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            技術(shù)支持

            純化水和超純水的制備原理

            來(lái)源:純水設備??????2023-11-21 10:34:53??????點(diǎn)擊:

            純水設備http://www.viscms.com】水的純化和超純水制備介紹。介紹了各種純化某些新近的進(jìn)展。包括蒸餾法、離子交換法、電滲析法和反滲透法等

            天然水中通常含有五種雜質(zhì):

            1、電解質(zhì),包括帶電粒子,常見(jiàn)的陽(yáng)離子有H+、Na+、K+、NH4+、、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Al3+等;陰離子有F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-、PO43-、H2PO4-、HSiO3-;

            2、有機物質(zhì),:有機酸、農藥、烴類(lèi)、醇類(lèi)和酯類(lèi)等;

            3、顆粒物;

            4、微生物;

            5、溶解氣體,包括:N2、O2、Cl2、H2S、CO、CO2、CH4;

            所謂水的純化,就是要去掉這些雜質(zhì)。雜質(zhì)去的越徹底,水質(zhì)也就越純凈。

            國家標準:有飲用純凈水(GB17323)、分析實(shí)驗室用水[2]GB668292)和電子級水[3]GB/T11446.1-1997)的技術(shù)指標。

            二、水的純化方法

            1、蒸餾法,按蒸餾器皿可分為玻璃、石英蒸餾器,金屬材質(zhì)的有銅、不銹鋼和白金蒸餾器等。按蒸餾次數可分為一次、二次和多次蒸餾法。此外,為了去掉一些特出的雜質(zhì),還需采取一些特殊的措施。例如預先加入一些高錳酸鉀可除去易氧化物;加入少許磷酸可除去三價(jià)鐵;加入少許不揮發(fā)酸可制取無(wú)氨水等。蒸餾水可以滿(mǎn)足普通分析實(shí)驗室的用水要求。由于很難排除二氧化碳的溶入。所以水的電阻率是很低的,達不到MΩ級。不能滿(mǎn)足許多新技術(shù)的需要。

            2、離子交換法,主要有兩種制備方式:

            A.復床式,即按陽(yáng)床—陰床—陽(yáng)床—陰床—混合床的方式連接并生產(chǎn)去離子水;早期多采用這種方式,便于樹(shù)脂再生。

            B.混床式(2-5級串聯(lián)不等),混床去離子的效果好。但再生不方便。

            離子交換法可以獲得十幾MΩ的去離子水。但有機物無(wú)法去掉,TOCCOD值往往比原水還高。這是因為樹(shù)脂不好,或是樹(shù)脂的預處理不徹底,樹(shù)脂中所含的低聚物、單體、添加劑等沒(méi)有除盡,或樹(shù)脂不穩定,不斷地釋放出分解產(chǎn)物。這一切都將以TOCCOD指標的形式表現出來(lái)。例如,當自來(lái)水的COD值為2mg/L時(shí),經(jīng)過(guò)去離子處理得到的去離子水的COD值常在5-10mg/L之間。當然,在使用好樹(shù)脂時(shí)會(huì )得到好結果,否則就無(wú)法制備超純水了。

            結垢是影響鍋爐壽命的主要因素,因此鍋爐對水質(zhì)的要求比較高。低壓和中壓鍋爐對水質(zhì)要求稍低而高壓鍋爐對水質(zhì)要求非常高。凡能導致鍋爐、給水系統及其他熱力設備腐蝕、結垢及引起汽水共騰現象,使離子交換樹(shù)脂中毒的雜質(zhì)如溶解氧、可溶性二氧化硅、鐵以及余氯等都應大部分或全部除去。在鍋爐水處理中,鍋爐補充水的離子交換水處理是最基本和最重要的水處理方法,但離子交換樹(shù)脂失效后必須加堿或加酸進(jìn)行還原,要產(chǎn)生大量的酸堿廢水,直接外排不但污染環(huán)境,而且費用高昂。

            3、電滲析法,產(chǎn)生于1950[4],由于其能耗低,常作為離子交換法的前處理步驟。它在外加直流電場(chǎng)作用下,利用陰陽(yáng)離子交換膜分別選擇性的允許陰陽(yáng)離子透過(guò),使一部分離子透過(guò)離子交換膜遷移到另一部分水中去,從而使一部分水純化,另一部分水濃縮。這就是電滲析的原理。電滲析是常用的脫鹽技術(shù)之一。產(chǎn)出水的純度能滿(mǎn)足一寫(xiě)工業(yè)用水的需要。例如,用電阻率為1.6KΩ·cm(25°C)的原水可以獲得1.03MΩ·cm(25°C)的產(chǎn)出水。換言之,原水的總硬度為77mg/L時(shí)產(chǎn)出水的總硬度則為∽10mg/L.

