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摘 要：超純水是導電離子、膠體、有機物等全部被去除的水，其產(chǎn)水電阻率大于18 MΩ·cm（25 ℃）。超純水系統(tǒng)一般采用預處理技術、反滲透技術、電除鹽技術和后級處理等，同時，配有紫外燈、TOC裝置等輔助處理。

關鍵詞：超純水；SDI；濁度；活性炭裝置

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.10.116

1 制備超純水的流程

制備超純水的流程是：自來水→預處理系統(tǒng)→多級高壓反滲透系統(tǒng)→EDI電除鹽系統(tǒng)→TOC裝置→拋光混床系統(tǒng)→用水點。在制備過程中，水泵作為動力源，各級儲水箱要確保系統(tǒng)水泵能夠安全、穩(wěn)定運行。個別部位增加不同處理等級的過濾器，能夠保證產(chǎn)水的品質。同時，在過濾器運行的過程中，添加各種藥劑可以調節(jié)水的pH值，降低水中余氯，減緩RO膜的結垢速度等。冬季，在北方一些氣溫較低的地區(qū)，會在預處理系統(tǒng)進口處增加換熱器，使自來水的水溫滿足設備產(chǎn)水工藝的要求。此外，在超純水箱中，用氮氣隔絕水與外界的介質是非常重要的，它能確保制備的超純水不被空氣二次污染。

2 預處理系統(tǒng)的重要性

2.1 RO膜的進水要求

在制備超純水的過程中，RO系統(tǒng)是最關鍵的。RO系統(tǒng)的正常運行能保證整個純水設備的運行安全和產(chǎn)水水質。在制備超純水的過程中，RO系統(tǒng)對進水有一定的要求，具體有以下幾點：①淤泥密度指數(shù)（SDI值）<4.0；②濁度（NTU）<1.0 100 T/h；③有機物含量（COD）<1.5 mg/L；④余氯含量<0.1 mg/L（實際控制在0 mg/L）；⑤當溶氧>5 mg/L時，鐵含量<0.05 mg/L；⑥濃水中SiO2<100 mg/L；⑦LSI，pHb-pHs<0；⑧Sr、Ba等易形成難溶鹽的離子，Ipb<0.8 Ksp。

2.2 預處理系統(tǒng)的作用

進入反滲透系統(tǒng)之前，要利用預處理系統(tǒng)清除水中的余氯、大顆粒懸浮物和絮狀膠體雜質、有機物、氧化物、有機物、重金屬，以降低COD值、SDI值。另外，水中的鈣、鎂、鋇、硫酸鹽、硅酸鹽和碳酸鹽等離子可以通過添加阻垢劑與以上離子結合后形成大分子微粒，然后在反滲透裝置中以濃水形式排放。

2.2.1 系統(tǒng)運行異常對RO膜的影響

由預處理的相關內容可知，在進入RO膜之前，絕大多數(shù)高分子有害物質會通過預處理系統(tǒng)被清除。假如預處理系統(tǒng)有缺陷，反滲透進水指標很多項都不達標，則會導致反滲透膜元件受到不可逆的物化損傷，從而大大縮短反滲透膜元件的使用壽命。影響反滲透膜元件使用壽命的因素有以下幾個：①RO反滲透膜結垢；②RO反滲透膜被金屬氧化物污染；③懸浮物污堵RO反滲透膜；④膠體、有機物和微生物被污染，導致出水COD升高。

2.2.2 系統(tǒng)異常對反滲透超純水系統(tǒng)的影響

當預處理系統(tǒng)運行異常時，會影響整個反滲透超純水系統(tǒng)的運行，具體表現(xiàn)在以下3方面：①降低反滲透超純水系統(tǒng)的產(chǎn)水量和產(chǎn)水質量；②增加反滲透設備運行的水能耗和電能耗；③增加水處理的運行成本，包括阻垢劑及其他水處理藥劑等。

3 超濾系統(tǒng)與活性炭系統(tǒng)的工作原理

以半導體電子行業(yè)為例，本文簡要介紹了預處理系統(tǒng)的工作原理。在實際生產(chǎn)過程中，常見的預處理系統(tǒng)有超濾系統(tǒng)和活性炭系統(tǒng)。超濾系統(tǒng)是由盤式過濾器和超濾裝置組成的；活性炭系統(tǒng)是由多介質過濾器和活性炭過濾器組成的。

