[導(dǎo)讀]主要從水中污染物的分類、純水的一般性定義、水質(zhì)純化方法和超純水制備幾方面做 了簡(jiǎn)單的闡述, 目的是方便實(shí)驗(yàn)室人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及用水要求來(lái)選擇不同的水質(zhì)純化方法, 以及 了解如何加強(qiáng)對(duì)純水機(jī)的日常維護(hù)。

目前, 純水技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、食品、醫(yī) 藥、化學(xué)、衛(wèi)生、環(huán)保等領(lǐng)域, 作者僅就從事化學(xué)分 析及儀器應(yīng)用、組織培養(yǎng)和分子生物學(xué)等實(shí)驗(yàn)室使 用純水技術(shù)概述如下。 1 水中污染物的分類及檢測(cè) 通常我們所使用的自來(lái)水中含有一些雜質(zhì), 主 要包括以下 5 種。  1.1 電解質(zhì) 電解質(zhì)是指水中呈離子狀態(tài)存在的物質(zhì), 包括 可溶性的無(wú)機(jī)物, 有機(jī)物及帶電的膠體離子等, 其 中陽(yáng)離子有 H+、Na+、 K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+等; 陰離子有 Cl-、NO3-、HCO3- 、HSiO3-等; 帶電的膠體粒子有鐵、 硅、鋁的化合物及有機(jī)膠體化合物等; 另外, 還有有 機(jī)酸離子。由于電解質(zhì)具有導(dǎo)電性, 所以可以用測(cè) 量水的電阻率(MΩ.cm)或電導(dǎo)率(μs/cm)的方法來(lái)反 映此類雜質(zhì)的相對(duì)含量, 電阻率和電導(dǎo)率互為倒數(shù)關(guān)系。  1.2 有機(jī)物 水中有機(jī)物主要指天然來(lái)源及人工合成的有 機(jī)物質(zhì), 如有機(jī)酸、有機(jī)金屬化合物等。這類物質(zhì)體 積龐大, 常以陰性或中性狀態(tài)存在, 通常用總有機(jī) 碳測(cè)定儀來(lái)檢測(cè)此類物質(zhì)的含量。  1.3 顆粒物質(zhì) 水中的顆粒物質(zhì)包括泥沙、塵埃、有機(jī)物、微生 物及膠體的顆粒等, 這些物質(zhì)都是非可溶性的, 一 般通過(guò) SDI(Silt Density Index)儀來(lái)檢測(cè)。  1.4 細(xì)菌、微生物 水中的細(xì)菌及微生物包括細(xì)菌、藻類和真菌 等, 可用培養(yǎng)法或膜過(guò)濾法測(cè)定其含量。  1.5 溶解氣體 水中的溶解氣體包括 N2、 O2、 Cl2、 H2O、CO、CO2、 CH4 等, 可用氣相色譜及液相色譜和化學(xué)法測(cè)定其含量。 由于原水中存在以上污染物, 會(huì)直接影響我們 進(jìn)行化學(xué)分析、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)及儀器測(cè)試的準(zhǔn)確 性, 所以實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使用純水。  2 實(shí)驗(yàn)室純水的一般性定義 通常我們將實(shí)驗(yàn)室用純水分為三級(jí),I 級(jí)水為 試劑級(jí)超純水,II 級(jí)水為分析級(jí)用水,III 級(jí)水為普 通實(shí)驗(yàn)用水。具體技術(shù)參數(shù)詳見(jiàn)表 1。  不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求使用不同級(jí)別的純水, 如 開展分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、組織培養(yǎng)、化學(xué)分析及儀器 測(cè)試用水為 I 級(jí),II 級(jí)水一般用于微生物培養(yǎng)基配 制、緩沖液配制、溶解實(shí)驗(yàn)、生化試劑配制等,III 級(jí) 水通常作為蒸汽滅菌等設(shè)備的進(jìn)水, 也可清洗實(shí)驗(yàn) 用的玻璃器皿等。不同級(jí)別的純水需要不同的純化 技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。 

3 水質(zhì)純化方法 水質(zhì)的純化方法有多種, 通常采用的有蒸餾 法、離子交換法、連續(xù)去離子技術(shù)(EDI)、反滲透、超 濾、膜過(guò)濾、活性碳過(guò)濾、 UV 光照射法等, 我們可根 據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及用水要求采用一種或多種純化方法。 下面就其中的一些常用方法做一介紹。

