实验室集中纯水系统的特点

一、模块化设计,自动化程度高

根据实验室的特有特点,实验室中央纯水系统应具有节约占地面积、维护简便,并且纯水制备和分配系统应具有高度的自动化程度,以实现尽量少操作或免操作正常运行。

集中纯水系统设计中,采用模块化设计,不仅占地面积小、易于安装和维护,并且可以在实验室用水要求改变时通过升级系统来满足对水质要求的提升,或增加纯水制备模块来满足对用水量要求的增加。

在整体纯水系统中,纯水制备模块在提供完备的中央控制功能和纯化过程中的各项参数检测的同时,还应能够控制标准配件和循环分配系统中的设备。

1、纯化主机的控制功能应包括:

(1)纯水系统所有纯化过程、反渗透膜的消毒过程、系统自动冲洗程序、反渗透的冲洗程序等的控制。

(2)安保装置及分配管路中的纯化和监测装置控制:

A)进水增压泵;

B)漏水监测器;

C)纯水储存水箱自动清洁系统;

D)纯水循环泵系统(单泵及双泵交替模式);

E)循环管路中紫外灯消毒系统;

F)水箱自动排空装置;

G)管路中的电阻率测试仪;

H)管路中的总有机碳测定仪;

2、纯水主机所监控的参数应包括:

(1)纯水制备系统的重要工作参数和水质参数的监控:

A)进水压力和反渗透膜工作压力;

B)进水和反渗透产水电导率;

C)反渗透膜的离子截流率(脱盐率);

D)产水电阻率或电导率;

E)产水总有机碳(可选);

F)进水和产生温度;

G)进水流速,产生流速(可选)以及反渗透膜产水的回收率;

H)预纯化柱所处理能力余额。

(2)纯水循环分配系统中水质参数的监控:

A)电阻率(管路中水的电阻率);

B)总有机碳TOC(管路中纯水的总有机碳含量)。

二、紫外消毒,水质稳定

在水纯化系统中,广泛使用低压汞灯来杀菌和降低TOC。低压汞灯主要产生三种波长的紫外线:254nm(精确值为253.7nm)、185nm(184.9nm)及194nm(194.2nm)。其中,254nm波长具有最高的杀菌效果,且254nm波长紫外线在水中具有很好的投射能力。因此,254nm紫外线灯广泛应用于防止水净化系统中的细菌污染。紫外灭菌的原理为:紫外线作用于细胞DNA,使DNA链上相邻的嘧啶碱形成嘧啶二聚体(如胸腺嘧啶二聚体),抑制了DNA复制。此外,紫外线细菌失活的效果取决于紫外线的强度与水流的照射时间,因此要达到良好的紫外灭菌效果,紫外装置需要良好且准确的设计。

Millipore公司RiOsTM系统和ElixTM系统在正常工作时,系统内紫外灯对产生水中微生物的去除能力为LRV4(从紫外装置出来的水中的微生物含量是进水的万分之一)。

三、EDI取代离子交换技术,减少维护成本同时保证水质稳定

连续电流去离子(Electro-deionization,EDI)是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。它巧妙地将电渗析和离子交换技术相结合,利用两端电极高压使水中带电离子移动,并配合离子交换树脂及选择性透过膜以加速离子移动去除,从而达到纯化的目的。在EDI除盐过程中,离子在电场作用下通过离子交换膜被清除。同时,水分子在电场作用下产生氢离子和氢氧根离子,这些离子对离子交换树脂进行连续再生,以使离子交换树脂保持最佳状态。

EDI膜堆是由夹在两个电极之间一定对数的单元组成。在每个单元内有两类不同的室:待除盐的淡水室和收集所除去杂质离子的浓水室。淡水室中用混匀的阳、阴离子交换树脂填满,这些树脂位于两个膜之间:只允许阳离子透过的阳离子交换膜及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。

树脂床利用加在室两端的直流电进行连续地再生,电压使金水中的水分子分解成H 及HO-,水中的这些离子受相应电极的吸引,穿过阳、阴离子交换树脂向所对应膜的方向迁移,当这些离子透过交换膜进入浓水室后,H 和HO-结合成水。这种H 和HO-的产生及迁移正式树脂得以实现连续再生的机理。

当进水中的Na­­ ­及Cl-等杂质离子吸附到相应的离子交换树脂上时,这些杂质离子就会发生像普通混床内一样的离子交换反应,并相应地置换出H 及HO-。一旦在离子交换树脂内的杂质离子也加入到H 及HO-向交换膜方向的迁移,这些离子将连续地穿过树脂直至透过交换膜而进入浓水室。这些杂质离子由于相邻隔室交换膜的阻挡作用而不能向对应而不能向对应电极的方向进一步地迁移,因此杂质离子得以集中到浓水室中,然后将这种含有杂质离子的浓水排出膜堆。

EDI系统较之与DI系统具备以下特点:

A)产水水质高而稳定;

B)连续不间断制水,不因再生而停机;

C)无需化学药剂再生;

D)设想周到的堆叠式设计,占地面积小;

E)操作简单、安全;

F)运行费用及维修成本低;

G)无酸碱储备及运输费用;

H)全自动运行,无需专人看护。

尽管传统的EDI模块有上述众多优点,但是依旧有其不足之处,其中最主要的不足时:

A)阴极结垢;

B)当进水中二氧化碳浓度过高,则无法制备出高电阻率的产水。

针对上述问题,密理博等公司对EDI模块进行了两下革新性的改进:

A)阴极填充活性炭颗粒可降低结垢风险,无需软化剂,进水硬度在300mg/L以下都无需添加软化设备。

B)浓水流道中加入离子交换树脂以降低模组电阻值,保证产生水质,二氧化碳浓度耐受度可以高达65mg/L。