纯水设备

一、概述

二、主要组成部分及工作原理

（一）预处理系统

1. 机械过滤器（如石英砂过滤器）
   • 结构和滤料：通常是一个装有石英砂的罐体。石英砂的粒径大小有一定范围，例如 0.5 - 2.0mm。这些石英砂颗粒堆积形成滤层，当水流通过时，利用石英砂颗粒之间的孔隙对水中的较大颗粒悬浮物，如泥沙、铁锈等进行物理拦截。
   • 工作原理：基于重力沉降和物理筛分的原理。大颗粒杂质在重力作用下沉淀在滤层表面，较小颗粒则被石英砂颗粒之间的孔隙拦截。例如，粒径大于石英砂孔隙的杂质无法通过滤层，从而使水得到初步净化。
2. 活性炭过滤器
   • 活性炭特性：内部有发达的孔隙结构，包括微孔、中孔和大孔。比表面积巨大，一般可达到 500 - 1500m2/g。活性炭的材质多样，如椰壳、煤质等，不同材质的活性炭吸附性能有所差异，椰壳活性炭常用于对吸附性能要求较高的场合。
   • 吸附原理：主要通过物理吸附，利用范德华力将水中的有机物、余氯、异味和色素等吸附在孔隙表面。同时，部分活性炭表面的官能团也会与水中杂质发生化学吸附。例如，活性炭能够吸附水中的腐殖酸、富里酸等有机物，还能将余氯还原为氯离子，有效改善水质。
3. 软化器（离子交换树脂软化）
   • 树脂结构和原理：内部含有离子交换树脂，树脂上带有可交换的离子。当含有钙、镁等硬度离子的水通过软化器时，树脂上的钠离子（如强酸性阳离子交换树脂）与水中的钙、镁离子进行交换。例如，树脂上的 2R - Na + Ca2? → (R -)?Ca + 2Na?，从而降低水的硬度。
   • 再生过程：当树脂的交换容量接近饱和时，需要进行再生。通常使用高浓度的氯化钠溶液（如 6 - 10%）进行再生，使树脂恢复交换能力。

（二）反渗透（RO）系统

1. 反渗透膜
   • 膜的结构和材质：反渗透膜是一种半透膜，具有致密的活性层和多孔支撑层。常用的材质有聚酰胺等。其孔径非常小，一般在 0.1 - 1nm 之间，能够对水中的各种杂质进行高精度的分离。
   • 工作原理：基于渗透压的原理。当在膜的一侧施加高于渗透压的压力时，水会从高浓度一侧（含有各种杂质的进水侧）透过膜向低浓度一侧（纯水侧）流动，而水中的大部分盐类、有机物、微生物等杂质则被截留。例如，在正常工作状态下，进水压力一般在 1 - 10MPa 之间，通过反渗透膜可以去除 95% - 99% 以上的盐分。

（三）后处理系统

1. 紫外线消毒器
   • 紫外线杀菌原理：利用紫外线（主要是 254nm 波长的紫外线）照射水中的微生物。紫外线能够破坏微生物的 DNA 结构，使其失去繁殖和生存能力。例如，当微生物细胞吸收了足够的紫外线能量后，DNA 链中的胸腺嘧啶会形成二聚体，导致微生物无法正常复制和代谢。
   • 设备结构和应用场景：通常由紫外线灯管、石英套管和不锈钢外壳等组成。在纯水制备过程中，紫外线消毒器主要用于杀灭水中残留的细菌、病毒等微生物，确保出水的微生物指标符合要求，如在制药行业的注射用水制备中起到关键作用。
2. 超滤（UF）系统（部分设备有）
   • 超滤膜特点：超滤膜的孔径比反渗透膜大，一般在 0.001 - 0.1μm 之间。它可以去除水中的大分子有机物、胶体、细菌等杂质。
   • 工作方式和作用：在压力驱动下，水和小分子物质可以通过超滤膜，而大分子杂质则被截留。例如，在一些对水中胶体和大分子有机物较为敏感的应用场景中，超滤系统可以作为反渗透系统的前置保护或者后处理补充，进一步提高水质。

三、纯水设备的应用领域

（一）电子工业

1. 半导体制造：在半导体芯片制造过程中，需要大量的超纯水。例如，在芯片的光刻、蚀刻等工艺环节中，水中的任何杂质都可能导致芯片短路、性能下降等问题。纯水设备制备的超纯水可以满足芯片制造对水中颗粒（要求小于 0.1μm 的颗粒浓度极低）、有机物（总有机碳含量小于 10μg/L）、无机盐（电阻率大于 18MΩ?cm）等的严格要求。
2. 电子元器件生产：如电容器、电路板等的生产，对水质也有较高要求。纯水用于清洗电子元器件，以去除表面的杂质和污染物，确保产品质量和性能。

（二）制药行业

1. 药品生产：在原料药的提取、精制以及制剂的生产过程中，需要使用高纯度的水。例如，在注射剂的生产中，使用的注射用水必须符合严格的质量标准，如中国药典规定注射用水的细菌内毒素含量应小于 0.25EU/mL，总有机碳含量应低于 0.5mg/L。纯水设备制备的纯水经过进一步处理（如蒸馏等）可满足注射用水的要求。
2. 药物研发和实验室分析：在药物研发的实验过程中，如药物的化学合成、药理实验等，需要使用纯度极高的水作为溶剂或试剂的配制用水。纯水设备可以为实验室提供符合实验要求的纯水，保证实验结果的准确性。

（三）化工行业

1. 精细化工生产：在生产高附加值的精细化工产品，如电子化学品、催化剂等过程中，需要使用纯水来确保产品的纯度和质量。例如，在电子化学品的生产中，水中的杂质可能会与化学品发生化学反应，影响产品性能，纯水设备可以有效去除这些杂质。
2. 化工原料精制：对化工原料进行精制时，纯水可用于洗涤、溶解等操作，去除原料中的杂质，提高原料质量。

（四）其他领域

1. 食品饮料行业：在饮料生产（如矿泉水、纯净水、果汁饮料等）中，纯水设备用于制备高品质的饮用水。在食品加工过程中，如罐头食品、速冻食品等的生产，纯水用于清洗、烹饪等环节，以保证食品的安全和质量。
2. 医疗行业（除制药外）：在医院的医疗设备清洗（如胃镜、血液透析设备等）、消毒以及实验室检测等方面，纯水设备制备的纯水发挥着重要作用，确保医疗过程的安全和卫生。