物。這表明污染物帶負電，例如在天 然水源中常見的有 機物或膠質(zhì)物2。

    終端過濾器的膜表面。在圖像很好的識別，在過濾器上除了觀察到幾個微小顆粒外，沒有觀察到其他任何東西。在去離子供水系統(tǒng)圖像中，膜表面被物質(zhì)塞滿。干燥后在膜表面清晰的看到有一個破裂的包被層。這顯示是有 機物或膠質(zhì)物，通過去離子純化技術(shù)不能有效的將其去除，而且可能將下游水純化系統(tǒng)的過濾器阻塞。這可能引發(fā)壓力下降，限制終端產(chǎn)水的流速，而且會滋生細菌和生物薄膜。

4.結(jié)論

    綜述，要想強化超純水的制備，須結(jié)合一系列技術(shù)。以電阻率為指標監(jiān)測超純水離子含量非常有效，但其他如有 機物這樣的污染物并不適合用電阻率進行監(jiān)測。這些污染物同樣會顯著地影響實驗成功和可靠性。通過比較不同預(yù)處理手段的供水對超純水設(shè)備系統(tǒng)效能的影響，可以很容易的確證這種作用。

    無論是去離子水還是反滲透和連續(xù)電流去離子技術(shù)聯(lián)用供水，都能讓終端系統(tǒng)產(chǎn)生高電阻率的水，但兩者的終端產(chǎn)水TOC水平顯著不同。在去離子設(shè)備中，由于樹脂再生使用，產(chǎn)水的有 機污染物水平變化很大。由于這種預(yù)處理手段去除有 機物效果較差，會引起終端精制系統(tǒng)中陰離子樹脂被有 機污染物包被，導(dǎo)致介質(zhì)過早耗盡，并使終端過濾器堵塞。實驗室用超純水設(shè)備系統(tǒng)，強烈建議配RO/EDI作為供水系統(tǒng)，這要優(yōu)于DI。這將減少供給水中的TOC變化，并確保恒定的離子濃度和有 機物濃度。為了檢查獲得的超純水是否適用于所有實驗室使用，在使用時監(jiān)測水的TOC水平與電阻率同等重要。

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