            4、反滲透法[5],目前它是一種使用最廣的脫鹽技術(shù)。反滲透膜雖在1977年就有了,但其規?;a(chǎn)和廣泛用于脫鹽卻是近幾年的事情。反滲透膜能去除無(wú)機鹽、有機物(分子量>500)、細菌、熱源、病毒、懸濁物(粒徑>0.1μm)等。產(chǎn)出水的電阻率能較原水的電阻率升高近10倍。反滲透膜對雜質(zhì)的去除能力見(jiàn)表:

            常用的反滲透膜有:醋酸纖維素膜,聚酰胺膜和聚砜膜等。膜的孔徑為0.0001-0.001μm.反滲透的動(dòng)力依賴(lài)于壓力差(10-100大氣壓)。去除雜質(zhì)的能力由膜的性能好壞和進(jìn)出水比例決定。進(jìn)出水的比例一般控制為106107左右。這樣雜質(zhì)的去除率應在95-99.7%之間。例如,原水的電阻率為1.6 KΩ·cm(25°C)時(shí),產(chǎn)出水的電阻率約為14 KΩ·cm.這樣的水現在大家都管它叫純凈水,也就是市場(chǎng)上出售的飲用純凈水。

            三、制備超純水的方法

            傳統的純水方法不能制備出超純水,化學(xué)意義上純水(液態(tài)的H`O)的理論電導率為18.3ΜΩ·cm.人們生產(chǎn)的純水是達不道理論值的,但18ΜΩ·cm似乎是可以達到的,對于這種水,有的稱(chēng)為高純水有的稱(chēng)為超純水,目前還沒(méi)有系統的定義。也沒(méi)有劃分等級界限,從商業(yè)觀(guān)點(diǎn)看叫超純水似乎比高純水更好聽(tīng)一些。筆者以為還是看電導率指標更準確一些。

            現在制備超純水的方法是將各種純化水的新技術(shù)科學(xué)地結合起來(lái),不僅能生產(chǎn)超純水。而且變得非常容易。自來(lái)水進(jìn)去超純水出來(lái),非常方便。而且使用壽命也越來(lái)越長(cháng)。

            超純水器制備超純水的原理和步驟大體如下:

            1、原水:可用自來(lái)水或普通蒸餾水或普通去離子水作原水。

            2、機械過(guò)濾:通過(guò)砂芯濾板和纖維柱濾除機械雜質(zhì),如鐵銹和其他懸浮物等。

            3、活性炭過(guò)濾:活性炭是廣譜吸附劑,可吸附氣體成分,如水中的余氯等;吸附細菌和某些過(guò)渡金屬等。氯氣能損害反滲透膜,因此應力求除盡。

            4、反滲透膜過(guò)濾:可濾除95%以上的電解質(zhì)和大分子化合物,包括膠體微粒和病毒等。由于絕大多數離子的去除,使離子交換柱的使用壽命大大延長(cháng)。

            5、紫外線(xiàn)消解:借助于短波(180nm-254nm)紫外線(xiàn)照射分解水中的不易被活性炭吸附的小有機化合物,如甲醇、乙醇等,使其轉變成CO2和水,以降低TOC的指標。

            6、離子交換單元:已知混合離子交換床是除去水中離子的決定性手段。借助于多級混床獲得超純水也并不困難。但水的TOC指標主要來(lái)自樹(shù)脂床。因此,高質(zhì)量的離子交換樹(shù)脂就成為成敗的關(guān)鍵。所謂高質(zhì)量的樹(shù)脂,就是化學(xué)穩定性特別好,不分解,不含低聚物、單體和添加劑等的樹(shù)脂。所謂“核工業(yè)級樹(shù)脂”大概就屬于這一類(lèi)樹(shù)脂。對樹(shù)脂的要求是質(zhì)量越高越好??上鴥群苌儆腥嗽谶@方面下工夫。滿(mǎn)足于生產(chǎn)大路貨。

            7、0.2μm濾膜過(guò)濾,以除去水中的顆粒物到每毫升1個(gè)(小于0.2μm的).經(jīng)過(guò)上述各步驟處理后生產(chǎn)出來(lái)的水就是超純水了。應能滿(mǎn)足各種儀器分析,高純分析,痕量分析等的要求,接近或達到電子級水的要求。