3.1 超濾系統(tǒng)的工作原理

盤片式過濾器的工作原理是，通過壓緊的塑料盤片實現(xiàn)表面過濾和深層過濾。它主要是用來清除水中的泥沙等大顆粒物質。超濾是一種加壓膜分離技術，即在一定的壓力下，使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特制薄膜，大分子溶質（分子量為10 000～30 000）則不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質被部分純化。超濾系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

3.2 活性炭系統(tǒng)工作原理

多介質過濾器是利用一種或幾種過濾介質，在一定的壓力下，使?jié)岫容^高的水通過一定厚度的粒狀或非粒過濾材料有效去除懸浮雜質，使水澄清。常用的濾料有石英砂、無煙煤和錳砂等，它們主要用于水處理除濁，軟化水、純水的前級預處理等，SDI值可達3以下。用多介質過濾器過濾出來的水再進入活性炭過濾器后，因為活性炭過濾器中裝有以石英砂為基床，活性炭為濾材的濾料，濾材活性炭通過其自身的空隙在范德華力的作用下，可以去除水中的余氯、有機物和懸浮物等雜質。

4 超濾裝置和活性炭裝置的利弊

在使用裝置的過程中，這兩類預處理系統(tǒng)各有利弊。

4.1 超濾系統(tǒng)

4.1.1 優(yōu)點

超濾系統(tǒng)的優(yōu)點是：①濃縮倍數(shù)高，產(chǎn)品回收率可達90%以上；②出水水質的澄清度和水質較好；③超濾系統(tǒng)作為反滲透預處理設備，應用它，可以大大減少反滲透方面的投資，延長RO膜的使用壽命（壽命在3年以上）；④系統(tǒng)自動化程度高，結構簡單，運行維護成本少，可在線反洗和藥洗；⑤占地面積小。

4.1.2 缺點

超濾系統(tǒng)的缺點是：①由于超濾膜的微孔徑在0.002～0.1 um之間，而水中的膠體體積≥0.1 um，乳膠體積≥0.5 um，菌類體積≥0.2 um，顆粒體積≥5 um，過濾范圍廣，因此，在系統(tǒng)運行的過程中，有些部件很容易被堵塞，影響出水流量和膜的使用壽命；②前期投資較大，一般相同產(chǎn)水量的超濾系統(tǒng)價格是多介質加活性炭系統(tǒng)之和的2～3倍；③超濾系統(tǒng)對進水壓力的要求較為嚴格；④不能長時間停機，如果長期停機，必須用藥劑封存膜。

4.2 活性炭系統(tǒng)

4.2.1 優(yōu)點

活性炭系統(tǒng)的優(yōu)點是：①前期投資??；②出水量穩(wěn)定，對系統(tǒng)進水壓力的要求少。

4.2.2 缺點

活性炭系統(tǒng)的缺點是：①占地面積大。②在系統(tǒng)運行的過程中，由于活性炭、無煙煤參與物化反應，導致自然消耗加重，吸附失效，使產(chǎn)水水質變差，進而影響反滲透系統(tǒng)。③活性炭過濾器反洗周期不易控制，而且時間比較短。活性炭成為粉末隨水流出，嚴重污染了水質和下一級設備。如果反洗周期長，則活性炭過濾器易形成高壓差，引發(fā)系統(tǒng)運行風險，影響出水量。④系統(tǒng)后期運行維護成本高，工作量大，濾料的使用壽命短（每年需更換一次）。

5 總結

在系統(tǒng)運行的過程中，各超純水使用企業(yè)要根據(jù)自己的實際生產(chǎn)需求分析所選預處理系統(tǒng)的利弊，以找到適合本企業(yè)的系統(tǒng)配置。在選擇系統(tǒng)時，切不可求大、求全、求新，要盡量將產(chǎn)品質量與企業(yè)實際情況相結合。

參考文獻

[1]呂宏德.水處理工程技術[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

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〔編輯：白潔〕