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制備超純水是通過(guò)一系列純化技術(shù)的結合實(shí)現的。純化過(guò)程中的每一步驟都力求***優(yōu)化，以便（有針對性的）去除不同類(lèi)型的雜質(zhì)，甚至包括非常不常見(jiàn)的特殊物質(zhì)。

超純水設備系統有3個(gè)單元：初始純化系統、儲存容器和***后的精制系統。初始純化系統可以將井水或自來(lái)水純化。在此環(huán)節，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(lèi)型的雜質(zhì)，但能耗太大且生產(chǎn)速度慢，需要在使用前長(cháng)時(shí)間的貯存，這***難以******水質(zhì)了。去離子技術(shù)看似一個(gè)***簡(jiǎn)單和成本******的方法，但是水質(zhì)不穩定，當去離子樹(shù)脂飽和時(shí)會(huì )發(fā)生波動(dòng)。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(guò)進(jìn)一步的精制去除殘留的痕量污染物以后，能滿(mǎn)足許多應用。

但是初始純化技術(shù)不過(guò)硬，不僅會(huì )使***后精制步驟中出現水質(zhì)量問(wèn)題，而且會(huì )縮短超純水器的使用壽命。本研究主要顯示了不同的預處理方法對制備超純水質(zhì)量的影響。逐個(gè)分析了純化組件對污染物不同的作用。

自來(lái)水給水通過(guò)兩種不同的預處理系統（如圖1所示）處理后,由某超純水設備系統進(jìn)行精制：

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

②系統由供水，結合反滲透技術(shù)和EDI連續電流去離子技術(shù)，同時(shí)預處理水儲存在一個(gè)60升體積的儲備容器中。

1.方法

流速調到1.5升/分鐘。每天可以供水60升，每個(gè)系統都通過(guò)一個(gè)A-100PSETOC監測器（Anatel?）測量水的電阻率和TOC（總有機碳）。供水的TOC也同時(shí)被監控。取水點(diǎn)在圖1中標出。

如圖2中顯示的結果，EDI水的電阻率跟預期的一樣，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(zhù)下降。在這種情況下，即便用再生離子樹(shù)脂更換了去離子柱，較高的電阻率值依然不能恢復，只能***多恢復到約15MΩ?cm。

這表明：去離子法的水質(zhì)會(huì )由于去離子樹(shù)脂的再生處理而劇烈波動(dòng)。另一方面，結合了反滲透技術(shù)和連續電流去離子技術(shù)的系統，能持續產(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供水之前，必須儲存在一個(gè)容器中。這會(huì )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(xiàn)在離子純化方面都獲得很好的結果，但是在TOC質(zhì)量上還是存在顯著(zhù)差異。首先，當通過(guò)去離子樹(shù)脂純化時(shí)，供水TOC存在很大的變化。如圖3所示，去離子純水TOC不穩定，在100～550ppb之間波動(dòng)，當裝上新的再生樹(shù)脂時(shí)，會(huì )高達640ppb。另一方面，RO（反滲透技術(shù)）/EDI（連續電流去離子技術(shù)）結合的Elix系統，產(chǎn)生的純水TOC大多數低于50ppb，即使在容器中儲存過(guò)夜，仍穩定在50ppb以下。顯然后者為終端精制系統供水比去離子柱量更加穩定。終端產(chǎn)水的TOC也因此而顯著(zhù)不同。圖4顯示了終端精制系統A和B產(chǎn)生的超純水TOC變化。在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中，系統A的TOC始終高于系統B。去離子水作入水的系統A，產(chǎn)水TOC高，并在50～150ppb之間波動(dòng)。由Elix供水的B系統，TOC恒定在10ppb左右。***初的TOC高是由于機器停機，出水口處存水過(guò)夜積累了有機物污染物造成的。一旦超純水開(kāi)始供應，***能持續獲得良好恒定質(zhì)量的（18.2MΩ?cm,，TOC<10ppb）。這清楚的顯示出使用由反滲透和電極去離子化結合的Elix系統進(jìn)行預處理的優(yōu)勢。

2.實(shí)驗

本實(shí)驗中，兩個(gè)超純水設備系統使用兩種不同的預處理技術(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（去離子預處理系統處理500升水之后）或處理了2000升水后（對于RO給水系統）要更換精制器。此時(shí)使用S-510掃描電子顯微鏡（Hitachi）觀(guān)察純化裝置的離子交換樹(shù)脂表面和超純水系統的終端膜過(guò)濾器表面。樣品進(jìn)行******的干燥并用金粉濺射處理，以便進(jìn)行SEM（掃描電子顯微鏡）分析。

3.結果和討論

圖5是下列陰離子交換樹(shù)脂表面的SEM圖像：a）新樹(shù)脂，b）處理了2000升RO水的樹(shù)脂，c)處理了500升去離子水的樹(shù)脂。由RO給水的樹(shù)脂表面的微觀(guān)結構和新樹(shù)脂類(lèi)似，但去離子水供水的樹(shù)脂結構很不容易觀(guān)察，表面******被污垢和微粒覆蓋。

這種現象是離子交換過(guò)程和樹(shù)脂表面吸附機理共同作用的結果。雖然其中有些帶電物質(zhì)可能通過(guò)離子交換作用擴散進(jìn)入樹(shù)脂的深處，但這受限于該物質(zhì)顆粒的大小、分子質(zhì)量和極性。這些表面污垢會(huì )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******供水離子濃度極低，樹(shù)脂也會(huì )在離子交換能力沒(méi)有耗盡的情況下失去作用。在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂表面沒(méi)有觀(guān)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(jiàn)的有機物或膠質(zhì)物2。

圖6顯示的是終端過(guò)濾器的膜表面。在圖像很好的識別，在過(guò)濾器上除了觀(guān)察到幾個(gè)微小顆粒外，沒(méi)有觀(guān)察到其他任何東西。在圖6b去離子供水系統圖像中，膜表面******被物質(zhì)塞滿(mǎn)。干燥后在膜表面清晰的看到有一個(gè)破裂的包被層。這顯示是有機物或膠質(zhì)物，通過(guò)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的***后過(guò)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(huì )滋生細菌和生物薄膜。

4.結論

綜述，要想強化超純水的制備，必須結合一系列技術(shù)。以電阻率為指標監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(jìn)行監測。這些污染物同樣會(huì )顯著(zhù)地影響實(shí)驗成功和******性。通過(guò)比較不同預處理手段的供水對超純水設備系統效能的影響，可以很容易的確證這種作用。

無(wú)論是去離子水還是反滲透和連續電流去離子技術(shù)聯(lián)用供水，都能讓終端系統產(chǎn)生高電阻率的水，但兩者的終端產(chǎn)水TOC水平顯著(zhù)不同。在去離子設備中，由于樹(shù)脂再生使用，產(chǎn)水的有機污染物水平變化很大。由于這種預處理手段去除有機物效果較差，會(huì )引起終端精制系統中陰離子樹(shù)脂被有機污染物包被，導致介質(zhì)過(guò)早耗盡，并使終端過(guò)濾器堵塞。實(shí)驗室用超純水設備系統，強烈建議配RO/EDI作為供水系統，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(shí)驗室使用，在使用時(shí)監測水的TOC水平與電阻率同等重要。