            四、特殊的純水:

            1、火力發(fā)電廠(chǎng)需要無(wú)硅的純水,而硅在水中常常以水合二氧化硅(SiO2·H2O)的形式存在,屬于非離子態(tài),很難去掉。但是,水合二氧化硅也有微小的電離度,借助于加長(cháng)離子交換床的長(cháng)度,或在混合離子交換床中反復循環(huán),仍然可以獲得無(wú)硅的超純水。用玻璃或石英蒸餾器是無(wú)法獲得無(wú)硅水的,因為容器含硅。

            2、沒(méi)有熱源(即內毒素)的純水,注射針劑用水要求沒(méi)有熱源。以免引起過(guò)敏反應。目前除去熱源的最好的方法還是蒸餾法。也有除熱源的吸附柱子。

            3、無(wú)氨的純水,制取方法有二,其一蒸餾法,在水中預先加入不揮發(fā)酸,可以固定銨鹽在原水中。其二是將純水再過(guò)一次陽(yáng)離子交換床過(guò)濾。需要說(shuō)明的是,陰離子交換樹(shù)脂有分解產(chǎn)生微量氨的可能,用混床去氨是不合適的。

            4、無(wú)鐵的水,已知鐵是無(wú)處不在的,FeCl3的反對沸點(diǎn)僅為315℃,因此,很難用蒸餾法出去鐵離子。如在原水中加入1滴磷酸則可達到此目的。當然,有了超純水器也就不用這樣除鐵了。

            五、從純水的電導率估算水中離子的濃度水平:

            超純水的離子濃度極低,許多分析方法的靈敏度達不到。一般用戶(hù)更是缺乏特殊的檢測手段。有人[6]做過(guò)這方面的計算,可供參考:

            例如:電阻率為15MΩ的水,其鈉,氯和硫酸根離子的總濃度為5.4μg/L,這樣的雜質(zhì)水平,應能滿(mǎn)足各種痕量分析和高純分析的要求.不必心存疑慮.在這種情況下也不要去測pH,因為即使全部離子都是H+,也無(wú)法改變1個(gè)pH單位.不要庸人自擾。除非是電導儀或pH計出了毛病,才會(huì )有異常數據出現。正如在實(shí)驗室用水的國家標準(GB6682-92)中指出的,對一、二級水不主張測量pH一樣,超純水就更難準確測量了。

            六、使用

            (一)、中央空調水處理

            中央空調水處理

            隨著(zhù)賓館、高檔寫(xiě)字樓的不斷涌現,中央空調循環(huán)水處理問(wèn)題日益迫水切。有些大樓由于物業(yè)管理人員對中央空調循環(huán)水系統的維護缺乏經(jīng)驗,空調使用幾年后出現水垢,嚴重影響正常的供冷供熱。更有甚者,出現循環(huán)管道爛穿的事故,不得不敲掉裝潢管道,更換管路,造成巨大的經(jīng)濟損失。

            近年來(lái)一些大樓也已意識到中央空調水處理的重要性,并采取了水處理措施。這些措施大多參照工業(yè)循環(huán)冷卻水處理的方法,但中央空調冷媒水、熱媒水系統的管道象蜘蛛網(wǎng)一樣布滿(mǎn)整幢大樓,其管路的復雜程度遠非一般的循環(huán)冷卻水可比,存在很多的滯流區域和死角,

            一個(gè)合理的水處理措施應該考慮到整個(gè)系統的各個(gè)方面。包括中央空調循環(huán)水系統的腐蝕及控制、中央空調循環(huán)水系統的結垢及控制、中央空調系統中的微生物及其控制、鍋爐水處理及化學(xué)清洗等多項內容。

            (二)、工業(yè)循環(huán)水處理

            工業(yè)循環(huán)水處理

            冷卻水循環(huán)后易帶來(lái)什么問(wèn)題?