3.1 蒸餾法 按蒸餾器皿可分為玻璃、石英、金屬蒸餾器。按 蒸餾次數(shù)可分為一次、二次和多次蒸餾法。蒸餾法 能去除大部分污染物, 由于加熱過(guò)程中很難排除二 氧化碳的溶入, 所以水的電阻率是很低的, 一般為 0.2-1 MΩ· cm, 只能滿足普通分析實(shí)驗(yàn)室的用水要 求 。其優(yōu)點(diǎn)是此方法易于操作, 缺點(diǎn)是在加熱過(guò)程 中會(huì)產(chǎn)生二次污染, 不易控制水質(zhì), 水耗費(fèi)較高。 

3.2 反滲透 反滲透是目前一種應(yīng)用最廣的脫鹽技術(shù), 其工 作原理是通過(guò)外加壓力改變水流方向, 使水從高滲 透壓流向低滲透壓。反滲透膜能去除無(wú)機(jī)鹽、有機(jī) 物(分子量 500)、細(xì)菌、熱源、病毒、懸濁物(粒徑 0.1μm)等污染物。常用的反滲透膜有: 醋酸纖維素膜, 聚酰胺膜和聚砜膜等, 膜的孔徑為 0.00010.001μm。去除雜質(zhì)的能力由膜的性能好壞和進(jìn)出 水比例決定。產(chǎn)出水的電阻率能較原水的電阻率升 高近 10 倍。例如, 原水的電阻率為 1.6 KΩ· cm(25° C)時(shí), 產(chǎn)出水的電阻率約為 14 KΩ· cm。它的優(yōu)點(diǎn)是 低耗、低操作成本, 不需強(qiáng)酸沖洗, 局限性是反滲透 膜易堵, 水質(zhì)只適用于二級(jí)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)。 

3.3 活性碳吸附 活性炭是一種多孔性材料。它是利用硬質(zhì)木材 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的加熱干餾或活化處理制作而成的。經(jīng) 過(guò)活化處理的活性炭, 它的表面積擴(kuò)大, 產(chǎn)生大量 的大小孔隙, 從而吸附能力加強(qiáng), 無(wú)論是有機(jī)物或 無(wú)機(jī)物均能被活性炭所吸附。天然的活性炭會(huì)有少 部分顆粒脫落, 易污染水質(zhì), 只適用于純水制備的 前期過(guò)濾, 主要用于去除自來(lái)水中的有機(jī)物及氯。 而人工合成的活性炭質(zhì)粒均勻, 對(duì)水污染很小, 可 去除水中的有機(jī)物質(zhì), 一般用于超純水的制備。 3.4 離子交換樹脂 離子交換樹脂是一種有機(jī)單體分子聚合而成 的, 具有三向立體空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的多孔海綿狀的高 分子化合物。離子交換反應(yīng)就是樹脂間可游離交換 的離子和水中同性離子間的交換過(guò)程。常用的離子 交換器有 2 種組合方式: (1)復(fù)床式, 即按陽(yáng)床—陰床—陽(yáng)床—陰床—混 合床的方式連接并生產(chǎn)去離子水, 采用這種方式, 便于樹脂再生。 (2)混床式(2-5 級(jí)串聯(lián)不等), 混床可以看成是 由許多陰、陽(yáng)離子交換樹脂交錯(cuò)排列而組成的多級(jí) 式復(fù)床?；齑踩ルx子的效果很好, 電阻率可大于 10 MΩ· cm, 若采用二級(jí)或三級(jí)混床串聯(lián), 則電阻率大 于 16 MΩ· cm, 可達(dá)到 18 MΩ· cm, 但樹脂再生不方 便。 離子交換樹脂經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后其處理水的數(shù) 量和質(zhì)量均會(huì)下降, 這時(shí)需選擇再生劑利用化學(xué)的 方法進(jìn)行再生。離子交換法可以獲得十幾 MΩ的去 離子水, 缺點(diǎn)是去離子的同時(shí), 再生的離子交換樹 脂可能會(huì)有樹脂的顆粒溶出, 污染水質(zhì), 無(wú)機(jī)物含 量較高, 同時(shí)遭受破壞的樹脂顆粒又成為了微生物 滋生的溫床, 影響水質(zhì)。目前市場(chǎng)上的離子交換樹 脂的質(zhì)量參差不齊, 價(jià)格相差幾倍到幾十倍不等, 但如果得到超純水, 建議使用質(zhì)量較好, 不再生的 離子交換樹脂。 

