能耗成本:反渗透过程需要在一定压力下进行,通常需要压力泵提供 1 - 10MPa 的压力,这会消耗大量的电能。在处理大量超纯水时,能耗成本尤其重要。不过,随着技术的进步,一些能量回收装置可以回收部分能量,降低能耗成本。例如,在一些大型海水淡化厂(其原理与反渗透处理超纯水类似),能耗成本占总运行成本的比例较高,但通过能量回收装置可使这一比例有所降低。膜更换成本:随着使用时间的延长,反渗透膜会受到污染、结垢或老化,导致性能下降。一般情况下,反渗透膜需要定期更换,其更换周期根据进水水质、操作条件和膜的质量等因素而异,可能在 1 - 3 年左右。膜的更换成本较高,而且还需要考虑更换过程中的人工成本和停机损失。化学药剂成本:在预处理过程中,可能需要使用化学药剂,如絮凝剂用于沉淀悬浮物、活性炭用于吸附有机物等。在膜清洗过程中,也需要使用化学清洗剂,如酸、碱、表面活性剂等来去除膜表面的污垢。这些化学药剂的使用增加了运行成本,并且需要合理储存和管理,以确保安全和有效使用。电子级超纯水对金属离子含量要求达 ppt 级甚至更低。湖南教学用超纯水发展
超纯水是一种纯度极高的水,其电阻率高达 18.2 MΩ・cm 以上,几乎去除了水中所有的杂质,包括溶解性固体、有机物、微生物、胶体以及气体等。它的制备工艺极为复杂且精密,往往综合运用了反渗透、离子交换、超滤、紫外线杀菌、超滤膜过滤等多种先进技术手段。 在半导体制造领域,超纯水是芯片生产过程中的关键要素。芯片的微小电路结构对杂质极为敏感,哪怕是极其微量的离子或颗粒杂质都可能导致芯片短路、性能下降甚至报废。超纯水用于芯片的清洗、光刻、蚀刻等各个工序,确保了芯片制造的高精度和高质量。湖南教学用超纯水发展超纯水在电力行业用于发电机组冷却与化学分析。
颗粒物质:原水中的泥沙、铁锈、悬浮颗粒等会对超纯水制备设备造成损害。这些颗粒物质可能会堵塞反渗透膜的微孔、磨损超滤膜,或者覆盖离子交换树脂的表面,从而影响水的净化效果。例如,在反渗透过程中,如果膜表面被颗粒物质堵塞,会导致膜通量下降,需要更高的压力才能维持正常的水通量,而且还会缩短膜的使用寿命。反渗透膜性能:反渗透是超纯水制备的主要工艺之一,反渗透膜的性能直接影响超纯水的质量。膜的材质、孔径大小、通量和截留率等参数至关重要。例如,品质好的反渗透膜可以有效截留 99% 以上的溶解性固体和几乎全部的微生物。如果膜的孔径过大或者存在缺陷,就会导致杂质离子和微生物透过膜,降低超纯水的质量。而且,随着使用时间的延长,膜的性能会逐渐下降,如膜的通量会因污染而减小,需要定期对膜进行清洗和维护,以保证其良好的性能。
反渗透技术已经相当成熟,设备运行相对稳定。只要操作条件(如压力、温度、进水水质等)控制在合适的范围内,反渗透系统能够持续、稳定地去除有机污染物。而且,现代的反渗透设备通常配备有自动化的监测和控制系统,可以实时监测设备的运行参数,如膜通量、进水和出水的水质、压力变化等,及时发现并处理问题。例如,当膜通量下降到一定程度时,系统可以自动启动清洗程序,恢复膜的性能。经过反渗透处理后的水,水质得到明显改善,能够满足许多对水质要求较高的应用场景。对于超纯水制备来说,反渗透后的水在有机污染物含量、离子浓度等方面都很明显的降低,为后续的精处理步骤(如离子交换、超滤等)提供了品质很好的进水。例如,在制药行业中,反渗透后的水可以作为制备注射用水的前期处理水,其较低的有机污染物含量有助于保证终药品的质量和安全性。超纯水在养殖行业用于水质检测标准溶液配制。
活性炭具有高度发达的孔隙结构,包括微孔、中孔和大孔。这些孔隙提供了巨大的比表面积,能够通过物理吸附和化学吸附作用去除有机污染物。物理吸附是基于分子间的范德华力,活性炭的孔隙可以捕获有机分子。化学吸附则涉及活性炭表面的官能团(如羧基、羟基等)与有机污染物之间的化学反应。应用:在超纯水制备过程中,通常会使用颗粒活性炭(GAC)或粉末活性炭(PAC)。GAC 一般填充在吸附柱中,水通过吸附柱时,有机污染物被吸附在活性炭表面。PAC 则可以直接投加到水中,搅拌后通过过滤去除。例如,对于水中的腐殖酸、富里酸等天然有机物以及一些小分子的有机化合物,活性炭吸附都有很好的效果。不过,活性炭的吸附容量是有限的,随着吸附的有机污染物增多,其吸附效率会逐渐降低,需要定期更换或再生。超纯水的生产需对原水进行预处理以去除大颗粒与胶体。湖南教学用超纯水发展
纯水的温度变化对其电导率有一定的规律性影响。湖南教学用超纯水发展
1. 反渗透膜的孔径极小,一般在 0.1 - 1 纳米之间,能够有效截留大部分有机污染物。无论是大分子有机物,如蛋白质、多糖、微生物产生的胞外聚合物等,还是小分子有机物,如农药、染料、石油类有机物、有机卤化物等,都能被大量去除。例如,在工业废水处理用于回用制备超纯水时,对于废水中的复杂有机污染物,反渗透法可以去除其中 90% 以上的有机成分,提高了水的纯度。反渗透过程不仅对有机污染物有很好的去除效果,还能去除水中的溶解性固体(如盐类)、胶体、细菌、病毒等杂质。这是因为半透膜的特性使得只有水分子能够通过,而几乎所有其他杂质都被截留。在超纯水制备过程中,这一特性可以简化处理流程,减少后续处理步骤的负担。例如,在电子工业的超纯水制备中,反渗透可以一次性去除水中的重金属离子、微生物和有机杂质,为后续的离子交换和超滤等步骤提供较好的进水水质。湖南教学用超纯水发展
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