            腐蝕:冷卻水在循環(huán)使用中,水在冷卻塔內和空氣充分接觸,使水中的溶解氧得到補充,所以循環(huán)水中溶解氧總是飽和的,水中溶解氧是造成金屬電化學(xué)腐蝕的主要原因,這是冷卻水循環(huán)后易帶來(lái)的問(wèn)題之一。

            結垢:水在冷卻塔中蒸發(fā),使循環(huán)水中含鹽量逐漸增加,加上水中二氧化碳在塔中分析逸散,使水中碳酸鈣在傳熱面上結垢析出的傾向增加,這是問(wèn)題之二。

            粘泥垢:冷卻水和空氣接觸,吸收了空氣中大量的灰塵、泥沙、微生物及其孢子,使系統的污泥增加。冷卻塔內的光照、適宜的溫度、充足的氧和養分都有利于細菌和藻類(lèi)的生長(cháng),從而使系統粘泥增加,在換熱器內沉積下來(lái),造成了粘泥的危害,這是水循環(huán)使用后易帶來(lái)的問(wèn)題之三。

            冷卻水的循環(huán)使用對換熱器帶來(lái)的腐蝕、結垢和粘泥問(wèn)題要比使用直流水嚴重一些或嚴重得多。因此,循環(huán)冷卻水如果不加以處理,則以上問(wèn)題的發(fā)生將使換熱設備的水流阻力加大,水泵的電耗增加,傳熱效率降低,并使生產(chǎn)工藝條件處于不正常狀況?,F代的一些工廠(chǎng),為了提高傳熱效率的需要,換熱器的管壁很薄,并且嚴格控制污垢的厚度,換熱器一旦發(fā)生腐蝕或結垢,尤其是局部腐蝕的發(fā)生,將使換熱系統必須綜合解決腐蝕、結垢和粘泥(微生物)三個(gè)問(wèn)題。

            冷卻水的化學(xué)處理是用加入化學(xué)藥品的方法來(lái)防止循環(huán)冷卻水系統腐蝕、結垢和粘泥等問(wèn)題的產(chǎn)生。常用的處理藥劑有緩蝕劑、阻垢劑和殺生劑等。

            (三)、游泳池水處理技術(shù)游泳池水處理設備

            近幾年來(lái),游泳池、水上樂(lè )園象雨后春筍般涌現,其中許多游泳池已跳開(kāi)古板的傳統模式,摹仿國外的先進(jìn)經(jīng)驗,設計更新穎,融健身性、娛樂(lè )性于一體,更具吸引力及生命力。但這種照搬國外的設計模式忽略了中國人口眾多的特點(diǎn),許多按這種設計理念設計的游泳池一到夏季高溫季節,池水會(huì )“發(fā)白”甚至“發(fā)綠”,使游泳者望而卻步。上海萬(wàn)森水處理有限公司憑著(zhù)多年從事游泳池水處理的經(jīng)驗,消化、吸收國外的先進(jìn)技術(shù),又結合國內游泳人數、游泳習慣等實(shí)際情況,設計出性能卓越的游泳池、水上樂(lè )園、水景等水質(zhì)凈化系統。

            預過(guò)濾裝置

            預過(guò)濾俗稱(chēng)毛發(fā)過(guò)濾,其目的是去除水中的毛發(fā)、纖維等較大的雜物, 這些雜物如果不去除,會(huì )纏繞在循環(huán)水泵葉輪上, 使水泵運轉負荷增大,嚴重者還會(huì )使水泵電機燒毀。對一些小的循環(huán)水系統,我們采用原裝進(jìn)口的帶毛發(fā)過(guò)濾器的循環(huán)水泵,其中毛發(fā)過(guò)濾器頂蓋透明,以便觀(guān)察里面的碎屑,并且頂蓋還可很方便地拆下,能在短時(shí)間內清理濾網(wǎng)并能使水泵很快重新投入使用。一個(gè)好的毛發(fā)過(guò)濾器須有足夠大的過(guò)濾面積和足夠小的濾網(wǎng)孔徑,水量損失又要盡量小。萬(wàn)森科技人員利用流體力學(xué)原理設計出專(zhuān)用于大型游泳池、水上樂(lè )園循環(huán)水過(guò)濾的毛發(fā)過(guò)濾器。不銹鋼濾網(wǎng)能耐大流量的沖擊,獨特的弧線(xiàn)造型使過(guò)濾效果和水頭損失達到最佳的結合??煅b式頂蓋和抽插式濾網(wǎng)能快捷地清理截留的碎屑。

            過(guò)濾裝置 濾速高、過(guò)濾效果好采用國外過(guò)濾器先進(jìn)的布水裝置、集水裝置,使得整個(gè)過(guò)濾面上濾速均勻一致,在保證過(guò)濾效果的基礎上最大限度地提高了有效的過(guò)濾速度。同時(shí),按科學(xué)的濾料級配原則,用多種精制濾料組成多層濾層,使過(guò)濾效果更佳、濾床更深,當進(jìn)

