引言

在分析工作中经常需要用到水，什么样的水才能符合标准呢？自来水是将天然水经过初步净化处理制得的，它仍然含有各种杂质，主要有各种盐类、有机物、颗粒物质和微生物等，因此只能用于初步洗涤仪器、做冷却或加热浴用水等用途，不能用于配置溶液及分析工作。为此，需要将水纯化，制备能满足分析实验室工作要求的纯水，这种纯水成为“分析实验室用水”，下文简称“纯水”。

水的净化是一个多级过程，每一级都除掉一定种类的污物，为下一级净化做准备。为了满足各类分析方法的需要，下文介绍纯化水的各步工序的原理及制水方法。

一、源水中杂质简介

1. 电解质  水中电解质包括可溶性无机物、有机物及带电的胶体离子等。其中阳离子有H⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等，阴离子有OH^-、HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-、NO₃^-、PO₄^3-、HSiO₃^-等。

2. 有机物  水中所含有机物主要指天然或人工合成的有机物质，如有机酸、金属化合物等。这些有机物体积庞大，常以阴性或中性状态存在。

3. 颗粒物质  水中的颗粒物质包括泥沙、尘埃、有机物、微生物及胶体颗粒等。

4. 微生物  水中微生物包括细菌，浮游生物和海藻等。

5. 溶解气体  水中的溶解气体包括N₂、O₂、Cl₂、H₂S、CO、CO₂、CH₄等可溶气体。

二、纯化流程简介

     高纯水制备的典型工艺流程如图2-1所示。

图2-1 工艺流程

高纯水的制备由预处理、脱盐和后处理三部分组成。如表2-1所示，指出了各部分工序采用的方法去除物的种类，根据对用水的要求选择组合工艺。

表2-1 制备由预处理、脱盐和后处理三部分

三、纯化方法

1. 离子交换  离子交换树脂是一种不溶于水的高分子离子交换剂，当水通过离子交换柱时，水中的杂质阳离子和阴离子吸取到离子交换树脂上，相同电荷的离子等量的释放到水中，达到纯化水的目的。

            氢型阳离子交换树脂和氢氧型阴离子交换树脂本能分别去除水中的阳离子杂质和阴离子杂志，交换下来的H⁺和OH^-结合成为水。当树脂失效后，可以用酸和碱溶液再生，树脂能较长时期反复使用。

            离子交换法制备纯水的优点是成本低，出水的电解质含量很低，导电率低，其局限性是不能去除非电解质的胶态物质和有机物。

2. 电渗析  电渗析是一种膜分离技术。利用离子交换膜的选择性透过，在外加直流电场作用下使一部分水中的离子迁移到另一部分水中，生成一部分纯水，排放另一部分浓缩的盐水。

      目前生产的电渗析仪器操作简单，能自动运行，出水稳定，脱盐率在90％以上。作为离子交换法的前级使用，比单独使用离子交换法节约一半以上的费用。

3. 反渗透  反渗透是一种膜分离技术。反渗透分离物质的粒子直径在0.001~0.01μm，一般为相对分子质量小于500的低分子。

      在纯水制备技术中，广泛采用反渗透作为预脱盐的主要工序，它的脱盐率在90％以上，可减轻离子交换树脂的负荷，反渗透能有效地去除细菌等微生物及铁、硅等无机物，因而可减轻在这些杂质引起的离子交换树脂污染。其缺点是装置的价格比较贵，需要高压泵及高压管路，源水只有一半左右被利用。

4. 超滤和微孔过滤  高纯水系统的终端后处理，多采用膜过滤或超过滤来截留水中的颗粒。超过滤是一种筛孔分离过程，截留的颗粒粒子直径范围是0.001~5μm，相当于相对分子质量大于500的各种微粒、胶体、有机物、细菌等物质、但不能截留无机离子。

      超过滤膜是一种不对称半透膜，常用的有醋酸纤维素膜。操作压力一般为（0.2~0.4 MPa）。

      微孔过滤也叫精密过滤。微孔过滤膜具有较整齐、均匀的多孔结构，小于膜孔的粒子通过滤膜，大于膜孔的粒子阻拦在膜上。孔径3~20μm的微孔过滤膜用于制水的前处理。0.22及0.45μm的滤孔用于制高纯度水的最后一级过滤。

      微孔过滤膜常见的有：醋酸纤维素膜，亲水性好；聚酰胺膜，耐碱不耐酸；聚四氟乙烯膜，耐高温、耐强酸强碱和各种溶剂。

5. 活性炭吸附  活性炭是水纯化中广泛使用的吸附剂，有粒状和粉状两种结构，在活化过程中，晶格之间生成很多细微孔，吸附能力很强。活性炭能吸附很多无机和有机物质，氯比有机物更容易被活性炭吸附。活性炭对有机物的吸附有选择性，易于吸附的有机物有：芳香溶剂、氯代芳香烃、酚和氯酚、CCl₄、高分子材料等。

      在高纯水的制造过程中，活性炭吸附柱可以放在阳离子交换柱之前使用，用于除去氧化性物质和有机物，保护离子交换床。要防止活性炭粉末污染纯水系统，在后面要加微孔过滤器。

      活性炭的使用方法：粉状活性炭清水浸泡清洗，装柱，用3倍体积的2％HCl和4％NaOH动态交替处理1~3次，每次处理后均淋洗至中性。进水应先除去悬浮物和胶体。失效后可以在540~960℃再生。

6. 紫外线杀菌  微生物能污染纯水系统，因此应该经常进行杀菌以防止微生物生长。灭菌的方法有加药（如甲醛、次氯酸钠、双氧水等）、紫外光照和臭氧等。紫外光照射可以抑制细菌繁殖并可以杀灭细菌，其杀菌速度快，效率高，效果好。在高纯水制备中已广泛应用。

      紫外线杀菌装置采用低压泵灯，石英套管。低压泵灯的辐射光谱能量集中在杀菌力最强的253.77nm。在杀菌器后安装滤膜孔径    ≤0.45μm的过滤器可以滤除细菌尸体。

参考文献

1.杜启云. 反渗透法制工业纯水中几个问题的探讨[J]. 工业水处理, 1997, 017(006):35-36.

2.常华, 林占宏. 高纯水预处理系统中水的回收及利用[J]. 当代化工, 2012(06):96-98.