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影响超纯水装置出水质量因素剖析

文章出处:EDI水处理作者:EDI水处理发表时间:2013-05-27 14:44:28

  水是实验室内一个常被忽视但又至关重要的试剂,在全自动生化分析仪检测过程中,纯水作为生化反应的载体或介质、样品或试剂的稀释液和溶剂、仪器的清洗液甚至反应的参与者等贯穿检测的全过程,其纯度的高低直接关系到检测结果的可信度。目前全国大部分实验室都使用反渗透的中央纯水系统,通过对该系统工作流程的分析以及遇到的实际情况,发现并总结了导致水纯度不够的几种因素及其对全自动生化分析仪检测的影响。

  1、原水预处理原水是指进入实验室的自来水,预处理就是除去自来水中绝大部分的杂质。

  方法:

  预处理一般使用机械过滤法,分三步进行:

  ①精密滤芯(又称过滤滤芯、分线绕滤芯和熔喷滤芯)过滤原水中的泥沙等大的颗粒物;

  ②活性炭滤芯通过吸附作用去除水中的绝大部分有机物和重金属离子等(特别是自来水中的余氯,其对反渗透膜有很大的氧化作用,所以必须经由活性炭去除);

  ③反渗透膜(RO)进一步去除水中的微观粒子和盐分。

  影响因素:

  ①自来水水质:自来水中杂质含量高时会导致预处理部件使用寿命缩短和处理后水质不达标,甚至会堵塞管道,导致需要更高的进水压才能工作,一般要求自来水中固体溶解物含量(TDS)小于200 mg/L。

  ②预处理部件使用寿命:精密滤芯、活性炭滤芯、反渗透膜等都是具有相对寿命的材料,其中精密滤芯和活性炭滤芯又对反渗透膜具有保护作用,如果它们失效,RO膜负荷就会加重,寿命就会缩短。由于各厂家产品质量各异,RO膜又价格昂贵,因此在实际使用中应根据各地自来水水质合理搭配使用。

  ③进水压:一般纯水系统预处理都需要用高压泵维持一定的进水压力(≥0. lMpa)才能维持正常工作,当高压泵压力不足时会导致产水量下降。

  ④纯水系统的维护:纯水系统一般都具有自动反冲洗功能,当其设置不合理或故障以及人工维护不当时也会影响纯水机的正常工作,导致纯化效率及水质下降。

  2、去离子水的制备一般的纯水系统由于受到成本限制,RO膜质量一般,经其处理过的水只能达到三级纯水(电阻率>0. 2MO.cm)的标准。三级纯水虽然经过预处理已经去除了大部分离子,但其中的离子浓度还较高,还会影响生化分析仪的微量检测,因此必须将三级纯水进一步去离子以达到一级纯水(电阻率≥lOMΩ.cm)的标准才能用于生化检测。

  方法:

  离子交换树脂法是去离子水制备的常用方法,所用的部件就是离子交换柱即纯化柱(罐),包括阴离子交换柱、阳离子交换柱和混合柱等,试剂为阴阳离子交换树脂。阴阳离子交换树脂一般是由苯乙烯聚合成后再通过二乙烯苯交联得到多孔网状骨架结构,然后在骨架上连接活性基团而形成的高分子聚合物。离子交换树脂所连接的活性基团可分为酸性基团和碱性基团两大类型。连接酸性基团的离子交换树脂称为阳离子交换树脂,连接碱性基团的树脂称为阴离子交换树脂。

  原理:

  ①阳离子交换柱原理即硬水软化原理:阳离子交换树脂中的酸性基团有磺酸基(-S03H)、羧基(一COOH)和苯酚基(-C6H40H)等酸性基团,其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂,其结构式可表示为R- SO3H,式中R代表树脂母体,以Ca2+为例其表达式为2R-S03H+ Ca2+- (R-SO3 )2Ca+ 2H+。

  ②阴离子交换柱的原理:阴离子交换树脂中的碱性基团有季胺基[-N (CH3)30H]、胺基(-NHz)和亚胺基(-NHz)等。它们在水中能生成OH-离子,可与各种阴离子起交换作用,以Cl-为例其表达式为R-N (CH3)30H+Cl-RN(CH3)3Cl+OH-。

  ③混合柱:当两者串联使用或混合使用时,产物就只有水,总表达式为:2R-S03H+Ca2++2(CH3)30H+2Cl- - (R-S03)2Ca+2 RN (CH3)3C1+2H20.

  影响因素:

  ①离子交换树脂的质与量:离子交换树脂是有寿命限制的,当离子交换达到一定量时就达到饱和,需要进行再生处理,因此质量越好总量越大其使用期限越长。②阴阳离子交换树脂的连接方式:复床式:若干个阳离子交换柱和若干个阴离子交换柱串联而成,阳在前阴在后,其优点是再生方便,缺点是出水质量不高 (单级复床式出水电阻率只有0.5 MΩ.cm,双级复床式出水电阻率为2 MO·cm)。混床式:将阳离子树脂和阴离子树脂以1:2容积比均匀混合装入同一个交换柱内而成,优点是出水纯度高(电阻率≥1OMΩ.cm),缺点是再生困难。联合式:将复床式和混床式串联起来即成,多采用三柱式,出水质量高(电阻率最高可达18. 3MΩ.cm,即超纯水),使用寿命长。

  ③三级纯水的纯度:当三级纯水质量不合格,其中一些非离子杂质通过离子交换柱时就会影响离子交换柱的使用寿命并造成出水水质的降低。该情况主要受预处理过程的影响,同时有些开放性的纯水系统将生成的三级纯水储存于水箱中以备其它用途使用时储存时间过长或其它原因导致的二次污染也会使水纯度下降。

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