            水水質(zhì)突然惡化時(shí),還能保證出水水質(zhì)純凈,避免了進(jìn)口過(guò)濾器淺層濾料適應水質(zhì)變化差的缺點(diǎn)。

            (四)、噴水池水處理技術(shù)

            噴水池設備

            噴泉作為動(dòng)態(tài)的藝術(shù)水景,以其獨特多變的生動(dòng)造型而在建筑設計中被日益廣泛采用。它不僅能美化環(huán)裝飾庭院廣場(chǎng)襯托藝術(shù)效果和氛圍,更具有濕潤和凈化空氣、使日趨惡化的城市環(huán)境得到巧妙改善的作用。但是目前許多噴水池設計者在設計過(guò)程中由于缺乏對噴水池池水水質(zhì)凈化的考慮,而造成日后許多噴水池因池水變質(zhì),不但不能起到美化環(huán)境的作用,反而令人生厭,給人帶來(lái)無(wú)盡的煩惱。我公司憑著(zhù)多年從事水處理的經(jīng)驗,將凈化水裝置作為必不可少的一部分設計在噴水池中,使噴泉這道景觀(guān)得到更完美地體現。

            量身定做式的設計

            設計人員在設計噴水池時(shí)決不生搬現有的成型模式,而是根據噴水池所在地周?chē)沫h(huán)境“量身定做”。我們不但考慮到周?chē)ㄖ?、綠化、雕塑的特色而且還考慮了周?chē)用竦奈幕瘜哟魏吐殬I(yè)特點(diǎn),甚至連空氣中的含塵量、噴水池周?chē)脑胍粢渤闪宋覀冊O計時(shí)考慮的因素,使我們設計的噴水池和周?chē)h(huán)境相得益彰,在整個(gè)群體中起“畫(huà)龍點(diǎn)睛”的藝術(shù)效果。

            (五)、鍋爐水水處理

            鍋爐水處理的目的

            一種合格的鍋爐水處理劑必須有效地起到阻垢和緩蝕兩作用。阻垢主要是指對鍋爐本體的阻垢,而緩蝕的對象包括鍋爐本體以及蒸汽所通過(guò)的管道,熱交換器和凝結水管道。

            Ca2+、Mg2+是主要的成垢離子,目前市場(chǎng)上所使用的鍋爐大都配有離子交換器來(lái)去除它們。但水中其它的一些溶解性鹽類(lèi)由于鍋水的濃縮蒸發(fā),濃度不斷增大,仍有超出其溶解度而結垢的可能。特別是在煙管等高溫部位,由于水的急烈汽化,很可能引起某些鹽類(lèi)因局部濃度過(guò)高而結晶析出。這就是許多使用軟化水的鍋爐仍結垢的原因。雖然這種現象可通過(guò)增加排污量得到緩解,但這一方面浪費大量的能源,另一方面由于排污量的增大使得鍋水堿度下降,常常低于國家標準的下限,加快了腐蝕的速度。所以,對鍋水采取適當的阻垢措施是十分必要的。水中的溶解氧是造成鍋爐腐蝕的主要因素。由于鍋內溫度高溶解氧和鐵反應的速度很快。對于無(wú)除氧器的鍋爐,采用化學(xué)除氧的措施是必不可少的,對于有除氧器的鍋爐,由于目前的除氧器除氧不能徹底,特別是一些非連續運行的鍋爐,在每天剛開(kāi)爐時(shí),熱力除氧器幾乎起不到作用,所以采取化學(xué)除氧作為一種補救方式也是必要的。

            造成鍋爐腐蝕的另一主要因子是Fe3+?,F在的寫(xiě)字樓、賓館等大都采用密閉式的加熱系統,冷凝水回用可占鍋爐補給水的80%左右,如果蒸汽管道,冷凝水管道,熱交換器等部位無(wú)必要的緩蝕措施,管道表面的鐵就溶解進(jìn)入凝結水中,由于Fe3+具有較強的氧化性,可以大大加快鍋爐腐蝕的速度。鍋爐補給水中的CO2氣體進(jìn)入鍋爐后由于受熱從水中逸出,隨蒸汽一同進(jìn)入熱交換器,又重新溶解于冷凝水中,使水呈酸性。在酸性條件下鐵的腐蝕大大的加快,大量鐵溶入凝結水中,有時(shí)不得不把凝結水排掉,由于凝結水溫度較高,這勢必造成能源的大量浪費。純水設備,工業(yè)純水設備蘇州水處理設備,醫用GMP純化水設備 ,醫用水處理設備。

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