3.5 超濾

超濾的作用原理為濾膜的篩除作用, 即在壓力 作用下濾膜的孔隙能通過(guò)水, 并由水帶走小于濾膜 空隙尺寸的顆粒而截留了大于孔隙尺寸的顆粒。常 見(jiàn)的濾膜多做成管式、卷式或中空纖維素膜, 膜孔 徑為 0.001-0.1 μm, 超濾對(duì)去除水中的微粒、膠體、 細(xì)菌、熱原、各種蛋白酶和各種有機(jī)物有較好的效 果, 但它幾乎不能截留無(wú)機(jī)離子。采用超濾的方法, 需定期消毒、定時(shí)沖洗濾膜。 3.6 UV光照射法 紫外線波長(zhǎng)在 185 nm時(shí), 會(huì)產(chǎn)生光氧化反應(yīng), 在 254 nm時(shí)輻射強(qiáng)度最強(qiáng), 在這個(gè)波段范圍,UV 光照射可以抑制水中細(xì)菌的繁殖并可殺死細(xì)菌。同 時(shí)紫外線照射不會(huì)改變水的物理及化學(xué)性質(zhì), 殺菌 速度快、效率高、效果好, 具有顯著的優(yōu)越性。因此 紫外殺菌已成為降低水中有機(jī)物的有效方法之一。 3.7 EDI(ElectroDeIonisation)連續(xù)電流去離子 EDI 是利用離子交換樹脂吸附給水中的陰陽(yáng)離 子, 同時(shí)這些被吸附的離子又在直流電場(chǎng)弱電流的 作用下, 分別透過(guò)陰陽(yáng)離子交換膜而被去除的過(guò) 程。此種方法可對(duì)內(nèi)部的樹脂通過(guò)弱電流的作用連 續(xù)再生, 而不消耗樹脂, 是水處理中離子交換樹脂 的有效替代方法。EDI 一般用于反滲透之后的純水 處理, 需要對(duì)水質(zhì)的堵塞、結(jié)垢情況加以有效控制, 才能發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。 

4 超純水器制備原理 超純水器制備超純水的原理和步驟大體如下: 

4.1 原水 可用自來(lái)水或普通蒸餾水或普通去離子水作 原水。 

4.2 機(jī)械過(guò)濾 通過(guò)砂芯濾板和纖維柱濾除機(jī)械雜質(zhì), 如鐵銹 和其他懸浮物等。 

4.3 活性炭過(guò)濾 活性炭是廣譜吸附劑, 可吸附氣體成分, 如水 中的游離氯等; 吸附細(xì)菌和某些過(guò)渡金屬等。 

4.4 反滲透膜過(guò)濾 可濾除 95%以上的電解質(zhì)和大分子化合物, 包 括病毒、微生物、細(xì)菌、膠體微粒等。

4.5 紫外線消解 借助于短波(180-254 nm) 紫外線照射分解水 中的不易被活性炭吸附的小有機(jī)化合物, 如甲醇、 乙醇等, 使其轉(zhuǎn)變成 CO2 和水, 以降低 TOC 的指 標(biāo)。 

4.6 離子交換單元 已知混合離子交換床是除去水中離子的決定 性手段。借助于多級(jí)混床獲得超純水也并不困難。 但水的 TOC指標(biāo)主要來(lái)自樹脂床。因此, 要選擇高 質(zhì)量的、化學(xué)穩(wěn)定性特別好, 不分解、不含低聚物、 單體和添加劑等的樹脂。 

4.7 0.2 μm濾膜過(guò)濾 濾膜過(guò)濾用來(lái)去除水中所有大于 0.2 μm 的顆 粒物(包括細(xì)菌)。 經(jīng)過(guò)上述各步驟處理后生產(chǎn)出來(lái)的水就是超 純水了, 可以滿足各種儀器分析、高純分析、痕量分 析等實(shí)驗(yàn)要求, 接近或達(dá)到實(shí)驗(yàn)室 I 級(jí)水的要求。 

5 純水器的日常維護(hù) 

純水器的使用壽命與水質(zhì)、日常維護(hù)有著緊密 的聯(lián)系。水質(zhì)差、日常不注重清洗維護(hù)會(huì)加重縮短 純水器的使用期。在純水器的水箱及 RO膜表面極 易產(chǎn)生菌膜, 菌膜會(huì)使純水器的運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)問(wèn)題, 如 造成濾膜阻塞、內(nèi)壓升高、系統(tǒng)漏水、增壓泵損壞; 菌膜也造成離子交換樹脂無(wú)法正常工作; 菌膜還會(huì) 阻塞 RO膜, 使 RO膜無(wú)法正常工作。防治菌膜的方 法有定期消毒 RO膜; 定期清洗水箱; 及時(shí)更換耗 材, 不管用水量大小, 凡是浸泡在水中的耗材都不 可避免地形成菌膜, 使用中要根據(jù)情況及時(shí)更換純 水器的耗材, 這樣才可避免菌膜的產(chǎn)生并使純水器 達(dá)到最佳狀態(tài), 保持實(shí)驗(yàn)結(jié)果在低污染背景下的高 一致性。